内容正文:
第1节 认识浮力
【题型导航】
【重难题型讲解】 1
题型1 认识浮力 1
题型2 浮力产生的原因 4
【能力培优练】 7
【链接中考】 20
【重难题型讲解】
题型1 认识浮力
1.浸在液体中的物体,受到液体对物体向上托的力叫浮力。
2.浮力的方向:竖直向上
3.浮力的施力物体:液体或气体
4.浸在气体中的物体也受到气体对物体的浮力。
5.用弹簧测力计测浮力:“称重法”计算浮力:(F浮:物体所受浮力大小;G物:物体在空气中的重力;F拉:物体浸在液体中,弹簧测力计的示数)
【典例1-1】如图所示,一斜面上方放置一容器,容器内盛有一定量的水,有一硬质木棒,上端固定在墙上,下端固定一未知材料的小球,小球浸没在水中,以上物体均处于静止状态。关于小球受力情况的分析不正确的是( )
A.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向下
B.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向上
C.小球可能受两个力的作用,木棒对小球不施力
D.小球可能受两个力的作用,木棒对小球施力方向向下
【答案】D
【详解】由图示知,小球浸没在水中静止,处于平衡状态,受到竖直向上的浮力,还受到竖直向下的重力,当浮力与重力相等时,小球不受到木棒的力作用,当重力大于浮力时,小球受到木棒向上的作用力,当重力小于浮力时,小球受到木棒向下的作用力,第一种情况,小球受到两个力的作用,后面两种情况,小球受到三个力的作用,木棒对小球的力可能是向下的,也有可能是向上的,故ABC正确,不符合题意,D错误,符合题意。
故选D。
【典例1-2】“天宫课堂”第一课上,王亚平做了一个有关浮力的实验。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在水杯内的水中,如图。下列有关该现象的解释正确的是( )
A.乒乓球受到的浮力方向向下
B.乒乓球受到的浮力等于重力
C.太空中重力消失时,浮力也就消失了
D.乒乓球所受重力可以忽略,因此它不具有惯性
【答案】C
【详解】A.浮力的方向是竖直向上的,故A错误;
BC.浮力产生的原因:物体受到液体向上的压力大于向下的压力,存在压力差产生了浮力;在太空中水和乒乓球处于完全失重状态,水不会对浸入其中的物体产生压力,所以在太空失重环境下浮力消失,故C正确、B错误;
D.乒乓球有质量,所以具有惯性,故D错误。
故选C。
跟踪训练1下列说法正确的是( )
A.浸在水中的圆柱形桥墩同样会受到水的浮力
B.浮力就是液体对物体的压力差,浮力的方向是垂直向上
C.沉到水底的物体,当它的底部与水底容器紧密接触没有空隙时仍受到浮力
D.一般情况下浸在任何液体中的物体都会受到浮力的作用
【答案】D
【详解】A.浸在水中的圆柱形桥墩底部没有和水接触,不受水对桥墩竖直向上的压力,因此桥墩不受水的浮力,故A错误;
B.浮力就是液体对物体上下表面的压力差,浮力的方向是竖直向上,故B错误;
C.沉到水底的物体,当它底部与水底容器紧密接触没有空隙时,不受水对物体向上的压力,因此此时物体不受浮力,故C错误;
D.一般情况下浸没在任何液体中的物体,上下表面所处的深度不同,上下表面受到的压力不同,因此会受到浮力的作用,故D正确。
故选D。
跟踪训练2弹簧测力计通过细线吊着一个合金块,静止时弹簧测力计的示数如图甲所示,将合金块浸没在水中如图乙所示,则合金块的重力是 N,浸没在水中时受到浮力是 N。若剪断细线,合金块下沉,最终沉底时,合金块对容器底的压力是 N。
【答案】 4 1.2 2.8
【详解】[1]甲图中测力计的分度值为,其示数为4N,即合金块的重力是4N。
[2]将合金块浸没在水中如图乙所示,静止时弹簧测力计示数为,根据称重法可知合金块所受的浮力
[3]若剪断细线,合金块下沉,最终沉底时,合金块对容器底的压力
题型2 浮力产生的原因
1.浮力产生的原因:物体上下表面所受的压力差。
2.理论分析:浸没在液体中长方体,各个方向都受到液体对它施加的压力。上表面距离水面,下表面距水面的深度为。
(1)物块上表面受到的液体的压强,压力,方向竖直向下。
(2)物块下表面受到的液体的压强,压力,方向竖直向上。
(3)相对的侧面受到的压强大小相同,压力大小相同,压力相互平衡。
(4)由于,物块上下表面的受力面积相同,所以液体对物块向上的压力大于液体对它向下的压力。液体对物体上、下两面的压力差,就是液体对物体的浮力。
3. 压力差法计算浮力:
点拨 浸在液体中的物体不一定都受到浮力的作用。如物体下表面与容器底部完全紧密接触,下表面没有受到向上的压力,故不受浮力的作用。
【典例2-1】如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,则在A、B、C、D中 受浮力, 不受浮力。
【答案】 ABC D
【详解】[1]由图可知,水对A、C物体上、下表面产生了压力差,故A、C受浮力的作用;B物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对B物体上、下表面产生了向上的压力差,故B物体一定受浮力的作用。
[2]D物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对D物体上、下表面没有产生向上的压力差,故D物体一定不受浮力的作用。
【典例2-2】如图所示,长方体M悬浮在水中。下列说法正确的是( )
A.M上表面受到的压力等于下表面受到的压力
B.M上表面受到的压强等于下表面受到的压强
C.M受到的浮力等于M下表面受到水向上的压力
D.M受到的重力等于M上下表面受到水的压力差
【答案】D
【详解】AB.由图知,M上表面所处的深度较小,根据可知,M上表面受到水的压强小于M下表面受到水的压强,而上下表面的面积相同,则由可知,上表面受到水的压力小于M下表面受到水的压力。上下表面积相同,根据可知M上表面受到的压强小于下表面受到的压强,故AB错误;
C.根据浮力产生的原因可知,M上、下表面受到水的压力差就是浮力,故C错误;
D.因为正方体物块M悬浮在水中,则,根据浮力产生的原因可知,M上、下表面受到水的压力差就是浮力,所以M所受重力的大小等于M上下表面受到水的压力差,故D正确。
故选D。
跟踪训练1小泰发现家里洗手盆底部的出水口塞着由橡胶制成的水堵头,他在洗手盆中装一定质量的水,洗手盆侧壁A点在水面下,他用力F将柱状物体M完全压入水中,如图,关于上述情景,下列说法正确的是( )
A.水堵头没有受到水的压力
B.柱状物体M受到水的合力方向是竖直向上的
C.物体M此时只受到重力和浮力而静止
D.洗手池侧壁A点受到水的压力方向是竖直向下的
【答案】B
【详解】A.洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头,上方有水,所以受到水向下的压力,但水堵头的下表面没有水,没有受到水向上的压力,故A错误;
B.浮力是由于物体上下表面受到的压力差而产生的,浸在液体中的物体,浮力就是物体受到液体压力的合力,柱状物体M各表面都受到水的压力,水施加的压力的合力就是浮力,浮力的方向竖直向上,所以物体M受到水的合力方向是竖直向上的,故B正确;
C.用力F将柱状物体M完全压入水中,物体M除了受到重力和浮力,还受人的压力,故C错误;
D.洗手池侧壁A点受到水的压力方向垂直于A点切线斜向下,故D错误。
故选B。
跟踪训练2如图所示,把重3.5N的石块挂在弹簧测力计上,将石块浸没在水中,弹簧测力计示数变为1.5N。下列有关说法正确的是( )
A.石块上、下表面受到的压力差为2N B.石块所受浮力方向竖直向下
C.石块浸没在水中受到的浮力为1N D.石块下表面受到的压力为2N
【答案】A
【详解】AC.根据称重法可得,石块浸没在水中受到的浮力F浮=G-F示=3.5N-1.5N=2N
根据浮力产生原因,上下表面压力差等于浮力大小,故为2N,故A正确,C错误;
B.浮力方向始终是竖直向上的,与重力方向相反,故B错误;
D.根据
由于石块上下表面的表面积未知,石块所处的深度未知,所以无法求出石块下表面受到的压力,故D错误。
故选A。
【能力培优练】
1.浮力在生活中无处不在,图中情景没有受到浮力的物体是( )
A.遨游的“天宫一号” B.上升的热气球
C.试航的“福建舰” D.下潜的“蛟龙”
【答案】A
【详解】A.浮力是由于物体排开了液体或气体,所受到液体或气体对它产生的一种向上的力;由于在太空中没有液体也没有气体,所以天宫一号不受浮力,故A符合题意;
B.热气球由于在空气中,排开了一定体积的空气,受到了空气对它的浮力,故B不符合题意;
CD.“福建舰”与“蛟龙”都在水中,排开了一定量的水,所以受到水对它们的浮力,故CD不符合题意。
故选A。
2.如图所示,将盛有水的容器放在水平桌面上,其中甲、乙是可以自由移动的物体,丙、丁是容器本身的一部分,则下列说法中正确的是( )
A.甲、乙、丙、丁都受到浮力的作用
B.只有甲、乙受到浮力的作用
C.甲、乙、丁受浮力的作用,丙不受浮力的作用
D.甲、乙、丙受浮力的作用,丁不受浮力的作用
【答案】C
【详解】由图可知,甲物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对甲物体上、下表面产生了向上的压力差,故甲物体一定受浮力的作用;水对乙、丁物体上、下表面产生了压力差,故乙、丁受浮力的作用;丙物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对丙物体上、下表面没有产生向上的压力差,故丙物体一定不受浮力的作用,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
3.如图所示,洗手盆底部的出水口塞着用橡胶制成的水堵头,水堵头的上表面与洗手盆底部相平,则水堵头( )
A.不受水的压力,但受浮力 B.受到水的压力,但不受浮力
C.既受水的压力,也受浮力 D.不受水的压力,也不受浮力
【答案】B
【详解】洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头,受到水向下的压力,但水堵头的下表面没有水,没有受到水向上的压力,浮力的产生原因是液体(或气体)对物体上下表面的压力差,所以水堵头不受浮力。故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
4.如图,甲是航天员王亚平在空间站做的乒乓球浮力消失实验,乙为某物理老师在地面教室里做的实验,当乒乓球静止时,下列说法正确的是( )
A.图甲中,浮力被重力抵消,所以浮力消失
B.图乙中,液体内部向各个方向都有压强
C.图甲中,液体对乒乓球有压力差,所以浮力存在
D.图乙中,乒乓球未受到液体压力,所以不受浮力作用
【答案】B
【详解】AC.图甲中,在空间站处于失重环境,液体对乒乓球不存在上下表面的压力差,根据浮力产生原因,浮力消失,而不是浮力被重力抵消,浮力消失,故AC错误;
B.图乙中,在地面教室里做的实验,因为液体受重力且具有流动性,所以液体内部向各个方向都有压强,故B正确;
D.图乙中,在地面教室里做的实验,乒乓球浸在液体里,液体对其下表面产生压力,所以乒乓球上下表面产生压力差,故乒乓球受到浮力作用,故D错误。
故选B。
5.AB是可自由移动的物体,CD是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,ABCD在水中的位置则下列说法不正确的是( )
A.A物体一定受到浮力作用
B.B物体受到浮力是1N
C.C部分一定受到浮力作用
D.D部分可能受到浮力的作用
【答案】D
【详解】A.由图可知,A物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对A物体上下表面产生了的压力差,因此A物体一定受浮力的作用,故A正确,不符合题意;
B.根据称重法可得,B物体浸没在水中时,受到的浮力为F浮=4N-3N=1N,故B正确,不符合题意;
C.由图可知,水对C物体上下表面都产生了的压力差,故C物体受浮力的作用,故C正确,不符合题意;
D.D物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,根据浮力的定义,D物体不受浮力的作用,故D错误,符合题意。
故选D。
6.如图所示,一个长方体浸没在水中,其上表面受到水的压力为5N,下表面受到水的压力为12N,则长方体受到水的浮力为( )
A.7N B.5N C.12N D.17N
【答案】A
【详解】由浮力产生的原因可知,物体在液体中受到浮力大小等于其上下表面所受液体的压力差,长方体浸没在水中,受到水的浮力为
故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
7.如图所示,一个竖直悬挂在水中的圆柱体,其上表面受到水的压力为0.5N,其下表面受到水的压力为。下列说法正确的是( )
A.圆柱体受到的重力为,方向竖直向下
B.圆柱体受到的重力为,方向竖直向下
C.圆柱体受到水的浮力为,方向竖直向上
D.圆柱体受到水的浮力为,方向竖直向上
【答案】C
【详解】由压力差法计算浮力的公式可知,圆柱体所受浮力大小为
浮力的方向竖直向上,由于
拉力的大小不知道,所以由已知条件不能推知物体所受重力,故C正确,ABD错误。
故选C。
8.如图所示,一个长方体物块A质量是500g,浸没在水中,其下表面受到水对它向上的压力为20N,上表面受到水对它向下的压力为12N,则物块A受到合力的大小和方向为( )
A.3N 竖直向上 B.3N 竖直向下 C.13N 竖直向上 D.13N 竖直向下
【答案】A
【详解】物块A的重力
A浸没水中所受的浮力
因为浮力大于重力,所以A受到合力大小为
方向与浮力的方向相同,竖直向上,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
9.在图中,重为G的金属块静止在水面下,弹簧测力计的示数为T,金属块下表面受到水的压力为F,则下列说法正确的是( )
A.T>G B.T=G
C.F>G-T D.F=G-T
【答案】C
【详解】设金属块上表面受到水的压力为,由浮力产生的原因可知,金属块受到的浮力等于金属块上下表面受到的压力差
金属块在水中受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F浮、拉力T,在重力G、拉力T、浮力F浮作用下金属块处于平衡状态,由力的平衡条件得
AB.由得
故AB错误;
CD.由得
故C正确,D错误。
故选C。
10.如图所示,长方体物块浸没在液体中时,侧面受到的各个方向液体的压力相互平衡,其下表面受到液体向上的压力比上表面受到液体向下的压力 ,这就是浸没在液体中的物体受到浮力的原因。因此,浮力的方向总是 的,如果,物体受到的浮力是4N,则 N。
【答案】 大 竖直向上 12
【详解】[1][2][3]如图所示,长方体物块浸没在液体中时,侧面受到的各个方向液体的压力相互平衡,根据,其下表面受到液体向上的压强比上表面受到液体向下的压强大,上下表面积相同,根据,其下表面受到液体向上的压力比上表面受到液体向下的压力大,因而产生竖直向上的压力差,这就是浸没在液体中的物体受到浮力的原因。因此,浮力的方向总是竖直向上的。根据压力差法,如果,物体受到的浮力是4N,则
11.如图所示是生活中常见的洗手池,若水池里有水,水池底部的堵水塞 (选填“受到”或“不受”)浮力;水池下方的存水弯是一个 ,起到隔绝下水道异味的作用。
【答案】 不受 连通器
【详解】[1]水池中有水时,堵水塞的下方没有水,由浮力产生的原因可知,堵水塞不受浮力。
[2]水池下方的U形“存水弯”是一个连通器,在水不流动时,两侧的水面相平,起到隔绝下水道异味的作用。
12.乒乓球按入水中时会感到有点费力,松手后乒乓球迅速浮起来,说明乒乓球受到了力的作用,这个力的施力物体是 ,方向为 。
【答案】 水 竖直向上
【详解】[1]将乒乓球按入水中时会感到有点费力,此时乒乓球受到了竖直向下重力,和竖直向上的浮力,是浮力让松手后的乒乓球上浮,浮力的施力物体是水。
[2]浮力产生的原因是上下表面压力差,下表面受到的压力大于上表面所受的压力,故浮力的方向是竖直向上的。
13.生活中可以利用浮力来判断鸡蛋的新鲜程度。新鲜的鸡蛋放在水中会沉底,如图,鸡蛋在水中受到的浮力大小为 N,方向 。
【答案】 0.4 竖直向上
【详解】[1]空气中弹簧测力计的示数为0.5N,即鸡蛋的重力为
鸡蛋浸没在水中时弹簧测力计的示数
由称重法知道,鸡蛋在水中受到的浮力大小为
[2]由浮力产生的原因知道,鸡蛋在水中受到的浮力的方向竖直向上。
14.重为的金属块用弹簧测力计吊着浸没在水中,这时弹簧测力计的示数为,则该金属块此时受到液体向上的压力比受到液体向下的压力大 N。浮力的方向总是 的。
【答案】
2
竖直向上
【详解】[1][2]当金属块浸没在水中时,金属块受到的浮力F浮=G-F示=10N-8N=2N
根据浮力产生的原因可知,浮力大小F浮=F向上-F向下=2N
所以金属块此时受到液体向上的压力比受到液体向下的压力大2N,此压力差即为浮力,其方向为竖直向上,所以浮力的方向总是竖直向上的。
15.在台秤上放半烧杯水,台秤的示数为2kg。再将重为7N的金属块挂在弹簧测力计下,当金属块全部浸入水中时,如图所示,测力计的示数为5N,此时台秤示数为 kg。若再将金属块缓慢向下移动一段距离(没有碰到烧杯底部),台秤示数 。
【答案】 2.2 不变
【详解】[1]将容器、水和金属块看作一个整体,则容器、水和金属块受到竖直向下的重力为
弹簧测力计对金属块竖直向上的拉力为5N,则整体受到竖直向下的力为
根据公式可知,台秤的示数为
[2]将金属块缓慢向下移动一段距离(没有碰到烧杯底部),根据阿基米德原理可知,排开液体的体积不变,则金属块受到的浮力不变,根据称量法可知,即弹簧测力计的示数不变,故台秤示数也不变。
16.如图是用弹簧测力计测小石块在水中受到的浮力的实验,小石块受到的重力是 N,小石块受到的浮力是 N,在图上画出石块所受浮力的示意图(画在答题卡上) 。
【答案】 8.8 1.6
【详解】[1]图中弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为8.8N,则小石块的重力为8.8N。
[2]小石块浸在水中时弹簧测力计的示数为7.2N,根据称重法可得,小石块所受浮力F浮=G-F示=8.8N-7.2N=1.6N
[3]浮力的方向为竖直向上,过石块的重心做竖直向上的带箭头的直线,表示石块的浮力,并在箭头附近标注浮力大小,如图所示:
17.用弹簧测力计悬挂重为5.4N的圆柱体,放入水中,静止时弹簧测力计示数如图所示,若此时圆柱体下表面所受水的压力为12N,则物体上表面所受水的压力是 N。
【答案】10
【详解】根据称重法可知,物体受到的浮力为
根据浮力产生的原因可知,物体上表面所受水的压力是
18.如图所示,一个边长为的正方体竖直悬浮在某液体中,上表面受到的液体压力,下表面受到的液体压力。则正方体受到的浮力为 ;液体对物体下表面的压强为 。
【答案】 8 1300
【详解】[1]由浮力产生的原因可得,正方体受到的浮力F浮=F2-F1=13N-5N=8N
[2]液体对物体下表面的压强
19.如图所示,有一边长为10cm的正方体直立浸没在水中,正方体的各个侧面受到水的压力相互抵消,上、下底面所受到水的压力分别为和,已知正方体上表面在水中深度为。(g取10N/kg,)
(1)求的大小。
(2)求物体所受的浮力大小。
【答案】(1)12N (2)10N
【详解】(1)物体上表面受到液体的压强为
正方体上表面的面积为
根据可知,物体上表面受到的压力为
(2)物体下表面在水中的深度为
物体下表面受到液体的压强为
物体下表面受到的压力为
物体所受的浮力大小为
20.某同学将一两端开口的均匀玻璃管,用质量不计的塑料片附在下端,然后用外力F将玻璃管竖直插在水下25cm处,保持平衡如图所示。已知塑料片的横截面积和玻璃管的横截面积均为10cm2,且塑料片和玻璃管的厚度不计,玻璃管所受的重力G为0.5N,(g=10N/kg)求:
(1)水对塑料片产生的压强和压力;
(2)画出塑料片和玻璃管这一整体(用实心小圆点表示)的受力示意图,求外力F的大小;
(3)该同学为测量某种液体的密度,先保持玻璃管在水中的位置不变,然后向玻璃管内缓慢地倒入该液体,当倒入深度达到20cm时,发现塑料片刚好下落,那么该液体的密度为多少?
【答案】(1)2500Pa;2.5N
(2)见解析;2N;
(3)1.25×103kg/m3
【详解】(1)水对塑料片的向上压强
p水=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.25m=2500Pa
水对塑料片的压力
F水=p水S=2500Pa×10×10-4m2=2.5N
(2)塑料片和玻璃管这一整体受到竖直向下的重力、竖直向下的压力和竖直向上的浮力,塑料片质量不计,重力忽略不计,由浮力产生的原因可知浮力
F浮=F水=2.5N
施加的外力
F=F浮-G=2.5N-0.5N=2N
塑料片和玻璃管这一整体(用实心小圆点表示)的受力示意图如下
(3)当时塑料片刚好下落时,塑料片受到水的压强和玻璃管内倒入该液体的压强相等,即
p水=p液=2500Pa
该液体的密度
【链接中考】
1.(2024·江苏徐州·中考真题)我国南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》中说:“瓶存二窍,以水实之,倒泻;闭一则水不下。”瓶上有两个小孔,闭住一个,水就流不出来,主要是由于( )
A.重力的作用 B.摩擦力的作用
C.浮力的作用 D.大气压的作用
【答案】D
【详解】瓶子上两个孔,使瓶子构成了一个连通器,堵住瓶子的其中一个孔后,瓶子内外气压不相通,此时瓶子内气体的压强小于瓶子外界大气压,所以瓶子里的水倒不出来。故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
2.(2024·内蒙古包头·中考真题)如图,在游泳比赛中,运动员奋力向后划水,身体快速向前游动。关于运动员在水中受力和运动情况的分析,下列说法正确的是( )
A.运动员划水时不受浮力
B.运动员划水时受到水的推力向前游动
C.运动员加速划水,受到的惯性增大
D.运动员对水的力和水对运动员的力是一对平衡力
【答案】B
【详解】A.运动员划水时浸在水中,排开一定体积的水,受浮力的作用,故A错误;
B.运动员划水时给水一个向后的力,由力的作用是相互的,故受到水向前的推力,人向前游动,故B正确;
C.惯性大小取决于物体的质量,惯性是物体的一种属性,不是力,不能说受到惯性,运动员加速划水,惯性大小不变,故C错误;
D.运动员对水的力和水对运动员的力是一对相互作用力,故D错误。
故选B。
3.(2025·福建·中考真题)在下图中,画出悬浮在水中的潜水艇模型受到的重力和浮力的示意图。
【答案】
【详解】潜水艇模型悬浮在水中,受到浮力和重力的作用,浮力的方向竖直向上,重力的方向竖直向下,浮力与重力大小相等,如下图所示:
4.(2024·山东青岛·中考真题)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为 N;
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数 ,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数 ,说明浮力的大小与 有关;
(3)将 相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小 ,说明浮力的大小与物体密度无关;
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图 。
【答案】(1)1.4 (2) 变小 不变 物体排开液体的体积 (3) 体积 相等 (4)丙
【详解】(1)测力计的分度值为0.2N,示数为1.4N,所以,用弹簧测力计测出石块的重力为1.4N。
(2)[1][2][3]由于石块浸入水中时会受到水对其的浮力作用,浮力的方向为竖直向上,根据称重法可知,将石块缓慢浸入水中,石块排开水的体积变大,石块受到的浮力会变大,受到测力计的拉力变小,弹簧测力计示数变小;石块浸没后,在触底之前,石块排开水的体积不变,石块受到的浮力不变,测力计对其的拉力不变,测力计的示数不变;由此可说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
(3)[1][2]根据(2)分析以及控制变量法可知,若要探究浮力的大小与物体密度的关系,需控制物体的体积相同、液体的密度相同;所以,将体积相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小相等,说明浮力的大小与物体密度无关。
(4)当两端蒙有橡皮膜的玻璃管沿水平方向放置时,由于同一深度,液体压强相等,且受力面积相等,所以水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向左和压力F向右的大小相等;当玻璃管沿竖直方向放置时,水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向上大于F向下,竖直方向的合力不为0,方向竖直向上;结合图可知,液体会对玻璃管产生一个向上的和向下的压力不相等,压力差
F差=F向上-F向下
实际上,这个压力差就是液体对物体的浮力;所以丙图可以说明浮力的产生原因。
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第1节 认识浮力
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【重难题型讲解】 1
题型1 认识浮力 1
题型2 浮力产生的原因 4
【能力培优练】 7
【链接中考】 20
【重难题型讲解】
题型1 认识浮力
1.浸在液体中的物体,受到液体对物体向上托的力叫浮力。
2.浮力的方向:竖直向上
3.浮力的施力物体:液体或气体
4.浸在气体中的物体也受到气体对物体的浮力。
5.用弹簧测力计测浮力:“称重法”计算浮力:(F浮:物体所受浮力大小;G物:物体在空气中的重力;F拉:物体浸在液体中,弹簧测力计的示数)
【典例1-1】如图所示,一斜面上方放置一容器,容器内盛有一定量的水,有一硬质木棒,上端固定在墙上,下端固定一未知材料的小球,小球浸没在水中,以上物体均处于静止状态。关于小球受力情况的分析不正确的是( )
A.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向下
B.小球可能受三个力的作用,木棒对小球施力方向向上
C.小球可能受两个力的作用,木棒对小球不施力
D.小球可能受两个力的作用,木棒对小球施力方向向下
【典例1-2】“天宫课堂”第一课上,王亚平做了一个有关浮力的实验。在太空中,乒乓球并没有像在地面一样浮在水面,而是停留在水杯内的水中,如图。下列有关该现象的解释正确的是( )
A.乒乓球受到的浮力方向向下
B.乒乓球受到的浮力等于重力
C.太空中重力消失时,浮力也就消失了
D.乒乓球所受重力可以忽略,因此它不具有惯性
跟踪训练1下列说法正确的是( )
A.浸在水中的圆柱形桥墩同样会受到水的浮力
B.浮力就是液体对物体的压力差,浮力的方向是垂直向上
C.沉到水底的物体,当它的底部与水底容器紧密接触没有空隙时仍受到浮力
D.一般情况下浸在任何液体中的物体都会受到浮力的作用
跟踪训练2弹簧测力计通过细线吊着一个合金块,静止时弹簧测力计的示数如图甲所示,将合金块浸没在水中如图乙所示,则合金块的重力是 N,浸没在水中时受到浮力是 N。若剪断细线,合金块下沉,最终沉底时,合金块对容器底的压力是 N。
题型2 浮力产生的原因
1.浮力产生的原因:物体上下表面所受的压力差。
2.理论分析:浸没在液体中长方体,各个方向都受到液体对它施加的压力。上表面距离水面,下表面距水面的深度为。
(1)物块上表面受到的液体的压强,压力,方向竖直向下。
(2)物块下表面受到的液体的压强,压力,方向竖直向上。
(3)相对的侧面受到的压强大小相同,压力大小相同,压力相互平衡。
(4)由于,物块上下表面的受力面积相同,所以液体对物块向上的压力大于液体对它向下的压力。液体对物体上、下两面的压力差,就是液体对物体的浮力。
3. 压力差法计算浮力:
点拨 浸在液体中的物体不一定都受到浮力的作用。如物体下表面与容器底部完全紧密接触,下表面没有受到向上的压力,故不受浮力的作用。
【典例2-1】如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,则在A、B、C、D中 受浮力, 不受浮力。
【典例2-2】如图所示,长方体M悬浮在水中。下列说法正确的是( )
A.M上表面受到的压力等于下表面受到的压力
B.M上表面受到的压强等于下表面受到的压强
C.M受到的浮力等于M下表面受到水向上的压力
D.M受到的重力等于M上下表面受到水的压力差
跟踪训练1小泰发现家里洗手盆底部的出水口塞着由橡胶制成的水堵头,他在洗手盆中装一定质量的水,洗手盆侧壁A点在水面下,他用力F将柱状物体M完全压入水中,如图,关于上述情景,下列说法正确的是( )
A.水堵头没有受到水的压力
B.柱状物体M受到水的合力方向是竖直向上的
C.物体M此时只受到重力和浮力而静止
D.洗手池侧壁A点受到水的压力方向是竖直向下的
跟踪训练2如图所示,把重3.5N的石块挂在弹簧测力计上,将石块浸没在水中,弹簧测力计示数变为1.5N。下列有关说法正确的是( )
A.石块上、下表面受到的压力差为2N B.石块所受浮力方向竖直向下
C.石块浸没在水中受到的浮力为1N D.石块下表面受到的压力为2N
【能力培优练】
1.浮力在生活中无处不在,图中情景没有受到浮力的物体是( )
A.遨游的“天宫一号” B.上升的热气球
C.试航的“福建舰” D.下潜的“蛟龙”
2.如图所示,将盛有水的容器放在水平桌面上,其中甲、乙是可以自由移动的物体,丙、丁是容器本身的一部分,则下列说法中正确的是( )
A.甲、乙、丙、丁都受到浮力的作用
B.只有甲、乙受到浮力的作用
C.甲、乙、丁受浮力的作用,丙不受浮力的作用
D.甲、乙、丙受浮力的作用,丁不受浮力的作用
3.如图所示,洗手盆底部的出水口塞着用橡胶制成的水堵头,水堵头的上表面与洗手盆底部相平,则水堵头( )
A.不受水的压力,但受浮力 B.受到水的压力,但不受浮力
C.既受水的压力,也受浮力 D.不受水的压力,也不受浮力
4.如图,甲是航天员王亚平在空间站做的乒乓球浮力消失实验,乙为某物理老师在地面教室里做的实验,当乒乓球静止时,下列说法正确的是( )
A.图甲中,浮力被重力抵消,所以浮力消失
B.图乙中,液体内部向各个方向都有压强
C.图甲中,液体对乒乓球有压力差,所以浮力存在
D.图乙中,乒乓球未受到液体压力,所以不受浮力作用
5.AB是可自由移动的物体,CD是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,ABCD在水中的位置则下列说法不正确的是( )
A.A物体一定受到浮力作用
B.B物体受到浮力是1N
C.C部分一定受到浮力作用
D.D部分可能受到浮力的作用
6.如图所示,一个长方体浸没在水中,其上表面受到水的压力为5N,下表面受到水的压力为12N,则长方体受到水的浮力为( )
A.7N B.5N C.12N D.17N
7.如图所示,一个竖直悬挂在水中的圆柱体,其上表面受到水的压力为0.5N,其下表面受到水的压力为。下列说法正确的是( )
A.圆柱体受到的重力为,方向竖直向下
B.圆柱体受到的重力为,方向竖直向下
C.圆柱体受到水的浮力为,方向竖直向上
D.圆柱体受到水的浮力为,方向竖直向上
8.如图所示,一个长方体物块A质量是500g,浸没在水中,其下表面受到水对它向上的压力为20N,上表面受到水对它向下的压力为12N,则物块A受到合力的大小和方向为( )
A.3N 竖直向上 B.3N 竖直向下 C.13N 竖直向上 D.13N 竖直向下
9.在图中,重为G的金属块静止在水面下,弹簧测力计的示数为T,金属块下表面受到水的压力为F,则下列说法正确的是( )
A.T>G B.T=G
C.F>G-T D.F=G-T
10.如图所示,长方体物块浸没在液体中时,侧面受到的各个方向液体的压力相互平衡,其下表面受到液体向上的压力比上表面受到液体向下的压力 ,这就是浸没在液体中的物体受到浮力的原因。因此,浮力的方向总是 的,如果,物体受到的浮力是4N,则 N。
11.如图所示是生活中常见的洗手池,若水池里有水,水池底部的堵水塞 (选填“受到”或“不受”)浮力;水池下方的存水弯是一个 ,起到隔绝下水道异味的作用。
12.乒乓球按入水中时会感到有点费力,松手后乒乓球迅速浮起来,说明乒乓球受到了力的作用,这个力的施力物体是 ,方向为 。
13.生活中可以利用浮力来判断鸡蛋的新鲜程度。新鲜的鸡蛋放在水中会沉底,如图,鸡蛋在水中受到的浮力大小为 N,方向 。
14.重为的金属块用弹簧测力计吊着浸没在水中,这时弹簧测力计的示数为,则该金属块此时受到液体向上的压力比受到液体向下的压力大 N。浮力的方向总是 的。
15.在台秤上放半烧杯水,台秤的示数为2kg。再将重为7N的金属块挂在弹簧测力计下,当金属块全部浸入水中时,如图所示,测力计的示数为5N,此时台秤示数为 kg。若再将金属块缓慢向下移动一段距离(没有碰到烧杯底部),台秤示数 。
16.如图是用弹簧测力计测小石块在水中受到的浮力的实验,小石块受到的重力是 N,小石块受到的浮力是 N,在图上画出石块所受浮力的示意图(画在答题卡上) 。
17.用弹簧测力计悬挂重为5.4N的圆柱体,放入水中,静止时弹簧测力计示数如图所示,若此时圆柱体下表面所受水的压力为12N,则物体上表面所受水的压力是 N。
18.如图所示,一个边长为的正方体竖直悬浮在某液体中,上表面受到的液体压力,下表面受到的液体压力。则正方体受到的浮力为 ;液体对物体下表面的压强为 。
19.如图所示,有一边长为10cm的正方体直立浸没在水中,正方体的各个侧面受到水的压力相互抵消,上、下底面所受到水的压力分别为和,已知正方体上表面在水中深度为。(g取10N/kg,)
(1)求的大小。
(2)求物体所受的浮力大小。
20.某同学将一两端开口的均匀玻璃管,用质量不计的塑料片附在下端,然后用外力F将玻璃管竖直插在水下25cm处,保持平衡如图所示。已知塑料片的横截面积和玻璃管的横截面积均为10cm2,且塑料片和玻璃管的厚度不计,玻璃管所受的重力G为0.5N,(g=10N/kg)求:
(1)水对塑料片产生的压强和压力;
(2)画出塑料片和玻璃管这一整体(用实心小圆点表示)的受力示意图,求外力F的大小;
(3)该同学为测量某种液体的密度,先保持玻璃管在水中的位置不变,然后向玻璃管内缓慢地倒入该液体,当倒入深度达到20cm时,发现塑料片刚好下落,那么该液体的密度为多少?
【链接中考】
1.(2024·江苏徐州·中考真题)我国南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》中说:“瓶存二窍,以水实之,倒泻;闭一则水不下。”瓶上有两个小孔,闭住一个,水就流不出来,主要是由于( )
A.重力的作用 B.摩擦力的作用
C.浮力的作用 D.大气压的作用
2.(2024·内蒙古包头·中考真题)如图,在游泳比赛中,运动员奋力向后划水,身体快速向前游动。关于运动员在水中受力和运动情况的分析,下列说法正确的是( )
A.运动员划水时不受浮力
B.运动员划水时受到水的推力向前游动
C.运动员加速划水,受到的惯性增大
D.运动员对水的力和水对运动员的力是一对平衡力
3.(2025·福建·中考真题)在下图中,画出悬浮在水中的潜水艇模型受到的重力和浮力的示意图。
4.(2024·山东青岛·中考真题)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为 N;
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数 ,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数 ,说明浮力的大小与 有关;
(3)将 相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小 ,说明浮力的大小与物体密度无关;
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图 。
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