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專題09 浮力與升力 ?知識點1浮力 1、定義：浸在液體中的物體會受到液體豎直向上的托力，這個托力就叫浮力； 2、方向：豎直向上； 3、大小：F浮=F向上-F向下； 4、施力物體：液體（或氣體）； 5、浮力產生原因：浮力的大小等于物體上、下表面受到的壓力差，方向豎直向上。 如果一個浸在液體中的物體，下表面跟容器底部緊密接觸，則它的下表面不受液體給它向上的壓力，因此也就不受液體浮力作用； 例1（xx?河池）如圖甲所示，水平桌面上盛滿水的容器中放有一個鋼珠。把木塊輕輕放入容器中，木塊靜止時如圖乙所示。以下說法正確的是（） A．鋼珠不受浮力作用 B．木塊受到的浮力大于鋼珠受到的浮力 C．兩圖中容器對桌面的壓強相等 D．兩圖中水對容器底的壓強不相等 【答案】C 【解析】 例2（xx?淄博）如圖所示，水平桌面上有兩個完全相同的溢水杯甲和乙、杯中裝滿了水，將兩個體積相同、材料不同的實心小球A和B分別放入溢水杯中。則下列說法錯誤的是（） A．小球A的質量小于小球B的質量 B．小球A受到的浮力等于小球B受到的浮力 C．甲杯對桌面的壓強等于乙杯對桌面的壓強 D．水對甲杯底的壓強等于水對乙杯底的壓強 【答案】B 【解析】 CD、由圖可知，兩杯水面高度相等，根據(jù)p=ρgh知，水對甲杯底的壓強等于水對乙杯底的壓強； 兩容器相同，則底面積相同，根據(jù)p=知兩容器底受到水的壓力相等，容器重力相同，容器對桌面的壓力相同，根據(jù)p=知甲杯對桌面的壓強等于乙杯對桌面的壓強，故CD正確。 ?知識點2浮力的測量 1、測量方法 ①先用彈簧測力計測出重物在空氣中的重力為G；②再把彈簧測力計重物浸沒在液體中，讀出彈簧測力計的示數(shù)F；③則重物在液體中的浮力大小為：F浮=G-F； 2、測量原理 如上圖，物塊的重力為G，把物塊浸沒在液體中，物塊所受拉力F’。此時物塊受到重力G、液體的浮力F浮和拉力F’的作用，物塊處于靜止狀態(tài)，則說明物塊受到平衡力作用，有F’+F浮=G，即F浮=G-F’； 例1（xx?臨沂）xx年4月20日，我國最先進的自主潛水器“潛龍三號”（如圖所示）成功首潛。潛水器在水面下勻速下潛過程中（） A．受到的重力小于浮力 B．上、下表面受到的壓力差變大 C．受到的壓強變大，浮力變大 D．受到的壓強變大，浮力不變 【答案】D 【解析】 例2（xx?青海）遼寧艦于xx年9月25日正式交付海軍使用，它滿載時排水量為67500t，艦長304m，艦寬70.5m，面積相當于兩個足球場的大小。遼寧艦滿載時受到的浮力是________N，當艦上飛機起飛訓練時，艦體受到的浮力將__________（填“增大”“減小”或“不變”），水下6m處艦體受到的壓強為________Pa（海水密度為1.03103kg/m3）。甲板上停放的飛機相對于艦體是________（填“運動”或“靜止”）的。 【答案】6.75108；減??；6.18104；靜止。 【解析】 ?知識點3影響浮力大小的因素 實驗結論：浸在液體中的物體受到浮力的大小，跟物體浸入液體中的體積有關，跟液體的密度也有關；全部浸沒在同種液體中的物體所受浮力則跟物體浸入液體中的深度無關； 例1（xx?蘇州）為探究物體在水中受到的浮力大小與浸入水中的體積和深度的關系，小明和小華把裝滿水的溢水杯放到臺秤上，溢水杯口下方放置一空量筒。用細線系住金屬塊并掛在彈簧測力計上，測力計示數(shù)為G．然后將金屬塊緩慢浸入水中，且始終不與杯接觸，如圖。 （1）金屬塊浸沒前的過程中，測力計示數(shù)逐漸變小，說明浮力大小逐漸。據(jù)此，小明認為金屬塊受到的浮力隨浸入水中的深度增大面增大；而小華則認為浮力隨浸入水中的體積增大而增大，根據(jù)以上實驗你認為下列說法正確的是。 A．只有小明的觀點合理B．只有小華的觀點合理 C．兩人的觀點都不合理D．兩人的觀點都合理 （2）接下來他們繼續(xù)實驗，增大金屬塊浸沒在水中的深度，發(fā)現(xiàn)測力計的示數(shù)始終不變且為F，據(jù)此可得出的觀點不具有普遍性。這個過程中金屬塊受到的浮力F浮=。 （3）為了深入研究，他們測出量筒中水的體積V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=，通過比較數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)F浮=G排，換用不同的物體和液體重復上述實驗，都能得出F浮=G排，說明決定浮力大小的根本因素是G排。 （4）從金屬塊開始浸入直至浸沒一定深度的過程中臺秤的示數(shù)變化情況是。 【答案】（1）變大；D；（2）小明；G﹣F；（3）ρ水V排g；（4）一直不變 【解析】 （2）接下來他們繼續(xù)實驗，增大金屬塊浸沒在水中的深度，發(fā)現(xiàn)測力計的示數(shù)始終不變且為F，據(jù)此可得出浮力與物體完全浸沒在液體中的深度無關，故小明的觀點不具有普遍性； 這個過程中金屬塊受到的浮力根據(jù)F=G﹣F浮可知，F(xiàn)浮=G﹣F； （3）量筒中水的體積V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=m排g=ρ水V排g，通過比較數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)F浮=G排，換用不同的物體和液體重復上述實驗，都能得出F浮=G排，說明決定浮力大小的根本因素是G排。 例2（xx?廣西）在“探究浮力的大小跟哪些因素有關”的實驗中，提出如下猜想 猜想1：浮力的大小可能與液體的密度有關 猜想2：浮力的大小可能與物體的重力有關 猜想3：浮力的人小可能與物體的形狀有關 猜想4：浮力的大小可能與排開液體的體積有關 （1）如圖1所示，用手把飲料罐按入水中，飲料料罐浸入水中越深，手會感到越吃力。這個事實可以支持以上猜想（選填序號） （2）為了研究猜想1和猜想2，運用了體積相同的A、B、C三個圓柱體，測得重力分別為4N，4.5N和5N．然后進行如圖2所示的實驗。 ①在序號a的實驗中物所受的浮力為N。 ②比較序號，，e的三次實驗，可得出初步結論：浮力大小與液體密度有關。 ③進一步分析可知：液體的密度越大，物體所變的浮力越； ④比較序號a、b、c的三次實驗，可得出結論：浮力的大小與物體的重力關。 （3）為了研究猜想3，小明用兩塊相同的橡皮泥分別捏成圓錐體和圓柱體進行如圖3所示的實驗、由此小明得出的結論是：浮力的大小與物體的形狀有關，小珍認為這結論不可靠，主要原因是。 【答案】（1）4；（2）①1；②a；d；③大；④無；（3）沒有控制變量唯一 【解析】 （1）用手把空的飲料罐按入水中，手就會感受到豎直向上的浮力，越往下按，浮力越大，手會感到越吃力，；空飲料罐向下按入的過程中，水面會升高，空飲料罐排開水的體積比較大；由此得出猜想：浮力的大小與物體排開液體的體積有關，即這個事實可以支持猜想4。 （3）根據(jù)控制變量法知：要研究浮力大小與物體形狀的關系，必須保證排開液體的體積和液體的密度不變，小明實驗中改變了形狀，但沒有控制排開水的體積相同，故小珍認為小明的結論不可靠，不可靠主要原因為沒有控制變量唯一（沒有控制排開液體的體積相同）。 ?知識點4探究浮力大小 1、實驗步驟 （1）先測出小桶的重力G1； （2）測出物體所受重力G2； （3）測出物體浸沒在液體中時彈簧測力計的示數(shù)G3； （4）測出小桶和物體排開液體的總重力G4； 2、實現(xiàn)現(xiàn)象：物體所受的浮力跟它排開液體所受的重力相等，即G2-G3=G4-G1； 例1（xx?涼山州）將一小木塊和一大石塊浸沒在水中，松手后小木塊上浮，大石塊下沉，比較剛松手時兩者所受的浮力大?。ǎ? A．木塊受到的浮力較大 B．石塊受到的浮力較大 C．兩者受到的浮力一樣大 D．條件不足無法比較 【答案】B 【解析】 例2（xx?海南）如圖所示，兩只相同的氣球，分別充入氫氣和空氣，充氣后體積相同，放飛氣球時只有氫氣氣球升上空中。若它們在空氣中受到的浮力分別為F氫和F空，則下列說法中正確的是（） A．F氫＞F空 B．F氫=F空 C．F氫＜F空 D．條件不足，無法比較 【答案】B 【解析】 ?知識點5阿基米德原理 1、內容：浸在液體里的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于被物體排開的液體的重力； 2、公式：F浮=G排=ρ液gV排； 3、對阿基米德原理的理解 ①G排表示被物體排開的液體所受的重力而非物體自身的重力； ②ρ液表示物體所在的液體的密度； ③V排是排開液體的體積，不一定等于物體的體積；當物體完全浸沒時，V排=V物；當物體部分浸沒時，V排〈V物； ④“浸在液體里的物體”包括完全浸沒或者部分浸沒； ⑤阿基米德原理不僅適用于液體，對于氣體也同樣適用； 例1（xx?荊門）水上救援往往需要打撈沉沒的貨物，我們將該情景簡化為如圖所示的物理過程，假設物體浸沒在水深h=0.5m的容器底部（非密合），現(xiàn)利用彈簧測力計將物體從水中勻速提出，當物體有一半體積露出水面時，彈簧測力計示數(shù)為3N，當物體全部離開水面后，彈簧測力計示數(shù)為5N，已知水的密度ρ水=1.0103kg/m3．取g=10N/kg。則（） A．物體在水面下上升的過程中所受浮力逐漸減小 B．物體在容器底部時，受到的浮力為2N C．物體在容器底部時，水對其底部的壓強為5104Pa D．物體的密度為1.25103kg/m3 【答案】D 【解析】 例2（xx?黃石）測算不溶于水的新型合金材料密度 （1）小明拿來一個彈簧測力計，如圖a所示在沒有掛重物時，已產生N的讀數(shù)，應將指針向（選填“上或“下”）移動，進行調零 （2）小磊將材料用細絲線懸掛在彈簧測力計下，靜止時彈簧測力計示數(shù)如圖b，大小為N．再將材料全部浸入水中，靜止時彈簧測力計示數(shù)如圖c。由此，小磊得出材料在水中受到的浮力F浮=N。 （3）若取g=10N/kg，ρ水=1.0103kg/m3，可以計算出材料的質量m=kg．體積V=m3（用科學記數(shù)法表示），并由此算出材料的密度ρ=kg/m3 （4）小明提出若取g=9.8N/kg會使測量結果更準確，而小磊認為無影響。你認為__________ （填小明或小磊）的說法正確。 【答案】 （1）0.2；上； （2）4.2；2.0； （3）0.42；2.010﹣4；2.1103； （4）小磊。 【解析】 （1）由圖示彈簧測力計可知，其分度值為0.2N，在沒有掛重物時，彈簧測力計示數(shù)為0.2N； 使用彈簧測力計測量物體重力時，應使指針指在0刻度線上，故應將指針向上移動。 ?知識點6浮力的計算 1、壓力差法 F浮=F向上-F向下；F向上是物體下表面所受液體的壓力，F(xiàn)向下是物體上表面所受液體的壓力； 2、公式法（阿基米德原理） F浮=G排=ρ液gV排；阿基米德原理揭示了浮力的計算方法和影響浮力大小的因素； 3、稱重法 F浮=G物-F彈；G物表示物體的重力；F彈表示物體浸在液體中時，彈簧測力計的示數(shù)； 4、二力平衡法 F浮=G物； 例1（xx?重慶）水平桌面上的薄壁圓柱形容器中盛有某種液體，容器底面積為80cm2，用細線拴著體積為為100cm3的金屬球沉入容器底，這時液體深度為10cm，它對容器底的壓力為1.9N，如圖所示?，F(xiàn)將金屬球從液體中取出，液體對容器底的壓強改變了100Pa，從容器中取出金屬球時，表面所沾液體與細線的體積均不計。則下列判斷正確的是（） A．金屬球在液體中所受浮力大小為1N B．容器中液體所受重力大小為6.4N C．取出金屬球后，容器對桌面的壓強減小了100Pa D．金屬球的密度為2.7103kg/m3 【答案】D 【解析】 因為小球浸沒在液體中，所以V排=V球， 金屬球在液體中所受浮力大小F浮=ρ液gV排=ρ液gV球=0.8103kg/m310N/kg110﹣4m3=0.8N；故A錯誤； 因為G球﹣F浮=1.9N， 所以G球=1.9N+0.8N=2.7N； 小球取出后對桌面的壓力減小，減小的壓力就是物體重力，△p===337.5Pa；故C錯誤； B、容器中液體體積為V液=Sh﹣100cm3=80cm310cm﹣100cm3=700cm3=710﹣4m3， G液=m液g=ρ液V液g=0.8103kg/m3710﹣4m310N/kg=5.6N；故B錯誤。 例2（xx?泰安）用彈簧測力計懸掛一實心物塊，物塊下表面與水面剛好接觸，如圖甲所示。從此處勻速下放物塊，直至浸沒于水中并繼續(xù)勻速下放（物塊未與水底接觸）。物塊下放過程中，彈簧測力計示數(shù)F與物塊下表面浸入水的深度h的關系如圖乙。g取10N/kg，水的密度是1.0103kg/m3．求： （1）物塊受到的重力； （2）物塊完全浸沒在水中受到的浮力； （3）物塊的密度。 【答案】 （1）物塊受到的重力為18N； （2）物塊完全浸沒在水中受到的浮力為8N； （3）物塊的密度為2.25103kg/m3。 【解析】 （1）由圖可知，物體未浸入水中時測力計示數(shù)為18N，故物體的重力為G=18N； （2）物體全部浸入水中時，測力計的示數(shù)為F=10N，則在水中受到的浮力為F浮=G﹣F=18N﹣10N=8N， ?知識點7物體的浮沉條件 1、正確理解物體的浮沉條件 （1）物體受非平衡力，處于運動狀態(tài)的分析； （2）物體受平衡力時，處于靜止狀態(tài)的分析： 3、浮力的應用 ①密度計：測量時，漂浮于被測液體中，液體密度越大，密度計的位置越高； ②潛艇：通過改變自身重力來實現(xiàn)自身的浮沉； ③氣球：通過改變自身體積的大小實現(xiàn)自身的浮沉； ④輪船：原理是把密度大于水的材料做成空心，使它能夠排開更多的水；輪船的排水量是指排開水的質量； ⑤浮筒打撈：改變自身重力打撈船只； 例1（xx?百色）小明分別拿著體積相同的木塊和石塊，把它們都浸沒到水中，同時松開手時，他看到木塊上浮，石塊下沉，在木塊未露出水面前，下列說法正確的是（） A．木塊受到的浮力等于自身重力 B．石塊受到的浮力等于自身重力 C．木塊受到的浮力等于石塊受到的浮力 D．木塊受到的浮力大于石塊受到的浮力 【答案】C 【解析】 例2（xx?杭州）“蛟龍?zhí)枴笔俏覈着_自主設計、自主集成研制、世界上下潛最深的作業(yè)型深海載人潛水器。“蛟龍?zhí)枴斌w積約為30米3，空載時質量約為22噸，最大荷載240千克。 （1）“蛟龍?zhí)枴笨蛰d漂浮在水面時受到的浮力為多大？ （2）若“蛟龍?zhí)枴蹦炒螡M載時下沉是采用注水方式實現(xiàn)的，則至少注入多少立方米的水？（海水密度取1.0103千克/米3，g取10牛/千克） 【答案】 （1）“蛟龍?zhí)枴笨蛰d漂浮在水面時受到的浮力為2.2105N； （2）若“蛟龍?zhí)枴蹦炒螡M載時下沉是采用注水方式實現(xiàn)的，至少注入7.76m3的水。 【解析】 （1）蛟龍?zhí)枴笨蛰d漂浮在水面時，根據(jù)漂浮條件可知潛艇受到浮力： F浮=G空載=m空載g=22103kg10N/kg=2.2105N； （2）滿載時需要下沉時潛水器排開海水的體積V排=V船=30m3， 此時F浮′=ρ海gV排=1.0103kg/m310N/kg30m3=3105N， 滿載總重力G滿=m滿g=（22103kg+240kg）10N/kg=2.224105N， G注水=F浮′﹣G滿=3105N﹣2.224105N=7.76104N， 則由G=mg=ρgV可得注入水的體積： V注入===7.76m3。 ?知識點8流體壓強與流速的關系 1、流體：物理學中，把具有流動性的液體和氣體統(tǒng)稱為流體； 2、流體壓強：流體流動時壓強稱作流體壓強； 3、流速：流體運動的速度叫流速； 4、流體壓強與流速的關系 在氣體和液體中，流速大的地方，壓強小；流速小的地方，壓強大； 例1（xx?大連）某同學利用身邊的物品做實驗，他通過吹氣改變空氣流速，其中不能揭示“流體壓強與流速關系”的是（） A．兩張紙靠近 B．紙條被吹起 C．兩個乒乓球靠近 D．乒乓球不下落 【答案】B 【解析】 A、沒有吹氣時，紙的中間和外側的壓強相等，紙在重力的作用下自由下垂，當向中間吹氣時，中間的空氣流動速度增大，壓強減小，紙外側的壓強不變，紙受到向內的壓強大于向外的壓強，受到向內的壓力大于向外的壓力，紙在壓力差的作用下向中間靠攏，故A不符合題意； 例2（xx?江西）xx年5月，一架正在高空中飛行的飛機，風擋玻璃突然爆裂，此時副駕駛整個上半身被“吸”出艙外，導致這一現(xiàn)象發(fā)生的原因是（） A．副駕駛受到的重力突然減小 B．艙內氣壓變大，艙外氣壓變小 C．艙內空氣流速小壓強大，艙外空氣流速大壓強小D．艙內溫度降低，壓強突然增大 【答案】C 【解析】 正在高空中飛行的飛機，擋風玻璃突然爆裂，艙內空氣流速小壓強大，艙外空氣流速大壓強小，故形成向外的壓強差，因此副駕駛整個上半身被“吸”出艙外，故C正確，ABD錯誤； ?知識點9飛機的升力 飛機的機翼一般做成上凸下平的形狀，當氣流經過機翼時，機翼上方的空氣通過的路程大、速度大；機翼下方的空氣通過的路程短、速度小，根據(jù)流體壓強與流速的關系，機翼上方的壓強小，下方的壓強大，故而上下表面存在壓強差，產生了向上的舉力，也稱升力； 例1（xx?瀘州）xx年5月14日，川航重慶至拉薩3U8633航班在飛行期間出現(xiàn)擋風玻璃碎裂，導致駕駛艙處于高空低溫失壓的狀態(tài)，在空管和機組人員的冷靜處理下，飛機安全迫降于成都雙流機場。根據(jù)以上信息，下列說法正確的是（） A．飛機正常飛行時機翼上方空氣流速大壓強大 B．系安全帶是為了防止被“吸出”艙外和慣性帶來的危害 C．擋風玻璃碎裂后，駕駛艙內的氣壓突然變?yōu)榱? D．飛機在迫降過程中運動狀態(tài)始終保持不變 【答案】B 【解析】 例2（xx?白銀）小汽車已經進入尋常百姓家庭，下列說法正確的是（） A．小汽車在水平公路上靜止時，汽車對地面的壓力和地面對汽車的支持力是一對平衡力 B．小汽車在水平公路上高速行駛時，汽車對地面的壓力小于汽車的重力 C．小汽車在水平公路上勻速直線行駛時，車輪不受摩擦力作用 D．使用安全帶和安全氣囊是為了減小慣性 【答案】B 【解析】 A、汽車靜止在路面上時，汽車對地面的壓力和地面對汽車的支持力，二力作用在不同的物體上，因此二力不是一對平衡力，故A錯誤； B、小汽車高速行駛時，小汽車上方空氣流動大于下方的空氣流動，因此小汽車在豎直方向上受支持力和空氣向上的托力的作用，因此小汽車對路面的壓力小于汽車的重力，故B正確；