内容正文:
专题:水的浮力(1)
【知识要点】
1.浮力的定义:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它 的力叫浮力。注意:这里所谓“浸入”包括完全浸没和部分浸入。
2.浮力方向:竖直向上。施力物体: 。
3.浮力产生的原因:液体(气体)对物体向上的压力大于向下的压力,
即浮力。
4.浮力大小的测量:
(1)准备实验器材:弹簧测力计、物体A、烧杯、水。
(2)将物体A竖直挂在弹簧测力计下,此时测力计的示数为F1。
(3)将物体A浸入水中,测力计的示数为F2,由于物体A受到 力的作用,使弹簧测力计示数F1 F2。
(4)物体A在水中受到的浮力大小为 。
【例题讲解】
1.将一小石块和小木块抛入一杯水中,结果发现木块浮在水面上,而石块却沉入水中。就此现象,下列分析正确的是( )
A.木块受到浮力,石块不受到浮力 B.木块不受到浮力,石块受到浮力
C.木块和石块都不受到浮力 D.木块和石块都受到浮力
2.如图所示,一个塑料小球堵在一个水池的出口处,水无法排出,则该小球( )
A.仍受水的浮力
B.不受水的浮力,也不受水对它的压力
C.不受水的浮力,但受水对它的压力
D.无法判断
3.用弹簧秤测得铁球和铝球在空气中的示数为7.64牛和6.87牛,当将铁球和铝球都浸在水中时,测得弹簧秤示数是4.60牛和3.83牛,则两球( )
A.质量相等 B.所受浮力相等 C.密度相等 D.上述各项都无法判断
4.一个很薄的塑料袋装满水,袋口扎紧后挂在弹簧秤下,读数是6牛,若使塑料袋体积的2/3浸在水中称,弹簧秤的读数接近于( )
A.0牛 B.6牛 C.4牛 D.2牛
5.如图所示是认识浮力的探究实验。
(1)将物体悬挂在弹簧测力计下端,如甲实验所示,物重G= 牛。
(2)当用手向上托物体时,如乙实验所示,手对物体向上的托力F= 牛。
(3)当物体浸入水后,如丙实验所示。将丙实验与甲、乙实验对照,说明水对物体也有向上的托力,即浮力。水对物体的浮力F浮= 牛。
(4)该实验是通过 的物理方法,建立起浮力概念的。 甲 乙 丙
6.一位物理实验小组的同学利用一只可乐瓶与一只乒乓球做“研究浮力产生原因”的实验,如图所示,将一只塑料可乐瓶剪去底部,把一只乒乓球放在瓶内,然后向瓶内注水。观察到有少量水从乒乓球与瓶颈缝隙中流出(图甲),但乒乓球并不上浮,这是因为
。若用手堵住瓶口(图乙),可观察到乒乓球浮起,这是因为 。 甲 乙
【同步练习】
一、选择题
1.将一个铜块挂在弹簧秤上,当铜块浸在水中时,弹簧秤的示数表示铜块受到的( )
A.浮力大小 B.重力大小 C.重力和浮力之差 D.重力和浮力之和
2.一个盛有盐水的容器中悬浮着一个鸡蛋,容器放在斜面上,如图所示。图上画出了几个力的方向,则鸡蛋所受浮力的方向应是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
3.液体中物体受到浮力的原因是( )
A.物体受到的重力和液体对物体的压力的合力
B.液体对物体的向上的压力
C.物体受到液体对它的向上、向下的压力有压力差
D.液体对物体的向上的压强
4.小吴同学为探究力之间的关系做了如图所示的实验。将弹簧测力计下端吊着的铝块逐渐浸入台秤上盛有水的烧杯中,直至刚没入水中(不接触容器,无水溢出)。在该过程中,下列有关弹簧测力计和台秤示数的说法正确的是( )
A.弹簧测力计的示数减小,台秤示数不变
B.弹簧测力计的示数不变,台秤示数也不变
C.弹簧测力计的示数减小,台秤示数增大
D.弹簧测力计的示数不变,台秤示数增大
5.如图所示,取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的饮料瓶,去掉其底部,把一只乒乓球放到瓶口处,然后向瓶里注水,会发现水从瓶口流出,乒乓球不上浮。若用手指堵住瓶口,不久就可观察到乒乓球上浮起来。此实验说明了( )
A.浮力大小与液体的深度有关 B.大气存在压强 甲 乙 丙
C.浮力产生的原因 D.液体压强与液体的密度和深度有关
6.如图所示,圆锥体重为G,悬浮在水中时受到水对它向上的压力为F1,向下的压力为F2这两个力之间的关系是( )
A.F1>F2 B.F1=F2 C.F1<F2 D.无法判断
7.如图所示容器中,底部和侧壁分别有木塞a和b,且a、b在水中的体积相等,则( )
A.a受到的浮力大 B.a、b受到的浮力相等
C.只有a木塞受到的浮力为零 D.a、b木塞受到的浮力均为零
8.一个正方体浸没在水中,上表面与水面相平。下列说法中正确的是( )
A.它的上、下表面都受到水的压强,其中上表面受的压强较大
B.它的上、下表面都受到水的压力,两表面受的压力相等
C.它的上表面受的压力向上,下表面受的压力向下
D.它的下表面受的压强较大,下表面受的压力向上
二、填空题
9.将物体挂在弹簧秤下,然后将物体慢慢浸入水中,弹簧秤的示数逐渐 ;当物体全部浸入水中后再慢慢下沉(不碰到水底),弹簧秤的示数 。若物体的重力为10牛,某一个时刻弹簧秤的读数为6牛,此时物体受到的浮力为 牛。
10.在弹簧测力计的挂钩下竖直挂一小铁块,静止时测力计的示数为15.8牛。然后设法把小铁块慢慢浸入水中(悬线仍保持竖直),某时测力计的示数为14.5牛,此时小铁块受到的浮力为 牛。
11.气球和飞艇是利用空气对它的 升到空中的,是靠改变气囊的体积调节 大小来控制升降的。如图所示,重为3×105牛的飞艇静止在空中,飞艇受到的浮力大小为 牛,方向 。
12.将一根木桩由水面向下,直至打入河底固定。在木桩进入河水中时,浮力将 (填“变大”、“变小”、“不变”或“没有”,下同);当木桩全部在水中,下端未接触到河底时,浮力将 ;当木桩下部打入河底时,浮力将 。
三、实验分析题
13.小华同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和煤油),对浸在液体中的物体所受的浮力进行探究:探究过程如图所示。
(1)由图中的实验过程可知,金属块在煤油中受到的浮力是 牛。
(2)通过分析图中 两项,说明浮力大小跟液体的密度有关。 水 水 煤油
A B C
公式法
【知识要点】
1.阿基米德原理的内容:浸在液体中的物体,受到液体 的浮力,且浮力的大小等于物体 。字母表达式为 ,其中ρ液指 ,V排指 。从公式中可以看出:液体对物体的浮力与 和 有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。
2.阿基米德原理既可用于液体浮力的计算,也可用于 浮力的计算。计算时,体积单位必须用 ,密度单位必须用 。
3.在研究浸入液体中的物体受到浮力有多大的阿基米德原理实验中,要测出浮力,必须用
测出石块在 中的重力和在 中的拉力,两者之差就是石块浸没在液体中所受到的浮力。要测出从溢水杯中排出的水重,必须用 测出被石块排出水和烧杯的总重以及 ,两者之差就是被石块排开水的重力,其大小等于石块浸没在水中时受的到 。
【例题讲解】
1.把体积相等的甲、乙两个小球同时放入装有适量水的杯中,两球均沉在杯底(如图所示),向水杯中加入适量盐水后,甲球上升,乙球仍沉在杯底。下列分析中正确的是( )
A.甲球的密度大于乙球的密度
B.加入盐水后,甲、乙两球所受浮力相等
C.加入盐水后,乙球对杯底的压力变大
D.加入盐水后,甲球所受浮力变大,乙球所受浮力不变
2.如将一只盛有水的薄塑料袋,用细线扎紧袋口,用弹簧测力计测得其重力为9牛,再将这个装水的塑料袋浸入水中,当弹簧测力计示数为7牛时,袋内水面与袋外水面相比较( )
A.塑料袋内水面比袋外水面高 B.塑料袋内水面比袋外水面低
C.塑料袋内水面与袋外水面相平 D.塑料袋内水面与袋外水面高低无法判断
3.在图甲中,石料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。图乙是钢绳拉力随时间t变化的图像。若不计水的摩擦力,则可计算出该石料的密度为( )
A.1.8×103千克/米3 B.2.3×103千克/米3
C.2.8×103千克/米3 D.3.2×103千克/米3
4.有一个不吸水的木球,其质量为10克,体积为20厘米3,先把它轻轻放入盛满水的溢水杯中。当木球静止时,溢出水的质量为10克;把它取出擦干,再轻轻放人盛满煤油的溢水杯中,当木球静止时,溢出煤油的质量是(煤的密度是0.8克/厘米3)( )
A.5克 B.8克 C.10克 D.16克
5.如图是探究影响浮力大小因素的实验。
(1)为了观察圆柱体逐渐放入水中时的浮力变化情况,弹簧测力计吊着圆柱体要匀速、缓慢向下放,使圆柱体处于 状态。
(2)测出圆柱体的重力为5牛,根据图中弹簧测力计示数,可知此时圆柱体受到的浮力为 牛。
(3)实验时应先测圆柱体的重力,再放入水中测浮力。改变操作的先后顺序,会使浮力的测量结果偏 。
(4)探究完浮力和液体密度、排开液体体积的关系后,若还想探究浮力是否和物体所受的重力有关,请简述你的实验方案。
6.小芳同学在探究“浮力的大小等于什么”时,用弹簧秤、金属块、烧杯、小桶等进行实验操作测量,如图a、b、c是其中的三个步骤示意图,还差一个步骤图d,才能完成探究任务,则d是测量 。
(1)设四个图中弹簧秤的读数分别是F1、F2、F3、F4,由四个图中 两个图的弹簧秤的读数可以求出金属块受到的浮力为 ;
(2)被排开液体的重力为 ;
(3)如果关系式 成立,就可以得到著名的阿基米德原理。
【同步练习】
一、选择题
1.一只新鲜鸡蛋,沉没在盛有水的烧杯底部,要使鸡蛋离开杯底,可采用的方法有( )
A.加热 B.加盐 C.加酒精 D.加水
2.下列情形中,浮力增大的是( )
A.游泳者从海水中走上沙滩 B.轮船从长江驶入大海
C.海面下的潜艇在下潜 D.船在码头装载货物
3.关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.物体浸没在水中越深,受到的浮力越大
B.在液体中,上浮的物体受到浮力,下沉的物体也受到浮力
C.同一物体,分别浸没在不同的液体中,受到的浮力相等
D.漂浮在水面的木块受到的浮力大于木块的重力
4.某同学将一漂浮在水面不开口的饮料罐缓慢按入水中,当饮料罐全部浸入在水中后,继续向下压一段距离,共用时t。此过程中,饮料罐所受的浮力随时间变化的图像可能是下图中的( )
A B C D
5.如右图,浸没在水中一定深度的木块,从开始上浮到最后静止在水面上。这一过程浮力的变化是( )
A.先减少,后不变 B.先不变,后减少
C.先不变,后减少,再保持不变 D.先不变,后增大,再保持不变
6.有一体积为0.1米3的冰块漂浮在水面上(ρ冰=0.9×103千克/米3,ρ水=1.0×103千克/米3,g取10牛/千克),则该冰块( )
A.总重量是1×103牛 B.浸入液面以下的体积是0. 08米3
C.水上部分体积占总体积的1/9 D.受到的浮力是900牛
7.如图所示,将系于绳端质量相等的铁桶和实心铁球同时浸没在水中,静止在图示位置,绳子对它们的拉力F1和F2的大小关系是( )
A.F1>F2 B.F1=F2
C.F1<F2 D.无法确定
8.某地在江面上修建一座大桥,如图甲是使用吊车向江底投放长方形石料的示意图。在整个投放过程中,石料以恒定速度下降。乙是钢绳的拉力F随时间t变化的图像(从开始投放到石料刚好接触江底前)。t=0时,吊车开始下放石料,忽略水的摩擦阻力。则下列说法错误的是( )
A.石料在t=20秒时开始浸入水中 甲 乙
B.石料的重力是1400牛
C.石料受到的浮力始终是500牛
D.石料完全浸没水中后钢绳的拉力为900牛
二、填空题
9.容器内装有盐水.将一枚鸭蛋由如图所示的位置轻轻松手,鸭蛋从进入盐水到刚好浸没的过程中.所受的浮力将 (填“变大”、。变小”或“不变”);当鸭蛋悬浮在盐水中时,向容器内加适量的水,发现鸭蛋下沉,说明物体所受的浮力与液体的 有关。
10.浮在水面上的木块,露出水面的体积是3/5,若将木块全部压入水中,至少施加0.6牛的压力,此木块的体积是 米3,木块的密度是 千克/米3。
11.如图所示,将一铁块慢慢提起离开水面的过程中,铁块所受浮力的变化情况是 (填“增大”、“不变”或“减小”);若某时刻h=5厘米,铁块的底面积为1.0×10-2米2,则此时铁块受到的浮力大小是 牛。(g取10牛/千克,ρ水=1.0×103千克/米3)
12.如图甲所示,弹簧秤测力计一端固定,另一端挂一合金块浸没在装有水的容器中,容器底部有一个由阀门控制的出水口。打开阀门缓慢放水,此过程中合金块始终不与容器底部接触。弹簧测力计示数随放水时间变化的规律如图乙所示。由图像可知:经过 秒的放水时间合金块刚好完全离开水面,合金块的重力为 牛,此过程中合金块受到的最大浮力为 牛。
三、探究计算题
13.同学们在学习“阿基米德原理”这节课上,仔细观察了老师所做的演示实验(如图1所示)。课后复习时,物理兴趣小组的同学们,经过反复的思考、讨论,提出了对该实验的改进意见,并动手制作出了如图2所示的实验装置:其中A、B为两个规格相同的弹簧秤;C为重物;D为薄塑料袋(质量不计);E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯,杯中加入红色的水;F是升降平台(摇动手柄,可使平台高度缓慢上升、下降);G为铁架台。
(1)实验中,同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的体积越来越大,观察到弹簧秤A的示数 ;弹簧秤B的示数 (填“增大”、“减小”或“不变”)。比较弹簧秤A的示数变化量FA'和弹簧秤B的示数变化量FB',它们的大小关系是FA' FB'(填“>”、“<”或“=”)。
(2)通过分析,你认为应提醒兴趣小组的同学在操作时要注意什么问题?(请写出两条)
① ;② 。
(3)对比图1、图2的两组实验,改进后的实验与原实验比较有哪些优点?(请写出三条)
① ;② ;
③ 。
14.小明同学对一个金属块进行了两次测量:第一次如图甲所示,用细线系住金属块挂在弹簧测力计上,弹簧测力计的读数为2.7牛。第二次如图乙所示,让金属块浸没在盛水的杯子中,这时弹簧测力计的读数为1.7牛。(g取10牛/千克)
(1)求金属块在水中受到的浮力;
(2)求金属块的体积;
(3)通过进一步计算,结合下表所列的“某些金属的密度”,说明金属块是何种金属。 甲 乙
金属
金
铜
铁
铝
密度(×103千克/米3)
19.3
8.9
7.9
2.7
15.如图所示,将一个体积为1.0×10-3米3、重6牛的木块用细线系在底面积为400厘米2的圆柱形容器的底部。当容器中倒入足够的水使木块被浸没时,求:(g取10牛/千克)
(1)木块浸没在水中受到的浮力;
(2)剪断细线后,木块处于静止时,木块露出水面的体积多大?
【知识要点】
1.竖直向上 2.液(气)体 3.向上、向下的压力差 4.(3)浮 > (4)F1-F2
【例题讲解】
1. D 2. C 3.B 4.D 5(1)5(2)3 (3)2 (4)对比 6. 乒乓球不受浮力,只受水的压力 乒乓球受到浮力的作用,浮力大于乒乓球的重力 解析:本题主要理解浮力的产生,在甲图中乒乓球没有受到液体向上的压力,因此不受浮力。乙图中乒乓球有上下表面压力差,有浮力且浮力大于自身的重力
【同步练习】
1.C 2.C 3.C 4.C 5.C 6.A 7.C 8.D 9.变小 不变 4 10.1.3 11.浮力 浮力 3×105 竖直向上 12.变大 不变 变为零 13.(1)2.4(2)B和C
【知识要点】
1.竖直向上 排开液体的重力 F浮=G 排液=ρ液gV排 液体密度 排开液体的体积 液体的密度 物体排开液体的体积 2.气体 米3 千克/米3 3.弹簧秤 空气 液体 弹簧秤空烧杯的重力 浮力
【例题讲解】
1..B 解析:A.甲、乙两小球体积相同,排开水的体积相同,它们受到的浮力相同。甲球上升,乙球仍沉在杯底,说明甲重力小,密度小,乙的重力大,密度大,故A错误。B.加入盐水后,两球所排开盐水的体积相等,则它们受到的浮力相等,故B正确。C.加入盐水后,盐水的密度变大,乙排开盐水的体积不变,乙受到的浮力变大,乙对杯底的压力变小,故C错误。D.加入盐水后,盐水密度变大,甲、乙排开盐水的体积不变,它们受到的浮力都变大,故D错误;故选B。
2.A 3.C 4.C
5.(1)平衡(2)3.6(3)大(4)取两块体积相同的铁块和铝块,测出它们各自的重力,分别用测力计吊着浸没到水中,读出测力计的示数,根据测力计的示数算出浮力,通过比较得出结论。解析:(1)弹簧测办计吊着圆柱体要匀速、缓慢向下放,则圆柱体处于平衡状态;(2)由图知,测力计的分度值为0.2牛,示数为1.4牛,所以F浮=G一F=5牛一1.4牛=3.6牛;(3)若先测浮力再测重力时,由于物体上面沾有水,所测重力偏大,根据公式F练一G一F,所测浮力也会偏大;(4)若想探究浮力是否和物体所受的重力有关,应保持液体密度和物体排开液体的体积相同,并且物体的重力不同,所以可以取两块体积相同的铁块和铝块,测出它们各自的重力,分别用测力计吊着浸没到水中,读出测力计的示数,根据测力计的示数算出浮力,通过比较得出结论。
6.空小桶的重力 (1) a,b F1-F2 (2) F3-F4 (3)F1-F2= F3-F4 解析:要求被排开液体的重力,得用桶和水的总重力减去桶的重力才可,所以d是测量空小桶的重力;(1)物体受到的浮力等于重力减去物体浸在水中时弹簧测力计的示数,即F浮=F1-F2;(2)已知水桶和水的重,又知空桶重,则排开水的重为G排=F3-F4;(3)最后根据关系式F浮=G排 , 即F1-F2= F3-F4成立,就可以得到著名的阿基米德原理
【同步练习】
1.B 2.D 3. B 4.A 5.C 6.D 7. B8.C 9.变大 密度 10. 1×10-4 0.4×103 11.减小 5
12.20 9 6 解析:(1)放水20秒时,弹簧测力计的示数已经不变,说明水面低于合金块的底部,合金块不再受水的浮力影响;(2)合金块完全离开水面后的示数为9牛;所以合金块的重力为9牛;(3)弹簧测力计的示数最小时,合金块受到的浮力最大:F浮=G一F=9牛一3牛=6牛。
13.(1)减小 增大 一 (2)实验中注意的事项应该从所用器材分析:1弹簧秤使用前要调零;2待弹簧秤示数稳定后再读数;3尽量避免玻璃管与塑料袋间有作用力;4玻璃管不能浸入塑料袋里的水中;5平台高度的调节只能越来越高,让物体浸人液体的部分越来越大;6溢水杯中加水时,使水面略超过溢水口处,溢出的水用玻璃杯承接,水断流后移走玻璃杯;等等。(3)1溢水杯中加红色水,增加可见度;2能同时显示出物体所受的浮力大小和物体排开液体的重力大小;3调节平台F的高度,可观察到物体受到的浮力随排开液体的体积的增大而增大;4弹簧上端有铁架台固定,弹簧秤示数更稳定;5薄塑料袋不计质量,弹簧秤B的示数直接反映物体所受的浮力大小;6上课时,不用拎着弹簧秤读数,便于老师的讲解,等等。
14. 1N 10-4 铝
15. 10N 4×10-4m3
共14页第13页
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