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浮力

浮力

一、考点解读

  本专题的重点是:

阿基米德原理及其应用、浮力计算、浮力的应用;难点是浮力与压强知识的综合、物体浮沉的判断等。

多以选择、填空、实验探究题和计算题的形式出现,分值约为6~8分。

  预计今后的中考中,可能会通过影响浮力大小的因素、物体浮沉条件的判断来考查学生的科学探究能力和实验技能,很可能将浮力知识与密度、压强、杠杆等知识点综合起来考查。

二、复习策略

1、理解物体的浮沉条件

  

(1)F浮>G,上浮。

  上浮的最终结果是漂浮,漂浮的条件是F浮=G。

  

(2)F浮=G,悬浮。

  处于悬浮的物体可以停留在液体内部任何深度的地方。

悬浮和漂浮的条件都是F浮=G,它们的区别是:

悬浮是浸没在液体中且不接触容器底的一种平衡状态,漂浮则是物体在液体表面的一种平衡状态。

  (3)F浮<G,下沉。

  物体下沉的最终结果是沉底。

当物体沉到容器底部时,对容器底部的压力F=G-F浮。

  物体全部浸没于液体中时,由于V排=V物,F浮=ρ液V排g,G=ρ物V物g,所以,物体的浮沉条件也可以用物体的密度和液体的密度之间的关系来表示。

  ①ρ物<ρ液,上浮;②ρ物=ρ液,悬浮;③ρ物>ρ液,下沉。

2、掌握浮力的计算方法

  

(1)压力差法:

根据浮力产生的原因可知,物体受到的浮力F浮=F向上-F向下。

结合题目的具体条件,可以利用此公式计算它所受到的浮力。

  

(2)称重法:

如果在空气中测得某物体所受的重力为G空,将该物体浸在某种液体中时,测得读数为G液,则物体在液体中受到的浮力F浮=G空-G液。

  (3)公式法:

F浮=G排=ρ液V排g,这是计算浮力的最基本、最常用的公式。

运用此公式计算浮力时应注意以下几个问题:

①公式中“V排”不是“V物”,当物体完全浸没时V排=V物,当物体部分浸入时,V排<V物;②此公式也可以用来计算物体在气体中受到的浮力。

  (4)平衡力法:

根据力的平衡知识可知,当物体悬浮在液体中或漂浮在液面上静止不动时,物体所受的浮力与物体的重力平衡,大小相等,即F浮=G物。

注意这里的物体可以是一个孤立的物体,也可以是几个物体组成的一个整体。

3、认识浮力的应用

  

(1)轮船:

要使密度大于水的材料能够浮在水面上,必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水,轮船就是利用这个道理制成的。

轮船工作时,漂浮在水面上,满足F浮=G。

  

(2)潜水艇:

下潜和上浮(未露出水面)过程中,其体积不变,所受的浮力不变,通过改变自身的重力来实现下潜和上浮。

  (3)气球和飞艇:

气球和飞艇里充入的是密度小于空气的气体,如氢气、氦气等。

热气球就是因为里面充入的是被燃烧器烧热而体积膨胀的热空气而得名的。

  (4)密度计:

密度计是用来测定液体密度的仪器,它是根据漂浮时的受力平衡及阿基米德原理制成的。

由于密度计在任何液体中呈漂浮状态,所受的浮力不变,都等于它的重力,根据阿基米德原理可知:

F浮=G密度计=ρ液V排g,当液体的密度较大时,密度计浸入液体中的体积较小,所以密度计的示数特点是:

越靠下面示数越大。

4、压强和浮力综合题的基本方法

  物体浸入液体中时,由于排开了液体,会引起液面上升,从而引起容器底部所受液体的压强和压力的变化,解决这类问题的思路是:

  这类问题还有一种常用到的特殊情况,就是物体漂浮在直筒形容器的液体中时,容器底增加的压力就等于物体所受的浮力,也等于物体的重力。

三、典例透析

例1、(孝感)如图所示,一质地均匀的圆柱形平底玻璃杯,置于水平桌面中央,杯内水中漂浮着一冰块.若冰融化前、后水对杯底的压强分别为P1、P2,杯底对桌面的压强分别为P3、P4,已知ρ水>ρ冰块,则下列关系式中正确的是(  )

A.p1<p2<p3<p4       B.p1>p2>p3>p4

C.p1=p2、p3=p4,且p1=p3   D.p1=p2、p3=p4,且p1<p3

答案:

D

例2、(沈阳)同一个鸡蛋先后放入水和盐水中静止时,鸡蛋在图甲中漂浮、在图乙中沉底,如图所示。

由此可知( )

A.甲图中的鸡蛋受到的浮力大于重力

B.乙图中的鸡蛋受到的浮力小于重力

C.甲、乙两图中鸡蛋受到的浮力大小相等

D.乙图中的液体是盐水

答案:

B

例3、(上海市)水平地面上有一个质量为1千克、底面积为1×10-2米2的薄壁圆柱形容器,容器内盛有质量为4千克的水。

  ①求水的体积V。

  ②求容器对地面的压强p。

  ③现将一物块浸没在水中,水未溢出,若容器对地面压强的增加量等于水对容器底部压强的增加量,则该物块的密度

为千克/米3。

答案:

  ①

  ②

  

  ③

例4、(湖北黄冈)2011年8月我国自主研制的深海探测器——“蛟龙号”(如左图所示)在太平洋海域成功完成5000m深海探测。

2012年6月它将再赴马里亚纳海沟挑战7000m深海探测(不考虑海水密度变化,密度ρ取1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。

  

(1)若“蛟龙号”能承受的最大压强是7.2×107Pa,则它能下潜的最大深度是多少?

(不考虑大气压)

  

(2)“蛟龙号”上一面积为50cm2的观测窗口:

在上述两种深度的探测中承受的压力增加了多少?

  (3)“蛟龙号”完成任务后.漂浮在海面上,由起重装置将其匀速竖直吊离水面,起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图象如右图所示,图中P2=2P1。

起吊过程中“蛟龙号”总质量为22吨,求t1时刻“蛟龙号”的排水体积(不考虑水的阻力)。

答案:

  

(1)由液体压强公式p=ρgh

  代入数据解得:

h=7200m

  

(2)由△F=ρg△hs代入数据解得:

△F=1×105N.

  (3)设在t1、t2时刻起重装置对探测器的拉力分别为F1、F2,探测器的速度为v,t1时刻探测器的排水体积为V,t1、t2时刻探测器受力平衡,有:

F1+ρgV=mg

  F2=mg

  由已知可得:

F2v=2F1v

  由以上三式代入数据可得,V=11m3

备考模拟

一、选择题

1、(河南)如图所示,水平桌面上有两个完全相同的鱼缸甲和乙,盛有适量的水,把一个橡皮泥做的小船放入乙后,小船处于漂浮状态,此时两鱼缸内的水面刚好相平。

然后把它们分别放在台秤上,则台秤的示数( )

A.甲放上时大        B.乙放上时大

C.甲或乙放上一样大     D.无法判断

2、(北京市)水平桌面上放有甲、乙、丙、丁四个完全相同的圆柱形容器,容器内分别盛有等质量的液体。

其中甲、乙、丁容器中的液体密度相同。

若将小球A放在甲容器的液体中,小球A静止时漂浮,此时甲容器对桌面的压力为F1;若将小球A用一段不计质量的细线与乙容器底部相连,并使其浸没在该容器的液体中,小球A静止时乙容器对桌面的压力为F2;若将小球A放在丙容器的液体中,小球A静止时悬浮,此时丙容器对桌面的压力为F3;若将小球A放在丁容器的液体中,用一根不计质量的细杆压住小球A,使其浸没,且不与容器底接触,小球A静止时丁容器对桌面的压力为F4。

则下列

判断正确的是( )

A.F2

C.F1=F3

3、(包头)将冰块放在浓盐水中,液面位置如图所示,若冰完全熔化,杯中液面高度将( )

A.上升         B.下降

C.不变         D.无法确定

4、(桂林)用弹簧测力计测出一个物体重为4N,然后将该物体浸没在水中,这时弹簧测力计的示数变为3N,则该物体在水中受到的浮力是( )

A.7N         B.4N

C.3N         D.1N

5、(湖南娄底)我国的航母正按计划进行各项科研试验和训练。

如图所示是中国航母“瓦良格”号训练时的图片。

当飞机飞回航母后( )

A.航母将浮起一些,所受浮力减小

B.航母将沉下一些,所受浮力增大

C.航母将沉下一些,所受浮力减小

D.航母始终漂浮,所受浮力不变

6、(哈尔滨)某同学制作了如图所示的潜水艇模型,下列说法错误的是( )

A.潜艇模型是通过改变潜艇的重力实现沉浮的

B.向内推注射器活塞,水会被压入试管中,可实现潜艇下沉

C.向外拉注射器活塞,试管内水量适当时,可实现潜艇悬浮

D.潜艇模型的试管上绕些铁丝,可保持试管稳定

7、(宁夏)跳水运动员入水的过程中,他所受浮力F随深度h变化的关系如图所示,其中正确的是( )

8、(常州)2012年3月25日,卡梅隆乘坐“深海挑战者”号深潜器潜人马里亚纳海沟11000m深处.下潜过程中,卡梅隆发现深潜器发生越来越明显的收缩,则深潜器受到的海水压强和浮力的变化情况是(设海水密度不变)( )

A.压强越来越大,浮力越来越小    

B.压强越来越大,浮力越来越大

C.压强越来越小,浮力越来越小    

D.压强越来越小,浮力越来越大

9、(江苏省淮安市)如图所示,是游玩海底世界时,小华观察到的鱼吐出气泡上升情景。

气泡上升过程中受到的浮力和气泡内气体的压强变化情况是( )

A.浮力、压强均变小       B.浮力、压强均变大

C.浮力变大,压强变小      D.浮力、压强均不变

10、(浙江杭州)如下图所示,一艘船在某水域作业时,将装满金属工具的大铁箱用绳子悬放入水。

第一次放,因水太深,铁箱没触碰到水底,此时船的吃水线在A处。

换个地方第二次再放,铁箱才接触到水底。

下列说法正确的是( )

A.铁箱在船上时,船的吃水线在A处下方

B.铁箱接触到水底时,船的吃水线仍在A处

C.铁箱接触到水底时,船的吃水线在A处之下

D.铁箱接触到水底时,船的吃水线在A处之上

二、填空题

11、(浙江湖州)元宵佳节,湖城许多人燃放孔明灯(如图)祈福。

  

(1)孔明灯上升时,灯罩内的气体密度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)灯罩外的空气密度。

  

(2)孔明灯内火焰温度高达300℃以上,燃烧时一旦飘落到加油站、森林、居民区等地,易使可燃物温度达到________而引发火灾,因此我市现已禁止燃放孔明灯。

显示答案

  CBADBBAACC

 11、

(1)小于  

(2)着火点

12、(江苏南京)用手将一重为5N的物体全部压入水中,物体排开的水重8N,此时物体受到的浮力为________N,放手后物体将________(选填”“上浮”、“下沉”或“悬浮”),待物体静止时所受浮力为________N,排开水的体积是________m3。

显示答案

  12、8 上浮 5 5×10-4

13、(贵州铜仁)一同学在岸上最多只能搬得起质量是30kg的鹅卵石。

如果鹅卵石的密度是2.5×103kg/m3,则该同学在水中最多能搬得起质量是________kg的鹅卵石(石头不露出水面)。

这时石头受到的浮力是________N(ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg)。

显示答案

  13、50;200

14、(黑龙江哈尔滨)鱼缸中装满水,在水中轻轻放入一只小船,

小船漂浮在水面上,从鱼缸中溢出5×10-4m3的

水,则小船受到的浮力是________N,小船所受的重力与浮力的关系是________(g=1ON/kg)。

显示答案

  14、5;平衡力

15、(安徽省)如图,某物块用细线系在弹簧测力计下,在空气中称时示数是15N,浸没在水中称时示数是5N,则此时物块受到水的浮力为________N,物块的密度为________kg/m3。

(水的密度为1.0×103kg/m3)

显示答案

  15、10;1.5×103

16、(山东日照)小芳同

学在探究“浮力的大小等于什么”时,用弹簧测力计、小石块、烧杯、小桶等进行实验操作,如图所示a、b、c、d是四个步骤示意图。

设四个图中弹簧测力计的读数分别是F1、F2、F3、F4,由四个图中________两个图的弹簧测力计的读数可以求出小石块受到的浮力;被排开液体的重力为________;

如果关系式________成立,就可以得到著名的阿基米德原理。

 

显示答案

  16、a、c  F4-F2 F4-F2=F1-F3

17、(东营)小明帮爷爷浇菜园。

他从井中提水时发现盛满水的桶露出水面越多,提桶的力就越大。

由此他猜想:

浮力大小可能与物体排开液体的体积有关。

于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如下图所示的探究。

  

(1)分析上图中弹簧测力计示数的变化可知,物体排开液体的体积越大,所受的浮力。

  

(2)实验结束后,小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线,如下图所示。

(ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg)

  分析图象可知:

  ①曲线________(选填“a”或“b”)描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况。

  ②该金属圆柱体所受的重力为________N,金属圆柱体的密度为________kg/m3。

  (3)爷爷鼓励小明对“浸在液体中的物体所受浮力大小是否与液体的密度有关”这一问题进行探究。

请你帮小明选择合适的器材,并写出实验步骤。

  实验器材:

  实验步骤:

显示答案

  17、

(1)越大  

(2)①a ②2.7 2.7×103

  (3)器材:

金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯、水、盐水、细线

  步骤:

①用细线拴住金属圆柱体,悬挂在弹簧测力计下。

  ②将金属圆柱体完全浸没在清水中,读出此时弹簧测力计的示数F1。

  ③将金属圆柱体完全浸没在盐水中,读出此时弹簧测力计的示数F2。

  ④比较F1和F2的大小,分析得出物体所受浮力的大小是否与液体密度有关。

18、(山东日照)我国首台自主设计、自主集成的“蛟龙”号载人潜水器,设计最大下潜深度为7000米。

已顺利完成5000米级海试主要任务。

(海水密度取1×103kg/m3,g取10N/kg)

  

(1)若“蛟龙”号以0.6m/s的平均速度下潜100min时,下潜深度是多少?

  

(2)当“蛟龙”号排开海水的体积为30m3时,受到的浮力多大?

  (3)当“蛟龙”号下潜至5000m深度时,其壳体受到海水的压强多大?

显示答案

  18、解:

  

(1)h=vt=0.6m/s×100×60s=3600m

  

(2)F=G排=ρ海水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×30m3=3.0×105N

  (3)P=ρ海水gh=1×103kg/m3×10N/kg×5000m=5×107Pa

19、(湖南娄底)为应对菲律宾对我国领土“黄岩岛”的不断挑衅,中国“向阳红06”海监船已启程赴南海维权,如图所示。

“向阳红06”船总长91米、船宽14.7米、船底深7.6米,满载排水量4900吨,最大航速13.5节(约25km/h),续航力15000海里,是一艘装备精良的现代化综合海监船。

(海水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)

  

(1)满载时,“向阳红06”船受到的浮力有多大?

  

(2)若船底某处距海面的深度为6m,则该处受到海水的压强是多少?

  (3)“向阳红06”船在某处执行任务时,以18km/h的速度匀速航行6小时,巡航的路程为多少km?

若巡航时海水阻力为1.0×106牛顿,则这一过程中船的推进力所做的功为多少?

显示答案

  19、

(1)船的排水量为:

m排=4900t=4.9×106Kg

  “向阳红6号”所受到的浮力为:

  F浮=m排g=4.9×106Kg×10N/Kg=4.9×107N

  

(2)船底某处的压强为:

P=ρgh=1×103Kg/m3×10N/Kg×6m=6×104Pa

  (3)“向阳红6号“船巡航的路程为:

S=Vt=18km/h×6h=108Km

  因为船匀速行驶,所以F推=F阻=1.6×106N

  船的推进力所做的功为:

W=F推×S=1.0×106N×1.08×105m=1.08×1011J

20、(广东梅州)如图是利用电子秤显示水库水位装置的示意图。

该装置主要由不计重力的滑轮C、D,长方体物块A、B以及轻质杠杆MN组成。

物块A通过细绳与滑轮C相连,物块B通过细绳与杠杆相连。

杠杆可以绕支点O在竖直平面内转动,杠杆始终在水平位置平衡,且MO:

ON=1:

2。

已知物块A的密度为1.5×103kg/m3,底面积为0.04m2,高1m,物块B的重力为100N。

滑轮与转轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦均忽略不计,g取10N/kg。

求:

  

(1)当物块A的顶部刚没入水面时,底部受到水的压强大小;

  

(2)当物块A的顶部刚没入水面时,物块A所受的拉力大小;

  (3)若水位发生变化,当电子秤的示数为55N时,求物块

A浸入水中的深度。

显示答案

20、

(1)物块A底部受到水的压强:

  

kg/m3

N/kg

m

Pa

  

(2)物块A排开水的体积

m

m3

  物块A受到的浮力

kg/m3

N/kg

m3

N

  物块A受到的重力

kg/m3

m3

N/kg

N

  物块A受到的拉力

  (3)细绳BN对物块B的拉力

  细绳DM对杠杆的拉力

  物块A受到的浮力

  物块A排开水的体积

  物块A浸入水中的深度

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