内容正文:
第4节 水的浮力
第1课时 阿基米德原理
第4章 水与人类
01
基础进阶
02
素能攀升
03
思维拓展
目
录
1. (2024·绍兴期中)图中小球受到的浮力的方向是( A )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
(第1题)
A
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2. 某实验小组在探究“浮力大小跟排开液体所受重力的关系”时,做了如图所示的四次测量,弹簧测力计的示数分别为 F1、F2、F3和 F4,则( D )
A. F浮=F3-F1 B. F浮=F4-F3
C. F浮=F3-F2 D. F浮=F2-F3
(第2题)
D
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3. 将重7牛的物体浸没在水中,它排开的水重为5牛,则物体在水中受到的浮力是( D )
A. 7牛 B. 12牛 C. 2牛 D. 5牛
D
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4. 如图所示为“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验操作,请回答下列问题:(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(1) 分析图①②③,说明浮力的大小与 物体排开液体的体积 有关。
(2) 为了探究浮力大小与物体浸没在液体中深度的关系,可选用 ①③④ (填序号)三图进行对比分析。
物体排开液体的体积
①
③④
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(3) 物体浸没在水中时,受到的浮力是 2.0 N,物体的体积是 2×10-4 m3。
(4) 用图中实验数据计算出盐水的密度是 1.1×103 kg/m3。
(5) 该实验主要运用的科学探究方法是 控制变量法 。
2.0
2×10-4
1.1×103
控制变量法
1
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3
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5. 弹簧测力计的下端挂着一物块,在空气中称量时,弹簧测力计及台秤P、Q的示数分别如图甲所示,则在图乙中,台秤P、Q的示数分别为( D )
(第5题)
D
A. 2N、1N B. 2.1N、1.1N
C. 1.9N、1.1N D. 2N、1.1N
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6. 新考法·创新实验 某兴趣小组为了验证阿基米德原理,设计并开展了如下的实验:步骤一:取一个如图甲所示的塑料圆筒和金属圆柱体(塑料圆筒内径和金属圆柱体直径相同),按图乙进行操作,读出弹簧测力计的示数,记为F1。
(第6题)
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步骤二:如图丙所示,向烧杯中逐渐加水,直到液面与金属圆柱体的上表面相平,读出弹簧测力计的示数,记为F2。
步骤三:如图丁所示,用滴管向塑料圆筒中加满水,调节铁夹的高度,使烧杯中液面与金属圆柱体上表面相平,读出弹簧测力计的示数,记为F3。
(1) 如图丙所示,此时金属圆柱体受到的浮力大小为 F1-F2 (用F1、F2、F3列式表示)。
F1-F2
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(2) 若实验中的测量结果满足 F3=F1 的关系,则可以验证阿基米德原理。
(3) 实验中小组发现圆柱体受到的浮力大于它排开水的重力。下列操作会引起该结果的有 CD (填字母)。
A. 步骤一中弹簧测力计未调零就使用
B. 步骤二中液面未达到圆柱体上表面
C. 步骤三中塑料圆筒中的水没有加满
D. 步骤三未调节好铁夹的高度就读数
F3=F1
CD
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7. 如图所示为小明“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验情形。
(第7题)
(1) 物块未浸入水中时,弹簧测力计的示数如图甲所示,物块的重力为 1.8 N。
1.8
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(2) 小明将物块从图甲下降至图乙的过程中,发现在观察到弹簧测力计的示数逐渐减小的同时,还观察到 容器内的水面上升 ,由此初步分析得出:物体所受浮力的大小与它排开液体的体积有关。
(3) 继续增大物块所处的深度,当它与容器底部接触后,弹簧测力计的示数如图丙所示,此时物块受到的浮力为 0.8 N。
容器内的水面上升
0.8
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(4) 为探究浮力与液体密度的关系,小明又把物块浸没到事先配制好的盐水中,这样操作的目的是控制 排开液体的体积 相同;他发现液体的密度改变,而物块受到的浮力变化却不明显。小明想出下列四种实验改进方案,其中不可行的是 D (填字母)。
A. 换用体积更大的同种物块
B. 换用密度比水小得多的液体
C. 换用精确程度更高的测力计
D. 利用现有器材进行多次实验
排开液体的体积
D
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8. ★如图甲所示,重为G的圆柱形石块在钢绳拉力的作用下从水面上方以恒定的速度下降,直至全部没入水中;如图乙所示为钢绳拉力F随时间t变化的图像,若不计水的阻力,求:(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(第8题)
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(1) 石块全部没入水中时受到的浮力。
解:(1) 由图乙可知,石块的重力G=F拉=1400N,石块全部没入水中后钢绳的拉力F'=900N,则石块全部没入水中时受到的浮力F浮=G-F'=1400N-900N=500N
(2) 石块的体积。
解:(2) 因为石块全部没入水中时排开水的体积和自身的体积相等,由F浮=ρ水gV排水可得,石块的体积V=V排水===0.05m3
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(3) 石块的密度。
解:(3) 石块的密度ρ====2.8×103kg/m3
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第4节 水的浮力
第2课时 物体浮沉的条件及其应用
第4章 水与人类
01
基础进阶
02
素能攀升
03
思维拓展
目
录
1. 小宁在煮饺子时观察到,生饺子沉在水底,饺子煮熟后上浮,最后浮在水面。他用所学的科学知识进行如下分析,其中错误的是( D )
A. 生饺子受到的浮力小于重力,所以下沉
B. 在煮的过程中,饺子受到的浮力逐渐增大
C. 熟饺子受到的浮力大于重力,所以上浮
D. 熟饺子上浮到水面后,它受到的浮力仍不断增大
D
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2. 关于浮沉条件的应用,下列说法中正确的是( B )
A. 橡皮泥小船可以漂浮在水面上是通过改变自身重力实现的
B. 高空探测气球里所充气体的密度小于空气的密度
C. 水面下的潜艇从内河驶入海洋后浮力不变
D. 舰载飞机飞离航母后,航母所受浮力变大
B
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3. 为了探究物体的浮沉条件,实验室提供了如下器材:弹簧测力计、量筒、烧杯、金属块、木块、细线、细铁丝、水及其他简单辅助器材。
第一小组的实验:探究金属块的下沉条件。
实验中,他们用两种方法测量了金属块受到的浮力:
方法1:称重法。
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(1) 测量过程及示数如图甲所示,则金属块所受的浮力为 0.2 N。
(第3题)
方法2:阿基米德原理法。
(2) 测量过程与示数如图乙所示,则排开水的体积为 10 mL,根据F浮=G排=ρ液gV排液可计算出浮力。
0.2
10
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(3) 通过比较可知,金属块在水中下沉的原因是金属块浸没时, 金属块所受的浮力小于金属块的重力 。
第二小组的实验:探究木块上浮的条件。
(4) 要测量木块浸没时受到的浮力,你准备选用上述的方法 2 (填“1”或“2”),并简要说明操作中还应采取的措施: 用细铁丝将木块完全压入水中 。
金
属块所受的浮力小于金属块的重力
2
用细铁丝
将木块完全压入水中
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(5) 在生活中,我们不需要测量,也能直接判断出木块在水中是上浮的。我们是通过比较木块和水的 密度 来判断木块的浮沉的。
密度
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4. 如图所示为a、b、c三个实心小球,其中a与b质量相等,b与c体积相同;将三个小球放入水中静止不动时,a球漂浮、b球悬浮、c球沉底,则下列判断中,正确的是( D )
A. 它们浸在水中的体积关系是V浸a<V浸b=V浸c
B. 它们的重力关系是Ga=Gb>Gc
C. 它们的密度关系是ρa=ρb<ρc
D. 它们所受的浮力关系是Fa=Fb=Fc
(第4题)
D
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5. 学习了物体的浮沉条件后,小舟做了如下实验:在两个薄气球中加满温水,扎紧后剪去多余部分,分别浸
没于盛有冷水与热水的玻璃杯中(如图所示)。若不计气球自重,则放手后两气球的运动情况是( D )
A. 在冷水、热水中都下沉
B. 在冷水中下沉,热水中上浮
C. 在冷水、热水中都上浮
D. 在冷水中上浮,热水中下沉
(第5题)
D
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6. 易错题 小金把家里景观水池底部的鹅卵石取出来清洗。他先将一个重为10N的空桶放在水面上,桶漂浮,然后将池底的鹅卵石捞出放置在桶内,桶仍漂浮在水面。(不考虑捞出过程中带出的水,g取10N/kg)
(1) 求空桶漂浮在水面时所受浮力大小。
解:(1) 因为空桶漂浮在水面,所以F浮=G桶=10N
(第6题)
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(2) 将鹅卵石捞出放置在桶内时,水池水面高度与鹅卵石未捞出时相比会 上升 (填“上升”“下降”或“不变”)。若此时桶排开水的体积为6×10-3m3,则桶内鹅卵石的质量是多少?
解:(2) F浮总=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×6×10-3m3=60N,G石=F浮总-G桶=60N-10N=50N,m石===5kg
(第6题)
上升
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7. 小明同学听了“曹冲称象”的故事后,利用所学知识制作了如图甲所示的“水秤”模型,可方便地称量物体的质量。已知透明大桶足够深,小桶的高度H=0.2m,底面积S=0.02m2,小桶和秤盘的总质量为0.2kg,小桶壁的厚度可忽略不计。g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3。
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(1) 如图甲所示,当秤盘上不放物体时,小桶受到的浮力为多大?
解:(1) 因小桶和秤盘是漂浮在水面上,小桶受到的浮力等于小桶和秤盘的重力,即F浮=G0=m0g=0.2kg×10N/kg=2N
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(2) 该“水秤”的零刻度线应标在小桶上何处(即A点距小桶底部的距离)?
解:(2) 根据F浮=ρ液gV排液得,当秤盘上不放物体时,小桶排开水的体积V排水===2×10-4m3,由V=Sh得,A点距小桶底部的距离h===0.01m
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(3) 如图乙所示,在秤盘上放物体后,就可以称量物体所受重力,则该“水秤”模型最大能称量的物体重力为多大?
解:(3) 在秤盘上放物体后小桶受到的最大浮力F浮'=ρ水gV排'=ρ水gSH=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m2×0.2m=40N,小桶和秤盘的总重力G0=m0g=0.2kg×10N/kg=2N,物体的最大重力G=F浮'-G0=40N-2N=38N
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8. 易错题 将一密度比水小的木块,系好绳子后放入图甲容器中,并把绳子的另一端固定在容器底部的中央,然后沿容器壁缓慢匀速倒入水(忽略其他因素的影响),容器中水与木块位置的变化如图乙所示。请你在图丙中画出木块从开始加水到浸没后的过程中所受浮力随时间变化的关系图像,并写出各段变化的理由。(提示:t1时木块恰好离开容器底,t2时绳子刚好拉直,t3时木块刚好浸没)
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解:因为F浮=ρ液gV排液,ρ液、g保持不变,V排液越大,F浮越大;在0~t1的加水过程中,木块没有离开容器底,木块排开水的体积增大,浮力增大;在t1~t2的加水过程中,木块离开容器底并处于漂浮状态,浮力不变,排开水的体积不变;在t2~t3的加水过程中,绳子被拉直,木块排开水的体积不断变大,浮力变大;在t3~t4的加水过程中,木块浸没在水中,排开水的体积不再发生变化,浮力也不再发生变化
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