第1节 浮力（讲义）物理新教材人教版八年级下册

第1节 浮力 内容导航 A、知识讲练 知识点1. 浮力 知识点2. 决定浮力大小的因素 知识点3. 浮力产生的原因 B、综合练习 浮力 1. 浮力 浸在液体中的物体受到向上的力，这个力叫作浮力，常用字母F浮表示。浮力的方向是竖直向上。 2. 称重法测浮力 【实验】测量浸没在水中的铝块所受的浮力。 （1）如图甲所示，在弹簧测力计下悬挂一个铝块，读出测力计的示数，就是铝块所受重力的大小。 （2）把铝块浸没在水中，铝块静止时，看看弹簧测力计的示数有什么变化。想一想，为什么示数会有变化，它说明了什么问题?算一算，弹簧测力计的示数变化了多少? （3）改变铝块在水中浸没的深度（图丙），看看示数是否有变化。 【实验分析】 （1）如图甲所示，测量出物体在空气中受的重力G=F1=2.3N； （2）如图乙所示，物体浸在水中时弹簧测力计的拉力F2=1.4N； （3）弹簧测力计的示数减小了，说明浸没在水中的铝块受到了浮力的作用。浮力大小等于弹簧测力计示数之差： F浮=2.3N-1.4N=0.9N。 【实验结论】 （1）甲、乙中弹簧测力计示数之差，就是浮力的大小，这种测量浮力的方法叫“称重法”，即： F浮=F1-F2。 （2）从实验步骤2、3（图乙、丙）可看到，弹簧测力计的示数没有变化，说明浸没在水中的铝块所受浮力的大小，跟铝块所到达的深度无关。 3. 运用力的平衡条件求浮力 如图所示，浸没在水中的铝块受到三个力：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，这样就可以认为铝块受F合和G两个力的作用。因为铝块静止，故所受力为平衡力，即F合=G，又因为F合=F拉+F浮，所以F浮=G-F拉。 【例题】质量为2kg的物体所受重力G的大小为_________N，方向竖直________；如图，若用弹簧测力计竖直拉着该物体并浸没在水中保持静止，弹簧测力计对物体的拉力F大小为4.2N，则物体重力G与拉力F的合力大小为___________N，方向竖直___________。（g取10N/kg） 【答案】 20 向下 15.8 向下 【详解】物体所受的重力为G=mg=2kg×10N/kg=20N，重力的方向始终竖直向下。 根据题意知道，物体浸没在水中受到的拉力是4.2N，物体重力G与拉力F的合力大小为 合力方向与重力方向相同，竖直向下。 【练习1】 2021年12月9日，在“天宫课堂”第一课中，航天员王亚平展示了一个“浮力消失实验”。在中国空间站微重力环境中，她用吸管把乒乓球轻轻压入水中，取出吸管后，观察到乒乓球悬停在水中，如图甲所示。在中国科技馆的同学们做同样的实验，用吸管把乒乓球压入水中，取出吸管后，乒乓球会迅速上浮直至漂浮，如图乙所示。判断下列说法中正确的是（　　） A．图甲实验中，水对乒乓球的压力的合力几乎为零 B．图甲实验中，乒乓球所受重力可以忽略，因此它不具有惯性 C．图乙实验中，水中上浮的乒乓球所受水的浮力大于它的惯性 D．图乙实验中，杯底所受到的压力就是漂浮的乒乓球和水所受的重力 【答案】A 【详解】A．在中国空间站微重力环境中，图甲中乒乓球所受重力几乎为零，乒乓球悬停处于平衡状态，因此水对乒乓球的浮力几乎为零，即乒乓球所受压力及压力差都为零，所以水对乒乓球的压力的合力几乎为零，故A正确； B．惯性的大小与质量有关，在空间站乒乓球质量不变，因此惯性不变，故B错误； C．力和惯性不是同一物理概念，没有可比性，故C错误； D．图乙实验中，杯底所受到的压力等于水的重力加上乒乓球对水的压力，即杯底所受到的压力等于水和乒乓球的总重力，但压力和重力是不同性质的力，只能说大小相等，故D错误。故选A。 【练习2】称重法求浮力：物体的______减去在_______时弹簧测力计示数F1即F浮=______；如图甲、乙所示，先用弹簧测力计测量物块在空气中所受的重力，再把物块浸没在水中，发现弹簧测力计的示数变_________，表明物块受到了浮力的作用。根据图中数据可知，物块受到的浮力为______N。 【答案】 重力G 物块浸在液体中 小 1.4 【详解】称重法求浮力的具体做法是：物体的重力G减去物体浸在液体中时弹簧测力计示数F1，即 在空气中时，弹簧测力计的示数等于物体所受重力的大小，把物块浸没在水中，由于物块受到了浮力的作用，弹簧测力计的示数会变小。 由图可知弹簧测力计的分度值为0.2N，则图甲中物块所受的重力G=2.2N 由图乙可知，把物块浸没在水中，弹簧测力计的示数F1=0.8N 则物块受到的浮力为F浮=G-F1=2.2N-0.8N=1.4N 决定浮力大小的因素 【实验过程】 （1）探究浮力的大小与物体浸没的深度的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②将物体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数（如图B所示）； ③改变物体在水中浸没的深度，读出弹簧测力计的示数（如图C与D）。 记录数据，计算浮力： 浸没深度h 浅 深 更深 重力G / N 1.0 1.0 1.0 弹簧测力计示数F / N 0.4 0.4 0.4 浮力F浮/ N 0.6 0.6 0.6 结论：浮力的大小与物体浸没液体中的深度无关（选填“有关”或“无关”）。 （2）探究浮力大小与物体浸在液体中的体积的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②如图B所示，把物体小部分体积浸入水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图C所示，增加物体浸在水中的体积，读出弹簧测力计的示数； ④如图D所示，把物体浸没水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 物体浸在液体中的体积V 较小 较大 浸没 重力G / N 2.7 2.7 2.7 弹簧测力计示数F/ N 2.2 2.1 1.7 浮力F浮/ N 0.5 0.6 1.0 结论：浮力的大小跟物体浸在液体的体积有关，同种液体，物体浸在液体的体积越大，浮力越大。 （3）探究浮力大小与液体密度的关系 ①用弹簧测力计测量出金属块A的重力G； ②将金属块A分别浸没在水、酒精和盐水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 液体种类 水 酒精 盐水 重力G / N 3.4 3.4 3.4 弹簧测力计示数F / N 3.0 3.2 2.8 浮力F浮/ N 0.4 0.2 0.6 结论：浮力的大小跟液体的密度有关，在浸入液体的体积相同时，液体的密度越大，浮力越大。 （4）探究浮力大小与物体密度的关系 ①用弹簧测力计分别测出体积相等的铜块、铝块的重力； ②把铜块、铝块再悬挂在弹簧测力计下端，分别浸没在水中，观察并记录弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 固体种类 铜块 铝块 重力G / N 9.0 2.8 弹簧测力计示数F / N 8.0 1.8 浮力F浮/ N 1.0 1.0 结论：浮力的大小跟物体的密度无关，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等（选填“有关”或“无关”）。 （5）探究浮力大小与物体的形状的关系 ①如图（a），用弹簧测力计测出橡皮泥的重力； ②如图（b），将一块橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图（c），将同一块橡皮泥捏成实心五边体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ④如图（d），将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 橡皮泥形状 长方体 五边体 球体 重力G / N 4.8 4.8 4.8 弹簧测力计示数F / N 3.2 3.2 3.2 浮力F浮/ N 1.6 1.6 1.6 结论：浮力的大小跟物体的形状无关，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等（选填“有关”或“无关”）。 【实验结论】影响浮力大小的因素： 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。 【例题】 在“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验情况如图所示。请解答下列问题： （1）金属块所受的重力为_________N，当金属完全浸没在水中时，所受浮力是_______N。 （2）分析图a、b、c可得：液体密度相同，金属块排开液体的体积越大，浮力越_______。 （3）分析图a、c、d可得：浸没在液体中的物体所受浮力的大小与物体浸入液体中的深度_____（选填“有关”或“无关”）。 （4）分析图a、d、e可得：金属块排开液体的体积相同时，液体密度越大，浮力越_______。 （5）结论：浮力的大小与排开液体的___________和液体的_________有关。 【答案】(1) 2.7；1；(2)大；(3)无关；(4)大；(5)体积；密度 【详解】（1）金属块的重力：由图a可知，弹簧测力计示数为，故重力 金属块完全浸没在水中时（图c），弹簧测力计示数，根据称重法，浮力 （2）分析图a、b、c：液体均为水（密度相同），金属块排开水的体积逐渐增大，弹簧测力计示数逐渐减小，浮力逐渐增大。结论：液体密度相同，金属块排开液体的体积越大，浮力越大。 （3）分析图a、c、d：金属块完全浸没在水中（排开液体体积相同），浸入深度不同，但弹簧测力计示数均为1.7N，浮力不变。结论：浸没在液体中的物体所受浮力与浸入深度无关。 （4）分析图a、c、e：金属块排开液体的体积相同（均完全浸没），液体由水变为浓盐水（密度增大），弹簧测力计示数减小，浮力增大。结论：金属块排开液体的体积相同时，液体密度越大，浮力越大。 （5）综合实验现象，浮力的大小与排开液体的体积和液体的密度有关。 【练习1】 如图所示，物理老师用弹簧测力计悬挂重为10N的石块并将其浸入水中，静止时弹簧测力计的示数为6N，此时石块所受浮力的大小和方向分别是（　　） A．4N，竖直向上 B．6N，竖直向上 C．4N，竖直向下 D．10N，竖直向下 【答案】A 【详解】由题意得，石块的重力，石块静止时弹簧测力计对石块的拉力，此时石块所受的浮力方向是竖直向上的，浮力大小 故BCD不符合题意，A符合题意。故选A。 【练习2】 在“探究影响浮力大小的因素”的实验中，小明选用了体积相同的实心金属块甲、乙来进行实验，其实验过程如下列图片所示，则他探究的问题是（　　） A．浮力大小与物体浸入液体深度的关系 B．浮力大小与物体浸入液体中体积的关系 C．浮力大小与液体密度的关系 D．浮力大小与物体密度的关系 【答案】D 【详解】在探究“影响浮力大小的因素”实验中，需采用控制变量法，即保持其他因素不变，只改变一个因素来研究其对浮力的影响。由题意可知两物体的体积相同，由图可知液体的密度相同，浸入液体的深度也相同，唯一不同的因素是两金属块的密度，因此，实验探究的是浮力大小与物体密度的关系，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 浮力产生的原因 1. 分析浮力产生的原因 以浸没在液体中的长方体为例进行探究，该长方体的六个面分别受到液体的压强（p=pgh）和压力（F=pS），我们进行对比。（如图所示） 位置 前、后两个面 左、右两个面 上、下两个面 深度 相等 相等 上浅下深 压强 相等 相等 上小下大 压力 F前、F后是 一对平衡力， 合力为0 F左、F右是 一对平衡力，合力为0 F1˂F2， F差=F2-F1 总结归纳：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，这就是浮力产生的原因。浮力的大小：F浮=F2-F1 2. 两种特殊情况 ①当物体部分浸入液体中时，如左图所示，上表面不受液体压力，则浮力的大小F浮=F向上。 ②若浸没在液体中的物体下表面和容器底紧密接触，如右图所示，则液体对物体向上的压力F为0，物体将不受浮力的作用，只受向下的压力。如在水中的桥墩、拦河坝等。 【例题】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，弹簧测力计示数变小，石块浸没后，在触底之前，弹簧测力计示数不变，说明浮力的大小与______有关。 （3）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)1.2；(2)排开液体的体积；(3)丙 【详解】（1）由图可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，弹簧测力计示数为1.2N，则石块的重力为1.2N。 （2）石块受到的浮力F浮=G-F，石块的重力G不变，弹簧测力计的示数越来越小，石块所受的浮力越来越大了，当石块完全浸没后，石块所受浮力不变，弹簧测力计示数不变，说明浮力的大小与排开液体的体积有关，与深度无关。 （3）浸在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的压力不同，且向上的压力大于向下的压力，压力差即为浮力，所以图丙可以反映浮力产生原因。 【练习1】如图所示，有一个重力为G的长方体悬浮在液体中，其受到的浮力为F浮，液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2。下列说法错误的是（　　） A． F1˂F2 B． C．长方体相对侧面所受液体的压力相互平衡 D．若物体悬浮于更深的位置，与图示位置相比，F1、F2之差不变 【答案】B 【详解】A．液体压强的大小与深度有关，同一液体中，深度越深，压强越大，所以悬浮在液体中的长方体，上表面受到液体的压强小于下表面受到液体的压强。根据可知，长方体上表面受到液体的压力小于下表面受到液体的压力，即，故A正确，不符合题意； B．长方体悬浮在液体中，处于平衡状态。对长方体进行受力分析，长方体受到竖直向下的重力G、竖直向下的压力、竖直向上的压力，所以有，故B错误，符合题意； C．长方体悬浮在液体中时，在相同深度处，长方体相对侧面受到的液体压强相等，根据可知，长方体的相对侧面所受液体的压力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，满足二力平衡的条件，所以长方体相对侧面所受液体的压力相互平衡，故C正确，不符合题意； D．若物体悬浮于更深位置，上下表面的深度差不变，则上下表面受到的压强差不变，受力面积不变，据ΔF=ΔpS可知，上下表面受到的压力差不变，即F1、F2之差不变，故D正确，不符合题意。 故选B。 【练习2】一个浸没在水中的圆柱体上表面受到水的压力为5N，下表面受到水的压力为13N， 如图所示。下列说法正确的是（    ） A．该圆柱体受到的浮力为18N B．该圆柱体受到的浮力为8N C．该圆柱体的侧面不受水的压力 D．该圆柱体除了受到水的压力外还受重力和浮力 【答案】B 【详解】AB．由压力差法知，圆柱体受到的浮力F浮=F下-F上=13N-5N=8N，故A错误，B正确； C．因为液体向各个方向都有压强，由可知，该圆柱体的侧面也受水的压力，故C错误； D．对该圆柱体进行受力分析可知，其侧面受到水的压力相互抵消，上下表面受到水的压力差就是浮力，所以该圆柱体实际上只受重力和浮力的作用，故D错误。 故选B。 1．如图所示，洗手盆底部的出水口塞着由橡胶制成的水堵头，则水堵头（　　） A．只受到水的压力，没有受到水的浮力 B．只受到水的浮力，没有受到水的压力 C．既受到水的压力，又受到水的浮力 D．没有受到水的压力，也没有受到水的浮力 【答案】A 【详解】ABCD．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，所以水堵头不受浮力，故A正确，B、C、D错误。故选A。 2. 用已校正“0”点的弹簧测力计挂一物块静止时示数如图甲所示，将物块浸没在水中静止时弹簧测力计示数如图乙所示，则物块所受的浮力为（　　） A．1.1N B．1.2N C．2.8N D．3.8N 【答案】C 【详解】甲、乙图中所用弹簧测力计的分度值为0.2N；甲图中，弹簧测力计静止时，示数为4N，即小球自身的重力为4N；乙图中物块浸没在水中静止时，弹簧测力计的示数为1.2N，此时小球受力平衡，分析小球静止在水中时，受到竖直向上的拉力和浮力，竖直向下的重力，三者之间满足，所以 故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 3．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（g=10N/kg）（　　） A．8N   竖直向上 B．3N   竖直向下 C．3N   竖直向上 D．13N   竖直向下 【答案】C 【详解】物块A受到的浮力 浮力的方向是竖直向上的； 长方体物块A质量，则重力 方向是竖直向下的；由于，则物块A受到的合力是竖直向上的；物块A受到合力的大小 故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 4．（多选题）如图所示，一个边长为0.1m的正方体静止在某液体中，其上表面受到液体的压力为6N，距水面距离是h。下表面受到液体的压力F2为14N（g取10N/kg）。下列说法中正确的是（　） A．正方体受到的浮力为8N B．正方体受到浮力施力物体是液体 C．正方体左右前后两侧面受力平衡 D．液体对正方体下表面的压强为 【答案】ABCD 【详解】A．由浮力产生的原因可知，浮力就是由于物体上下表面受到的压力差产生的，所以正方体受到的浮力为 故A正确； B．根据浮力的定义，浸在液体或气体中的物体，会受到液体或气体向上托的力，这个力叫作浮力，所以正方体受到浮力施力物体是液体，故B正确； C．由于相同深度对应点的压强均相等，因而正方体左右两个侧面所受的压力互相平衡，合力为零，故C正确； D．由p=F/S可得，液体对正方体下表面的压强为 故D正确。故选ABCD。 5．如图所示，浸入液体中的物体的上、下表面在液体中的深度不同，所受的压力不同（上、下表面积均为S），下表面受到向上的压力F向上，上表面受到向下的压力F向下；因为F向上___（选填“>”“<”或“=”） F向下，两者之差就形成了浮力，。 【答案】> 【详解】根据液体压强公式，物体下表面在液体中的深度更大，因此下表面受到的压强大于上表面受到的压强，又因为上下表面积均为，由可知，下表面受到的向上压力大于上表面受到的向下压力，两者之差即为浮力。 6．如图甲、乙所示，先用弹簧测力计测量物块在空气中所受的重力，再把物块浸没在水中，发现弹簧测力计的示数变__________，表明物块受到了浮力的作用。根据图中数据可知，物块受到的浮力为____________N。 【答案】 小 1.4 【详解】由图甲可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，弹簧测力计示数为2.2N，则物块所受的重力为2.2N，由图乙可知，把物块浸没在水中，弹簧测力计的示数为0.8N，弹簧测力计的示数变小，则物块受到的浮力为 7．如图所示，完全相同的a、b两个长方体，长度为h，悬浮在密度为ρ的液体中。若两个长方体a、b所受的浮力分别为F浮a、F浮b，下表面所受的压力分别为F a、F b，则F a______Fb，F浮a_____F浮b。（均选填“>”“<”或“=”） 【答案】 > = 【详解】长方体a、b浸没在液体中，排开液体的体积相同，则所受的浮力相等，即F浮a=F浮b。由图可知，长方体a、b上表面所处的深度大小关系为，根据p=ρgh可知长方体上表面受到液体的压强大小关系为；由图可知，长方体a、b上表面的面积大小关系为，所以据F=pS可知液体对长方体上表面的压力大小关系为，由于a、b受到的浮力相等，故，根据浮力产生的原因可知，长方体下表面受到的压力等于浮力大小与长方体上表面受到的压力之和，所以F a>Fb。 8．如图所示的圆柱体浸没在液体中时，它的侧面受到的各个方向液体的压力相互________（选填“平衡”、或“不平衡”），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________，（选填“大”、或“小”），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___________。 【答案】 平衡 大 竖直向上 【详解】圆柱体侧面在液体中受到的各个方向的压力，大小相等、方向相反，符合二力平衡的条件，因此相互平衡。 液体压强随深度增加而增大，圆柱体下表面的深度大于上表面，根据p=ρgh，下表面受到的液体压强大；又因上下表面积相同，由F=pS可知，下表面受到的向上的压力比上表面向下的压力大。 浮力是上下表面的压力差，下表面压力向上、上表面压力向下，因此浮力的方向总是竖直向上。 9．作图题： （1）如图所示，木块静止在水面上，请画出木块受到浮力的示意图（其中O为重心） （2）一个重0.1N的气球被细绳牵引着处于静止状态，如图所示，已知该气球在空气中受到0.2N大小的浮力，用力的示意图在图中画出它受到的浮力F浮。 （3）如图所示的容器静置于水平桌面上，一个密度均匀的小球在该容器中静止漂浮，请画出小球的受力示意图。 【答案】见下图。 【详解】（1）木块受到浮力作用点可集中于其重心上，方向竖直向上，过其重心作竖直向上的带箭头的线段表示木块受到的浮力，如图所示： （2）气球受到浮力的方向竖直向上，作用点在气球的重心，大小为0.2N，过气球的重心沿竖直向上的方向画一条有向线段，并标明浮力的符号和大小，如图所示： （3）小球漂浮在水面上，小球受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力的作用，根据物体的浮沉条件可知，浮力等于重力，小球的受力示意图，如图所示： 10．小红在探究影响浮力大小的因素时，做了如图所示的实验。 （1）根据图中实验数据可知，在B图中物体A受到的重力是________N，浮力是________N。 （2）比较B、C两图得到结论：物体受到的浮力大小与________有关。 （3）比较C、D两图得到结论：物体受到的浮力大小与浸没的深度________。 （4）比较C、E两图得到结论：物体受到的浮力大小与________有关。 【拓展】 （5）如图所示，在一只薄塑料袋（重力忽略不计）中装入水，用弹簧测力计测出盛水的塑料袋所受重力为3N，再将塑料袋逐渐浸入水中，当塑料袋中的水面与容器中的水面相平时，观察到弹簧测力计的示数为零，此时盛水的塑料袋所受的浮力大小为________N。这个小实验得出的结论：浸在液体中的物体所受的浮力等于________。（ρ水=1×103 kg/m3，g取10N/kg） 【答案】(1) 8；1；(2)物体排开液体的体积；(3)无关；(4)液体的密度；(5) 3；物体排开液体的重力 【详解】（1）结合A图和B图可知，在B图中物体A受到的重力，浮力 （2）分析比较B、C可知，液体的密度相同，排开液体的体积不相同，弹簧测力计的示数不同，浮力大小不同，故可得出结论：物体受到的浮力大小与排开液体的体积有关。 （3）由C、D图可知，物体排开液体的体积相同时，液体的密度相同，浸没的深度不同，弹簧测力计的示数相同，浮力相同，所以物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。 （4）由C、E两图可知，排开液体的体积相同，液体的密度不相同，弹簧测力计的示数不同，浮力大小不同，故可得出结论：物体受到的浮力大小与液体的密度有关。 （5）当袋内水面与烧杯中的水面相平时，测力计的示数为零，说明浮力等于重力，即 又因为排开水的体积等于袋内水的体积，排开水的重力等于袋内水的重力，得到结论：浸在液体中的物体所受的浮力大小等于排开液体所受的重力。 11．如图所示，弹簧测力计下面挂一实心圆柱体，将圆柱体从盛有煤油的容器上方离油面某一高度处匀速下降，使其逐渐浸入煤油中某一深度，如图所示是整个过程中弹簧测力计示数F与圆柱体下降高度h变化关系的数据图像。（已知煤油密度0.8×103 kg/m3，g取10N/kg）求： （1）圆柱体的重力； （2）圆柱体浸没时受到的浮力； 【答案】(1)12N；(2)8N 【详解】（1）由图像可知，在AB段，圆柱体尚未接触煤油，弹簧测力计的示数F=12N。此时，圆柱体处于静止状态，受到的重力和拉力是一对平衡力，大小相等。所以，圆柱体的重力 （2）由图像可知，在CD段，圆柱体已完全浸没在煤油中，弹簧测力计的示数F'=4N。圆柱体完全浸没时，受到竖直向下的重力G、竖直向上的拉力F'和竖直向上的浮力F浮，三力平衡。根据称重法测浮力的原理，圆柱体浸没时受到的浮力为 12．如图所示，将一个物体挂在弹簧测力计的挂钩上，测出物体的重力为24N；把物体浸没在盛有水的柱形平底薄壁容器内的水中（水未溢出），静止时测力计的示数为16N。已知容器的底面积为200cm2，g取10N/kg。求： （1）物体浸没在水中时所受的浮力； （2）物体的密度； （3）物体浸没在水中时，水对容器底部增加的压强。 【答案】(1)8N；(2) 3×103 kg/m3；(3)400Pa 【详解】（1）根据称重法，物体浸没在水中时所受的浮力等于其在空气中的重力减去在水中的视重（弹簧测力计的示数）。已知物体的重力 物体浸没在水中时弹簧测力计的示数 则物体所受的浮力为 （2）首先，根据物体的重力计算其质量 因为物体是浸没的，所以物体的体积等于排开水的体积 最后，计算物体的密度为 （3）当物体浸没在水中时，水面会上升，导致水对容器底部的压强增加。水对容器底部增加的压力等于物体排开水的重力，即等于物体所受的浮力。 已知容器的底面积 水对容器底部增加的压力 水对容器底部增加的压强 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 浮力 内容导航 A、知识讲练 知识点1. 浮力 知识点2. 决定浮力大小的因素 知识点3. 浮力产生的原因 B、综合练习 浮力 1. 浮力 浸在液体中的物体受到向上的力，这个力叫作浮力，常用字母F浮表示。浮力的方向是竖直向上。 2. 称重法测浮力 【实验】测量浸没在水中的铝块所受的浮力。 （1）如图甲所示，在弹簧测力计下悬挂一个铝块，读出测力计的示数，就是铝块所受重力的大小。 （2）把铝块浸没在水中，铝块静止时，看看弹簧测力计的示数有什么变化。想一想，为什么示数会有变化，它说明了什么问题?算一算，弹簧测力计的示数变化了多少? （3）改变铝块在水中浸没的深度（图丙），看看示数是否有变化。 【实验分析】 （1）如图甲所示，测量出物体在空气中受的重力G=F1=2.3N； （2）如图乙所示，物体浸在水中时弹簧测力计的拉力F2=1.4N； （3）弹簧测力计的示数减小了，说明浸没在水中的铝块受到了浮力的作用。浮力大小等于弹簧测力计示数之差： F浮= N。 【实验结论】 （1）甲、乙中弹簧测力计示数之差，就是浮力的大小，这种测量浮力的方法叫“称重法”，即： F浮= 。 （2）从实验步骤2、3（图乙、丙）可看到，弹簧测力计的示数没有变化，说明浸没在水中的铝块所受浮力的大小，跟铝块所到达的深度 。（选填“有关”或“无关”） 3. 运用力的平衡条件求浮力 如图所示，浸没在水中的铝块受到三个力：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，这样就可以认为铝块受F合和G两个力的作用。因为铝块静止，故所受力为平衡力，即F合=G，又因为F合=F拉+F浮，所以F浮= 。 【例题】质量为2kg的物体所受重力G的大小为_________N，方向竖直________；如图，若用弹簧测力计竖直拉着该物体并浸没在水中保持静止，弹簧测力计对物体的拉力F大小为4.2N，则物体重力G与拉力F的合力大小为___________N，方向竖直___________。（g取10N/kg） 【练习1】 2021年12月9日，在“天宫课堂”第一课中，航天员王亚平展示了一个“浮力消失实验”。在中国空间站微重力环境中，她用吸管把乒乓球轻轻压入水中，取出吸管后，观察到乒乓球悬停在水中，如图甲所示。在中国科技馆的同学们做同样的实验，用吸管把乒乓球压入水中，取出吸管后，乒乓球会迅速上浮直至漂浮，如图乙所示。判断下列说法中正确的是（　　） A．图甲实验中，水对乒乓球的压力的合力几乎为零 B．图甲实验中，乒乓球所受重力可以忽略，因此它不具有惯性 C．图乙实验中，水中上浮的乒乓球所受水的浮力大于它的惯性 D．图乙实验中，杯底所受到的压力就是漂浮的乒乓球和水所受的重力 【练习2】称重法求浮力：物体的______减去在_______时弹簧测力计示数F1即F浮=______；如图甲、乙所示，先用弹簧测力计测量物块在空气中所受的重力，再把物块浸没在水中，发现弹簧测力计的示数变_________，表明物块受到了浮力的作用。根据图中数据可知，物块受到的浮力为______N。 决定浮力大小的因素 【实验过程】 （1）探究浮力的大小与物体浸没的深度的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②将物体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数（如图B所示）； ③改变物体在水中浸没的深度，读出弹簧测力计的示数（如图C与D）。 记录数据，计算浮力： 浸没深度h 浅 深 更深 重力G / N 1.0 1.0 1.0 弹簧测力计示数F / N 0.4 0.4 0.4 浮力F浮/ N 0.6 0.6 0.6 结论：浮力的大小与物体浸没液体中的深度 （选填“有关”或“无关”）。 （2）探究浮力大小与物体浸在液体中的体积的关系 ①如图A所示，用弹簧测力计测量出物体的重力； ②如图B所示，把物体小部分体积浸入水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图C所示，增加物体浸在水中的体积，读出弹簧测力计的示数； ④如图D所示，把物体浸没水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 物体浸在液体中的体积V 较小 较大 浸没 重力G / N 2.7 2.7 2.7 弹簧测力计示数F/ N 2.2 2.1 1.7 浮力F浮/ N 0.5 0.6 1.0 结论：浮力的大小跟物体浸在液体的 有关，同种液体，物体浸在液体的体积越大，浮力越大。 （3）探究浮力大小与液体密度的关系 ①用弹簧测力计测量出金属块A的重力G； ②将金属块A分别浸没在水、酒精和盐水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 液体种类 水 酒精 盐水 重力G / N 3.4 3.4 3.4 弹簧测力计示数F / N 3.0 3.2 2.8 浮力F浮/ N 0.4 0.2 0.6 结论：浮力的大小跟液体的 有关，在浸入液体的体积相同时，液体的密度越大，浮力越大。 （4）探究浮力大小与物体密度的关系 ①用弹簧测力计分别测出体积相等的铜块、铝块的重力； ②把铜块、铝块再悬挂在弹簧测力计下端，分别浸没在水中，观察并记录弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 固体种类 铜块 铝块 重力G / N 9.0 2.8 弹簧测力计示数F / N 8.0 1.8 浮力F浮/ N 1.0 1.0 结论：浮力的大小跟物体的密度 ，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等（选填“有关”或“无关”）。 （5）探究浮力大小与物体的形状的关系 ①如图（a），用弹簧测力计测出橡皮泥的重力； ②如图（b），将一块橡皮泥浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图（c），将同一块橡皮泥捏成实心五边体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ④如图（d），将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。 记录数据，计算浮力： 橡皮泥形状 长方体 五边体 球体 重力G / N 4.8 4.8 4.8 弹簧测力计示数F / N 3.2 3.2 3.2 浮力F浮/ N 1.6 1.6 1.6 结论：浮力的大小跟物体的形状 ，在浸入同种液体的体积相同时，所受浮力相等（选填“有关”或“无关”）。 【实验结论】影响浮力大小的因素： 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。 【例题】 在“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验情况如图所示。请解答下列问题： （1）金属块所受的重力为_________N，当金属完全浸没在水中时，所受浮力是_______N。 （2）分析图a、b、c可得：液体密度相同，金属块排开液体的体积越大，浮力越_______。 （3）分析图a、c、d可得：浸没在液体中的物体所受浮力的大小与物体浸入液体中的深度_____（选填“有关”或“无关”）。 （4）分析图a、d、e可得：金属块排开液体的体积相同时，液体密度越大，浮力越_______。 （5）结论：浮力的大小与排开液体的___________和液体的_________有关。 【练习1】 如图所示，物理老师用弹簧测力计悬挂重为10N的石块并将其浸入水中，静止时弹簧测力计的示数为6N，此时石块所受浮力的大小和方向分别是（　　） A．4N，竖直向上 B．6N，竖直向上 C．4N，竖直向下 D．10N，竖直向下 【练习2】 在“探究影响浮力大小的因素”的实验中，小明选用了体积相同的实心金属块甲、乙来进行实验，其实验过程如下列图片所示，则他探究的问题是（　　） A．浮力大小与物体浸入液体深度的关系 B．浮力大小与物体浸入液体中体积的关系 C．浮力大小与液体密度的关系 D．浮力大小与物体密度的关系 浮力产生的原因 1. 分析浮力产生的原因 以浸没在液体中的长方体为例进行探究，该长方体的六个面分别受到液体的压强（p=pgh）和压力（F=pS），我们进行对比。（如图所示） 位置 前、后两个面 左、右两个面 上、下两个面 深度 相等 相等 上浅下深 压强 相等 相等 上小下大 压力 F前、F后是 一对平衡力， 合力为0 F左、F右是 一对平衡力，合力为0 F1˂F2， F差= 总结归纳：浸没在液体中的物体，其上、下表面受到液体对它的 不同，这就是浮力产生的原因。浮力的大小：F浮=F2-F1 2. 两种特殊情况 ①当物体部分浸入液体中时，如左图所示，上表面不受液体压力，则浮力的大小F浮= 。 ②若浸没在液体中的物体下表面和容器底紧密接触，如右图所示，则液体对物体向上的压力 F为 ，物体将不受浮力的作用，只受向下的压力。如在水中的桥墩、拦河坝等。 【例题】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，弹簧测力计示数变小，石块浸没后，在触底之前，弹簧测力计示数不变，说明浮力的大小与______有关。 （3）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______。 【练习1】如图所示，有一个重力为G的长方体悬浮在液体中，其受到的浮力为F浮，液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2。下列说法错误的是（　　） A． F1˂F2 B． C．长方体相对侧面所受液体的压力相互平衡 D．若物体悬浮于更深的位置，与图示位置相比，F1、F2之差不变 【练习2】一个浸没在水中的圆柱体上表面受到水的压力为5N，下表面受到水的压力为13N， 如图所示。下列说法正确的是（    ） A．该圆柱体受到的浮力为18N B．该圆柱体受到的浮力为8N C．该圆柱体的侧面不受水的压力 D．该圆柱体除了受到水的压力外还受重力和浮力 1．如图所示，洗手盆底部的出水口塞着由橡胶制成的水堵头，则水堵头（　　） A．只受到水的压力，没有受到水的浮力 B．只受到水的浮力，没有受到水的压力 C．既受到水的压力，又受到水的浮力 D．没有受到水的压力，也没有受到水的浮力 2. 用已校正“0”点的弹簧测力计挂一物块静止时示数如图甲所示，将物块浸没在水中静止时弹簧测力计示数如图乙所示，则物块所受的浮力为（　　） A．1.1N B．1.2N C．2.8N D．3.8N 3．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（g=10N/kg）（　） A．8N   竖直向上 B．3N   竖直向下 C．3N   竖直向上 D．13N   竖直向下 4．（多选题）如图所示，一个边长为0.1m的正方体静止在某液体中，其上表面受到液体的压力为6N，距水面距离是h。下表面受到液体的压力F2为14N（g取10N/kg）。下列说法中正确的是（　） A．正方体受到的浮力为8N B．正方体受到浮力施力物体是液体 C．正方体左右前后两侧面受力平衡 D．液体对正方体下表面的压强为 5．如图所示，浸入液体中的物体的上、下表面在液体中的深度不同，所受的压力不同（上、下表面积均为S），下表面受到向上的压力F向上，上表面受到向下的压力F向下；因为F向上___（选填“>”“<”或“=”） F向下，两者之差就形成了浮力，F浮=F向上-F向下。 6．如图所示，先用弹簧测力计测量物块在空气中所受的重力，再把物块浸没在水中，发现弹簧测力计的示数变_____，表明物块受到了浮力的作用。根据图中数据可知，物块受到的浮力为____N。 7．如图所示，完全相同的a、b两个长方体，长度为h，悬浮在密度为ρ的液体中。若两个长方体a、b所受的浮力分别为F浮a、F浮b，下表面所受的压力分别为F a、F b，则F a______Fb，F浮a_____F浮b。（均选填“>”“<”或“=”） 8．如图所示的圆柱体浸没在液体中时，它的侧面受到的各个方向液体的压力相互________（选填“平衡”、或“不平衡”），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________，（选填“大”、或“小”），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___________。 9．作图题： （1）如图所示，木块静止在水面上，请画出木块受到浮力的示意图（其中O为重心） （2）一个重0.1N的气球被细绳牵引着处于静止状态，如图所示，已知该气球在空气中受到0.2N大小的浮力，用力的示意图在图中画出它受到的浮力F浮。 （3）如图所示的容器静置于水平桌面上，一个密度均匀的小球在该容器中静止漂浮，请画出小球的受力示意图。 10．小红在探究影响浮力大小的因素时，做了如图所示的实验。 （1）根据图中实验数据可知，在B图中物体A受到的重力是________N，浮力是________N。 （2）比较B、C两图得到结论：物体受到的浮力大小与________有关。 （3）比较C、D两图得到结论：物体受到的浮力大小与浸没的深度________。 （4）比较C、E两图得到结论：物体受到的浮力大小与________有关。 【拓展】 （5）如图所示，在一只薄塑料袋（重力忽略不计）中装入水，用弹簧测力计测出盛水的塑料袋所受重力为3N，再将塑料袋逐渐浸入水中，当塑料袋中的水面与容器中的水面相平时，观察到弹簧测力计的示数为零，此时盛水的塑料袋所受的浮力大小为________N。这个小实验得出的结论：浸在液体中的物体所受的浮力等于________。（ρ水=1×103 kg/m3，g取10N/kg） 11．如图所示，弹簧测力计下面挂一实心圆柱体，将圆柱体从盛有煤油的容器上方离油面某一高度处匀速下降，使其逐渐浸入煤油中某一深度，如图所示是整个过程中弹簧测力计示数F与圆柱体下降高度h变化关系的数据图像。（已知煤油密度0.8×103 kg/m3，g取10N/kg）求： （1）圆柱体的重力； （2）圆柱体浸没时受到的浮力； 12．如图所示，将一个物体挂在弹簧测力计的挂钩上，测出物体的重力为24N；把物体浸没在盛有水的柱形平底薄壁容器内的水中（水未溢出），静止时测力计的示数为16N。已知容器的底面积为200cm2，g取10N/kg。求： （1）物体浸没在水中时所受的浮力； （2）物体的密度； （3）物体浸没在水中时，水对容器底部增加的压强。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $