内容正文:
第十章 浮力
【知识点1 浮力】
1. 浮力的定义:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它受到竖直向上的力,这个叫浮力。
(1) 浮力方向:竖直向上。
(2) 施力物体:所在的液(气)体。
浮力产生的原因(实质):浮力是因液体(或气体)对物体上、下表面的压力差。液(气)体对物体向上的压力大于向下的压力。
如图所示,浸没在液体中的立方体,左右两侧面,前后两侧面所受水的压力大小相等,方向相反,彼此平衡。而上、下两表面处的液体中不同深度,所受到的液体的压强不同,因受力面积相等,所以压力不相等。下表面所受到的竖直向上的压力大于上表面所受到的竖直向下的压力,因而产生了浮力,所以浮力的方向总是竖直向上的,即F浮=F向上-F向下。
(3) 没有浮力的情况:若下表面紧贴容器的底部或者与容器底部连成一体,则物体不受浮力作用,因为物体下方没有液体或气体,此时没有向上的压力时,不存在浮力。
(4) 测量浮力的方法:称重法:F浮=G-F示(原理:同一直线上的三力平衡)。
2. 探究浮力的大小跟那些因素有关的实验的实验方法是:控制变量法。
浮力的大小与液体密度和浸在液体中的体积有关。物体浸在液体中的体积越大,液体的密度越大,浮力就越大。
与物体的密度、物体的质量、物体所在的深度、物体的形状无关。
(1)浮力与浸入液体体积的关系:同一液体中浸入液体的体积(排开液体的体积)越大,浮力越大;
(2)浮力与液体密度的关系:浸入液体体积(排开液体的体积)不变时,液体密度越大,浮力越大;
【知识点2 阿基米德原理】
1. 探究浮力的大小跟排开液体所受的重力的关系
1 先将溢水杯中的水加至水从溢水口溢出,当水不再出时水面和水口平齐。
2 实验中先测空桶重,再测小桶和水的总重力,避免了因桶内水有水残留而导致G排偏小。
3 换用质量不同的物块多次测量目的是:使结论更具有普遍性。
4 用于测量浮力的步骤:测量物体重力和测量在液体中的拉力。
5 溢水杯内的液面与溢水口若不相平,会导致G排偏小,从而导致测量结F浮>G排。
2. 阿基米德原理
(1) 内容:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
(2) 公式:F浮 =G排 或 F浮 =ρ液V排g (适用于液体(或气体))
(3) 阿基米德原理的理解
①由可以看出,液体对物体的浮力只与液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度、液体的多少等因素均无关。
②G排是物体排开液体的重力。当物体全部浸没在液体里时,V排=V物;当物体只有一部分浸入液体里时,则V排<V物。
ρ液是液体的密度。
V排是排开液体的体积,等于物体浸入液体的体积。当物体全部浸没在液体里时,V排=V物;当物体只有一部分浸入液体里时,则V排<V物。
(4) 根据阿基米德原理判断物体所受浮力大小的思路
1 两个或多个物体在同种液体中时,ρ液相同,比较V排的大小。
2 一个物体浸没在密度不同的液体中,V排相同,比较ρ液。
(4)
(5)阿基米德原理也适用于气体,但公式中ρ液应该为ρ气。
【知识点3 物体浮沉】
1. 物体的浮沉条件(物体浸没在液体中,只受浮力和重力。)
状态分析
动态(受非平衡力作用)
静态(受平衡力作用)
上浮
下沉
悬浮
漂浮
沉底
向上运动
向下运动
静止液体内部
静止在液面上
静止在容器底部
图解
受力分析
F浮>G物
F浮<G物
F浮=G物
F浮=G物
F浮+F支=G物
密度分析
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
ρ液=ρ物
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
体积分析
V排=V物
V排=V物
V排=V物
V排<V物
V排=V物
3. 说明:
(1) 密度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都悬浮(或漂浮)。
(2)物体漂浮在密度为ρ的液体中,若露出体积为物体总体积的,则物体密度为ρ。
(3) 悬浮与漂浮的比较:相同点: ;
不同点:悬浮时,,;漂浮时,,。
(4)判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较与G或比较与。
(5)物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸在密度为ρ的液体中,示数为F,则物体密度为:。
(6)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。
2.漂浮问题“五规律”:
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;
规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。
3.浮力的利用:
(1) 轮船的工作原理:要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心,增大排水量。
排水量:轮船满载时排开水的质量:轮船满载时排开水的质量。单位是t,由排水量m 可计算出:排开液体的体积;
排开液体的重力;
轮船受到的浮力,
轮船和货物共重。
货物质量:m货=m排-m船
(2) 潜水艇的工作原理:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。(潜水艇排水体积不变,浮力不变。特殊情况:潜水艇漂浮,V排<V物,浮力相比潜在水中时变小)
气球和飞艇的工作原理:气球是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于空气的气体如:氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。
(3) 密度计:原理是物体的漂浮条件,密度计的重力不变,受到的浮力不变,因此浸在液体中的体积越小,则液体密度越大,所以密度计的刻度是不均匀的,刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大。
①构造:密度计是一根上部标有刻度,形状特殊的玻璃管;管下部的玻璃泡内封装小铅丸或水银(如图所示),使密度计能够直立在液体中。
②原理:漂浮状态,浮力大小不变,等于重力。根据F浮=ρ液gV排可知,液体密度较大时,V排较小,密度计露出液体的体积较大。密度计上的刻度值是上小下大。
③读数:密度计上的数值表示待测液体密度是水的密度的倍数。
4.计算浮力大小的四种方法
(1)称重法:F浮=G-F(用弹簧测力计测浮力)。
(2)公式法:F浮=G排 =m排g=ρ液gV排(知道物体排开液体的质量或体积时常用)。
(3)平衡法:漂浮、悬浮时,F浮=G(用二力平衡求浮力)。
(4)压力差法:F浮=F向上-F向下(根据浮力产生的原
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