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1、專題1.1 浮力
課前預(yù)習(xí)
1. 浸在液體(或氣體)里的物體受到液體(或氣體)向上托的力。叫做_____浮力____。
2.浮力的方向是___豎直____向上。
3.浮力產(chǎn)生的原因:浸在液體里的物體上下表面受到的壓力差。用公式表示即______ F?。紽下- F上____。
4. 物體浸在液體中的體積越大、液體的密度越大,浮力就____越大____。
知識點解讀與例題突破
知識點1:什么是浮力
當(dāng)物體浸在液體或氣體中時會受到一個向上托起的力,這個力就是浮力。
注:一切浸在液體或氣體里的物體都受到豎直向上的浮力。
【例題1】如圖所示是正在水中上浮的木
2、塊,請畫出木塊在水中所受重力G和浮力F浮的受力示意圖.
【答案】如圖所示:
【解析】因為物體在水中,所以受浮力和重力的關(guān)系,浮力方向豎直向上,重力方向豎直向下;又物體上浮,所以物體受到的浮力大于重力,作用點都畫在重心處.
知識點2:產(chǎn)生原因
由于液體對物體向上和向下的壓力差產(chǎn)生的。浮力的方向總是向上的,與 重力 的方向相反。
即F?。紽下- F上
【例題2】如圖所示,邊長為20厘米的正方體木塊,其下表面距水面15厘米,試求:
(1)上、下表面受到的液體的壓力差;(2)木塊排開的水重。
【答案】見解析。
【解析】已知: ρ液=1.0×103kg/m3,g=9.8N
3、/kg,h上=0m,h下=0.15m,
S 上=S 下=0.04 m2,V 排=0.2m×0.2m×0.15m=0.006 m3
求:(1)F上-F下 (2)G排
解:(1)F上=P下S下= ρgh下S下=58.8N
F下=P上S上= ρgh上S上=0N
F上-F下=58.8N
(2)G排=ρg V 排=58.8N
可見,部分浸入液體的物體所受的浮力,也等于液體對物體向上的壓力和向下的壓力之差。
知識點3:稱重法測浮力
浮力等于物體重減去物體在液體中的彈簧秤讀數(shù),即F浮= G—F彈
注意:物體在液體中所受浮力的大小,跟它在液體中的體積有關(guān),跟液體的密度有關(guān)
4、。物體浸在液體中的體積越大、液體的密度越大,浮力就越大。
【例題3】在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實驗中,小明用彈簧測力計、圓柱體、兩個裝有適量水和鹽水的同樣的燒杯,對浸在液體中的圓柱體所受的浮力進(jìn)行了探究,實驗裝置和每次實驗中彈簧測力計的示數(shù)如圖所示.請按要求回答下列問題:
(1)比較圖甲、乙可知:乙圖中圓柱體受到的浮力的大小為 N.
(2)比較圖乙、丙,說明浮力的大小與 有關(guān).
(3)通過圖乙和戊的探究,不能得到浮力大小與液體密度是否有關(guān),原因是 .
(4)通過圖中數(shù)據(jù)可知:圓柱體的密度是 kg/m3(取g=10N/kg).
【答案】(1)
5、0.6;(2)物體排開液體的體積;(3)沒有控制排開液體的體積相同;
(4)1.5×103.
【解析】(1)由圖甲知圓柱體的重力,由圖乙可知彈簧測力計的示數(shù),根據(jù)稱重法求出圓柱體受到的浮力;
(2)物體所受浮力的大小與排開液體的體積和液體密度有關(guān),應(yīng)用控制變量法分析圖示實驗,根據(jù)實驗現(xiàn)象分析答題;
(3)探究浮力與液體密度的關(guān)系,液體的密度不同,其它量相同;
(4)圖丁可知圓柱體浸沒時彈簧測力計的示數(shù),根據(jù)稱重法求出圓柱體受到的浮力,根據(jù)阿基米德原理表示出排開水的體積即為圓柱體的體積,根據(jù)G=mg和ρ=m/v求圓柱體的密度.
習(xí)題精練
一、選擇題
1.(2019
6、山東臨沂)被譽(yù)為“新世界七大奇跡”的港珠澳大橋(如圖)由“水上橋面”和“海底隧道”兩部分組成,其中海底隧道長5.7km,設(shè)計時速100km/h,隧道洞壁采用了讓人視覺舒適的新型裝飾材料。下列說法正確的是( ?。?
A. 水中的橋墩不受海水的浮力 B. 橋面上行駛的汽車相對燈桿靜止
C. 通過海底隧道最少需要34.2min D. 光在裝飾材料上發(fā)生鏡面反射
【答案】A
【解析】A.橋墩下面沒有水,水不會對橋墩產(chǎn)生向上的壓力,不會產(chǎn)生浮力。故A正確。
B.汽車行駛時,汽車和燈桿之間距離發(fā)生的變化,所以以燈桿為參照物,汽車是運動的。故B錯誤。
C.t===0.057h=3.42min,
7、故C錯誤。
D.隧道洞壁采用了讓人視覺舒適的新型裝飾材料,說明人看隧道壁不會刺眼,所以隧道洞壁發(fā)生漫反射。故D錯誤。
2.浮力產(chǎn)生的原因是由于 ( ?。?
A.液體(或氣體)對物體有壓力 B.液體(或氣體)對物體有壓力差
C.液體(或氣體)有質(zhì)量 D.物體對液體(或氣體)有壓力
【答案】B
【解析】液體(或氣體)對物體上下表面有壓力差示浮力產(chǎn)生的原因。
3.一正方體浸沒在水中,上表面與水面相平,關(guān)于它下列說法中正確的是( ?。?
A.它的上、下表面都受到水的壓強(qiáng),其中上表面受的壓強(qiáng)較大
B.它的上、下表面都受到水的壓力,兩表面受的壓力相等
8、C.它的上表面受的壓力向上,下表面受的壓力向下
D.它的下表面受的壓強(qiáng)較大,下表面受的壓力向上
【答案】D
【解析】一正方體浸沒在水中,上表面與水面相平。上表面受到水的壓強(qiáng)為0,受到水的壓力也為0,下表面收到水的壓強(qiáng)可以利用液體壓強(qiáng)公式求出,受到向上的壓力可以利用壓強(qiáng)公式P=F/S求出。
二、填空題
4.浮力的大小由 和 來決定,與物體的密度 關(guān),與物體的體積 關(guān),
與物體浸沒在液體中的深度 關(guān).
【答案】液體的種類 排開液體的體積,無,無,無。
【解析】浮力的大小由液體密度和排開液體體積來決定,與物體的密度無關(guān),與物體的體積無關(guān),
與物體浸沒在液體中
9、的深度無關(guān).
5.有一邊長為10cm正方體浸沒在水中,上表面離水面20cm,水對上表面的壓強(qiáng)為 Pa,水對上表面產(chǎn)生的壓力為 N, 水對下表面的壓強(qiáng)為 Pa,水對下表面產(chǎn)生的壓力為 N,物體受到的浮力為 N.
【答案】 1.96×103.19.6. 2.94×103。29.4。9.8。
【解析】(1)由液體壓強(qiáng)公式P=ρgh得,
水對這個長方體上表面的壓強(qiáng)為P1=ρ水g h1=1.96×103Pa
則水對這個長方體上表面的壓力F1=P1S=ρ液gh1S=19.6N
水對這個長方體下表面的壓強(qiáng)為:P2=ρ液gh2=2.94×103Pa
則水對這個長方體
10、下表面的壓力F2=P2S=ρ液gh2S=29.4N
(2)長方體在水中所受壓力的合力(上下壓力差)即浮力為
F=F2﹣F1=29.4N-19.6N=9.8N
三、作圖題
6.水中正在上浮的乒乓球,畫出所受的重力G和浮力F的示意圖.
【答案】如圖所示:
【解析】因為乒乓球在水中,所以乒乓球受浮力和重力的作用,浮力方向豎直向上,重力方向豎直向下;又因為乒乓球正在上浮,所以乒乓球受到的浮力大于重力,則表示浮力的線段長度要長一些,力的作用點都畫在重心處。
7.如圖所示是正在水中上浮的木塊,請畫出木塊在水中所受重力G和浮力F浮的受力示意圖.
【答案】如圖所示:
【解
11、析】因為物體在水中,所以受浮力和重力的關(guān)系,浮力方向豎直向上,重力方向豎直向下;又物體上浮,所以物體受到的浮力大于重力,作用點都畫在重心處.
8.(2019湖北宜昌)如圖所示,兩個大小相等的物體浸沒在水中,一個懸浮,一個下沉。請畫出懸浮物體所受重力示意圖;畫出下沉物體所受浮力、重力示意圖。(注意:整個作圖過程中大小相等的力線段長度相等,大小不同的力用線段長短區(qū)別)
【答案】如圖所示:
【解析】物體懸浮,浮力等于重力;物體下沉,浮力小于重力;據(jù)此根據(jù)力的示意圖的畫法畫出相關(guān)各力的示意圖。
(1)物體懸浮時,浮力等于重力。過物體重心畫一條帶箭頭的豎直向下的有向線段,用G表示,注意
12、線段的長度應(yīng)與表示浮力的線段長度相等;
(2)物體下沉?xí)r,浮力小于重力,過物體的重心分別沿豎直向下和豎直向上的方向畫一條有向線段,并分別用G和F浮 表示,注意表示重力的線段長度較長。
9.(2019貴州黔東南)如圖所示,用彈簧測力計懸掛著物體靜止在水中,請畫出此時物體受到力的示意圖。
【答案】如圖所示:
【解析】由圖可知,用彈簧測力計懸掛著物體靜止在水中,受的浮力、拉力和重力的作用,重力從重心豎直向下畫,浮力、拉力從重心豎直向上畫,標(biāo)出符號,浮力與拉力之和等于重力。
10.如圖所示,乒乓球漂浮在水面上,請畫出乒乓球受到的重力G和浮力F浮的示意圖。
【答案】如圖所示:
13、
【解析】根據(jù)乒乓球漂浮在水面上,則可判斷乒乓球受到的浮力與重力是一對平衡力,浮力方向豎直向上,重力方向豎直向下,浮力大小等于重力,作用點在球重心上;根據(jù)力的示意圖的做法,用一條帶箭頭的線段把浮力和重力的大小、方向、作用點分別表示出來。
乒乓球所受浮力的方向是豎直向上的,從重心開始豎直向上畫一條帶箭頭的線段表示出浮力,并標(biāo)出F??;乒乓球的重力與浮力大小相等,方向相等,作用點都在重心,同理做出重力的示意圖。
四、實驗探究題
11.(2019上海)某小組同學(xué)在“探究物體在液體中所受向上的力與哪些因素有關(guān)”實驗中,用彈簧測力計拉著一個圓柱體,測力計示數(shù)為F0.現(xiàn)將圓柱體懸空放置在一個燒杯中,
14、倒入液體A,圓柱體的下表面到液面的深度為h,記錄下此時彈簧測力計的示數(shù)為F以及F0和F的差為△F.接著,將液體A替換為液體B,重復(fù)上述實驗,記錄數(shù)據(jù)如下表一、二所示。
表一 液體A(ρA=0.8×103千克/米3)
實驗序號
h(厘米)
F(牛)
△F(牛)
1
3
8.5
1.5
2
6
7
3
3
9
5.5
4.5
4
12
5
5
表二 液體B (ρB=1.0×103千克/米3)
實驗序號
h(厘米)
F(牛)
△F(牛)
5
3
8.5
1.2
6
6
7.6
2.4
7
9
6.4
3.6
8
12
15、
6
4
①根據(jù)實驗序號1與2與3或5與6與7的數(shù)據(jù),分析比較彈簧測力計的示數(shù)F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關(guān)系,可得出的初步結(jié)論是:同一物體在同種液體中, 。
②根據(jù)實驗序號1與2與3或5與6與7的數(shù)據(jù),分析比較△F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關(guān)系,可得出的初步結(jié)論是:同一物體在同種液體中, 。
③根據(jù)實驗序號1與5或2與6或3與7的數(shù)據(jù),分析比較△F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關(guān)系,可得出的初步結(jié)論是 。
④本實驗中,圓柱體的重力為 牛,高度為 厘米。
【答案】①彈簧測力計示數(shù)F隨圓柱體的下表面到液面的深度增大而減
16、??;
②△F與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比;
③同一物體在不同液體中,圓柱體的下表面到液面的深度h不變時,液體密度ρ越大,△F越大;
④10.0;10.0。
【解析】①根據(jù)實驗序號1與2與3或5與6與7的數(shù)據(jù),分析比較彈簧測力計的示數(shù)F與圓柱體的下表面到液面的深度h的大小關(guān)系,可得出的初步結(jié)論是:同一物體在同種液體中,彈簧測力計示數(shù)F隨圓柱體的下表面到液面的深度增大而減??;
②縱向比較表一序號1與2與3或表二序號5與6與7的數(shù)據(jù),可知,圓柱體的下表面到液面的深度h為原來的幾倍,△F也為原來的幾倍,可得出的初步結(jié)論是:同一物體在同種液體中,△F與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比
17、;
③ρA=1.0×103kg/m3>ρB=0.8×103kg/m3,
根據(jù)實驗序號1與5或2與6或3與7的數(shù)據(jù),可得出的初步結(jié)論是:同一物體在不同液體中,圓柱體的下表面到液面的深度h不變時,液體密度ρ越大,△F越大;
④F0=G,根據(jù)稱重法測浮力,△F=F0﹣F,
故本實驗中,圓柱體的重力為:
G=△F+F=1.5N+8.5N=10.0N;
由②,比較表一序號1與2與3或表二序號5與6與7的數(shù)據(jù),可知同一物體在同種液體中,△F與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比;但序號4與8實驗不符合這個規(guī)律;
根據(jù)阿基米德原理,F(xiàn)?。溅岩篻V排,在物體沒有浸沒時,F(xiàn)?。溅岩篻Sh,故受到的浮
18、力與圓柱體的下表面到液面的深度h成正比,
浸沒在液體中的物體受到的浮力與深度無關(guān),說明4與8這兩中情況下,圓柱體已浸沒在液體中了,
由阿基米德原理:1、4兩次實驗受到的浮力之比為:
=,
h=×3cm=10cm。即圓柱體的高度為10.0厘米。
五、綜合能力題
12.如圖所示,設(shè)想有一個高為H,上、下底面積為S的長方體浸沒在密度為ρ的液體中,設(shè)長方體上表面在液體中的深度為h 1,下表面在液體中的深度為h 2,該長方體上、下表面受到液體的壓強(qiáng)可用公式p=ρgh(ρ為液體密度,h為深度)來計算,試推導(dǎo)出長方體上、下表面在液體中所受壓力差F=ρgHS.
【答案】見解析。
【解析】(1)由液體壓強(qiáng)公式P=ρgh得,
液體對這個長方體上表面的壓強(qiáng)為P1=ρ液g h1
則液體對這個長方體上表面的壓力F1=P1S=ρ液gh1S;
液體對這個長方體下表面的壓強(qiáng)為:P2=ρ液gh2,
則液體對這個長方體下表面的壓力F2=P2S=ρ液gh2S.
(2)長方體在液體中所受壓力的合力(上下壓力差)
F=F2﹣F1=ρ液gh2S﹣ρ液gh1S=ρ液gS(h2﹣h1)=ρ液gSH
其合力的方向是豎直向上.
9