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8浮力

浮力

【课标要求】

1.内容标准

2.2.9通过实验，认识浮力。

探究浮力大小与哪些因素有关。

知道阿基米德原理，运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。

例7了解潜水艇浮沉的原理。

【知识框架】

【知识回顾】

1通过实验，认识浮力。

1.1引入：

⑴提出问题：

万吨巨轮、鸭子能浮在水面上，氢气球和热气球能腾空升起，说明__________；

那么在水中下沉的物体是否受到水对它的浮力？

⑵猜想与假设：

____________________；

⑶制定计划与设计实验：

在水中下沉的石块若受到水的浮力，可能出现的现象是________。

⑷进行实验（图形）与收集证据（数据）

①用弹簧测力计测出石块在空气中的示数G；

②用弹簧测力计测出石块在水中的示数F。

⑸分析论证

比较两次弹簧测力计，这说明_______，由_______的知识可知：

浮力的大小F浮=_______。

1.2概念：

一切____液体（或气体）里的物体，受到液体（或气体）对它_____托的力叫做浮力；

1.3产生的原因：

由于浸在液体或气体中的物体受到液体或气体对它向上和向下的_____而产生的；

1.4施力物体和受力物体：

施力物体是______，受力物体是浸在液体或气体中的物体；

1.5三要素（大小、方向、作用点）：

⑴大小（求浮力的四种方法）：

①称量法：

用弹簧测力计测物体所受的重力G，再把物体浸入液体，记下弹簧测力计的示数F（F浮＝_____）；

②平衡法：

当物体悬浮或漂浮在液体中时，F浮＝____；

③压力差法（当浸在液体中的物体是正方体、长方体或圆柱体时，F浮＝_______）；

④公式法：

根据阿基米德原理F浮＝_____=_____=_____，普遍使用于计算任何形状物体受到的浮力；

⑵方向：

_________

⑶作用点：

在物体的______

1.6作用效果（浮沉条件）：

浸在液体中的物体的浮沉取决于它所受到的____和____的大小关系。

当它所受的_______时，物体上浮；当它所受的________时，物体下沉；当它所受的______时，物体将悬浮或漂浮在液体中。

1.7图示和示意图

1.8同其它力的区别与联系

2探究浮力大小与哪些因素有关

2.1提出问题：

浮力大小与哪些因素有关？

2.2猜想与假设：

依据油漂浮在水面上，猜想：

浮力的大小可能与_________有关；

依据__________________________，猜测：

浮力的大小可能与物体排开液体的体积（或物体浸入液体的深度）有关。

2.3制定计划与设计实验：

采用________方法：

⑴保持_______不变，改变________，观察______，如何控制和改变？

⑵保持_______不变，改变________，观察______，如何控制和改变？

2.4进行实验和收集证据：

⑴把鸡蛋放入清水中，然后缓缓地向水中加盐，并不断地搅拌使盐溶解，观察到______,这说明___________；

⑵在小桶中装多半桶水，用手把空的饮料罐慢慢地按入小中，感觉到手所受浮力的变化是_______，这说明_________________.

2.5分析论证：

由①②③可知：

浮力的大小跟________有关；

由_______可知：

浮力的大小跟物体排开的_______有关；

由①③④可知：

浮力的大小跟物体浸入液体的深度____关。

由此可知：

浮力的大小与______和_______有关。

3知道阿基米德原理

3.1引入：

3.1.1提出问题：

浮力的大小等于什么？

3.1.2猜想与假设：

由于浮力的大小与______和_______有关，即浮力的大小与排开液体的____有关，因此猜想浮力的大小与排开液体受到的______力有关。

3.1.3制定计划与设计实验：

需要测出物体在液体中所受的浮力和物体排开水所受的重力。

3.1.4进行实验和收集证据：

⑴如图（a）所示，测出空桶所受的重力G桶=_____N和物体所受的重力G物=_____N；

⑵如图（b）所示，把物体浸入盛满液体的溢水杯中，用小桶收集物体所排开的液体，并且读出弹簧测力计的示数F=____N，计算出物体所受浮力F浮=_____=_____N，；

⑶测出小桶和被排开液体所受的重力G总=____N，计算出物体排开液体所受的重力G排=____=____N；

3.1.5分析论证：

比较可知物体所受浮力_____物体排开液体所受的重力。

3.2内容：

浸在液体中的物体受到_____的浮力，浮力的大小______（选填“大于”、“小于”或“等于”）物体排开液体受到的重力。

3.3公式：

3.3.1试证明：

F浮＝G排＝m排g＝ρ液gV排

3.3.2内涵：

A物理意义：

浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于___________________。

B公式中各字母所表示的物理量及其单位和决定因素：

F浮——浸在液体中的物体受到的___力——牛（N）——由______所决定

G排——排开液体受到的_____力——牛（N）——由排开液体的_____和_____所决定，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。

ρ液——______的密度——千克/米3（kg/m3）——由_______所决定

V排——_______的体积——米3（m3）——排开液体所占空间的大小所决定V排_____V物

C公式中各量间的关系：

F浮一定时，ρ液与V排成_______比；ρ液一定时，F浮与V排成______比；V排一定时，F浮与ρ液成_____比；

3.3.3外延（成立的条件和使用的范围）：

不仅使用于液体，也使用于_____体；

3.4应用

⑴定性判断：

①判断现象类型，

②解决简单的问题（已知量多数情况下是隐性给出）：

ρ一定，F浮与V排互相判断；V排一定，F浮与ρ互相判断；F浮一定，ρ与V排互相判断；

⑵定量计算：

①求比值（一量恒定，已知另一量之比，求第三个量之比；已知两量之比，求第三个量之比）；

②运用分析法解决问题：

A直接运用公式计算（求浮力、求排开液体的体积、求液体的密度）；

B以某一物理量相等过渡计算（浮力、求排开液体的体积、求液体的密度）；

C其他类型的计算。

③运用方程或方程组解决问题。

3.5注意事项：

只有在物体的下表面受到液体或气体向上的压力时才有浮力；当柱形物体的下表面与容器底部紧密接触时，由于物体底部没有液体或气体，因而对物体就没有向上的压力，物体就不受浮力；

〖练习〗1、请用实验验证“浸没在水中的石块受到的浮力跟它排开水的重力有什么关系”。

2、请用实验验证：

浸没在水中的石块，它受到的浮力跟它在水中浸没的深度无关。

〖答案〗1、①用测力计测出石块在空气中的重力G和空桶的重力G1;②在溢水杯中倒满水，把石块浸没在溢水杯中，读出测力计示数F;③用测力计测出桶和溢出水的总重G2;④浮力F浮=G-F,G排=G2-G1⑤比较F浮和G排。

2、用细线系石块挂在弹簧测力计挂钩上，把石块浸没在水中的几个不同深度，观察发现测力计示数看是否相同，如果相同，即验证了浸没在水中的的石块受到的浮力跟它在水中浸没的深度无关。

4运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。

例7了解潜水艇浮沉的原理。

4.1物体的浮沉条件

4.1.1引入：

浸在液体中的木块和橡皮泥都受到了浮力，为什么有的物体上浮，有的物体下沉？

4.1.2分析：

请画出下列物体的受力情况。

4.1.3内容：

①浸没在液体中的物体，它的浮沉取决于它所受的___力和___力的关系：

当F浮_____G物时，物体上浮（最终漂浮，F浮_____G物）；

当F浮__________G物时，物体下沉（最终沉底，G物＝_______）；

当F浮__________G物时，物体悬浮。

②浸没在液体中的物体，由于F浮＝G排＝ρ液gV排、G物＝ρ物gV物，V排＝V物可知：

它的浮沉取决于_____的密度和_____密度的关系：

当ρ液____ρ物时，物体上浮（最终漂浮，ρ液________ρ物）；

当ρ液____ρ物时，物体下沉（最终沉底，ρ液____ρ物）；

当ρ液____ρ物时，物体悬浮。

4.1.4利用浮沉条件和阿基米德原理解决简单问题（两者结合解决的问题不为重点）。

⑴单球问题：

同一物体浸入不同的液体（物体密度为ρ，液体密度分别为ρ1、ρ2）

①当ρ1＞ρ2＞ρ时，如木块漂浮（密度计或轮船）物重浮力排开液体体积液体密度（轮船从河里驶海里排开水的体积的变化）

②当ρ1＜ρ2＜ρ时，如铁块下沉物体体积排开液体体积液体密度浮力

③当ρ1＜ρ＜ρ2时，状态不同物重浮力排开液体体积液体密度

⑵双球问题：

不同的物体浸入同种液体

①同体积排开液体的体积浮力物重物体的质量物体的密度

②同质量物重浮力排开液体的体积物体的体积物体的密度

③其它问题：

A将漂浮在水面上的蜡烛的上半部分剪去，下半部分的运动情况；

B液面变化：

小船从水中捞石块、木块、冰块、水；池中冰块熔化（冰块中有、无气泡或砂粒）。

⑶三种实验应测哪些物理量及转化为计算（本部分不能作为重点）：

①利用浮力知识测木块的密度

②利用浮力知识测石块的密度

③其它计算：

A有一空玻璃小试管放入盛有60cm3水的量筒中，水面升至73cm3，再将其压入水中，水面降至66cm3处（量筒中水的质量未变），求：

小试管的质量；小试管玻璃的密度。

B一木块放入盛满水的容器中溢出5g水，浸入盛满酒精的容器中溢出多少克酒精？

4.2浮力的应用：

4.2.1引入：

提出问题：

人类从远古时代就开始利用浮力，利用密度小于水的木材做成木排或木船，并将树干挖空，不但乘坐舒适，还能承载更多的人和物。

并且在水中下沉的橡皮泥做成空心，它为什么会浮在水面上呢？

实验探究：

密度大于水的金属箔（橡皮泥），卷成一团放入水中，它比同体积的水___，放入水中时受到的重力____浮力，所以_____。

把它做成中空的筒（船状），虽然受到的____没有改变，但是使_______增多，受到的浮力______，所以能________。

4.2.2轮船：

采用_____的办法增大可利用的浮力；

轮船的大小通常用______来表示，______就是轮船按设计的要求装满货物——满载时排开的水的质量。

4.2.3潜水艇：

改变______实现上浮和下沉的；

4.2.4氢（热）气球和飞艇：

气球是利用______升空的。

里面充的是密度____于空气的气体来工作的；

4.2.5密度计：

是测量液体密度的工具。

Ⅰ原理：

利用物体的_____条件来进行工作。

Ⅱ构造：

下面的铝粒的目的是________。

Ⅲ刻度：

测量液体密度时，密度计______在液面上，它所受的浮力____它受到的重力，由阿基米德原理可知，它排开液体的体积越大，液体的密度越____，根据密度计浸入液体的深度就可以测出液体密度的大小。

因此，密度计的刻度是_____的，数值由上到下逐渐____。

4.2.6盐水选种：

当盐水密度适当时，饱满的种子密度_____盐水的密度而下沉，不饱满的种子的密度____盐水的密度而漂浮。

（选填“大于”、“小于”或“等于”）

〖练习〗

如图所示是广为人知的故事——“曹冲称象”．曹冲利用图中的方法，巧妙地测出了大象的体重，请你写出他运用的与浮力有关的两条知识

（1）________；

（2）_______。

另外，他所用的科学研究方法是_______和_______。

（把本身较大的质量转换为可以测量的小质量）。

〖答案〗漂浮条件，即物体在漂浮时F浮=G阿基米德原理等效替代法化整为零法

4.3方法提示：

浮力计算题方法总结：

⑴确定研究对象，认准要研究的物体。

⑵判断物体在液体中所处的状态。

⑶分析物体受力情况画出受力示意图

⑷选择合适的方法列出等式（一般考虑平衡条件）。

【例题1】一种厕所不便桶水箱结构如图（图中略去了向水箱中注水装置）出水口上的橡胶盖是空心的，放水时它漂浮在水面上，水从出口流出，如图a，随着水的流出，水面下降，直到橡胶盖盖住出水口，放水过程结束，注水过程中和注满水后，橡胶盖都盖住出水口，如图2b。

（1）请你判断，图a空心橡胶盖所受的重力

与它所受的浮力大小关系。

（2）请你说明，图b中为什么橡胶盖能紧紧地盖住出水口而不浮起。

（3）这种装置的一个重要特点是每次便桶都要用掉一箱水，为节约用水，请你对橡胶盖做些改造，使得按下手柄时橡胶盖抬起放水，放开手柄后橡胶盖能立即盖上出水口，停止放水。

【解析】

根据空心橡胶盖漂浮条件判断

（1）中的关系；根据浮力产生原因说明

（2）；要使放开手柄后橡胶盖立即盖上出水口，橡胶盖要满足下沉的条件。

（1）图a中放水时空心橡胶盖漂浮在水面上，所以它所受重力与浮力相等。

（2）图b中注水过程和注满水后橡胶盖能紧紧盖在出水口是因为橡胶盖与出水口紧密接触，此时橡胶盖下部没有水，不受水对它向上压力，所以不受浮力，则在其自身重力和上部水向下压力的作用下会盖住出水口而不浮起。

（3）若要使放开手柄后橡胶盖就立即盖上出水口，橡胶盖就要下沉，重力要大于浮力，因此要将橡胶盖适当加重，如配重物，或在橡胶盖内心部分注入沙粒等。

【例题2】如图5所示，将一块挂在弹簧测力计下的圆柱体金属缓慢浸入水中（水

足够深），在圆柱体接触容器底之前，能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面的距离h关系的图象是〔〕

【解析】

圆柱体金属块的底面积S一定，则在刚开始浸入水中时，V排＝Sh，F浮＝ρ水gV牌＝

ρ水gSh，F浮与h成正比；当物体全部浸没以后，V排是一个定值，则F浮大小不变。

金属块受到重力、浮力和弹簧测力计的拉力，且F示＝G－F浮，G不变，所以F浮增大，F示减小；

F浮不变，F示不变；F浮为零时（h＝0），F示＝G最大。

所以F示是先减小再不变。

答案使A。

【考纲要求】

〖考点聚焦〗

1、通过实验探究，认识浮力。

2、知道物体浮沉的条件。

3、经历探究浮力大小的过程，知道阿基米德原理F浮=G排。

了解浮力的简单应用。

〖呈现形式〗

本部分的考点主要以填空题、选择、计算和实验题型出现，其中阿基米德原理和物体的漂浮条件应用可以用实验题型出现。

在计算题中，阿基米德原理、浮力产生的原因、物体的浮沉条件和物体的漂浮条件常常紧密联系，增加了解题的难度，主要考查综合分析和解决问题的能力。

【对应训练】

1．利用空气浮力而升空的物体是〔〕

A．人造卫星B．飞机C．风筝D．氢气球

2.把密度大于水的物质制成空心小球，用手将其置于盛水的容器中，使其浸没于水（如图6所示），放手后水球运动状态是[]

A．上浮B．悬浮C．下沉D．都有可能

3.浸没与水中的钢球,在继续下沉的过程中,它受到的[]

A.浮力增大,压强减小B.浮力减小,压强减小

C.浮力不变,压强减小D.浮力不变,压强增大

4.含有杂质的蜡块悬浮在水中,要使该蜡块漂浮,可以采用的方法是[]

A.加纯酒精B.加水C.加食盐D.加汽油

5．对于现代生活给人们带来的紧张感，可用漂浮疗法减轻。

漂浮池内有一定深度的水，

水中加有大量的_________（填“盐”或“酒精”），任何人进入池内都会漂浮起来。

6．把水面的皮球慢慢压入水底，在皮球完全浸入水中前，应加的压力是______的；完

全浸入水中后，应加的压力是______。

（选填“变大”、“变小”或“不变”）

7.一金属块在空气中称重为27N,把它全部浸在水中弹簧测力计的示数为17N,则该金属快受到水对它的浮力是,物体的体积是.

8.密度计是测的仪器,它是利用的原理制成,同一密度计在各种不同的液体中受到的浮力是,排开液体的体积是（选填“相同”或“不同”）.密度计的刻度是上下.

9.某海滨浴场，水底布满了石头，在海水中游泳的人由深水走向浅水的过程中，赤脚踩在石块上的感觉有没有变化？

为什么？

10.某同学在实验室里将体积为1.0×10-3m3的实心正方体木块放入水中,如图8所示,静止时其下表面距水面0.06m.请根据此现象和所学力学知识,计算出两个与该木块有关的物理量

11.如图7所示,用手提住弹簧测力计,下面吊着一个金属快.当金属块接触容器中的水时（图b）,弹簧测力计的示数为5N;当金属块全部浸入水中时（图c）,弹簧测力计的示数为3N.（取10N/kg）

（1）求金属块全部进入水中时受到的浮力

（2）求金属快的体积和密度

（3）在使金属快由图（b）位置渐渐浸入水中图（c）位置的过程

中,试分析水对容器底部压力的变化情况.

12.小明和教练在大海里学潜水，看到海里的鱼儿口中吐出的

小气泡在升至水面的过程中，发生如图9所示的变化，小明认为气泡在上升过程中受到的重力和浮力应该是不变的，他把这一想法告诉教练，教练确说他的想法不对，你怎样想？

【参考答案】

1．D2.D3.D4.C5.盐6.增大不变7.10N10-3m38.液体密度物体漂浮条件相等不同小大9.脚会感到越来越痛，因为人所受到的浮力减小，石头对人的支持力就增大10.6Nρ=0.6×103kg/m311.

（1）2N；

（2）2×10-4m32.5×103kg/m3；（3）变大12.气泡在上升过程中由于受水的压强减小，体积增大，故所受浮力增大，但所受重力不变。

【反馈练习】

一、通过实验探究，认识浮力。

经历探究浮力大小的过程。

知道阿基米德原理。

1．（无锡市）小明在江边玩耍，看到江中停着一艘轮船，突发奇想，如果地球对所有物体的引力都突然减小一半，这艘轮船的质量和浮沉情况会产生怎样的变化呢?

正确的看法是：

这艘轮船的质量将（选填“变大”、“变小”或“不变”），它的位置将（选填“上浮一些”、“下沉一些”或“不变”）。

2（绵阳市）在探究“浮力的大小与哪些因素有关”时，某同学给出了下面两种现象，请根据现象提出合理的猜想。

①轮船从江河航行到大海，在海港加载一定质量的货物后与江河中吃水的深度相同。

由此猜想：

浮力可能与______有关。

②从井中提水，盛满水的桶露出水面越多，提桶的力就越大。

由此猜想：

浮力可能与_______有关。

3.（大连市）图2是探究浮力大小与哪些因素有关的实验装置，浸没在液体中的物体都相同。

若选甲、乙两个装置，可以探究浮力大小是否与___________________________有关；若选乙、丙两个装置，可以探究浮力大小是否与_____________________________有关。

4．（南宁市）韦聪同学为了探究浮力的大小跟什么因素有关，他做了图14所示的实验．

（1）从图①②③可以得出：

浮力的大小与有关．

（2）图⑤中物体受到的浮力大小为N．

（3）浮力的大小是否与液体密度有关呢？

请你在韦聪同学实验的基础上补充实验，叙述你的做法和得到的结论．

做法：

；

结论：

。

5．（遂宁市）一课外小组的同学通过实验操究浸没在液体中的物体受到的浮力大小跟浸没在液面下的深度是否有关。

如图6所示，他们将一高6cm的金属圆柱体挂在弹簧测力计下端，缓慢浸入水中（水足够多），在圆柱体接触容器底之前,记下圆柱体下表面所处深度和弹簧测力计相应的拉力，如下表：

序号

1

2

3

4

5

6

7

深度

0

2

4

6

8

10

12

拉力

8.1

7.1

6.1

5.1

5.1

5.1

5.1

（1）根据实验序号4、5、6、7的数据可以说明浸没在水中的物体受到的浮力大小跟物体浸没在水面下的深度________（选填“有关”或“无关”）。

（2）根据以上数据还可求得这个金属圆柱体的密度是________Kg/m3。

6.（潍坊市）潜水员完全进入水中后，下潜的的过程中，他所受到的

A.浮力逐渐增大，压强逐渐增大　B.浮力逐渐增大，压强逐渐减小

C.浮力不变，压强逐渐增大　　　D.浮力不变，压强不变

7.小明在江边玩耍，看到江中停着一艘轮船，突发奇想，如果地球对所有物体的引力都突然减小一半，这艘轮船的质量和浮沉情况会产生怎样的变化呢?

正确的看法是：

这艘轮船的质量将（选填“变大”、“变小”或“不变”），它的位置将（选填“上浮一些”、“下沉一些”或“不变”）。

8.“远征号”潜水艇在东海某地执行完任务后，返回长江某基地．潜水艇在海面下和江面下悬浮时，所受浮力的大小相等吗？

为什么？

哪种情况所受的重力大呢？

19．（苏州市）把重为38N、体积为5×10-4m3的实心金属球浸没在盛满水的容器内，溢出水的重为________N，金属球所受浮力的大小为____________N．

9．（桂林市）一重为10N的小木块放在水平桌面上，对桌面的压力是　　　　　N；当它漂浮在水面上时，受到的浮力是　　　　　N。

10．（乐山市）将边长是10cm的实心立方体木块轻轻地放入盛满水的大水槽内．待木块静止时，从水槽中溢出了600g水，g取10N／kg，求：

（1）木块受到的浮力；

（2）木块的密度；（3）木块下表面受到的水的压强．

11．（镇江市）据报道，某市图书馆白天停水，由于管理人员的疏忽，水龙头处于打开状态，排水口被塞子堵住，夜里水通了，水池里的水很快溢出，漫延至图书馆各处，造成很大的损失．小明同学是学校图书馆的义务管理员，看了这则报道后，动手自制“自动拔塞器”．该装置能够在类似情况下，自动拨开塞子排水．小明首先在水池某处做记号，作为警戒线；然后将塞子堵住排水口，打开水龙头放水至警戒线，用弹簧测力计向上拉塞子，当弹簧测力计的示数为5N时，塞子被拔出；接着把水池中的水放掉，选择合适的空心密闭塑料瓶，调节塑料瓶与塞子间绳子的长度，向水池中重新放水，使得当水涨至警戒线时，塑料瓶就能把塞子拔出，如图所示．已知塑料瓶的质量为30g，总体积为750mL，g取10N／kg，问塑料瓶排开水的体积为多大时就能将塞子拔出？

12、（泰安市）水面上漂浮着一个物体，且物体的1/5体积露出水面，则此物体的密度为kg/m3。

13.在南极考察中使用的海洋破冰船，针对不同的冰层有不同的破冰方法。

其中一种破冰方法是：

接触冰面前，船全速航行，船体大部分冲上冰面，就可以把冰压碎。

（1）当破冰船航行于海面时，它的排水体积约为1500m3，求船自身的重力。

（2）在一次破冰行动中，当船冲到冰面上时，船的排水体积变为原来的三分之一，船与冰层接触面积为5m2，此时破冰船对冰层的压强是多少?

（海水的密度取1.0×103kg／m3）

二、知道物体浮沉的条件。

例7知道潜水艇浮沉的原理。

14、（白银市）利用废旧牙膏皮可以做很多小实验。

小华同学把空的牙膏皮剪去尾部做成一个筒状，放入盛有水的脸盆中发现牙膏皮漂浮在水面上；然后在将此牙膏皮卷成小团状后放入水中，牙膏皮沉入水底。

比较前后两种情况，下列说法中正确的是（）

A、牙膏皮漂浮时受到的浮力比它沉底时受到的浮力大

B、牙膏皮漂浮时受到的重力比它沉底时受到的重力小

C、牙膏皮沉底时受到的浮力等于它的重力

D、牙膏皮沉底时排开水的体积与它漂浮时排开水的体积相等

15.小明和小华用图所给器材做“探究物体浮沉条件”的实验。

请在下面横线上填人相应正确内容。

（1）他们首先探究物体下沉的条件，过程如下：

A．将部分螺母放人塑料瓶中，旋紧瓶盖，浸没水中松手后，观察到小瓶下沉；B．取出小瓶，；C.将小瓶挂在弹簧测力计下，见图（a），测出其重力为N；D．将小瓶浸没水中，弹簧测力计示数见图（b），则小瓶受到的浮力为N；E．分