浮力1.通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)阿基米德原理和浮沉條件,并解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象。2.通過一系列的實(shí)驗(yàn)來研究浮力的規(guī)律,讓學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)探究的過程,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的能力。3.列舉一系列的例子來說明物體浮沉的條件,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并能充分體現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的作用。4.通過列舉密度計(jì)、輪船、潛水艇、熱氣球來說明浮沉條件的應(yīng)用,有利于體現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的作用和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。焦點(diǎn)1浮力的概念

例1下列物體不是利用空氣浮力升空的是()A.孔明燈B.熱氣球

C.氣艇

D.火箭【解析】浮力與升力在生活中的應(yīng)用很廣泛,不同的物體升空的原理也不盡相同,利用空氣浮力升空的物體其密度小于空氣的密度,升空的熱氣球、孔明燈、氣艇,里面所充熱空氣或氦氣的密度都小于空氣的密度,因此受浮力作用而上升。火箭是利用噴出的燃?xì)獾姆醋饔昧ι盏摹【對點(diǎn)訓(xùn)練】1.如圖所示,公園河面上有一片落葉隨著水流由某一高處漂流而下。落葉所受浮力是()A.F1

B.F2

C.F3

D.F4C2.以下情景中沒有受到浮力的物體是()A.遨游的“天宮一號”

B.上升的熱氣球C.航行的“福建艦” D.下潛的“蛟龍”號A焦點(diǎn)2阿基米德原理

例2在盛滿不同液體的相同的溢水杯中,放入兩個(gè)完全相同的小球。如圖所示。當(dāng)小球靜止時(shí),甲、乙兩杯中溢出液體受到的重力分別為0.5N和0.4N,則下列說法正確的是()A.甲球受到浮力,乙球不受浮力B.小球的質(zhì)量為50gC.甲杯液體的密度與乙杯液體的密度之比為5∶4D.乙球受到的浮力小于0.4NB

例3水平桌面上有甲、乙兩個(gè)相同的容器,分別裝有體積相等的水和鹽水。將質(zhì)量相等的蘋果和香蕉先放入甲容器中,取出后擦干,再放入乙容器中,前后兩次靜止時(shí)的液面如圖所示。下列說法正確的是()A.香蕉在水和鹽水中所受浮力相等B.香蕉在水中所受浮力大于在鹽水中所受浮力C.蘋果在鹽水中受到的浮力大于水中受到的浮力D.蘋果在水中受到的浮力大于香蕉在水中所受的浮力D【解析】

A、B.香蕉在水和鹽水中排開液體的體積相同,又因?yàn)辂}水的密度比水大,根據(jù)阿基米德原理可知,香蕉在水中所受浮力小于在鹽水中所受浮力,故A、B錯(cuò)誤;C.蘋果在鹽水和水中均漂浮在水面,則在鹽水和水中受到的浮力均與重力相等,即在鹽水和水中受到的浮力相等,故C錯(cuò)誤;D.蘋果在水中漂浮,受到的浮力F蘋果=G蘋果=m蘋果g,香蕉在水中沉底,所受的浮力F香蕉<G香蕉=m香蕉g,又因?yàn)樘O果和香蕉的質(zhì)量相等,則F蘋果>F香蕉,故D正確。例4如圖所示是小科同學(xué)自制的用來探究“影響物體浮力大小因素”的裝置:將彈簧和標(biāo)尺固定在支架上,用細(xì)線將一個(gè)金屬塊懸掛在彈簧下端,彈簧靜止時(shí)指針正對標(biāo)尺上的A位置(本裝置使用時(shí),彈簧未超過彈性限度,彈簧伸長量與所受拉力成正比)。(1)向杯中緩慢注水,從金屬塊底部接觸水面開始,到金屬塊剛好浸沒的過程中,指針由標(biāo)尺上的A位置慢慢上移至C位置,繼續(xù)向杯中注水,指針__________(選填“上移”“不動(dòng)”或“下移”),說明物體所受浮力的大小跟________________________有關(guān)。

(2)換用另一種液體重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)(ρ液≠ρ水),指針由標(biāo)尺上的A位置慢慢上移至B位置,說明物體所受浮力的大小跟________________有關(guān)。

(3)若AB=2AC,可以得出(2)中液體的密度為___________kg/m3。

不動(dòng)物體排開液體的體積液體的密度

2×103

【解析】

(1)浮力的大小與物體浸沒在液體中的深度無關(guān),金屬塊已浸沒,繼續(xù)向杯中注水,指針不動(dòng);從金屬塊底部接觸水面開始,到金屬塊剛好浸沒的過程中,指針由標(biāo)尺上的A位置慢慢上移至C位置,這個(gè)過程浮力變化物體排開液體體積在變化,說明物體所受浮力的大小跟物體排開液體的體積有關(guān)。(2)物體在水和另一種液體中浸沒時(shí),即物體排開液體的體積相等,指針位置不同,說明浮力不同,即說明浮力大小與液體的密度有關(guān)。

【對點(diǎn)訓(xùn)練】3.如圖所示的055型驅(qū)逐艦是我國自行建造的首款萬噸級驅(qū)逐艦。下列有關(guān)該艦的說法正確的是()A.漂浮在海面上時(shí),受到的浮力方向向下B.漂浮在海面上時(shí),受到的浮力大于重力C.從密度小的海域行駛到密度大的海域時(shí),排開海水的體積不變D.從密度大的海域行駛到密度小的海域時(shí),受到的浮力大小不變D4.圖像是用來描述物理過程或物理規(guī)律的直觀手段,如圖甲所示為一立方體木塊,下面用一段細(xì)線與之相連,細(xì)線另一端固定在容器底(容器高比細(xì)線與木塊邊長大得多)。現(xiàn)向容器中慢慢加水,如圖乙所示,若細(xì)線的拉力用F表示,容器中水的深度用h表示,在圖中可以準(zhǔn)確描述拉力F隨深度h變化關(guān)系的圖像是()A5.“同濟(jì)飛魚”是我國制造的一款水空跨域巡航器原型機(jī),它在空中可以像無人機(jī)一樣飛行,入水后像潛水艇一樣運(yùn)行(如圖),它的質(zhì)量為1.63kg,可在水下巡游約40min。已知g取10N/kg,水的密度ρ水=1.0×103kg/m3。(1)“同濟(jì)飛魚”在水下巡游時(shí),下沉?xí)r浮力將__________(選填“增大”“減小”或“不變”)。

不變(2)在某次測試“同濟(jì)飛魚”的“打撈”功能的試驗(yàn)中,“同濟(jì)飛魚”用繩(繩重力不計(jì))懸掛著一個(gè)實(shí)心物塊A從水面以下勻速上升,直至實(shí)心物塊A勻速提升到距水面一定的高度,如圖乙所示;測試過程中,繩的拉力隨時(shí)間t變化的圖像(不計(jì)水的阻力),如圖丙所示。求:①實(shí)心物塊A所受重力多大?②實(shí)心物塊A浸沒在水中時(shí)受到的浮力是多大?③實(shí)心物塊A的密度是多少?解:(1)“同濟(jì)飛魚”在水下巡游時(shí),由于排開液體體積不變,則其浮力大小不變。(2)①由圖丙可知,當(dāng)物塊完全露出水面時(shí),物塊受到的重力等于繩的拉力,即G=F1=14N。②當(dāng)物塊浸沒在水中時(shí),繩的拉力F2=9N,物塊浸沒在水中時(shí)受到的浮力:F浮=G-F2=14N-9N=5N。

6.為探究影響浮力大小的因素,某同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)。(1)將一蓋緊瓶蓋的空塑料瓶按入水中,發(fā)現(xiàn)塑料瓶浸入水中體積越大感覺越費(fèi)勁,據(jù)此該同學(xué)猜想浮力的大小可能與____________________有關(guān)。

排開液體的體積(2)下圖為該同學(xué)驗(yàn)證猜想的實(shí)驗(yàn)步驟,表格為各步驟的記錄數(shù)據(jù),表中▲記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)該是________。

6.4

(3)實(shí)驗(yàn)中支持猜想的證據(jù)是_________________________________________________________________。實(shí)驗(yàn)序號①②③彈簧秤示/N453實(shí)驗(yàn)序號④⑤⑥彈簧秤示/N62.6▲同種液體,實(shí)驗(yàn)從③到⑤排開液體體積增大,彈簧測力計(jì)示數(shù)變小

焦點(diǎn)3物體浮沉條件的判斷

例5當(dāng)湯圓剛放入水中時(shí)會(huì)沉入鍋底,而當(dāng)湯圓煮熟時(shí)則會(huì)浮出水面,針對此現(xiàn)象,某同學(xué)用簡化圖模擬燒煮一段時(shí)間后的湯圓分布圖(其中A、B、C表示湯圓),則以下分析正確的是()A.A湯圓與鍋底接觸,則A的密度一定大于水的密度B.C湯圓浮出水面,則C湯圓的密度等于水的密度C.B湯圓靜止時(shí),浮力大于重力D.若此時(shí)在水中加入適量的白砂糖,則B湯圓所受浮力減小A【解析】

A湯圓與鍋底接觸,處于沉底狀態(tài),A的密度一定大于水的密度;C湯圓浮出水面,處于漂浮狀態(tài),C湯圓的密度小于水的密度;B湯圓靜止時(shí),處于懸浮狀態(tài),受到的浮力等于重力,若此時(shí)在水中加入適量的白砂糖,液體的密度變大,根據(jù)F浮=ρ液gV排知B湯圓所受浮力增大。【點(diǎn)評】本題考查物體的沉浮條件,關(guān)鍵要知道物體重力大于浮力時(shí)下沉,等于浮力時(shí)懸浮,小于浮力時(shí)上浮,還要知道影響浮力大小的因素是液體的密度和物體排開液體的體積。例6小明在寵物店買了淡水熱帶魚,為方便帶回家,商家將魚放在裝有水的輕薄的塑料袋里。如果小明將裝著魚且沒有打開的塑料袋直接放入家里的淡水魚缸中,則圖中最有可能發(fā)生的情況是()B【解析】袋內(nèi)水和魚的總重力等于受到的浮力。塑料袋和魚缸中的水均為淡水,且輕薄塑料袋的重力可忽略不計(jì);由圖知,魚懸浮在袋內(nèi)的水中,則魚的密度等于水的密度;將塑料袋浸入水中,袋內(nèi)外水的密度相同,只有當(dāng)袋中水和魚的總體積等于排開水的體積V排時(shí),袋內(nèi)水和魚的總重力才等于受到的浮力,才能處于靜止?fàn)顟B(tài),即此時(shí)內(nèi)外液面應(yīng)相平,B選項(xiàng)符合要求。【對點(diǎn)訓(xùn)練】7.潛水艇通過改變自身所受的重力實(shí)現(xiàn)浮沉。學(xué)校科技節(jié)開展了制作潛水艇的比賽,某組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的潛水艇模型,下列關(guān)于潛水艇的說法正確的是()A.較淺處懸浮的模型下潛至更深處懸浮,活塞應(yīng)先拉后推B.向內(nèi)推注射器活塞,水會(huì)被壓入試管中,可實(shí)現(xiàn)潛艇下沉C.向外拉注射器活塞,模型會(huì)下沉,它受到的浮力將變小D.當(dāng)模型漂浮于水面時(shí),它受到的浮力小于重力A8.關(guān)于浮力知識(shí)的應(yīng)用實(shí)例,下列說法不正確的是()A.圖甲中,輪船能漂浮在水面,是因?yàn)榇w是空心的,大大增加了排水的體積B.圖乙中,若兩圖為同一支密度計(jì),則左側(cè)容器中液體的密度較大C.圖丙中,氣球內(nèi)充入了氫氣等密度小于空氣的氣體,從而實(shí)現(xiàn)上浮D.圖丁中,浸沒在水中的潛水艇,若從淡水水域進(jìn)入海水水域,則所受的浮力會(huì)變大B焦點(diǎn)4物體浮沉條件的應(yīng)用

例7兩支底端封閉的相同吸管,裝入不同質(zhì)量的細(xì)沙,制成了甲、乙兩支密度計(jì),放入同一個(gè)盛有水的燒杯中,靜止后如圖所示,則甲、乙兩支密度計(jì)中能測量酒精密度的是()A.只有甲 B.只有乙C.甲、乙都可以

D.甲、乙都不可以A【解析】根據(jù)浮沉條件判斷出甲、乙密度計(jì)與水的密度的關(guān)系。因?yàn)橐颐芏扔?jì)懸浮在水中,故乙密度計(jì)的密度等于水的密度,大于酒精的密度,故乙密度計(jì)放在酒精中會(huì)沉入底部,不能測量酒精的密度;甲密度計(jì)露出水面的體積較大,能用來測量酒精的密度。例8小江將裝有適量水的小玻璃瓶開口朝下漂浮在大塑料瓶內(nèi)的水面上,擰緊大瓶的瓶蓋使其密封,兩瓶內(nèi)均有少量空氣,制成了圖甲所示的“浮沉子”。當(dāng)小瓶漂浮時(shí)簡化的模型如圖乙,可將倒置的小瓶和小瓶內(nèi)的空氣看成一個(gè)整體A。已知,水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,忽略小瓶壁厚(即忽略小瓶自身的體積)。(1)若A的質(zhì)量為50克,則圖乙中A所受浮力的大小為多少牛?物體A排開水的體積為多少米3?(2)手握大瓶施加適當(dāng)?shù)膲毫?使小瓶下沉并恰好懸浮在圖丙所示的位置。則A在圖乙中受到的浮力__________圖丙中受到的浮力。(選填“大于”“小于”或“等于”)

等于

【對點(diǎn)訓(xùn)練】9.小明用飲料吸管制作了一支簡易密度計(jì),將其放入水中時(shí),密度計(jì)不能直立,應(yīng)__________(選填“增加”或“減少”)吸管中鐵絲質(zhì)量,改進(jìn)后,分別用它測量水和鹽水的密度時(shí),吸管浸入液體的深度分別為h1和h2,則h1_______h2。(選填“>”“<”或“=”)用它測量可樂密度時(shí),吸管上“沾”上許多小氣泡,測得的密度偏________。

增加

>

大10.某校開展自制潛水器比賽,圖甲為某科技小組設(shè)計(jì)的潛水器模型,其材質(zhì)為硬質(zhì)塑料瓶,塑料瓶厚度不計(jì)。內(nèi)部由工作艙和水艙構(gòu)成,兩個(gè)艙之間密封不連通,注射器與水艙通過塑料軟管相連,移動(dòng)注射器活塞改變水艙中的空氣體積從而改變水量,實(shí)現(xiàn)潛水器的沉浮。設(shè)計(jì)要求:①潛水器可以在水中實(shí)現(xiàn)上浮、懸浮、下沉三個(gè)模式相互切換。②為保證潛水艇正常工作,應(yīng)盡可能提高工作艙的體積。(1)如圖甲位置,要使?jié)撍飨聺?應(yīng)____________(選填“向外拉”或“向內(nèi)推”)注射器的活塞。

向外拉

方案工作艙體積/cm3水艙體積/cm31450350248032035003004520280方案2

(3)圖乙為潛水器的橫截面示意圖。某次潛水器沉浮測試過程中,潛水器經(jīng)過的幾個(gè)位置如圖丙。O點(diǎn)開始向水艙內(nèi)注水,潛水器開始下沉;A點(diǎn)向外排盡水艙中的水;B點(diǎn)潛水艇頂端恰好到達(dá)水面;C點(diǎn)潛水器弧形部分恰好露出水面;D點(diǎn)為潛水器最后停在水面的位置。請?jiān)趫D丁中畫出潛水器上浮過程中浮力隨上升位置變化的大致曲線。(1)當(dāng)增加水艙的水量,讓水艙的水和潛水艇自身總的重力大于潛水艇所受的浮力時(shí),潛水艇就會(huì)下潛,所以可以向外拉動(dòng)注射器活塞,抽出水艙內(nèi)的一部分空氣,從而讓水艙吸水,實(shí)現(xiàn)潛水艇下潛。

(3)從A到B過程中,潛水艇還未露出水面,故排開水的體積不變,浮力不變;B點(diǎn)開始露出水面,從B到C過程中排開水的體積變小,浮力變小,由于潛水艇頂部是圓弧形的,若潛水艇勻速露出水面,則排開水的體積減小得會(huì)越來越快,直到圓弧部分全部露出水面;從C到D過程則是排開水的體積均勻減小,所以浮力也是均勻減小,D點(diǎn)處于靜止,之后浮力不再變化,浮力等于潛水艇自身受到的重力。所以大致曲線如下圖所示:焦點(diǎn)5浮力的計(jì)算方法

例9竹筏漂流是許多地區(qū)的旅游項(xiàng)目之一。現(xiàn)有一竹筏,質(zhì)量為64kg,體積為0.8m3。(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)(1)竹筏在水中所受浮力的方向是______________。

(2)不載人時(shí),竹筏漂浮于水中時(shí)受到的浮力為多少?(3)為了安全起見,竹筏最多能有一半體積浸入水中,則該竹筏最多能載多少人?(假設(shè)每人受到的重力均為600N)豎直向上【解析】

(1)浮力的方向是豎直向上。(2)竹筏受到的重力:G竹=m竹g=64kg×10N/kg=640N;由于不載人時(shí),竹筏漂浮于水面,所以其受到的浮力等于其重力,即:F浮=G竹=640N。

【點(diǎn)評】本題考查了重力公式、浮力大小的計(jì)算、阿基米德原理、物體的漂浮條件等內(nèi)容。本題關(guān)鍵:一是公式及其變形的靈活運(yùn)用,二是物體漂浮條件的應(yīng)用。【對點(diǎn)訓(xùn)練】11.2023年10月亞運(yùn)會(huì)雙人皮劃艇項(xiàng)目在杭州舉行,已知皮劃艇(沒有載人)浮在水面上時(shí)排開水的體積為0.016m3,2名運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量總和為150kg。完成下列問題:(1)皮劃艇滑行時(shí)所受浮力的方向?yàn)開___________。

(2)皮劃艇在沒有載人時(shí)受到的浮力多大?(3)如圖所示,2名運(yùn)動(dòng)員坐在皮劃艇上靜止時(shí),皮劃艇受到的浮力多大?豎直向上解:(1)皮劃艇滑行時(shí)所受浮力方向是豎直向上的。(2)皮劃艇在沒有載人時(shí)受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.016m3=160N。(3)皮劃艇浮在水面上,所以皮劃艇所受的重力:G艇=F浮=160N,兩名運(yùn)動(dòng)員所受的重力:G人=m人g=150kg×10N/kg=1500N,兩名運(yùn)動(dòng)員坐在皮劃艇上靜止時(shí),皮劃艇受到的浮力:F'浮=G艇+G人=160N+1500N=1660N。12.如圖是一種簡易溫度計(jì),外界溫度改變會(huì)使小球受到的浮力發(fā)生變化而運(yùn)動(dòng),進(jìn)而引起懸掛于下端的金屬鏈條長度發(fā)生改變,最終小球重新懸浮于液體的某一深度,同時(shí)指針指示溫度值。(忽略小球體積變化,忽略金屬鏈條體積,g取10N/kg)。(1)若小球質(zhì)量為15g,小球體積為30cm3,此時(shí)容器內(nèi)液體密度為0.9×103kg/m3,則小球受到的浮力為多少N?(2)已知該液體密度隨溫度升高而減小,若指針上移,可知小球受到的浮力__________,液體的密度__________,外界的溫度

__________。(均選填“變大”“變小”或“不變”)

(3)若將小球與金屬鏈條完全脫離,則小球靜止時(shí)受到的浮力大小為多少?變大變大變小

焦點(diǎn)6浮力綜合題

例10小東利用已調(diào)零的彈簧測力計(jì)和長方體物塊測量液體密度并探究浮力大小的影響因素。步驟一:將密度為2×103kg/m3的長方體物塊懸掛在彈簧測力計(jì)上,測力計(jì)示數(shù)為4N。步驟二:如圖所示,將物塊放入容器中,再往容器中倒入某液體直至物塊被浸沒,此時(shí)彈簧測力計(jì)示數(shù)為2N。

2

【點(diǎn)評】本題考查浮力大小的影響因素,前兩問比較基礎(chǔ)常規(guī),第三問屬于開放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),這類試題是以考查學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)綜合分析和解決問題的能力為基點(diǎn),從較高的層次上對學(xué)生的理解能力、概括能力、分析能力、判斷能力、推理能力、文字表達(dá)能力等進(jìn)行考查,以提高學(xué)生的綜合探索創(chuàng)新能力。例11如圖所示,粗細(xì)均勻的蠟燭長l1,它底部粘有一質(zhì)量為m的小鐵塊。現(xiàn)將它直立于水中,它的上端距水面h。如果將蠟燭點(diǎn)燃,假定蠟燭燃燒時(shí)油不流下來,且每分鐘燒去蠟燭的長為Δl,則從點(diǎn)燃蠟燭時(shí)開始計(jì)時(shí),經(jīng)___________時(shí)間蠟燭熄滅(設(shè)蠟燭的密度為ρ,水的密度為ρ1,鐵的密度為ρ2)。

【點(diǎn)評】此題主要考查物體浮沉條件的應(yīng)用和阿基米