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第二部分物質(zhì)科學(xué) 物理 第16講浮力 一 理解浮力及產(chǎn)生原因二 理解阿基米德原理 直接運(yùn)用阿基米德原理進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算 計(jì)算對(duì)象最多受到三個(gè)力的作用 三 了解物體的浮沉條件并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)用 浮力及產(chǎn)生原因 1 定義 浸在 液體 或 氣體 里的物體受到液體 豎直向上 的 托力 這個(gè)托力叫做浮力 2 方向 豎直向上 3 施力物體 液體 或 氣體 4 單位 牛 N 5 產(chǎn)生原因 物體上下表面受到的液體的 壓力差 浮力是液體對(duì)物體的壓力的合力 1 2013 欽州 以下情景中沒有受到浮力的物體是 A 解析 根據(jù)浮力的產(chǎn)生需要施力物體 太空中沒有空氣 故太空中運(yùn)行的 天宮一號(hào) 不受到浮力 故選A 2 2014 濰坊 一輕質(zhì)彈簧的下端固定在容器底部 上端放一實(shí)心小鐵球 不連接 如圖所示 向容器中緩慢倒入水 使小球完全浸沒且靜止在水中 此時(shí)小球受到的力有 D A 重力 浮力 彈力和壓力B 重力和浮力C 重力 浮力和拉力D 重力 浮力和彈力 解析 實(shí)心小鐵球完全浸沒且靜止在水中 此時(shí)小球受到的浮力小于重力 則小球除受到浮力和重力的作用外 還受到彈簧對(duì)它彈力的作用 D選項(xiàng)正確 1 2013 義烏 5月2日 中國(guó)香港 世界上最大的橡皮鴨在維多利亞港亮相 吸引眾多觀眾的目光 這只橡皮鴨高16 5米 長(zhǎng)19 2米 質(zhì)量超過600千克 1 要使橡皮鴨 站立 起來 需要往里面充入大量空氣 充完氣后橡皮鴨內(nèi)部空氣的壓強(qiáng) 大于 填 大于 等于 或 小于 外部大氣壓 2 橡皮鴨能浮在海面上 是由于受到 浮力 的作用 2 2014 株洲 將一空飲料罐壓入裝滿水的燒杯中 其排開的水所受到的重力為4N 則空飲料罐受到的浮力大小為 4 N 方向 豎直向上 3 2014 廣陵區(qū)一模 如圖甲所示 彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為5N 如圖乙所示 小球一半浸在水中 測(cè)力計(jì)示數(shù)為2N 則此時(shí)小球受到的浮力為 3 N 剪斷懸吊小球的細(xì)線 小球在水中穩(wěn)定時(shí)受到的浮力為 5 N g取10N kg 阿基米德原理 運(yùn)用阿基米德原理進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算 計(jì)算對(duì)象最多受到三個(gè)力的作用 1 阿基米德原理的內(nèi)容 浸入液體里的物體受到向上的浮力 浮力的大小等于它 排開的液體 受到的重力 2 表達(dá)式 F浮 G排液 液gV排 注意 浮力的大小決定于 液體的密度 和 排開液體的體積 與物體的密度 物體的體積 液體的體積無直接關(guān)系 3 適用范圍 浮力的計(jì)算公式也適用于 氣體 3 2013 常州 2013年2月 中國(guó)海監(jiān)在釣魚島海域放置浮標(biāo)以監(jiān)測(cè)我國(guó)領(lǐng)海的水文變化 監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn) 從春季至夏季 海水溫度上升 體積膨脹導(dǎo)致密度下降 此過程中 若浮標(biāo)體積保持不變 則 D A 浮力變大 露出海面體積變小B 浮力變小 露出海面體積變大C 浮力不變 露出海面體積變大D 浮力不變 露出海面體積變小 解析 浮標(biāo)漂浮在不同的水面 浮力大小都等于其重力 浮力大小不變 當(dāng)液體密度減小時(shí) 排開液體的體積增大 4 2014 常德 用彈簧測(cè)力計(jì)在空氣中稱得一石塊重為1N 將石塊完全浸入水中 彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0 6N 則石塊在水中受到的浮力為 0 4 N 此后 當(dāng)石塊在水中的深度增大時(shí) 浮力 不變 填 不變 變大 或 變小 解析 根據(jù)阿基米德原理可知 浮力大小只與液體的密度和排開液體的體積有關(guān) 所以在水中的深度增大時(shí)浮力不變 5 2013 金華 在 浮力的研究 實(shí)驗(yàn)中 1 取一鐵塊 把它掛在彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上 如圖甲所示 當(dāng)鐵塊浸入水中的體積緩慢增大時(shí) 鐵塊受到浮力大小的變化是 增大 2 探究 浮力大小與排開水的重力關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)過程 如圖乙 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出石塊的重力為F1 如圖丙 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出空燒杯的重力為F2 如圖丁 把石塊浸入盛滿水的溢杯中 用該空燒杯承接從溢杯里被排出的水 當(dāng)石塊全部浸入水中時(shí) 讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F3 如圖戊 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出該燒杯和排出的水的總重力為F4 用F1 F2 F3 F4表示 實(shí)驗(yàn)中測(cè)得石塊所受的浮力為 F1 F3 排出水的重力為 F4 F2 根據(jù)該實(shí)驗(yàn)的測(cè)量數(shù)據(jù) 可得出物體所受浮力大小與排開水的重力的定量關(guān)系是 F1 F3 F4 F2 解析 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量重力和物體浸入水中的拉力大小 進(jìn)行阿基米德原理的探究 浮力大小等于物體排開液體的重力 即F1 F3 F4 F2 4 2013 慶陽 一長(zhǎng)方體鐵塊按圖甲所示 從下表面與液面剛剛接觸時(shí)下放至圖中虛線位置 能大致反映鐵塊下降過程中所受浮力的大小F浮與鐵塊下表面浸入液體深度h深關(guān)系的圖像是 B 5 2013 成都 在探究 浮力的大小與什么因素有關(guān) 的實(shí)驗(yàn)中 同學(xué)們提出了如下猜想 A 可能與液體的密度 1有關(guān) B 可能與物體的密度 2有關(guān) C 可能與物體的體積V1有關(guān) D 可能與物體浸在液體中的體積V2有關(guān) E 可能與物體浸沒在液體中的深度h有關(guān) 小明所在的實(shí)驗(yàn)小組得到的實(shí)驗(yàn)器材有 柱形鐵塊一個(gè) 彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè) 一杯水 足夠多 細(xì)線 1 只用這些器材 他們可以驗(yàn)證上述猜想中的E和 D 填序號(hào)即可 是否正確 2 他們?cè)隍?yàn)證猜想E的過程中 先讓鐵塊靜止在右圖所示的狀態(tài) 讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1 接著向下移動(dòng)測(cè)力計(jì)和鐵塊 增大深度h 待鐵塊處于 靜止 狀態(tài)時(shí) 再讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2 繼續(xù)增大h 重復(fù)上述操作 若每次測(cè)量 測(cè)力計(jì)的示數(shù)都相等 說明猜想E 錯(cuò)誤 物體的浮沉條件及應(yīng)用 1 物體的浮沉條件 1 前提條件 物體浸沒在液體中 且只受 重力 和 浮力 2 物體的浮沉條件 當(dāng)F浮 G物或 液 物時(shí) 物體 上浮 在物體未露出液面以前 由于排開液體的體積沒有變化 所以受到的浮力不變 當(dāng)物體露出液面處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí) 物體 漂浮 此時(shí)F浮 G物 當(dāng)F浮 G物或 液 物時(shí) 物體 懸浮 當(dāng)F浮 G物或 液 物時(shí) 物體 下沉 2 浮沉條件的應(yīng)用 密度計(jì) 根據(jù)漂浮時(shí) F浮 G物 的原理制成的 密度計(jì)在各種液體中受到的浮力相等 輪船 輪船在不同的水中處于漂浮狀態(tài) 但排開液體的體積不同 潛水艇 靠 改變自身重力 達(dá)到上浮和下沉的目的 熱氣球 使氣球內(nèi)的氣體體積變化 即排開空氣的體積 而改變浮力大小達(dá)到上升和下降的目的 注意 在比較F浮和G物關(guān)系判斷物體浮沉?xí)r F浮指的是該物體浸沒在液體中的浮力 6 2014 雅安 如圖所示 同一只雞蛋先后放入甲 乙兩杯鹽水中 雞蛋在甲杯處于漂浮狀態(tài) 所受浮力為F甲 在乙杯處于懸浮狀態(tài) 所受浮力為F乙 以下判斷正確的是 D A F甲 F乙B F甲 F乙C 向甲杯中加入鹽 雞蛋所受浮力會(huì)增大D 向乙杯中加入水 雞蛋所受浮力會(huì)減小 解析 同一只雞蛋漂浮和懸浮于不同的液體中 浮力大小相等 都等于重力大小 向甲杯中加鹽 雞蛋仍漂浮 向乙杯中加水 液體密度變小 雞蛋所受浮力變小 雞蛋會(huì)下沉 7 2014 東營(yíng) 如圖 魚缸中小金魚吐出的氣泡 在水中上升的過程體積逐漸變大 則氣泡所受壓強(qiáng)和浮力的變化情況是 B A 壓強(qiáng)變小 浮力變小B 壓強(qiáng)變小 浮力變大C 壓強(qiáng)變大 浮力不變D 壓強(qiáng)不變 浮力不變 解析 氣泡在上升過程中 所處的深度變小 氣泡受到的壓強(qiáng)在不斷減小 氣泡排開液體的體積變大 根據(jù)F浮 gV排 氣泡受到的浮力在不斷變大 故選B 8 2014 瀘州 某潛水艇在海面下隱蔽跟蹤某個(gè)目標(biāo) 有時(shí)要上浮或下潛 但都未露出水面 若該潛水艇下潛時(shí)所受的重力為G1 浮力為F1 上浮時(shí)所受的重力為G2 浮力為F2 下列對(duì)力之間大小關(guān)系的判斷 正確的是 A A F1 F2 G1 G2B F1 F2 G1 G2C F1 F2 G1 G2D F1 G1 F2 G2 解析 在海水中 潛水艇所受F浮 海水gV排 始終沒有露出水面 所以所受浮力不變 可以通過 讓海水進(jìn)入壓力艙 增大自重 將海水排除壓力艙 減小自重了解 F浮 G2時(shí) 潛水艇上浮 F浮 G1時(shí) 潛水艇下沉 故選A 7 2013 菏澤 如圖所示 中國(guó)遼寧號(hào)航空母艦是中國(guó)人民解放軍海軍的第一艘航空母艦 艦長(zhǎng)304m 艦寬70 5m 滿載時(shí)排水量達(dá)67500t 1 它滿載時(shí)所受的浮力為 6 75 108 N 取g 10N kg 2 2012年9月25日 該艦正式加入中國(guó)海軍序列 2012年11月23日 中國(guó)航母艦載機(jī) 殲 15 著艦成功 當(dāng)艦載機(jī)著艦后 浮力將 變大 填 不變 變小 或 變大 8 2014 濟(jì)南 質(zhì)量相同的甲 乙 丙 丁4個(gè)小球 分別靜止在水中的不同深度處 如圖所示 則這4個(gè)小球在水中所受浮力最小的是 D A 甲B 乙C 丙D 丁 9 2013 浙江 資料顯示 牛奶中摻水量越多 牛奶密度越小 小麗想通過測(cè)定密度來比較兩種牛奶品質(zhì)的優(yōu)劣 她自制了一個(gè)可測(cè)液體密度的 浮標(biāo) 在竹筷子下面纏繞一些鐵絲 如圖甲所示 1 純牛奶是 混合物 填 純凈物 或 混合物 2 分別將 浮標(biāo) 浸入A B兩種牛奶中 待靜止后 筷子上與液面相平的位置分別標(biāo)記為A和B 如圖乙所示 比較標(biāo)線A和B的上下位置 可知A B牛奶的密度為 A 或小于 B 由此可知A B牛奶品質(zhì)的優(yōu)劣 3 在實(shí)際測(cè)量過程中 發(fā)現(xiàn) 浮標(biāo) 桿上的兩條標(biāo)記線靠得很近 為了更易區(qū)分 請(qǐng)你提出一條改進(jìn) 浮標(biāo) 的建議 浮標(biāo) 的桿做得更細(xì)些 有關(guān)浮力的分析與計(jì)算 1 計(jì)算浮力方法 公式表示 1 稱量法 F浮 G F 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)浮力 2 壓力差法 F浮 F下 F上 用浮力產(chǎn)生的原因求浮力 3 F浮 G排液 液gV排液 用阿基米德原理求浮力 知道物體排開液體的質(zhì)量或體積時(shí)常用 是求解浮力問題的基本方法 4 漂浮 懸浮時(shí) F浮 G物 用二力平衡求浮力 9 2014 泰安 有一個(gè)實(shí)心球形物體 用彈簧測(cè)力計(jì)在空氣中稱重時(shí) 測(cè)力計(jì)的示數(shù)為12N 當(dāng)把物體一半體積浸入水中時(shí) 測(cè)力計(jì)的示數(shù)為5N 把物體從彈簧測(cè)力計(jì)上取下投入水中靜止時(shí) 物體受到的浮力是 D A 5NB 7NC 14ND 12N 解析 根據(jù)稱量法計(jì)算出物體一半浸沒在水中的浮力大小等于7N 再根據(jù)阿基米德原理得出完全浸沒時(shí)產(chǎn)生F浮 14N大于物體的重力12N 最終漂浮在水面上 最后根據(jù)漂浮條件計(jì)算物體受到的浮力大小為12N 10 2014 郴州 小英同學(xué)在探究 浮力的大小等于什么 時(shí) 做了如圖所示的實(shí)驗(yàn) 四步實(shí)驗(yàn)中彈簧秤的示數(shù)分別為F1 F2 F3 F4 下列等式正確的是 A A F浮 F2 F3B F浮 F4 F3C F浮 F2 F1D F浮 F2 F4 解析 根據(jù)阿基米德原理進(jìn)行判斷 浸在液體中的物體受到向上的浮力作用 浮力大小等于物體排開液體受到的重力 所以F浮 F4 F1 同時(shí) 根據(jù)稱重法 浮力等于物體在浸入液體之后的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)之差所以F浮 F2 F3 故A正確 10 2014 廣西 澳大利亞用 藍(lán)鰭金槍魚 水下航行器下海搜索失聯(lián)的 馬航 客機(jī) 航行器在水下下潛的過程中 它受到水的壓強(qiáng)和浮力的說法正確的是 B A 壓強(qiáng)變大 浮力變大B 壓強(qiáng)變大 浮力不變C 壓強(qiáng)不變 浮力變大D 壓強(qiáng)不變 浮力不變11 2014 遵義 一艘游船自重為8 103N 當(dāng)空船漂浮在水面上時(shí) 船受到的浮力為 8 103 N 該船滿載游客時(shí)受到的浮力為2 104N 則此時(shí)船排開水的體積為 2 m3 g取10N kg 水 1 0 103kg m3 12 2014 遂寧 如圖甲所示 一個(gè)邊長(zhǎng)為1m的正方體靜止在湖底 上表面離水面深度為h 現(xiàn)用一根粗細(xì)和重力不計(jì)的繩子 將該物體從水底豎直向上拉 直至完全拉出水面 在整個(gè)拉動(dòng)過程中物體始終保持勻速運(yùn)動(dòng) 拉力的大小隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示 g 10N kg 水 1 0 103kg m3 求 1 物體在露出水面前受到水的浮力是多少牛 2 物體在露出水面前受到繩子的拉力是多少牛 3 物體的密度是多少千克 米3 4 物體在水底時(shí) 上表面受到水的壓強(qiáng)是多少帕 1 2014 成都 關(guān)于物體受到的浮力 下列說法正確的是 D A 浸在水中的物體 體積越大 受到的浮力越大B 靜止在水中的物體 受到的浮力等于自身重力C 漂浮在水面上的物體 受到的浮力可能大于自身重力D 在水中向下運(yùn)動(dòng)的物體 受到的浮力可能大于自身重力 2 2014 濱州 小濱同學(xué)看到雞蛋浮在鹽水上面 如圖所示 于是 他沿杯壁緩慢加入清水使雞蛋下沉 在此過程中 雞蛋受到的浮力F隨時(shí)間t的變化圖像可能是 D 3 2014 臺(tái)州 物塊在空氣中和浸沒在水中時(shí) 彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖 下列判斷正確的是 B A 物塊受到的浮力是1NB 物塊的體積是2 10 4m3C 物塊的密度是3 103kg m3D 物塊浸沒在水中時(shí) 所受浮力隨深度增加而增大 4 2013 包頭 一彈簧測(cè)力計(jì)下掛一圓柱體 將圓柱體從盛水的燒杯上方離水面某一高度處緩慢下降 然后將圓柱體逐漸浸入水中 如圖是整個(gè)過程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關(guān)系的圖像 g取10N kg 下列說法正確的是 B A 當(dāng)圓柱體剛好全部浸沒時(shí) 下表面受到水的壓力為4NB 圓柱體受到的重力是12NC 圓柱體受到的最大浮力是4ND 圓柱體的密度是1 0 103kg m3 5 2014 益陽 一個(gè)攜帶有氣象儀器的高空探測(cè)氣球以3m s的速度勻速上升 若其總質(zhì)量為200kg 在忽略空氣阻力的情況下 該氣球受到空氣的浮力是 1960 N 若有儀器零件從氣球上脫落 則該零件剛脫落時(shí)會(huì) 向上運(yùn)動(dòng) 填 立即下落 靜止不動(dòng) 或 向上運(yùn)動(dòng) 6 2014 邵陽 某同學(xué)在 探究浮力大小與哪些因素有關(guān) 的實(shí)驗(yàn)中 1 如圖甲 乙 先用彈簧測(cè)力計(jì)吊著石塊 彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1 6N 然后讓石塊完全浸沒在水中 彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?yōu)?N 則石塊受到水的浮力為 0 6 N 2 如圖丙 用彈簧測(cè)力計(jì)緩慢將石塊拉出水面 隨著石塊露出水面的體積越來越大 觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)也越來越大 則石塊受到的水的浮力越來越 小 填 大 或 小 說明浮力的大小與石塊浸入水中的體積有關(guān) 3 通過比較圖乙和圖 丁 可以探究浮力大小跟液體密度是否有關(guān) 7 2014 廣元 阿基米德原理告訴我們 浸入液體里的物體受到向上的浮力 浮力的大小等于它排開的液體受到的重力 小剛在學(xué)習(xí)了該原理后思考 物體受到浮力的大小難道只跟物體排開液體的重力大小有關(guān)嗎 于是他猜想 物體受到的浮力大小可能還跟物體的密度和浸入液體中的深度有關(guān) 為了驗(yàn)證猜想 他選取了兩塊體積和形狀都相同的實(shí)心銅塊和鐵塊進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn) 1 如果要驗(yàn)證物體所受的浮力大小是否與物體的密度有關(guān) 小剛應(yīng)該選取圖中的 A B D E 等步驟進(jìn)行對(duì)比 小剛已經(jīng)知道銅的密度大于鐵的密度 那么根據(jù)他所選擇的幾個(gè)圖中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可以知道銅塊所受到的浮力 等于 填 大于 等于 或 小于 鐵塊所受到的浮力 由此得出物體所受的浮力大小與物體的密度 無關(guān) 填 有關(guān) 或 無關(guān) 2 小剛根據(jù)圖中B C D三步進(jìn)行對(duì)比分析 發(fā)現(xiàn)隨著物體浸入液體中深度的增加 物體所受到的浮力在變大 于是他就得出了物體所受浮力的大小跟浸入液體中的深度有關(guān)的結(jié)論 你認(rèn)為小剛的結(jié)論是 錯(cuò)誤 填 正確 或 錯(cuò)誤 的 原因是 關(guān)鍵是沒有控制變量 必須在排開液體體積相同的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 8 2014 雅安 水平桌面上放置一底面積為100cm2 重為6N的柱形容器 容器內(nèi)裝有20cm深的某液體 將一體積為400cm3的物體A懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)上 彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為10N 讓物體從液面上方逐漸浸入直到浸沒在液體中 如圖 彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變?yōu)? 2N 柱形容器的厚度忽略不計(jì) 筒內(nèi)液體沒有溢出 物體未接觸容器底 g 10N kg 求 1 物體浸沒在液體中時(shí)受到的浮力 2 筒內(nèi)液體密度 3 物體浸沒時(shí) 容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)