第十章 浮力 教材图文解读 -2024-2025学年初中物理人教版八年级下册

第十章 浮力 第1节 浮力 1. 游船、鸭子能在水面游弋，海洋中巨大的冰山能在水面漂浮（图 10.1-1），游船、鸭子、冰山都受到竖直向下的_____的作用，但却没有因此而沉人水底，这表明水对它们有一个_____托起的力。浸在液体中的物体受到向上的力，这个力叫作浮力。这个力的施力物体是_____，方向是__________。 2. 漂浮在水面的物体受到重力和浮力，两个力的关系是__________；图10.1-2中，沉入水底的石块会受到重力G、支持力F支和浮力F浮，三个力平衡，此时浮力的大小F浮=__________。 3. 测量浸没在水中的铝块所受的浮力： ①如图 10.1-3甲所示，在弹簧测力计下悬挂一个铝块，铝块静止时，读出弹簧测力计的示 数，这就是铝块所受_____力的大小。 ②把铝块浸没在水中（图10.1-3乙），铝块静止时，弹簧测力计的示数和甲图相比变_____ 了，这就是铝块所受_____力的大小。这说明铝块受到了一个向上的_____力，这个力 的大小就是弹簧测力计的_______________。 ③改变铝块在水中浸没的深度（图10.1-3丙），看看示数没有变化，说明浸没在水中的铝 块所受浮力的大小_______________。 4. 浸没在水中的铝块受到三个力（图10.1-4）：重力G、弹簧测力计的拉力F拉和浮力F浮。在这三个力的作用下铝块处于_____状态。把F拉和F浮的合力设为F合，根据同一直线上两个力的合成的知识，则有F合=__________，这样就可以认为铝块受F合和G两个力的作用，由此可得，__________，所以F浮=F合—F拉=__________。 5. 探究浮力的大小与哪些因素有关 用手把一个空矿泉水瓶压入水中，矿泉水瓶浸入的体积越大越费力。猜想1：浮力的大小与物体_______________有关。 人可以躺在死海水面上。猜想2：浮力的大小与_______________有关。 实验思路 由以上猜想，要探究浮力的大小是否与这些量有关，需要逐次探究，每次探究浮力的大小与其中一个量的关系，其他的量要__________。 实验过程 ①为探究浮力的大小是否与物体浸在液体中的体积有关，可以逐渐增大物体浸在液体 中的体积，观察和记录浮力大小的变化，如图10.1-5所示。 ②为探究浮力的大小是否与液体的密度有关，可以把同一个物体____在不同的液体中，测 量并记录浮力的大小。 实验结果表明：物体在液体中所受浮力的大小，与它________________有关、与液体的____有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越____。 6. 浸没在液体中的物体会受到浮是因为液体内部存在____，而且深度越深的位置，____越大。如图10.1-6所示，我们研究浸没在液体中的长方体的受力情况。长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡，物体水平方向所受的合力为____。长方体上、下表面所处的深度分别记为h1、h2，h2>h1，因此，液体对长方体下表面向____的压强要____（选填“大于”、“小于”或“等于”）液体对上表面向____的压强。考虑到长方体上、下表面的受力面积是相同的，所以，液体对长方体向上的压力F2____（选填“大于”、“小于”或“等于”）液体对它向下的压力F1，压力差∆F就是____力，所以F浮=∆F=____________。 第2节 阿基米德原理 1. “物体浸在液体中的体积”也常常被称为物体排开液体的体积，用V排表示。 据说两千多年以前，古希腊学者阿基米德（图10.2-1）为了鉴定王冠是否是用纯金制成的，要测量王冠的体积，冥思苦想很久都没有结果。一天，当他跨进盛满水的浴缸洗澡时，看见浴缸里的水向外溢，突然想到：物体浸在液体中的体积就是物体排开液体的体积。 上节探究的结果就可以说成：物体____________________越大、液体的____越大，所受的浮力就越大。而排开液体的体积V排与液体密度ρ液的乘积就是排开液体的____，用____表示，所以上面的结论又可以说成：物体排开液体的质量越____，所受的浮力越大。又由于物体所受的重力和它的质量是成正比的，由此可以想到：物体在液体中所受的浮力与它排开液体所受的重力有直接的关系。 2. 实验：探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 实验思路 本实验需要先测量两个量：物体所受的____和物体排开________________，然后分析它们的关系。 ①怎样测量物体所受浮力的大小? ②怎样测量物体排开液体所受的重力? ③如果要减小实验误差，应该怎样设计实验操作的顺序? 实验过程 以下是用溢水杯和弹簧测力计进行操作的一种实验方案。 ①用弹簧测力计测量空桶所受的____（图10.2-2甲）。 ②用弹簧测力计悬挂一个物体，读出物体在空气中（图10.2-2乙）和浸在____水的溢水杯 中（图10.2-2 丙）静止时弹簧测力计的示数，由________________可以计算物体在水 中所受____的大小。同时用小桶将排开的水收集起来。 ③用弹簧测力计测量装水小桶所受的重力（图10.2-2丁），由____________可以计算排开 的水所受的重力。把测量的实验数据记录在下表中。 为了反应普遍性的规律，在第二次和第三次实验中可以分别改变物体_______________或____________做对比实验。 3. 根据实验数据，可以得出物体所受浮力的大小____它排开的水所受的重力，。 浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它____________________。这就是著名的阿基米德原理。用公式表示就是 ____________ 阿基米德原理不仅适用于液体也适用于气体。 4. 根据上一节所学的浮力产生的原因，通过进一步分析，也可以得出以上结论。 F浮=∆F=F2—F1=p1S—p2S=_______________=_______________ =__________=__________=________=________ 5. 我国的智能船舶“明远”号矿砂船最大载质量为40万吨。这么大的货船通过国际港口时测货船的总质量时，工作人员通常是通过读取货船浸入海水中的深度来测量的。这样测量的道理是先通过货船浸入海水中的深度得出货船__________的体积，再根据海水的_____得出排开海水的_____，算出排开海水的_____就知道了浮力的大小，因为货船漂浮在水面上时，浮力与重力两个力_____，知道了重力就可以得出货船的质量了。 6. 有一杯水、一杯盐水和一块重 0.22 N、密度为 1.1×103kg/m3的塑料块。该塑料块的质量为_____kg，体积为________m3，塑料块浸没在水中时受到多大的浮力为_____N。若该塑料块在某种盐水中是漂浮的，则它所受浮力的大小为_____N，如果浸在盐水中的体积是塑料块总体积的90%，则盐水的密度是__________kg/m3。（g取10 N/kg） 7. 实验验证漂浮在液面的物体受到的浮力等于它排开液体受到的重力。 ①怎样测量物体所受浮力的大小? 用弹簧测力计直接测出物体的_____力，由于漂浮的物体受到的浮力与重力_____，所以测出的重力大小就等于浮力的大小。 ②怎样测量物体排开液体所受的重力? 方法和前面的相同，用溢水杯和小烧杯以及弹簧测力计可以测得。，推到得 实验结论：漂浮的物体，____________________，推到得m排=_____。 第3节 物体的浮沉条件及应用 1. 由静止释放的物体如何运动，取决于它所受的_____。浸没在液体中的物体，受到两个力：竖直向下的_____和竖直向上的_____。物体所受浮力与重力大小关系的不同，合力的_____也不同，决定了浸没在液体由静止释放的物体的__________。 2. 当浮力F浮大于重力G时（图10.3-1甲），二力的合力方向向_____，物体由静止开始_____；当浮力F浮等于重力G时（图10.3-1乙），二力的合力为_____，物体保持_____状态；当浮力F浮小于重力G时（图10.3-1丙），二力的合力方向向_____，物体由静止开始_____。 3. 由于浸没在液体中的物体，其排开液体的体积跟物体自身的体积_____，因此物体的浮沉情况也可以用物体的_____跟液体_____的大小关系来判断。 浸没在液体中的物体由静止释放，如果它的密度_____液体的密度，物体将上浮；如果它的密度_____液体的密度，物体可以悬浮在液体内；如果它的密度_____液体的密度，物体将下沉。人们根据这个原理，在用盐水选种时，清除掉_____的不饱满的种子，保留_____的饱满种子。 4. 如图10.3-2所示，将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置。水中的鸡蛋沉底，浮力_____重力，鸡蛋的密度_____水的密度；盐水中的鸡蛋浮起并漂浮在水面，上浮时，浮力_____重力，鸡蛋的密度_____盐水的密度，漂浮后浮力_____重力。（以上每空选填“大于”、“小于”或“等于”） 4. 据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约为147 m，是当时世界上最大的木船（图 10.3-3），木船能漂浮并能承载重物是因为木材的密度_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）水的密度，而且为了装载更多的货物把木船做成了_____的。 5. 橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉。根据阿基米德原理，要把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面，并能承载重物（图10.3-4），只能增加小船_______________。把橡皮泥捏成瓢状放在水面，它所受的_____没有改变，但是_______________变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。 6. 轮船是用钢铁制造的，钢铁的密度远大于水，轮船就是采用_____的办法增大浮力的，可以确定轮船的平均密度一定_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）水的密度。轮船的大小通常用__________来表示。它指的是轮船装满货物时排开水的_____。例如，我国首艘航空母舰辽宁舰（图 10.3-5）的排水量约为6万吨，表示辽宁舰满载时，排开水的质量m排为__________，可以算得排开水的体积约为__________m3，排水量6万吨也表示舰载机和舰身的质量之和m总约为6万吨。 7. 潜水艇能潜入水下航行。它的艇身内有水舱（图10.3-6），向水舱充水时，潜水艇重力_____，当重力_____浮力时逐渐潜入水中。当水舱充水后潜水艇重等于同体积的水重时它可以_____在水中，这里的“同体积的水重”指的就是浸没的潜水艇__________重，大小等于_____。当用压缩空气将水舱里的水排出部分时，潜水艇重力_____，当重力_____浮力时上浮。实际航行时，上浮和下潜的过程中潜水艇要开动推进器加快上浮和下潜的速度。 8. 气球和飞艇 如果气球里充的是密度_____空气的气体，那么气球就可以飘在空中。例如，节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是_____气；体育、娱乐活动用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀而密度变_____的热空气（图 10.3-7）。 9. 图10.3-9是一种密度计，主体为空心的玻璃管，它可以_____在不同液体中测量液体的密度，密度计下方装着金属颗粒作为配重，可以降低密度计的_____，使密度计_____时能保持_____姿态。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据_______________直接读出液体的密度值。这种密度计通常中间有个体积较大的玻璃泡，目的是增大排开液体的体积以增大_____。在酿酒、石油、化工以及农业选种等方面有广泛应用。 10. 跨学科实践活动自制密度计：自制密度计放入小瓶后，测量酒精密度时密度计触碰到瓶底，酒精溢出，改进方法为____________________。另外，它漂浮在不同密度的酒精中时，液面在吸管上的位置变化很小，改进方法为____________________。 设计微型密度计的结构为了使微型密度计能在酒精中_____漂浮，需要在标度杆下部增加配重（如绕一些铜丝），但绕铜丝后的标度杆放在酒精中会下沉，因此还要在标度杆上固定一个浮子来增大_____。这样，微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成（图10.4-4），配重位于最下方，浮子位于上方。把这个密度计漂浮在水中调节配重。改变铜丝的_____，使密度计在水中漂浮时浮子_____在水中，水面上方露出一截塑料杆。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 浮力 第1节 浮力 1. 游船、鸭子能在水面游弋，海洋中巨大的冰山能在水面漂浮（图 10.1-1），游船、鸭子、冰山都受到竖直向下的重力的作用，但却没有因此而沉人水底，这表明水对它们有一个向上托起的力。浸在液体中的物体受到向上的力，这个力叫作浮力。这个力的施力物体是水，方向是竖直向上。 2. 漂浮在水面的物体受到重力和浮力，两个力的关系是二力平衡；图10.1-2中，沉入水底的石块会受到重力G、支持力F支和浮力F浮，三个力平衡，此时浮力的大小F浮=G—F浮。 3. 测量浸没在水中的铝块所受的浮力： ①如图 10.1-3甲所示，在弹簧测力计下悬挂一个铝块，铝块静止时，读出弹簧测力计的示 数，这就是铝块所受重力的大小。 ②把铝块浸没在水中（图10.1-3乙），铝块静止时，弹簧测力计的示数和甲图相比变小了， 这就是铝块所受拉力的大小。这说明铝块受到了一个向上的浮力，这个力的大小就是 弹簧测力计的示数变化值。 ③改变铝块在水中浸没的深度（图10.1-3丙），看看示数没有变化，说明浸没在水中的铝 块所受浮力的大小与深度没有关系。 4. 浸没在水中的铝块受到三个力（图10.1-4）：重力G、弹簧测力计的拉力F拉和浮力F浮。在这三个力的作用下铝块处于平衡状态。把F拉和F浮的合力设为F合，根据同一直线上两个力的合成的知识，则有F合=F拉+F浮，这样就可以认为铝块受F合和G两个力的作用，由此可得，F合=G，所以F浮=F合—F拉=G—F拉。 5. 探究浮力的大小与哪些因素有关 用手把一个空矿泉水瓶压入水中，矿泉水瓶浸入的体积越大越费力。猜想1：浮力的大小与物体浸在液体中的体积有关。 人可以躺在死海水面上。猜想2：浮力的大小与液体的密度有关。 实验思路 由以上猜想，要探究浮力的大小是否与这些量有关，需要逐次探究，每次探究浮力的大小与其中一个量的关系，其他的量要保持不变。 实验过程 ①为探究浮力的大小是否与物体浸在液体中的体积有关，可以逐渐增大物体浸在液体 中的体积，观察和记录浮力大小的变化，如图10.1-5所示。 ②为探究浮力的大小是否与液体的密度有关，可以把同一个物体浸没在不同的液体中，测 量并记录浮力的大小。 实验结果表明：物体在液体中所受浮力的大小，与它浸在液体中的体积有关、与液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。 6. 浸没在液体中的物体会受到浮是因为液体内部存在压强，而且深度越深的位置，压强越大。如图10.1-6所示，我们研究浸没在液体中的长方体的受力情况。长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡，物体水平方向所受的合力为0。长方体上、下表面所处的深度分别记为h1、h2，h2>h1，因此，液体对长方体下表面向上的压强要大于（选填“大于”、“小于”或“等于”）液体对上表面向下的压强。考虑到长方体上、下表面的受力面积是相同的，所以，液体对长方体向上的压力F2大于（选填“大于”、“小于”或“等于”）液体对它向下的压力F1，压力差∆F就是浮力，所以F浮=∆F=F2—F1。 第2节 阿基米德原理 1. “物体浸在液体中的体积”也常常被称为物体排开液体的体积，用V排表示。 据说两千多年以前，古希腊学者阿基米德（图10.2-1）为了鉴定王冠是否是用纯金制成的，要测量王冠的体积，冥思苦想很久都没有结果。一天，当他跨进盛满水的浴缸洗澡时，看见浴缸里的水向外溢，突然想到：物体浸在液体中的体积就是物体排开液体的体积。 上节探究的结果就可以说成：物体排开液体的体积越大、液体的密度越大，所受的浮力就越大。而排开液体的体积V排与液体密度ρ液的乘积就是排开液体的质量，用m排表示，所以上面的结论又可以说成：物体排开液体的质量越大，所受的浮力越大。又由于物体所受的重力和它的质量是成正比的，由此可以想到：物体在液体中所受的浮力与它排开液体所受的重力有直接的关系。 2. 实验：探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系 实验思路 本实验需要先测量两个量：物体所受的浮力和物体排开液体所受的重力，然后分析它们的关系。 ①怎样测量物体所受浮力的大小? ②怎样测量物体排开液体所受的重力? ③如果要减小实验误差，应该怎样设计实验操作的顺序? 实验过程 以下是用溢水杯和弹簧测力计进行操作的一种实验方案。 ①用弹簧测力计测量空桶所受的重力（图10.2-2甲）。 ②用弹簧测力计悬挂一个物体，读出物体在空气中（图10.2-2乙）和浸在盛满水的溢水杯 中（图10.2-2 丙）静止时弹簧测力计的示数，由图乙和图丙可以计算物体在水中所受 浮力的大小。同时用小桶将排开的水收集起来。 ③用弹簧测力计测量装水小桶所受的重力（图10.2-2丁），由图丁和图甲可以计算排开的 水所受的重力。把测量的实验数据记录在下表中。 为了反应普遍性的规律，在第二次和第三次实验中可以分别改变物体浸入水中的体积或更换液体做对比实验。 3. 根据实验数据，可以得出物体所受浮力的大小等于它排开的水所受的重力，。 浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。这就是著名的阿基米德原理。用公式表示就是 阿基米德原理不仅适用于液体也适用于气体。 4. 根据上一节所学的浮力产生的原因，通过进一步分析，也可以得出以上结论。 F浮=∆F=F2—F1=p1S—p2S=ρ液gh2S—ρ液gh1S=ρ液gS（h2—h1） =ρ液gS×h=ρ液gV排=m排g=G排 5. 我国的智能船舶“明远”号矿砂船最大载质量为40万吨。这么大的货船通过国际港口时测货船的总质量时，工作人员通常是通过读取货船浸入海水中的深度来测量的。这样测量的道理是先通过货船浸入海水中的深度得出货船排开海水的体积，再根据海水的密度得出排开海水的质量，算出排开海水的重力就知道了浮力的大小，因为货船漂浮在水面上时，浮力与重力两个力平衡，知道了重力就可以得出货船的质量了。 6. 有一杯水、一杯盐水和一块重 0.22 N、密度为 1.1×103kg/m3的塑料块。该塑料块的质量为0.022kg，体积为2×10-5m3，塑料块浸没在水中时受到多大的浮力为0.2N。若该塑料块在某种盐水中是漂浮的，则它所受浮力的大小为0.22N，如果浸在盐水中的体积是塑料块总体积的90%，则盐水的密度是1.22×103kg/m3。（g取10 N/kg） 7. 实验验证漂浮在液面的物体受到的浮力等于它排开液体受到的重力。 ①怎样测量物体所受浮力的大小? 用弹簧测力计直接测出物体的重力，由于漂浮的物体受到的浮力与重力平衡，所以测出的重力大小就等于浮力的大小。 ②怎样测量物体排开液体所受的重力? 方法和前面的相同，用溢水杯和小烧杯以及弹簧测力计可以测得。，推到得 实验结论：漂浮的物体，，推到得m排=m物。 第3节 物体的浮沉条件及应用 1. 由静止释放的物体如何运动，取决于它所受的合力。浸没在液体中的物体，受到两个力：竖直向下的重力和竖直向上的浮力。物体所受浮力与重力大小关系的不同，合力的方向也不同，决定了浸没在液体由静止释放的物体的运动方向。 2. 当浮力F浮大于重力G时（图10.3-1甲），二力的合力方向向上，物体由静止开始上浮；当浮力F浮等于重力G时（图10.3-1乙），二力的合力为0，物体保持悬浮状态；当浮力F浮小于重力G时（图10.3-1丙），二力的合力方向向下，物体由静止开始下沉。 3. 由于浸没在液体中的物体，其排开液体的体积跟物体自身的体积相等，因此物体的浮沉情况也可以用物体的密度跟液体密度的大小关系来判断。 浸没在液体中的物体由静止释放，如果它的密度小于液体的密度，物体将上浮；如果它的密度等于液体的密度，物体可以悬浮在液体内；如果它的密度大于液体的密度，物体将下沉。人们根据这个原理，在用盐水选种时，清除掉漂浮的不饱满的种子，保留下沉的饱满种子。 4. 如图10.3-2所示，将新鲜的鸡蛋分别浸没在盛有水和盐水的容器中，观察鸡蛋在容器中的位置。水中的鸡蛋沉底，浮力小于重力，鸡蛋的密度大于水的密度；盐水中的鸡蛋浮起并漂浮在水面，上浮时，浮力大于重力，鸡蛋的密度小于盐水的密度，漂浮后浮力等于重力。（以上每空选填“大于”、“小于”或“等于”） 4. 据记载，1405年郑和下西洋时乘坐的木船长约为147 m，是当时世界上最大的木船（图 10.3-3），木船能漂浮并能承载重物是因为木材的密度小于（选填“大于”、“小于”或“等于”）水的密度，而且为了装载更多的货物把木船做成了空心的。 5. 橡皮泥的密度比水大，它在水中会下沉。根据阿基米德原理，要把橡皮泥做成一条小船，使它能漂浮在水面，并能承载重物（图10.3-4），只能增加小船排开水的体积。把橡皮泥捏成瓢状放在水面，它所受的重力没有改变，但是排开的水的体积变大，因而受到较大的浮力，所以能漂浮在水面上。 6. 轮船是用钢铁制造的，钢铁的密度远大于水，轮船就是采用空心的办法增大浮力的，可以确定轮船的平均密度一定小于（选填“大于”、“小于”或“等于”）水的密度。轮船的大小通常用排水量来表示。它指的是轮船装满货物时排开水的质量。例如，我国首艘航空母舰辽宁舰（图 10.3-5）的排水量约为6万吨，表示辽宁舰满载时，排开水的质量m排为6万吨，可以算得排开水的体积约为6×104m3，排水量6万吨也表示舰载机和舰身的质量之和m总约为6万吨。 7. 潜水艇能潜入水下航行。它的艇身内有水舱（图10.3-6），向水舱充水时，潜水艇重力变大，当重力大于浮力时逐渐潜入水中。当水舱充水后潜水艇重等于同体积的水重时它可以悬浮在水中，这里的“同体积的水重”指的就是浸没的潜水艇排开水的重，大小等于浮力。当用压缩空气将水舱里的水排出部分时，潜水艇重力变小，当重力小于浮力时上浮。实际航行时，上浮和下潜的过程中潜水艇要开动推进器加快上浮和下潜的速度。 8. 气球和飞艇 如果气球里充的是密度小于空气的气体，那么气球就可以飘在空中。例如，节日放飞的气球、携带气象仪器的高空探测气球，充的是氦气；体育、娱乐活动用的热气球，充的是被燃烧器加热而体积膨胀而密度变小的热空气（图 10.3-7）。 9. 图10.3-9是一种密度计，主体为空心的玻璃管，它可以漂浮在不同液体中测量液体的密度，密度计下方装着金属颗粒作为配重，可以降低密度计的重心，使密度计漂浮时能保持竖直姿态。密度计上方为细玻璃管，它的内部标有刻度，测量时可以根据液面所处的位置直接读出液体的密度值。这种密度计通常中间有个体积较大的玻璃泡，目的是增大排开液体的体积以增大浮力。在酿酒、石油、化工以及农业选种等方面有广泛应用。 10. 跨学科实践活动自制密度计：自制密度计放入小瓶后，测量酒精密度时密度计触碰到瓶底，酒精溢出，改进方法为减小密度计（配重）的质量。另外，它漂浮在不同密度的酒精中时，液面在吸管上的位置变化很小，改进方法为减小细管的直径。 设计微型密度计的结构为了使微型密度计能在酒精中竖直漂浮，需要在标度杆下部增加配重（如绕一些铜丝），但绕铜丝后的标度杆放在酒精中会下沉，因此还要在标度杆上固定一个浮子来增大浮力。这样，微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成（图10.4-4），配重位于最下方，浮子位于上方。把这个密度计漂浮在水中调节配重。改变铜丝的长度，使密度计在水中漂浮时浮子浸没在水中，水面上方露出一截塑料杆。 学科网（北京）股份有限公司 $$