物理竞赛培训14(浮力).doc

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第十四讲浮力

【知识补充】

1、浮力的定义：

一切浸入液体（气体）的物体都受到液体（气体）对它竖直向上的力叫浮力。

2、浮力方向：

竖直向上，施力物体：

液（气）体

3、浮力产生的原因（实质）：

液（气）体对物体向上的压力大于向下的压力，向上、向下的压力差即浮力。

4、物体的浮沉条件：

（1）前提条件：

物体浸没在液体中，且只受浮力和重力。

G

F浮

G

F浮

（2）请根据示意图完成下空。

G

F浮

F浮

G

下沉悬浮上浮漂浮

F浮GF浮=G

ρ液<ρ物ρ液=ρ物ρ液>ρ物ρ液>ρ物

5、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）公式表示：

F浮=G排=ρ液V排g从公式中可以看出：

液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。

（3）适用条件：

液体（或气体）

6、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，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等于液体对物体增大的浮力。

7、浮力的利用：

（1）轮船：

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的，使它能够排开更多的水。

m

ρ液

排水量：

轮船满载时排开水的质量。

由排水量m可计算出：

排开液体的体积V排=；排开液体的重力G排=mg；轮船受到的浮力F浮=mg轮船和货物共重G=mg。

（2）潜水艇：

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。

（3）气球和飞艇：

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：

氢气、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。

（4）密度计：

原理：

利用物体的漂浮条件来进行工作。

构造：

下面的铝粒能使密度计直立在液体中。

刻度：

刻度线从上到下，对应的液体密度越来越大。

【热身训练】

例一：

如图所示容器内放有一长方体木块M，上面压有一铁块m，木块浮出水面的高度为h1（图a）；用细绳将该铁块系在木块的下面，术块浮出水面的高度为h2（图b）；将细绳剪断后（图c），则木块浮出水面的高度h3为：

【】

（A）h1+ρ铁（h2-h1）/ρ水

（B）h2+ρ铁（h2-h1）/ρ水

（c）h1+ρ木（h2-h1）/ρ水

（D）h2+ρ铁（h2-h1）/ρ木

【解析】设木块底面积为S，高h，由题述可知铁块体积为（h2-h1）S。

由图a，利用平衡条件可得ρ水gS（h-h1）=（m+M）g,，

由图c，利用平衡条件可得ρ水gS（h-h3）=Mg,，

m=ρ铁（h2-h1）S，联立解得：

h3=h1+ρ铁（h2-h1）/ρ水，选项A正确。

例二：

在如图所示的容器中，有由两个圆柱体组成的T形物体，其上、下底面的半径分别为a和b，高分别为c和d。

容器内液体的密度为ρ，深度为h，T形物体的下底与容器内底紧密结合。

则T形物体受到的浮力大小为【】

A.F浮=ρgπ[b2h+a2（h-d）]

B.F浮=ρgπa2（h-d）

C.F浮=ρgπ（a2-b2）（h-d）

D.以上都不对

【解析】按照浮力的定义是下上表面的压力差这里压力差只有上面那个物体下方一部分受到水向上的压力此处水的压强为ρg（h-d）面积为π（a2-b2）所以向上的压力就是浮力的大小。

故选：

C。

例三：

（多选）如图，一个竖直放置、开口向下的圆柱形玻璃缸，全部浸没于水中，缸的上部留有适量的空气，恰好使玻璃缸处于悬浮状态。

如果施加外力，改变玻璃缸的深度，然后撤去外力，正确的结论是【】

A．玻璃缸将上、下往复运动，最后回到原来的位置

B．如果施加的外力使玻璃缸的深度增大，撤去外力后，玻璃缸将下沉到底

C.如果施加的外力使玻璃缸的深度减小，撤去外力后，玻璃缸将上浮，直到液面

D．如果施加的外力使玻璃缸的深度减小，撤去外力后，玻璃缸将下沉到底

【解析】:

此题需考虑气体体积容易被压缩的性质，液体压强对玻璃缸里面的气体有力的作用，不同深度气体体积不同，物体排开水的体积也就不同，受到的浮力也不同。

选：

BC。

例四：

如图所示，在容器里盛有一部分水银,在水银面上浮着一铁球.若在容器里再轻轻地注入一定量水,则铁球相对于原来的位置要【】

A.上升些B.下降些

C.既不上升,也不下降D.无法判断

【解析】：

阿基米德原理原理同样可以应用在多种液体的情况。

选：

A。

【突破训练】

一、选择题

1.体积为0．05米的救生圈重100牛顿，体重为400牛顿的人使用这个救生圈，则（）

A．人或圈可以部分露出水面。

B．人和圈没入水中后可以悬浮在水中。

C.人和圈会沉没下去D．要做出正确判断，还需知道人的体积。

2.如图所示，有三只底面积均为S、水面高度相同，但形状不同的盛水容器a、b、c。

现将三只相同的实心铝球分别放入容器a、b、c中，铝球受到的浮力为F。

设水对容器底部压强的增大值分别为△P1、△P2和△P3，则下列说法中正确的是（）

A．△P1=△P2=△P3=F/S。

B．△P1>F/S，△P2=F/S，△P3

C．△P1=F/S，△P2F/S。

D．△P1F/S，△P3

3.一杯浓桔子汁加入了冰块后刚好不会溢出。

如果冰块完全熔解，杯中桔汁（）

A.将会溢出B.液面将会下降C.仍然刚好不会溢出

4.如图所示，水面上浮有一大块0℃的冰,冰中包有其他的实心物体,当冰全部溶化后,关于液面升降的正确判断是（）

A.如果冰中包的是0℃的冰,水面将上升

B.如果冰中包的是铁块,水面将下降

C.如果冰中包的是密度比水小的木块,水面将不变

D.如果冰中包的是密度比水小的液状油,且油不溶于水,油面将和原来的水面一样高

5.（2013•重庆）如图所示，三个相同的容器内水面高度相同，甲容器内只有水，乙容器内有木块漂浮在水面上，丙容器中悬浮着一个小球，则下列四种说法正确的是（　　）

A．三个容器对水平桌面的压力相等

B．三个容器中，丙容器对水平桌面的压力最大

C．如果向乙容器中加人盐水，木块受到的浮力变大

D．如果向丙容器中加人酒精，小球受到的浮力不变

6.（2013•镇江）如图1所示，边长为10cm的立方体木块A通过细线与圆柱形容器底部相连，容器中液面与A上表面齐平．从打开容器底部的抽液机匀速向外排液开始计时，细线中拉力F随时间t的变化图象如图2所示．木块密度ρ=0.5×103kg/m3，容器的底面积为200cm2，g=10N/kg．下列说法正确的是（　　）

A．随着液体的排出，木块受到的浮力不断减小

B．容器中的液体是酒精

C．抽液机每秒钟排出液体的质量是10g

D．第30s时，木块露出液面的高度是2cm

7.如图，把三个完全相同的实心铝球分别投入三个盛有水、盐水、水银的容器内，则平衡后所受浮力最大的铝球应该是（）

A.在水中的铝球B.在盐水中的铝球

C.在水银中的铝球D.三个铝球的浮力一样大

8.氢气球上升的过程中将出现的现象是（）

A．上升到最大高度后由于受到的浮力等于重力，会长期悬浮在空中

B.由于受到的浮力大于重力，气球一直上升

C．因为高空温度很低，球内气体遇冷收缩，气球体积越来越小

D．因为上升过程中球内压强大于球外压强。

气球不断膨胀，到一定高度后气球破裂

9.如图，两只完全相同的盛水容器放在磅秤上，用细线悬挂质量相同的实心铅球和铝球，全部没入水中，此时容器中水面高度相同，设绳子的拉力分别为T1和T2，磅秤的示数分别为F1和F2，则（）

A．F1=F2，T1=T2B．F1＞F2，T1＜T2C．F1=F2，T1＞T2D．F1＜F2，T1＞T2

10.如图所示，在盛有某液体的圆柱形容器内放有一木块A，在木块的下方用轻质细线悬挂一体积与之相同的金属块B，金属块B浸没在液体内，而木块漂浮在液面上，液面正好与容器口相齐。

某瞬间细线突然断开，待稳定后液面下降了h1；然后取出金属块B，液面又下降了h2；最后取出木块A，液面又下降了h3。

由此可判断A与B的密度比为（）

A．h3:

（h1+h2）B．h1:

（h2+h3）C．（h2–h1）:

h3D．（h2–h3）:

h1

二、填空题

11.如图所示，木块的体积为20厘米3，在木块下吊质量为________克的铁砝码，恰好使木块全部浸入水中（ρ铁=7.8×103千克/米3、ρ木=0.6×103千克/米3）。

12.（2013•兴义市模拟）轮船满载时，船和货物总重9.8×104N，则船在海洋航行所受浮力是N．同一艘轮船从河里驶进海洋，受到的浮力（填“不变”“变大”或“变小”）．

13.（2013•西城区模拟）把金属块用细线挂在已调好的弹簧测力计下．将金属块浸没水中时，弹簧测力计的示数为3.6N；将金属块浸没在密度为0.8g/cm3的煤油中时，弹簧测力计的示数为4N．则金属块的密度为g/cm3．

14.（2013•宜昌）人的密度跟水差不多，约为1×103kg/m3．已知一成年男子的质是为70kg，该男子的体积约为m3，当该男子漂浮在海面时，受到海水的浮力为N．（g=10N/kg，ρ海水=1.03×103kg/m3）

15.如图所示，粗细均匀的蜡烛长L0，它底部粘有一质量为m的小铁块．现将它直立于水中，它的上端距水面h．如果将蜡烛点燃，假定蜡烛燃烧时油不流下来，且每分钟烧去蜡烛的长为ΔL，则从点燃蜡烛时开始计时，经　　　时间蜡烛熄灭（设蜡烛的密度为ρ，水的密度为ρ1，铁的密度为ρ2）

16.如图所示，一根细绳悬挂一个半径为r米、质量为m千克的半球，半球的底面与容器底部紧密接触，此容器内液体的密度为ρ千克／米３，高度为H米，大气压强为p０帕，已知球体的体积公式是V＝4πr3/3，球面积公式是S球＝4πr2，圆面积公式是S圆＝πr2．则液体对半球的压力为____．若要把半球从水中拉起，则至少要用___的竖直向上的拉力．

17.一杯中装有冰水混合物，冰完全溶解后，杯中水面高度将______；碗中水面木板上放一石块，石块掉入水中被水淹没，水面高度将______。