内容正文:
浮力 阿基米德原理
一、浮力
1.概念:浸在液体中的物体受到 的力,这个力叫作浮力。
2.方向: 。
3.产生原因:浸没在液体中的物体,其上、下表面受到液体对它的压力不同,产生一个 的压力差。公式:F浮=F向上-F向下。
4.影响因素:物体在液体中所受浮力的大小,与它浸在液体中的 有关,也与 有关,物体浸在液体中的 越大、
越大,所受的浮力就越大。
知识梳理 夯基础
向上
竖直向上
向上
体积
液体的密度
体积
液体的密度
5.测量
称重法:在空气中用弹簧测力计测出物体所受的重力G;把物体浸入液体中,读出弹簧测力计的拉力F拉,两次弹簧测力计的示数之差即为浮力。公式:F浮=G-F拉。
注意:两点理解浮力
(1)浸在液体或气体中的任何物体(不与底部完全接触),都受到浮力的作用,且浮力的方向是竖直向上的。
(2)浸在液体中的物体不一定都受到浮力,当物体底部与容器底完全密合时,物体底部不受液体向上的压力,此时物体不受浮力。
二、阿基米德原理
1.内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于
。
2.公式:F浮=G排=ρ液gV排。
3.适用范围:液体和 。
注意:“浸在”包含的两层含义
(1)物体部分浸入液体中,一部分露出液面,此时V排<V物。
(2)物体全部浸入液体中,此时V排=V物。
它排开
的液体所受的重力
气体
图说物理 扣教材
1.如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个铝块,读出弹簧测力计的示数,这就是铝块所受的 。如图乙所示,把铝块浸没在水中,弹簧测力计的示数将 (选填“变大”“变小”或“不变”),这说明浸入水中的铝块受到竖直 的浮力的作用。如果铝块继续下沉,它受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
重力
变小
向上
不变
2.人们常用“冰山一角”来形容看到的水面上的冰山远远小于水面下部分,如图所示是一座冰山漂浮在海面上的情景。如果这座冰山的质量是3.09×108 kg,海水的密度取1.03×103 kg/m3,冰的密度取0.9×
103 kg/m3,g取10 N/kg,则:
(1)冰山受到的浮力为 N,排开海水的体积为 m3,若这座冰山全部熔化成水,水的体积是 m3。由此可知,若由于全球气候变暖导致冰山熔化,最终海平面将 。
(2)为减缓海平面的变化,缓解全球变暖趋势,作为中学生,
你可以 。
3.09×109
3×105
3.09×105
上升
出行时多步行或乘坐公共交通工具(合理即可)
考点突破 炼方法
考点一 阿基米德原理及应用(2025省考第8题A)
例1 小强用如图所示的实验装置验证阿基米德原理,通过调节升降台让金属块浸入盛满水的溢水杯中(金属块始终未与容器底接触),溢出的水会流入右侧空桶中,下列说法正确的是( )
A.金属块浸入水中越深,水对溢水杯底部的压力越大
B.金属块浸没在水中的深度越深,弹簧测力计A的示数越小
C.金属块从接触水面至浸入水中某一位置,弹簧测力计A和B
的变化量ΔFA=ΔFB
D.若实验前溢水杯中未装满水,对实验结果没有影响
C
变式1 关于物体在水中受到的浮力,下列说法中错误的是( )
A.浮力的方向始终竖直向上
B.物体排开水的体积越大,受到的浮力越大
C.浸没在水中的物体受到的浮力与它所处的深度无关
D.物体的密度越大,受到的浮力越小
D
变式2 “三峡天下壮,请君乘船游。”某游轮满载时的排水量为4 050 t,
吃水深度为2.5 m,则满载时,游轮受到的浮力是 N,排开水的体积为 m3,游轮最底部受到水的压强为 Pa。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
4.05×107
4.05×103
2.5×104
考点二 浮力的计算
方法技巧 计算浮力的四种方法
(1)称重法:F浮=G-F拉。
(2)压力差法:F浮=F向上-F向下。
(3)阿基米德原理:F浮=G排=ρ液gV排。
(4)力的平衡法:物体漂浮或悬浮时,由二力平衡可得F浮=G物。
1.称重法
例2 如图所示,重12 N的小球静止在水中,弹簧测力计的示数为4 N,则小球受到的浮力为 N,方向为 ;继续增大小球浸入水中的深度,它受到的浮力 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
8
竖直向上
不变
变式3 将一实心圆柱体悬挂于弹簧测力计下,物体下表面刚好与水面接触,从此处匀速下放物体,直至浸没(物体未与容器底接触)的过程中,弹簧测力计示数F与物体下表面浸入水中深度h的关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.物体所受的重力为20 N
B.物体浸没时受到的浮力为20 N
C.物体的密度为3×103 kg/m3
D.匀速下放物体,从刚好与水面接触到浸没的过程中,下表面受到的液体压强大小不变
C
2.压力差法
例3 如图所示,一个长方体物块浸没在水中,其下表面受到水对它向上的压力为20 N,上表面受到水对它向下的压力为12 N,则物块受到浮力的大小和方向为( )
A.8 N 竖直向上 B.8 N 竖直向下
C.32 N 竖直向上 D.32 N 竖直向下
A
变式4 用细绳吊着某金属块并将其浸在水中,分别在如图甲、乙所示位置保持静止,若金属块受到的拉力分别为F1、F2,则F1 F2;若水对其上下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2,则ΔF1 ΔF2。(均选填“>”
“<”或“=”)
<
>
3.阿基米德原理
例4 将重6 N的物体浸没在装满水的溢水杯中,溢出了4 N的水,物体受到的浮力为( )
A.2 N B.4 N
C.6 N D.10 N
B
变式5 如图所示,将一个体积为1.0×10-3 m3,重为6 N的木球用细线系在底面积为500 cm2的圆柱形容器的底部。当容器中倒入足够的水使木球浸没时,g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3。求:
(1)木球浸没在水中受到的浮力。
解析:(1)木球浸没在水中受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1.0×10-3 m3=10 N。
答案:(1)10 N
(2)细线对木球的拉力。
解析:(2)木球在水中静止,受到竖直向上的浮力,竖直向下的重力和细线对木球的拉力,这三个力平衡,则细线对木球的拉力
F拉力=F浮-G=10 N-6 N=4 N。
答案:(2)4 N
(3)剪断细线后水对容器底的压强变化量。
答案:(3)80 Pa
4.力的平衡法
例5 将一盛满水的烧杯放在水平桌面上,缓慢放入一体积为100 cm3的实心木块,木块的密度为0.6×103 kg/m3,则木块漂浮时受到的浮力为
N,木块露出水面的体积为 cm3。木块放入水中前后,水对烧杯底的压强 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(ρ水=
1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
0.6
40
不变
变式6 如图所示是重为0.5 N的鸡蛋在盐水中静止时的情景,此时鸡蛋受到的浮力F1= N。往烧杯中加盐并搅拌,当鸡蛋再次静止时受到的浮力为F2,则F2 (选填“>”“<”或“=”)F1。
0.5
=
核心实验 培素养
实验1 探究浮力的大小与哪些因素有关
例1 为了探究浮力的大小与哪些因素有关,小明设计了如图所示的实验,请根据他的实验数据,回答下列问题。
基础设问
(1)由图可知,实验测得实心圆柱体所受的重力G= N。
(2)用弹簧测力计挂着圆柱体缓慢地浸入液体中不同深度,步骤如图B、C、D、E、F所示(液体均未溢出),并将其示数记录在表中。在实验步骤D中圆柱体所受的浮力是 N。
实验步骤 B C D E F
弹簧测力
计示数/N 3.8 3.6 3.2 3.2 3
4
0.8
(3)分析比较实验步骤A、B、C、D,可得出结论:物体在液体中所受浮力的大小与 有关。
(4)分析比较实验步骤A、E、F,可得出结论:物体在液体中所受浮力的大小与 有关。
(5)根据表格中的数据可知,实验步骤B中圆柱体下表面所受液体压力的大小为 N。
(6)实验中换用不同液体进行多次实验,其目的是 。
物体浸在液体中的体积
液体的密度
0.2
寻找普遍规律
拓展设问
(7)根据表格中的数据可知,圆柱体的密度是 kg/m3,步骤F中盐水的密度是 kg/m3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(8)误差分析 在实验中,若不小心使步骤F中的圆柱体接触了容器底且与容器底有力的作用,则弹簧测力计的示数 ,此时计算出的盐水密度将 。(均选填“偏大”或“偏小”)
5×103
1.25×103
偏小
偏大
(9)下列能正确反映圆柱体下表面刚好开始接触水面到图E位置时,弹簧测力计的示数F与圆柱体下表面到水面距离h关系的图像的是 。(填字母)
B
(10)完成上述实验后,小明又想到物体受到的浮力与其形状是否有关呢?于是他找来薄铁片、烧杯和水,先将铁片放入盛水的烧杯中,铁片下沉至杯底;再将铁片弯成“碗状”再放入水中,它漂浮在水面上。
①通过分析可知,铁片第一次受到的浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)第二次受到的浮力;
②小明得出物体所受的浮力与其形状有关的结论。你认为这个结论是
的,原因是 。
小于
错误
没有控制物体排开液体的体积不变
实验2 探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系
例2 小红设计了如图1所示的实验来探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。
基础设问
(1)实验步骤如下:
A.如图1甲所示,用弹簧测力计测出某物体所受的重力G。
B.如图1乙所示,把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出这时弹簧测力计的示数F。同时,用小桶收集物体排开的水。计算出物体所受的浮力F浮= 。(用符号表示)
C.如图1丙所示,测出 所受的总重力G总。
D.如图1丁所示,测出小桶所受的重力G桶。计算出排开水所受的重力G排=
。(用符号表示)
G-F
小桶和物体排开的水
G总-G桶
(2)老师指出此实验存在误差,原因是小桶里面的水倒不干净导致空小桶的 测量不准确;为了方便操作和减小测量误差,实验的最佳顺序是 。(填字母)
A.甲、乙、丙、丁
B.丁、甲、乙、丙
C.乙、甲、丁、丙
重力
B
(3)图1乙中物体受到的浮力是 N。通过实验可得到结论:浸在液体中的物体,受到的浮力大小等于它 。
(4)下列情况会影响结论的是 。(填字母)
A.图1乙中水面未到达溢水杯的溢水口
B.图1乙中物体未全部浸入水中
1
排开的液体所受的重力
A
拓展设问
(5)小红利用上述实验中的器材和木块,探究“漂浮在液面上的物体所受浮力的大小与物体所受重力的关系”,实验过程中 (选填“甲”
“乙”“丙”或“丁”)步骤不需要弹簧测力计。通过实验可得出漂浮在液面上的物体所受的浮力大小 (选填“大于”“小于”或“等于”)物体所受的重力大小。
乙
等于
(6)装置改进 小张利用身边的器材对小红的实验进行改进:两个相同的弹簧测力计A和B、重物、溢水杯(由饮料瓶和吸管组成)、薄塑料杯(质量忽略不计)等器材,装置如图2所示。实验时小张逐渐提升升降台,使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中,观察到弹簧测力计A的示数逐渐 ,弹簧测力计B的示数逐渐 。若弹簧测力计A的示数变化量为ΔFA,弹簧测力计B的示数变化量为ΔFB,则ΔFA ΔFB(选填“>”“<”或“=”)。
变小
变大
=
(7)针对两种实验方案,小张实验装置的优点是 。(填字母)
A.弹簧测力计A的示数就是物体所受浮力的大小
B.实验器材生活化,实验中能同步观察弹簧测力计A、B示数的变化
B
聚焦湖南 明考向
1.(2025长沙校级模拟)关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.浮力的施力物体只能是液体
B.浮力的方向不一定总是竖直向上
C.正在水中下沉的石头受到浮力的作用
D.只有漂浮在水面的物体才受到浮力的作用
C
2.(2025浏阳校级模拟)两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体,把甲、乙两球分别轻轻放入两杯液体,最后处于如图所示状态。甲、乙排开液体的重力相等,甲、乙所受浮力相比( )
A.甲所受浮力更大
B.乙所受浮力更大
C.甲、乙所受浮力一样大
D.不知道液体密度无法比较浮力大小
C
3.(2025长沙一模)如图1所示是电子天平改装的密度计,用它可以快速测量固体密度,图2为用该装置测量木块密度的过程示意图。ABCD是一个用不锈钢制作的整体框架,电子天平的压力传感器位于AB柱的正下方,天平的读数只受AB柱压力的影响。
图甲:将框架ABCD放置在天平上,天平示数为26.0 g。
图乙:将D处金属盒浸没在水中,天平示数为23.0 g。
图丙:将木块F放在框架上,天平示数为29.0 g。
图丁:将木块F放在D处金属盒中,木块与金属盒顶部相碰,此时电子天平的示数为19.0 g。
由以上信息可得:木块F的重力为 N,图丁中木块F所受的浮力为 N,木块F的密度为 g/cm3。(忽略烧杯中水面升降对C处杆的浮力影响,g取10 N/kg)
0.06
0.1
0.6
4.(2025蒸湘区校级模拟)小一想利用一圆柱体M和实验器材验证阿基米德原理。如图所示是其实验过程图,弹簧测力计在A、B、C、D四个步骤中的读数分别为FA、FB、FC、FD。
(1)当实验中的测量结果满足 的关系式时(用FA、FB、FC、FD表示),说明阿基米德原理成立。
(2)实际操作时,小一发现A图小桶内有少量水,却仍然坚持完成实验,则对(1)问中的结果 (选填“有”或“无”)影响。
(3)小一在进行图B操作时发现:弹簧测力计的示数后减小再不变,这是因为浮力大小与 有关。正确操作后测得数据FB=3 N、FC=5 N,则圆柱体M的密度为 g/cm3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
FC-FB=FD-FA
无
排开液体的体积
2.5
解析:(3)剪断细线后,木球漂浮,此时木球所受的浮力F浮′=G=6 N,减小的排开液体的体积为ΔV排===4×10-4 m3,
水面高度变化量为Δh===8×10-3 m,
剪断细线后水对容器底的压强变化量为
Δp=ρ水gΔh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×8×10-3 m=80 Pa。
$