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2020八年級物理下冊 第十章 浮力 10.3 物體的浮沉條件及應(yīng)用精講精練(含解析)(新版)新人教版

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1、專題10.3 物體的浮沉條件及應(yīng)用 課前預(yù)習(xí) 一、浮沉條件 上 浮 下 沉 懸 浮 漂 浮 沉 底 ___ F?。綠 __ F浮<G ____ F浮=G ___ F浮=G F浮+N=G 處于動態(tài)(運動狀態(tài)不斷改變),受非平衡力作用。 可以停留在液體的任何深度處。 是“上浮”過程的最終狀態(tài)。 是“下沉”過程的最終狀態(tài)。 處于靜態(tài),受平衡力作用。 二、浮力的應(yīng)用 1.密度計:測量液體密度的儀器。密度計在不同的液體中所受的浮力____相等____。 2.輪船原理:物體漂浮條件的應(yīng)用。輪船在不同的液體中(

2、如:江水、海水)所受浮力____相等____。輪船排水量是指輪船排開水的____質(zhì)量_____。 3.潛水艇的原理:是通過改變自身的____重力____來實現(xiàn)浮沉的。 4.氣球和飛艇的原理:是通過改變自身的____體積__來實現(xiàn)浮沉的。 知識點解讀與例題突破 知識點1:物體的浮沉條件 1.物體上浮、下沉是運動過程,此時物體受非平衡力作用。下沉的結(jié)果是沉到液體底部,上浮的結(jié)果是浮出液面,最后漂浮在液面。如表: 浮力與物重的關(guān)系 液體密度與物體密度 物體運動狀態(tài) ρ液>ρ物 物體上浮 ρ液<ρ物 物體下沉 ρ液=ρ物 物體懸浮在液體中任何深度處 2

3、.漂浮與懸浮的共同點都是浮力等于重力,在平衡力的作用下靜止不動。但漂浮是物體在液面的平衡狀態(tài),物體的一部分浸入液體中。懸浮是物體浸沒在液體內(nèi)部的平衡狀態(tài),整個物體浸沒在液體中。如表: 物體所處狀態(tài) 浮力與物重的關(guān)系 液體密度與物體密度的關(guān)系 F浮=G物 ρ液>ρ物 F浮=G物 ρ液=ρ物 F浮

4、的密度分別為ρ甲、ρ乙.則( ?。? A.F甲<F乙 B.F甲>F乙 C.ρ甲>ρ乙 D.ρ甲<ρ乙 【答案】D 【解析】(1)同一密度計在兩種液體中都漂浮,所以受到的浮力都等于密度計受到的重力。 (2)由圖可以得出密度計排開液體體積的大小關(guān)系,再根據(jù)阿基米德原理分析液體的密度大小關(guān)系。 AB、由于密度計兩次靜止時都處于漂浮,則F浮=G, 即密度計在兩種液體中受到的浮力都等于密度計受到的重力G.所以,F(xiàn)甲=F乙,故AB錯誤; CD、由圖知,密度計排開液體的體積:V甲排>V乙排, 由F浮=ρ液gV排可知:ρ甲<ρ乙;故C錯誤,D正確。 知識點2:物體的浮沉條件的應(yīng)用 1.輪

5、船: (1)原理:把密度大于水的鋼鐵制成空心的輪船,使它排開水的體積增大,從而來增大它所受的浮力,故輪船能漂浮在水面上。 (2)排水量:輪船滿載時排開的水的質(zhì)量。 2.潛水艇: 原理:潛水艇體積一定,靠水艙充水、排水來改變重力,使重力小于、大于或等于浮力來實現(xiàn)上浮、下潛或懸浮的。 3.氣球和氣艇: 原理:氣球和飛艇體內(nèi)充有密度小于空氣的氣體(氫氣、氨氣、熱空氣)。 【例題2】北方人有吃餃子的習(xí)慣,剛包好的餃子,為什么放入水中會下沉,而過一會兒餃子會浮起來? 答案:剛剛包好的餃子,放入水中時,由于餃子所受浮力小于重力,所以下沉;過一會兒,由于餃子受熱后內(nèi)部空氣膨脹,餃子的體積增大

6、,排開水的體積也增大、浮力增大,當(dāng)餃子所受到的浮力大于重力時,它會浮起來。 解析:此題通過煮水餃的過程及現(xiàn)象考查了物體的浮沉條件,物體在液體中的浮沉是由物體完全浸沒時浮力與重力的大小關(guān)系決定的。 物體的浮沉條件:上?。篎浮>G,懸浮:F浮=G,下沉:F浮<G;物體在液體中的浮沉最終是由物體完全浸沒時浮力與重力的大小關(guān)系決定的,根據(jù)浮沉條件判斷水餃在水中上浮和下沉的原因。 習(xí)題精練 一、選擇題 1.(2019山東臨沂)將兩個完全相同的小球分別放入裝有不同液體的甲、乙兩燒杯中,球靜止時兩燒杯液面相平,如圖所示。下列判斷正確的是( ?。? A. 兩小球所受浮力大小相等

7、B. 乙燒杯中液體的密度大 C. 乙燒杯中小球排開的液體質(zhì)量大 D. 甲燒杯底部受到液體的壓強小 【答案】A 【解析】A.因為物體漂浮或懸浮時,受到的浮力和自身的重力相等,所以同一只小球在兩杯中受到的浮力相等,都等于小球的重力,故A正確; B.由圖可知,小球在甲、乙兩杯中分別處于漂浮和懸浮狀態(tài)。根據(jù)浮沉條件可知,ρ甲液>ρ球,ρ乙液=ρ球.所以ρ甲液>ρ乙液,故B錯誤; C.由于兩球漂浮或懸浮,排開液體的重力等于球的重力,則小球排開的液體質(zhì)量等于球的質(zhì)量,故C錯誤; D.由于兩杯中液面相平,所以根據(jù)p=ρ液gh可知,燒杯底受到液體的壓強:p甲液>p乙液.故D錯誤。 2.(

8、2019山東泰安)如圖所示,水平桌面上有甲、乙兩個相同容器,分別裝有密度為ρ1、ρ2的兩種不同液體,將兩個相同的小球分別放在兩容器中,小球靜止時,兩容器液面相平,兩個小球受到的浮力分別為F1、F2,則下列判斷中(  ) ①F1>F2 ②ρ1>ρ2 ③甲容器底部受到液體的壓強大于乙容器底部受到液體的壓強 ④甲容器對桌面的壓力小于乙容器對桌面的壓力 A.只有②③正確 B.只有①②正確 C.只有③④正確 D.只有①③④正確 【答案】A 【解析】①因為物體漂浮或懸浮時,受到的浮力和自身的重力相等,所以兩個相同的小球在兩杯中受到的浮力都等于小球的重力,則:F1=F2,故①錯誤;

9、②由圖可知,小球在甲、乙兩杯中分別處于漂浮和懸浮狀態(tài),根據(jù)浮沉條件可知,ρ1>ρ球,ρ2=ρ球.所以ρ1>ρ2,故②正確; ③兩杯中液面相平,ρ1>ρ2,所以根據(jù)p=ρ液gh可知,燒杯底受到液體的壓強:p1>p2,故③正確。 ④由于兩球漂浮或懸浮,排開液體的重力等于球的重力,則兩種情況下容器內(nèi)的總重力等于等高的液體產(chǎn)生的壓力,所以可以認為甲杯內(nèi)液體的體積等于乙杯內(nèi)液體的體積,且ρ1>ρ2,由G=mg=ρVg可知,甲杯內(nèi)總重力較大,甲、乙兩燒杯相同,所以甲杯對桌面的壓力較大,故④錯誤; 由此分析可知:只有②③正確。 3.(2019山東威海)一個質(zhì)量為80g的圓柱形瓶身的空玻璃瓶,內(nèi)裝10

10、cm高的水密封后放在水平地面上,如圖甲所示,再將玻璃瓶分別倒置在盛有水和某種未知液體的容器中,靜止后,瓶內(nèi)、外液面的高度差如圖乙和圖丙所示(ρ水=1×103kg/m3,g=10Nkg,瓶壁厚度忽略不計)。下列說法正確的是( ?。? A.玻璃瓶在水中受到的浮力小于在未知液體中受到的浮力 B.玻璃瓶底的面積為50cm2 C.未知液體的密度為0.75g/cm3 D.玻璃瓶在水中受到的浮力為4.8N 【答案】CD 【解析】 A.圖乙和丙中,玻璃瓶都處于漂浮狀態(tài),則F浮水=F浮液=G瓶總,故A錯誤; B.圖乙中玻璃瓶處于漂浮狀態(tài),浮力等于其總重力, G杯=m杯g=0.08kg×

11、10N/kg=0.8N, F浮水=G杯+G水, ρ水gS(h1+h2)=G杯+ρ水gSh1, ρ水gSh2=G杯, 玻璃瓶底面積S===4×10﹣3m2=40cm2,故B錯誤; C.設(shè)玻璃瓶的底面積為S,玻璃瓶在水中和在液體中受的浮力相等, F浮水=F浮液, ρ水gV排=ρ液gV排′, ρ水g(V水+Sh2)=ρ液g(V水+Sh3), 因為水的體積V水=Sh1,圖中h1=0.10m,h2=0.02m,h3=0.06m, 解得:ρ液=0.75×103kg/m3=0.75g/cm3;故C正確; D.玻璃瓶中水的體積V水=Sh1=4×10﹣3m2×0.10m=4×10﹣4m3,

12、 根據(jù)G=mg和ρ=可得:G水=ρ水V水g=1.0×103kg/m3×4×10﹣4m3×10N/kg═4N, 則F浮水=G杯+G水=0.8N+4N=4.8N,故D正確。 二、填空題 4.(2019湖北荊州)2018年10月20日,全球最大水陸兩棲飛機“鯤龍”AG600在湖北荊門成功實現(xiàn)水上首飛起降。若某次AG600漂浮停在水面上時,飛機排開水的體積為45m3,飛機底部距水面2m深處受到水的壓強為   Pa,飛機所受重力為   N.(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3) 【答案】2×104;4.5×105。 【解析】(1)飛機底部距水面2m深處受到水的壓強:

13、p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×2m=2×104Pa; (2)飛機漂浮停在水面上時,由漂浮條件和阿基米德原理可得飛機所受重力: G飛機=F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×45m3=4.5×105N。 5.(2019湖南懷化)一個重為0.5 N的木塊放入裝有水的燒杯中,木塊處于漂浮狀態(tài),則木塊受到的浮力是 N;若再沿?zé)谕鶡芯徛氐谷霛恹}水,則木塊受到的浮力將 (選填“變大”、“不變”或“變小”) 【答案】0.5;不變。 【解析】(1)將重為0.5N的木塊放入裝有水的燒杯中,靜止時木塊處于漂浮狀態(tài),所以木塊所受浮

14、力的大小為F=G=0.5N; (2)木塊漂浮,所以木塊的密度小于水的密度,如果再沿?zé)谕鶡芯徛氐谷霛恹}水,木塊的密度不變,水的密度變大,所以,木塊仍然漂浮,所受浮力F=G=0.5N,所以浮力不變。 6.(2019福建省)如圖,氣球下面用細線懸掛一石塊,它們恰好懸浮在水中。已知石塊與氣球的總重力為G總,則氣球受到的浮力F浮   G總(選填“>”“<”或“=”);若水溫升高,石塊將  ?。ㄟx填“上浮”“下沉”或“保持懸浮”)。 【答案】<;上浮。 【解析】(1)氣球下面用細線懸掛一石塊,它們恰好懸浮在水中。 則F浮氣球+F浮石塊=G總, 所以則氣球受到的浮力F浮氣球

15、<G總; (2)水溫升高時,氣球內(nèi)空氣的體積變大,排開水的體積變大, 由F浮=ρ水V排g, 氣球受到的浮力將變大; 石塊受到的重力不變, 此時氣球和石塊受到的浮力大于自重,石塊將上浮。 7.(2019四川內(nèi)江)質(zhì)量為8kg的木塊漂浮在水面上,它受到的浮力大小為   N.浮力的方向是  。(g=10N/kg) 【答案】80;豎直向上。 【解析】木塊漂浮在水面上,則木塊受到浮力F?。紾=mg=8kg×10N/kg=80N; 浮力的方向是豎直向上的。 8.(2019四川達州)將密度為0.9×103kg/m3、體積為V的冰塊放入盛有適量水的圓柱形容器中(無水 溢出),冰塊靜止時

16、露出水面的體積V露=   V,當(dāng)冰塊完仝熔化后(總質(zhì)量不變)容器中的水面 將   (選填“升高”、“降低”或“不變”)。 【答案】;不變。 【解析】由題意可知冰浮在水面上,則F浮=G冰, 由阿基米德原理和重力公式可得:ρ水gV排=ρ冰gV, 則V排==×V=V, 所以露出水面的體積:V露=V﹣V排=V﹣V=V; 當(dāng)冰塊完全熔化后,熔化為水的質(zhì)量和冰的質(zhì)量相同,即ρ水V冰化水=ρ冰V, 所以V冰化水==V,即熔化為水的體積與原來排開水的體積相同,故液面高度不變。 9.(2019四川巴中)兩個完全相同容器內(nèi)分別盛滿不同的液體,現(xiàn)將兩個完全相同的小球輕輕放入容器中,小球靜止

17、后的狀態(tài)如圖所示,則液體對容器底部的壓強關(guān)系是p甲  p乙;兩小球所受的浮力關(guān)系是 F甲  F乙.(選填“>”、“<”或“=”)。 【答案】<;<。 【解析】由題意可知,兩個完全相同容器內(nèi)盛滿不同的液體時,液體的深度相同, 由圖可知,兩個完全相同的小球輕輕放入容器中靜止后,甲中小球沉底,乙中小球漂浮, 因物體的密度大于液體的密度時下沉,物體的密度小于液體的密度, 所以,甲中液體的密度小于乙中液體的密度, 由p=ρgh可知,甲液體對容器底部的壓強小于乙液體對容器底部的壓強,即p甲<p乙; 因物體沉底時受到的浮力小于自身的重力,物體漂浮時受到的浮力和自身的重力相等, 所以,甲

18、中小球受到的浮力小于乙中小球受到的浮力,即F甲<F乙。 三、綜合應(yīng)用題 10.(2019貴州貴陽)小明運用浮力相關(guān)知識制作了可以用來測量物體質(zhì)量的“浮力秤”其構(gòu)造如圖所示,在水平支架的左端固定刻度盤,支架橫梁兩端各固定一個滑輪,將一根無彈性的細繩跨過兩個滑輪,細線的一端懸掛砰盤,另一端連接裝有適量細沙的圓柱形浮筒(浮筒自重不計),在線的適當(dāng)位置固定一根大頭針作為指針,把浮筒浸入裝有適量水的水槽中,稱量時,把待測物體放入砰盤后,指針下降浮筒上升,靜止后,待測物體的質(zhì)量就可以通過指針在刻度盤上的位置反映出來。 請你回答下列問題(不計細線、砰盤、指針的質(zhì)量以及線與滑輪的摩擦) (1)為了

19、制作量程為1kg的浮力秤,向砰盤添加1kg的砝碼,逐漸向空浮筒內(nèi)加入細沙,當(dāng)浮筒的____(選填“上”或“下”)表面剛好與水面齊平并保持靜止時,在刻度盤上將指針?biāo)傅奈恢脴?biāo)定為最大刻度線。 (2)取下砝碼,當(dāng)浮筒受到______力和______力是一對平衡力時,浮筒能直立地浮在水面上靜止,此刻度所指的位置應(yīng)標(biāo)定為零刻度線,在均勻地標(biāo)定其余刻度線。 (3)若將質(zhì)量為m(m<1kg)的待測物體放在砰盤上,當(dāng)浮筒靜止時其下表面距離水面的距離是h,若細沙的質(zhì)量是M,浮筒的橫截面積是S,水的密度為ρ水,請寫出待測物體質(zhì)量的表達式m=____________。 (4)若將原來的浮筒更換為長度相同、橫

20、截面積更小的另一個浮筒,細沙的質(zhì)量和細線的長度等不變,則重新標(biāo)定的刻度線與原來刻度線相比發(fā)生變化的是____________(選填“零刻度線上升”或“最大刻度線下降”),請你分析帶來這一變化的原因是:___________________________。 【答案】(1)下 (2)重 浮 (3)M-ρ水Sh (4)零刻度線上升 當(dāng)浮筒受至重力和浮力是一對平衡力時,指針指的是零刻度線,根據(jù)題意,即是要使浮力不變,也就是在水中的V排不變,根據(jù)V=Sh可知,當(dāng)浮筒橫截面積變小,那h越大,也就是指針會上升。 【解析】(1)為了制作量程為1kg的浮力稱,向秤盤添加1kg的砝碼

21、,即最大質(zhì)量,此時細線對浮簡的拉力最大,則浮內(nèi)加入細沙,則浮簡浸在水中的深度最小,可為0;故當(dāng)浮簡的下表面剛好與水面齊平并保持靜止時,在刻度盤上將指針?biāo)傅奈恢脴?biāo)定為最大刻度線。 (2)取下砝碼,細線對浮筒的拉力為0,當(dāng)浮簡受到重力和浮力是一對平衡力時,浮簡能直立地浮在水面上靜止,此刻度所指的位置應(yīng)標(biāo)定為零刻度線,在均勻地標(biāo)定其余刻度線; (3)若將質(zhì)量為m(m<1kg)的待測物體放在秤盤上,重力為G=mg,對細線的拉力為T=mg,即線對簡的拉力;若細沙的質(zhì)量是M,當(dāng)浮筒靜止時其下表面距離水面的距離是h,浮筒的橫截面積是S,水的密度為ρ水,根據(jù)阿基米德原理,則浮筒受到的浮力,F(xiàn)=ρ水gV=ρ水gSh,浮筒處于靜止?fàn)顟B(tài),根據(jù)力的平衡有:F+T=Mg,即ρ水gSh+mg=Mg,測物體質(zhì)量的表達式m=M-ρ水Sh; (4)當(dāng)浮簡受到的重力和浮力是一對平衡力時,指針指的是零刻度線,根據(jù)題意,即是要使浮力不變,也就是在水的V排不變,根據(jù)V=Sh,當(dāng)浮筒橫截面積變小,h變大,也就是指針會上升。 9

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