1、第7课时物体的浮沉学生用书P106一、浮力(a)一切浸入液体(或气体)的物体都受到液体(或气体)对它竖直向上的力，这个力就称作浮力。浮力方向为_竖直向上_(与重力方向相反)，浮力的施力物体是液体(或气体)。浮力产生的原因：液体(或气体)对物体向上的压力大于向下的压力(即向上、向下的压力差即为浮力)。二、阿基米德原理(b)浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于该物体_排开液体的重力。数学表达式：_F浮G排m排g液V排g_。阿基米德原理适用于物体在液体和气体中所受的浮力计算。【知识拓展】液体对物体的浮力只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
2、无关。三、物体的浮沉条件(b)1假设物体浸没在液体中只受浮力和重力时，如图所示，比较物体所受的浮力F浮与重力G的大小可判断物体的浮沉状况。比较物体密度物与液体密度液也可判断。反之，通过观察物体的浮沉状况，可以判断物体所受的浮力F浮与重力G的大小、物体密度物与液体密度液的大小。图71当物体处于如下五种状态时，存在下列关系：漂浮F浮G物液V排V物上浮F浮G物液V排V物最终漂浮悬浮F浮G物液V排V物下沉F浮G物液V排V物最终沉底沉底F浮G物液V排V物2漂浮问题“五规律”：规律一：物体漂浮在液体中，所受的浮力等于它的重力。规律二：同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力相同。规律三：同一物体在不同液体里漂浮
3、，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，其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。四、浮力的利用(b)1密度计工作原理是物体的漂浮条件(根据阿基米德公式F浮液V排g，漂浮时浮力一定，液与V排成反比)。密度计下面的金属粒和玻璃泡能使密度计直立在液体中。密度计的刻度特点“上小下大、上疏下密”。2轮船要将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。轮船的排水量即轮船满载时排开水的质量，单位为吨。3潜水艇潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。潜水
4、艇是钢铁外壳，体积不能改变，只能改变自身重力，方法是在水舱内吸入或排出一定量的水。4气球和飞艇气球和飞艇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(氢气、氦气或热空气)。注意利用阿基米德公式F浮 空气V排g计算气球和飞艇的浮力时，代入的是空气的密度，一般：空气1.29kg/m3。五、浮力的计算(b) 1.浮力计算的一般过程(1)确定研究对象，认准要研究的物体。(2)分析物体受力情况画出受力示意图，判断物体在液体中所处的状态(看是否静止或做匀速直线运动)。(3)选择合适的方法列出等式(一般考虑平衡条件)。2计算浮力的主要方法(1)二次称量法：物体在空气中的重力与物体浸入液体中弹簧测力
5、计拉力的差值等于浮力。计算公式：F浮GF拉。(2)阿基米德公式法：F浮G排液V排g。多数浮力计算需用该公式进行计算。图72(3)上、下表面压力差法：浸在液体中的物体下表面受到向上的压力减去上表面受到向下的压力即为浮力。公式：F浮F向上F向下。如图所示：(注意该方法所涉及题多数有一定难度)(4)受力分析法：如果物体在液体中处于漂浮或悬浮状态，物体只受重力和浮力作用且二力平衡，则F浮G物，如图甲所示。如果物体用一绳子向下拉住浮于水中，则F浮G物F拉，如图乙所示。当物体沉底时，则F浮G物F支持，如图丙所示。图73类型一浮力典例 2019原创近年来我国的科技水平不断取得长足进步。试分析如图所示几种情况
6、，主要是依靠空气的浮力而升空的物体是(D)图74A甲图：北斗卫星在高空中环绕地球B乙图：国产大客机C919翱翔蓝天C丙图：国产武装直升机武直19盘旋空中D丁图：乘坐热气球升空浏览河山美景【解析】 北斗卫星在大气层外，不存在空气浮力。固定翼飞机升空的原理是流体压强与流速的关系，即上、下机翼的空气流速不同形成升力，与浮力无关。直升机升空的原理主要是力的作用是相互的，旋翼向下推空气，空气反推直升机使之上升。加热气球内的空气使球内的空气密度减小，当气球的总重力小于空气对气球的浮力时，热气球便升空。跟踪训练 宜昌中考如图所示，把一个底面积为S，高为l的长方体浸没在密度为的液体中，上、下表面分别距液面为h
7、1和h2，因为液体内部存在压强，所以长方体各表面都受到液体的压力。图75(1)分析图中长方体的受力情况，其受到浮力的原因是_上、下表面存在压力差_，浮力的方向是_竖直向上_。(2)大量的实验结果表明：“浸在液体中的物体受到浮力的大小等于它排开液体所受的重力”。请从浮力产生原因的角度推导出这一结论。【答案】 (2)由液体压强公式pgh及压强公式pF/S得：长方体上表面受到液体的压力：F1p1S液gh1S，长方体下表面受到液体的压力：F2p2S液gh2S，上、下两表面的压力差：F2F1液gh2S液gh1S液g(h2h1)S，长方体浸没在液体中，则长方体排开液体的体积：V排V物S(h2h1)，所以，
8、结合浮力的产生原因有：F浮F2F1液g(h2h1)S液glS液gV排m排gG排。类型二浮力的大小(阿基米德原理)典例 2018北部湾在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，提出如下猜想：猜想1：浮力的大小可能与液体的密度有关；猜想2：浮力的大小可能与物体的重力有关；猜想3：浮力的大小可能与物体的形状有关；猜想4：浮力的大小可能与排开液体的体积有关。(1)用手把饮料罐按入水中，饮料罐浸入水中越深，手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想_4_(填序号)。(2)为了研究猜想1和猜想2，运用了体积相同的A、B、C三个圆柱体，测得重力分别为4N、4.5N和5N。然后进行如图所示的实验。图76在序号
9、a的实验中物体所受的浮力为_1_N。比较序号_a_、_d_、e的三次实验，可得出初步结论：浮力大小与液体密度有关。进一步分析可知：液体的密度越大，物体所受的浮力越_大_。比较序号a、b、c的三次实验，可得出结论：浮力的大小与物体的重力 _无_关。(3)为了研究猜想3，小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图所示的实验。由此小明得出的结论是：浮力的大小与物体的形状有关，小珍认为这结论不可靠，主要原因是_没有控制变量唯一_。跟踪训练 2019原创现有材料：足够的水，量筒一只。怎样测定小瓷酒杯的材料密度(酒杯的直径小于量筒的直径)？请写出主要实验步骤及密度表达式。【答案】 在量筒里倒入适
10、量的水，记下水面到达的刻度V1；让小瓷酒杯漂浮在水面上，记下水面到达的刻度V2；把小瓷酒杯浸没在水中，记下水面到达的刻度V3；计算：小瓷酒杯漂浮在水面上时排开水的体积：V排V2V1，则小瓷酒杯的质量：m杯G杯/gF浮/g水gV排/g水(V2V1)，小瓷酒杯浸没在水中时，它排开水的体积为小瓷酒杯的体积：V杯V3V1，所以小瓷酒杯的材料密度：瓷 m杯/V杯水(V2V1)/(V3V1)。【解析】 测固体密度的方法有多种，有直接的方法：用天平测质量、量筒(或量杯)测体积；有间接的方法：利用物体漂浮时排开液体的重力等于物体的重力，求出物体的质量，再利用排水法测物体的体积，算出物体的密度，本题应使用间接方
11、法测小瓷酒杯的密度。类型三物体的浮沉条件典例 2018临沂2018年4月20日，我国最先进的自主潜水器“潜龙三号”(如图所示)成功首潜。潜水器在水面下匀速下潜过程中(D)图77A受到的重力小于浮力B上、下表面受到的压力差变大C受到的压强变大，浮力变大D受到的压强变大，浮力不变【解析】 浮力的大小与液体密度和物体排开液体的体积有关。潜水器受到的压强大小与液体的密度、潜水器所处的深度有关。潜水器在水面下匀速下潜过程中，水的密度不变，潜水器排开水的体积不变，但是在水中的深度逐渐增加。根据公式pgh和F浮液gV排可知，潜水器受到的压强增大，浮力不变，即上、下表面受到的压力差不变。跟踪训练 2018海南
12、如图所示，两只相同的气球，分别充入氢气和空气，充气后体积相同，放飞气球时只有氢气气球升上空中。若它们在空气中受到的浮力分别为F氢和F空，则下列说法中正确的是(B)图78AF氢F空BF氢F空CF氢F空D条件不足，无法比较【解析】 根据阿基米德原理F浮空气gV排可知，气球在空气中受到的浮力取决于气球的体积，由于充气后两气球体积相同，所以所受的浮力相同即F氢F空。氢气球能上升是因为其重力小于浮力，而空气球不能上升是因为其重力约等于浮力。类型四浮力的应用典例 2018德州在木棒的一端缠绕一些铜丝制成两个完全相同的简易密度计，现将它们分别放入盛有不同液体的两个烧杯中，如图所示，当它们竖直静止在液体中时，
13、液面高度相同。从观察到的现象可以判断：两个简易密度计所受浮力F甲_等于_F乙，两杯液体的密度甲_小于_乙，两个烧杯底部所受液体的压强p甲_小于_p乙(均选填“大于”“小于”或“等于”)。图79【解析】 简易密度计在甲、乙两种液体中均漂浮，浮力都等于其自身重力，即相等。根据阿基米德浮力公式：F浮G排液gV排，当浮力相同时，液体的密度与物体排开液体的体积成反比，可知乙液体的密度更大。两液面高度相同，根据公式p液gh，p甲p乙。跟踪训练 2018龙东海权握，国则兴。建设一支强大海军是实现中国梦的有力保障，潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海水中悬浮、上浮、漂浮的训练
14、过程。下列对此潜水艇分析正确的是(B)图710A悬浮和漂浮时受到的浮力相等B漂浮时排开的海水所受的重力最小C上浮过程中所受浮力逐渐变大D漂浮时潜水艇底部所受海水压强最大【解析】 潜水艇漂浮时，V排减小，所以悬浮时受到的浮力大于漂浮时受到的浮力。潜水艇自身的体积不能改变，只要在水下浸没其浮力都不变，只能通过改变自身重力来达到浮沉的目的。潜水艇所受的海水压强取决于下潜深度，下潜越深水压越大。类型五浮力的计算图711典例 2018杭州“蛟龙号”是我国首台自主设计、自主集成研制、世界上下潜最深的作业型深海载人潜水器“蛟龙号”体积约为30m3，空载时质量约22t，最大荷载240kg。(1)“蛟龙号”空载
15、漂浮在水面时受到的浮力为多大？(2)若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的，则至少注入多少立方米的水？(海水密度取1.0103kg/m3，g取10N/kg)【答案】 (1)漂浮时：F浮Gmg22103kg10N/kg2.2105N。(2)下沉时，完全浸没：V排V船，此时：F浮海gV排1103 kg/m310N/kg30m33105N，G满载m总g(22103kg240kg)10N/kg222400N2.224105N，G注水F浮G满载3105N2.224105N7.76104N，V注水G注水/(海水g)7.76104N/(1103kg/m310N/kg)7.76m3。图712跟踪训练
16、2018枣庄现有一个用超薄材料制成的圆柱形容器，它的下端封闭，上端开口，底面积S200cm2，高度h20cm，如图甲所示；另有一个实心匀质圆柱体，密度0.8103kg/m3，底面积S1120cm2，高度与容器高相同，如图乙所示(水1.0103kg/m3，g10N/kg)。(1)将圆柱体竖直放在圆柱形容器内，求圆柱体对容器底部的压强是多少？(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零，求此时水对容器底部的压强和所注的水重力各是多少？【答案】 (1)圆柱体对容器底部的压力：FG柱m柱ggV柱gS1h0.8103kg/m310N/kg120104m220102m19.2N，圆柱体对容器底
17、部的压强：p1600Pa。(2)向容器内缓缓注水直至圆柱体对容器底部的压力刚好为零，圆柱体刚好处于漂浮状态，则：F浮G柱19.2N，由F浮水gV排水gS1h水得水的深度：h水0.16m，此时水对容器底部产生的压强：p水gh水1103kg/m310N/kg0.16m1600Pa；所注水的体积：V水(SS1)h水(200104m2120104m2)0.16m1.28103m3，所注水的重力：G水m水g水gV水1103kg/m310N/kg1.28103m312.8N。12018德阳体积相同的铝球、铜块和木块，浸在液体中的情况如图所示，则比较它们受到的浮力 (D)A铝球受到的浮力最大图713B木块受
18、到的浮力最大C铜块受到的浮力最大D它们受到的浮力一样大【解析】 体积相同的铝球、铜块和木块均浸没在同种液体中，排开液体的体积相等，由F浮G排液gV排可知，它们受到的浮力一样大。2台州中考用图中实验装置验证阿基米德原理，当物块浸入溢水杯时，水会流入空桶中。下列说法正确的是(g取10N/kg) (D)图714A实验前溢水杯未装满水，对实验结果没有影响B物块浸入水中越深，水对溢水杯底部的压强越大C物块浸入水中越深，左侧弹簧测力计的示数越大D通过计算可知实验所用物块的密度为2103kg/m3【解析】 物块放入水中前，溢水杯应该是满水的，否则小桶内所盛的水将小于物体排开水的体积。物块浸没水中后，随着深度
19、的增加，排开水的体积不变，液体的高度不变，故水对容器底部的压强不变。在物块完全浸没水中前，随着物块浸入水中深度的增加，排开水的体积增大，溢出的水增多，左侧弹簧测力计的示数变小；物块完全浸没水中，排开水的体积不变，左侧弹簧测力计的示数不再变化。由弹簧测力计的示数可知，物体的重力：G2N，物体的质量：m0.2kg；物体浸没水中后的浮力：F浮GG2N1N1N，物体的体积：VV排1104m3，物体的密度：2103kg/m3。32018玉林如图所示，若“玉林号”导弹护卫舰从大海驶入珠江，下列分析正确的是 (C)图715A浮力变小，舰体上浮一些B浮力变大，舰体下沉一些C浮力不变，舰体下沉一些D浮力不变，舰
20、体上浮一些【解析】 当护卫舰从大海驶入珠江后，仍然漂浮，根据漂浮条件可知受到的浮力：F浮G，因为护卫舰受到的重力不变，所以船受到的浮力不变；由于海水江水，根据F浮水V排g可知，排开江水的体积大于排开海水的体积，即舰体浸入水中的体积变大，舰体下沉一些。图7164苏州中考小明用矿泉水瓶和小玻璃瓶制作了一个“浮沉子”(如图)。他将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，使其漂浮在矿泉水瓶内的水面上，矿泉水瓶内留有少量空气，拧紧瓶盖使其密封。用力挤压矿泉水瓶侧面时“浮沉子”下沉，松手后“浮沉子”即上浮。下列说法错误的是 (B)A“浮沉子”下沉时，所受重力大于它受到的浮力B无论怎样挤压矿泉水瓶侧面，“浮沉子”不可
21、能悬浮在水中C“浮沉子”上浮时，小瓶内的压缩空气会将内部的水压出D潜水艇与“浮沉子”浮沉的原理相同【解析】 挤压大塑料瓶，瓶内空气被压缩，将压强传递给水，水被压入小瓶中，将瓶体中的空气压缩，这时“浮沉子”里进入一些水，它的重力增加，大于它受到的浮力，就向下沉。松开手，小瓶内水面上的空气体积增大，压强减小，“浮沉子”里面被压缩的空气把水压出来，此时“浮沉子”的重力小于它所受的浮力，因此它就向上浮；当浮力等于重力，就会悬浮在水中；潜水艇与“浮沉子”浮沉的原理相同，都是靠改变自身重力来实现浮沉的。图7175金华中考“彩球温度计”是一种现代居家饰品，其结构模型如图所示。该“彩球温度计”是由体积相同(保
22、持恒定)、质量不同的小球和密度随温度的升高而减小的液体组成。当环境温度升高时，浸没在液体中的小球受到的浮力将_变小(或减小)_。在某一环境温度下，四个小球处于如图位置，此时B小球受到的浮力与D小球受到的浮力的大小关系为_FBFD(合理即可)_。【解析】 环境温度升高，液体密度减小，根据F浮液gV排可知，浮力减小。某一环境温度下，B、D小球处于同一液体中且体积相同，排开液体的体积相同，所以两球所受浮力大小相等。62018南京如图所示，水平桌面上两个相同的玻璃缸装满了水，水中分别漂浮着大、图718小两只玩具鸭。甲、乙两图中水对缸底的压强分别为p1和p2，缸对桌面的压强分别为p1和p2。两只玩具鸭受
23、到的浮力分别为F1和F2，则它们的大小关系为：p1 _p2，p1_p2，F1_F2。若乙图中小玩具鸭的质量为15g，它排开水的体积是_15_cm3。【解析】 甲、乙两个完全相同的玻璃缸装满了水，玩具鸭放入后水的深度h仍然相同，根据pgh可知，水对容器底部的压强相等，即p1p2；由于玩具鸭漂浮，根据漂浮条件和阿基米德原理可知：G物F浮G排，即玩具鸭的重力与溢出水的重力相等，所以漂浮着玩具鸭时玻璃缸对桌面的压力仍然相等，由于玻璃缸完全相同(底面积相同)，则由p可知，此时缸对桌面的压强相等，即p1p2；甲缸中鸭子排开水的体积大，根据阿基米德原理可知，甲缸中鸭子受到的浮力大，即F1F2；若乙图中小玩具
24、鸭的质量为15g，则根据漂浮条件和阿基米德原理可知：G排F浮G物，即m排gm物g，所以m排m物15g，由可得它排开水的体积：V排15cm3。72018金华丽水杯子放在水平桌面上，放入茶叶，再倒入开水，茶叶先漂浮在水面上，过一段时间，茶叶逐渐下沉到杯底。(1)茶叶漂浮在水面，是因为浮力_等于_重力(选填“大于”“小于”或“等于”)。图719(2)茶叶匀速下沉阶段(不考虑水的蒸发)，茶杯对桌面的压力将_不变_(选填“变大”“变小”或“不变”)。82018嘉兴舟山某课外兴趣小组同学利用弹簧测力计和量筒研究“浮力大小与排开液体多少的关系”，设计了如下实验步骤和数据记录表格：在量筒中加入水，读出量筒内水
25、面位置的刻度。把系有细线的铁块挂在弹簧测力计的挂钩上，测出铁块的重力。把挂在弹簧测力计下的铁块浸没在盛有水的量筒里，再次读出弹簧测力计的示数。图720读出量筒内水面位置升高后的刻度。计算铁块排开水的体积。求出铁块排开的水受到的重力。铁块浸没时弹簧测力计的示数(N)铁块在水中受到的浮力(N)水的体积(cm3)水和铁块的总体积(cm3)排开水的体积(cm3)排开的水受到的重力(N)实验过程中，小组同学发现设计的表格中缺少一项，该项是_铁块的重 力(N)_。补充完整后，完成实验。分析数据得出结论：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。实验后，该组同学进行了反思：(1
26、)量筒中不能加入太多的水，否则无法直接测出_水和铁块的总体积(或水的体积)_，从而不能得出实验结论。(2)通过以上实验得出结论不可靠，理由是_ABC_。A没有进行多次重复实验B没有换用其他液体进行实验C没有进行物体部分浸入水中时的实验【解析】 根据阿基米德原理F浮G排和根据称量法F浮GF测量浮力，需要用弹簧测力计测量物体的重力和水中弹簧测力计的拉力，故表格中缺少“铁块的重力(N)”。(1)向量筒中加入“适量的水”，不能太少，否则不能把固体完全浸没，也不能加入太多的水，否则在放入物体后超过量筒的量程不能测量出排开水的体积，从而不能得出实验结论。(2)为得到普遍性的规律，应换用不同液体进行多次重复
27、实验以及进行物体部分浸入水中时的实验，多测几组数据进行分析，从而得出结论。92018安顺如图所示，已知重为10N的长方体木块静止在水面上，浸入在水中的体积占木块总体积的(g取10N/kg)。(1)求木块所受到的浮力大小。(2)若木块下表面所处的深度为0.2m，求木块下表面受到水的压强。图721(3)若要将木块全部浸没水中，求至少需要施加多大的压力。【答案】 (1)因为木块漂浮在水面上，所以木块受到的浮力：F浮G木10N。(2)木块下表面所处的深度为0.2m，则木块下表面受到水的压强：pgh1.0103kg/m310N/kg0.2m2000Pa。(3)根据F浮水gV排可得，排开液体的体积：V排1103m3；因为V排V木，所以V木V排/1103m31.25103m3；木块全部浸没时受到水的浮力：F浮水gV木1103kg/m310N/kg1.25103m312.5N；木块浸没时，根据力的平衡条件有：F浮G木F，则压力：FF浮G木12.5N10N2.5N。
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