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初中物理中考复习 课标通用中考物理总复习第三单元压强和浮力第8讲浮力课件
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这是一份初中物理中考复习 课标通用中考物理总复习第三单元压强和浮力第8讲浮力课件，共56页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点三，考点四，考点五，图解物理，考法1，考法2，考法3，命题点等内容，欢迎下载使用。
考点一浮力 1.概念:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上托起的力叫浮力。2.大小:F浮=G-F拉(F拉为物体浸在液体中时弹簧测力计的示数),这种方法叫称重法。3.方向:竖直向上;施力物体:液体或气体。4.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体下表面向上的压力大于物体上表面所受向下的压力,向上、向下的压力差即浮力。
考点二阿基米徳原理 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=m排g=ρ液V排g。特别提示(1)“浸入”包括“全部浸入”(等同于“浸没”),此时V排=V物和“部分浸入”,此时V排
考点四浮力的应用 1.轮船:(1)工作原理:要使密度大于水的材料制成的物体能够漂浮在水面上,必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。(2)排水量:轮船满载时排开水的质量;单位t。由排水量m可计算出船满载时:排开液体的体积 ;排开水的重力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: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。
4.密度计:(1)原理:利用物体的漂浮条件来进行工作。(2)构造:下面的铅粒能使密度计直立在液体中。(3)刻度:刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大。(4)作用:直接测量液体密度的大小。
考点五浮力的计算方法 浮力的计算方法有四种:计算浮力时要根据不同的条件选择正确的计算方法。①称重法:F浮=G-F拉(F拉表示物体浸在液体中时弹簧测力计的示数);②压力差法:F浮=F向上-F向下;③阿基米德原理法:F浮=G排=m排g=ρ液gV排;④二力平衡法:物体悬浮、漂浮时,F浮=G。
考法1阿基米德原理 A.F液=6 N,ρ液=2.4×103 kg/m3B.F水=6 N,ρ液=0.8×103 kg/m3C.F液=4 N,ρ液=0.53×103 kg/m3D.F水=4 N,ρ液=0.8×103 kg/m3
思路导引审——先通读题干,明确此题主要考查对阿基米德原理的理解和应用。析——同一物体在不同液体中处于漂浮状态时,所受的浮力相等,等于物体的重力,但由于液体的密度不同,物体排开液体的体积就
判——根据以上分析,选项B正确。答案:B方法归纳利用阿基米德原理解决问题,最关键的是对于定律本身的理解,“浮力的大小等于它排开的液体受到的重力”,F浮=G排=m排g=ρ液V排g,解决问题往往落在了排开液体体积和液体密度的计算上。
对应练1一物体漂浮在水中,有 体积露出水面,则物体的密度为( B )A.1 g/cm3 g/cm3C.0.5 g/cm3 g/cm3
考法2物体的浮沉条件及其应用 典题2在水平桌面上有甲、乙两个完全相同的烧杯,两个烧杯内分别盛满不同液体,把两个完全相同的小球分别放入甲、乙烧杯内,静止时如图所示,则下列判断正确的是( )A.甲杯中的液体的密度小于乙杯中的液体的密度B.甲杯中小球受到的浮力大于乙杯中小球受到的浮力C.甲杯对水平桌面的压强大于乙杯对水平桌面的压强D.若向下按压甲杯中的小球,甲杯中液体对烧杯底的压强会减小答案: C
解析: 由题图可知,小球在甲中漂浮,则ρ球<ρ甲,在乙中悬浮,则ρ球=ρ乙,故ρ甲>ρ乙,故A错误;由题图可知,小球在甲中漂浮,则F浮甲=G,在乙中悬浮,则F浮乙=G,故F浮甲=F浮乙,故B错误;烧杯对桌面的压力等于烧杯、烧杯内液体和小球的总重力,由题图知,甲烧杯内液体的体积大于乙烧杯内的体积,又知ρ甲>ρ乙,根据 和G=mg可知甲烧杯内的液体的重力大于乙烧杯内液体的重力,两烧杯、两小球的质量均相等,则重力相等,故甲杯对水平桌面的压力大于乙杯对水平桌面的压力,烧杯的底面积相等,根据 可知,甲杯对水平桌面的压强大于乙杯对水平桌面的压强,故C正确;因为甲杯中盛满液体,若向下按压甲杯中的小球,甲杯中液体的深度不变,密度不变,根据p=ρ液gh可知,甲杯中液体对烧杯底的压强不变,故D错误。
方法归纳充分理解物体的浮沉条件,对于浮沉条件中的四种情况能够明确物体所受力及物体密度和液体密度的大小关系,在解决具体问题时一定要找到几种状态下的相同物理量,这是解决此类问题的钥匙。
对应练2(2018山西)小亮同学利用气球和圆柱形水杯做了一个小实验。把气球内灌入一定量的水封口制成水球(如图甲)。先将水球放入冷水中,水球漂浮(如图乙)。把杯中冷水换成热水,再次把水球放入热水中,发现水球沉在水底(如图丙)。下列分析正确的是( B )A.水球在冷水中所受浮力小于热水中所受浮力B.水球在冷水中排开水的重力等于水球的重力C.冷水的密度小于热水的密度D.在冷水和热水同一深度处压强相等
对应练3(2016辽宁盘锦改编)水、物质A、物质B的质量与体积的关系如图所示。分别用A、B两种物质制成质量相等的甲、乙两个实心物体,将它们放入足够多的水中,静止后( D )A.甲沉在容器底部,F浮甲>F浮乙B.甲漂浮,F浮甲F浮乙D.乙漂浮,F浮甲
典题3(2018广东深圳)在物理实验操作考核中,水平桌面上放置底面积为100 cm2的圆柱形容器(不计容器壁厚度),内有12 cm的水(如图甲),某考生用弹簧测力计悬挂一金属圆柱体,从液面开始缓慢浸入水中,拉力F与圆柱体下表面到水面距离h的变化关系如图乙所示,当圆柱体下表面距液面为10 cm时,系圆柱体的细线恰好松开,圆柱体沉入容器底部(水未溢出)。如图丙所示(g取10 N/kg)。
求:(1)圆柱体浸没在水中时所受到的浮力;(2)圆柱体的体积;(3)圆柱体沉入底部时,水对容器底部的压强。答案:(1)1 N (2)100 cm3 (3)1.3×103 Pa 解析:(1)由图乙可知,圆柱体未浸入水中时弹簧测力计读数F1=3 N,圆柱体浸没在水中后弹簧测力计读数F2=2 N,由称重法可得,圆柱体浸没在水中时所受到的浮力:F浮=F1-F2=3 N-2 N=1 N;(2)由F浮=ρ水gV排得,圆柱体浸没时排开水的体积:因圆柱体浸没在水中,则圆柱体体积:V=V排=100 cm3;
(3)圆柱体未浸入水中时水的体积:V水=S容·h=100 cm2×12 cm=1 200 cm3,圆柱体沉入水底后,圆柱体与水的总体积:V总=V水+V柱=1 200 cm3+100 cm3=1 300 cm3,则圆柱体沉底后水的深度为:此时水对容器底部的压强:p=ρ水gh'=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.13 m=1.3×103 Pa。 方法归纳 浮力的综合计算几乎是年年必考,涉及的知识点有阿基米德原理、物体的浮沉条件,为了增加试题的综合性,还往往与压强、速度、做功等知识综合起来考查,理清各物理量的关系,熟知相应的公式,就能很好地解决此类问题。单位转化和计算也作为考查目标有所涉及,在做题时细心谨慎也是必不可少的。
对应练4将一个黄色金属的实心龙雕像悬挂在弹簧测力计上。在空气中时,弹簧测力计的示数为1.8 N,当雕像完全浸没在水中时,弹簧测力计的示数为 1.6 N。请回答:(1)雕像完全浸没在水中时受到的浮力是0.2N。(2)通过计算判断这个雕像是否纯金制成的?(ρ金=19.3×103 kg/m3)答案: (2)这个雕像不是纯金制成的
对应练5水平放置的平底柱形容器A重3 N,底面积是200 cm2,内装有一些水,不吸水的正方体木块B重5 N,边长为10 cm,被一体积可以忽略的细线拉住固定在容器底部,如图所示,拉直的细线长为L=5 cm,受到拉力为1 N。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)求:(1)木块B受到的浮力是多大?(2)容器底部受到水的压强是多大?答案: (1)6 N (2)1.1×103 Pa
解析: (1)木块受竖直向上的浮力、竖直向下的重力和竖直向下的拉力,根据力的平衡条件可得,F浮=GA+F拉=5 N+1 N=6 N(2)根据F浮=ρ液gV排得水的深度h=h'+L=6 cm+5 cm=11 cm=0.11 mp=ρgh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.11 m=1 100 Pa
命题点探究“阿基米德原理” 1.实验器材:弹簧测力计,细线,等体积的铁块、铝块各一个,不同体积的铁块或铝块各一个,水,溢水杯,大烧杯,盐水,烧杯。2.实验操作过程:(1)探究浮力与物体质量的关系;设计的方案:选取两个外形完全相同的铁、铝圆柱体,先后用弹簧测力计分别测出在空气中、完全浸没在水中弹簧测力计的读数,根据称量法计算出两个圆柱体受到浮力的大小。控制浸入液体的深度,物体体积相同,只改变物体的质量(物体密度),根据实验得出浮力与物体的质量(物体密度)无关。(2)探究浮力与液体的密度的关系;设计的方案:选取一个铁圆柱体,先后用弹簧测力计分别测出在空气中、完全浸没在水中、完全浸没在盐水中时弹簧测力计的读数,根据称量法计算出其受到的浮力的大小。
(3)探究浮力与排开液体体积的关系;设计的方案:选取一个铁圆柱体,先后用弹簧测力计分别测出在空气中、小部分浸没在水中、大部分浸没在水中弹簧测力计的读数,根据称量法计算出两次受到浮力的大小。(4)探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系;设计的方案:选取一个铁圆柱体、空桶和盛有适量水的溢水杯,用弹簧测力计测出圆柱体的重力F1和空桶的重力F2,再用弹簧测力计吊着圆柱体缓慢放入溢水杯中,直到完全浸没,读出弹簧测力计的示数F3,用空桶收集溢出的水,最后用弹簧测力计测出溢出的水和桶的重力F4,根据称量法计算出圆柱体所受的浮力F浮=F1-F3,物体排开的液体所受的重力,G排=F4-F2,F1-F3=F4-F2。
由(1)(2)(3)实验可得到结论:物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。由(4)实验可得到结论:浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力,这也是阿基米德原理的内容。
典题某物理兴趣小组做了如图所示的实验来探究影响浮力大小的因素。
(1)物体浸没在水中时受到的浮力是 N,方向为 ; (2)物体浸没在酒精中时排开酒精的重力是 N; (3)比较 两幅图可知,浸没在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关; (4)由A、B、C、D四个步骤可知,浮力的大小有时与深度有关,有时又与深度无关,对此正确的解释是浮力的大小与 有关。 答案: (1)1 竖直向上 (2)0.8 (3)CE(或DE) (4)物体排开液体的体积
解析: (1)对比图AC(或AD),物体浸没在水中时受到的浮力F浮水=G-F=4 N-3 N=1 N,浮力的方向竖直向上;(2)由图AE,物体浸没在酒精中受到的浮力F酒=G-F'=4 N-3.2 N=0.8 N,根据阿基米德原理,F酒=G排酒,物体浸没在酒精中时排开酒精的重力为0.8 N;(3)在CE(或DE)图中,物体排开液体的体积都等于物体自身的体积,故物体排开液体的体积不变,排开液体的密度不同,因F浮水=1 N>F浮酒=0.8 N,所以,比较CE(或DE)两幅图可知,浸没在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关;
(4)由图BC,物体在水中的深度变大,弹簧测力计的示数变小,根据F浮=G-F,物体受到的浮力变大,因没有控制排开液体的体积相等,因此不能得出浮力大小与深度有关的结论。物体在水中的深度变大的同时,排开液体的体积变大,则说明了物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大;由图CD可知,物体浸没后,物体排开液体的体积不变,弹簧测力计的示数相同,物体受到浮力大小相同,则说明浸没在液体中的物体浮力大小与物体的深度无关。综上,物体受到的浮力的大小与物体排开液体的体积有关。方法归纳实验验证阿基米德原理,最终验证的是浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。这里浮力的大小用弹簧测力计测量,F浮=G-F拉。方法是控制变量法,浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关。有时在实验中也会涉及物体或液体密度的测量,注意不变的物理量仍然是解决问题的关键。
拓展训练 (2015四川自贡)如图1是探究影响浮力大小因素的实验。图1图2
(1)由甲、乙两图可知物体在水中受到的浮力是2N。乙图中,若将绳子剪断,物体将下沉(选填“上浮”“悬浮”或“下沉”)。(2)由乙、丙两图可知物体所受浮力大小跟浸没的深度无(选填“有”或“无”)关。(3)如果要探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关,可以选择图2所示的C、D两个物体,将它们浸没在同种液体中,测出所受浮力的大小来进行比较。(4)本实验中,主要采用的方法是(如图2)控制变量法。
解析(1)由甲图所示可知G=4.0 N,由乙图所示可知F=2.0 N,所以F浮=G-F=4.0 N-2.0 N=2.0 N;因为G>F浮,所以将绳子剪断,物体将会下沉。(2)由丙图所示实验可知F'=2.0 N,浮力F浮'=4.0 N-2.0 N=2.0 N,比较(1)、(2)数据可知,浮力大小跟浸没的深度无关。
(3)浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,要想探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关,应使物体的体积相同,并使其浸没在同种液体中。C、D的体积相同,但是由不同物质组成的,所以重力不同,因此选择C、D。(4)影响浮力大小的因素很多,要探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关,应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体的重力不同,可以选用体积相同而重力(质量)不同的物体进行实验,如题图2所示可知C、D,由此可知,本实验采用了控制变量法。
1.(2016甘肃天水)弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中如图甲,图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图象,则下列说法中正确的是(g取10 N/kg)( C )A.物体的体积是500 cm3B.物体受到的最大浮力是5 NC.物体的密度是2.25×103 kg/m3D.物体刚浸没时下表面受到水的压力是9 N
解析: 由题图知,物体的重力G=9 N,当物体完全浸没时,拉力F=5 N,则完全浸没时的浮力为F浮=G-F=9 N-5 N=4 N,此时物体完全浸没,
2.(2018甘肃兰州)在一支平底试管内装入适量铁砂,先后放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯里,如图所示。下列说法正确的是( D )A.试管在甲液体中受到的浮力较大B.试管在乙液体中受到的浮力较大C.装甲液体的烧杯底部所受液体压强较大D.装乙液体的烧杯底部所受液体压强较大
3.(2017甘肃天水)有一量筒装水如图所示,水的体积为10 cm3,则水的质量为10 g。若放入一小木块,木块漂浮在水面上,这是因为水的密度 比木块大,木块所受浮力等于 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力。(ρ水=1.0×103 kg/m3)
4.(2017甘肃兰州)如图所示,将物体A放入水中时悬浮,将物体B放入水中时有一半的体积露出水面,将物体A置于物体B上再放入水中时,物体B有三分之一的体积露出水面,则两物体的体积VA∶VB=1∶6 ,物体B的密度是0.5×103 kg/m3。
解析: 物体A在水中悬浮,ρA=ρ水;物体B在水中处于漂浮状态且有一半的体积露出水面,所受浮力等于自身的重力,即
5. 有一个木球静止在水面上,在图中画出它的受力示意图。
6.(2018甘肃省卷)如图所示,乒乓球漂浮在水面上,请画出乒乓球受到的重力G和浮力F浮的示意图。
7.(2016甘肃兰州)如图所示,为了验证“阿基米德原理”,某同学做了如下实验:
(1)如图甲,在弹簧的下端挂一个小桶,小桶的下面吊一个石块,记下弹簧伸长后下端到达的位置O,将此时弹簧对小桶的拉力记为FT1,小桶与石块的总重记为G,则FT1= (选填“>”“<”或“=”)G; (2)如图乙,在溢水杯中盛满水,当石块浸没在水中时,排出的水便流到旁边的小水杯中,将排出的水的重力记为G排;(3)如图丙所示,把小杯中的水全部倒入弹簧下方的小桶中,弹簧的下端又会到达原来的位置O,将此时弹簧对小桶的拉力记为FT2,则FT2= (选填“>”“<”或“=”)FT1; (4)通过对图丙中小桶和石块的受力分析,请推导石块受到的浮力F浮与排出水的重力G排之间的关系:FT1=G,FT2=G+G排-F浮,且FT1=FT2,所以F浮=G排 。(要求写出推导过程)
解析: (1)将小桶和石块看成一个整体,弹簧对它们的拉力FT1与小桶和石块所受的重力G是一对平衡力,大小相等,即FT1=G;(3)在两个拉力的作用下,弹簧伸长到相同的位置,所以拉力起到的效果相同,这两个拉力的大小也应该相等,即FT2=FT1;(4)甲图中,FT1=G,丙图中,FT2=G+G排-F浮,由FT1=FT2,得G=G+G排-F浮,所以F浮=G排。
8.(2017甘肃庆阳)在“探究影响浮力大小因素”的实验中,一组同学提出了4种猜想。小华:浮力大小与液体密度有关;小红:浮力大小与物体浸入液体的体积有关;冬冬:浮力大小与物体所受的重力有关;玲玲:浮力大小与物体的形状有关。他们找来了体积相同的A、B两块实心金属块、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细绳等仪器。按照图中所示规范地完成了实验,记录了如下表所示的实验数据。
观察表中数据,回答下列问题:(1)根据表格中实验数据,可知A物体浸在液体中的体积为60 cm3时,物体A所受浮力大小为0.6 N;表格中标有“△”的位置的数据应该是3.8 ; (2)通过分析比较第3、4 次实验数据,能够说明小华同学的猜想是正确的;分析比较第1、2、3 次实验数据,能够说明小红同学的猜想是正确的; (3)为了验证冬冬同学的猜想,他们选择了第4、5 次实验数据,他们发现浮力大小与物体所受的重力无关 (选填“无关”或“有关”); (4)要验证玲玲的猜想,同学们又找来了一块橡皮泥,他们把橡皮泥捏成不同形状,先后放入水中,发现有的漂浮在水面上,有的下沉。他们由此得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。请指出他们实验方法的错误之处:没有控制橡皮泥浸入液体的体积相同 。
9.(2016甘肃兰州)如图所示,正方体A的边长为10 cm,在它的上面放一个重2 N的物体B,此时正方体A恰好没入水中,已知g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3,求:(1)正方体A受到的浮力的大小;(2)正方体A的密度。
答案:(1)10 N (2)0.8×103 kg/m3解析:(1)如题图,正方体A浸没在水中,V排=V=(0.1 m)3=0.001 m3正方体A受到的浮力F浮=ρ水V排g=1.0×103 kg/m3×0.001 m3×10 N/kg=10 N(2)如题图,A和B一起处于漂浮状态,所以F浮=GA+GB,则正方体A的重力GA=F浮-GB=10 N-2 N=8 N
10.(2018甘肃省卷)北方人有吃饺子的习惯,刚包好的饺子,为什么放入水中会下沉,而过一会儿饺子会浮起来?答案:刚刚包好的饺子,放入水中时,由于饺子所受浮力小于重力,所以下沉;过一会儿,由于饺子受热后内部空气膨胀,饺子的体积增大,排开水的体积也增大,浮力增大,当饺子所受到的浮力大于重力时,它会浮起来。
11.(2018甘肃兰州)水平桌面上放一盛满水的烧杯,水深12 cm。将一个质量为55 g的鸡蛋,轻轻放入烧杯后沉入底部,排出50 g的水,然后向烧杯中加盐并搅拌,直到鸡蛋悬浮为止,已知g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3。求:(1)水对烧杯底的压强;(2)鸡蛋在水中受到的浮力;(3)当鸡蛋悬浮时,盐水的密度。答案:(1)1×103 Pa (2)0.5 N (3)1.1×103 kg/m3
考点一浮力 1.概念:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上托起的力叫浮力。2.大小:F浮=G-F拉(F拉为物体浸在液体中时弹簧测力计的示数),这种方法叫称重法。3.方向:竖直向上;施力物体:液体或气体。4.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体下表面向上的压力大于物体上表面所受向下的压力,向上、向下的压力差即浮力。
考点二阿基米徳原理 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=m排g=ρ液V排g。特别提示(1)“浸入”包括“全部浸入”(等同于“浸没”),此时V排=V物和“部分浸入”,此时V排
考点四浮力的应用 1.轮船:(1)工作原理:要使密度大于水的材料制成的物体能够漂浮在水面上,必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。(2)排水量:轮船满载时排开水的质量;单位t。由排水量m可计算出船满载时:排开液体的体积 ;排开水的重力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: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。
4.密度计:(1)原理:利用物体的漂浮条件来进行工作。(2)构造:下面的铅粒能使密度计直立在液体中。(3)刻度:刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大。(4)作用:直接测量液体密度的大小。
考点五浮力的计算方法 浮力的计算方法有四种:计算浮力时要根据不同的条件选择正确的计算方法。①称重法:F浮=G-F拉(F拉表示物体浸在液体中时弹簧测力计的示数);②压力差法:F浮=F向上-F向下;③阿基米德原理法:F浮=G排=m排g=ρ液gV排;④二力平衡法:物体悬浮、漂浮时,F浮=G。
考法1阿基米德原理 A.F液=6 N,ρ液=2.4×103 kg/m3B.F水=6 N,ρ液=0.8×103 kg/m3C.F液=4 N,ρ液=0.53×103 kg/m3D.F水=4 N,ρ液=0.8×103 kg/m3
思路导引审——先通读题干,明确此题主要考查对阿基米德原理的理解和应用。析——同一物体在不同液体中处于漂浮状态时,所受的浮力相等,等于物体的重力,但由于液体的密度不同,物体排开液体的体积就
判——根据以上分析,选项B正确。答案:B方法归纳利用阿基米德原理解决问题,最关键的是对于定律本身的理解,“浮力的大小等于它排开的液体受到的重力”,F浮=G排=m排g=ρ液V排g,解决问题往往落在了排开液体体积和液体密度的计算上。
对应练1一物体漂浮在水中,有 体积露出水面,则物体的密度为( B )A.1 g/cm3 g/cm3C.0.5 g/cm3 g/cm3
考法2物体的浮沉条件及其应用 典题2在水平桌面上有甲、乙两个完全相同的烧杯,两个烧杯内分别盛满不同液体,把两个完全相同的小球分别放入甲、乙烧杯内,静止时如图所示,则下列判断正确的是( )A.甲杯中的液体的密度小于乙杯中的液体的密度B.甲杯中小球受到的浮力大于乙杯中小球受到的浮力C.甲杯对水平桌面的压强大于乙杯对水平桌面的压强D.若向下按压甲杯中的小球,甲杯中液体对烧杯底的压强会减小答案: C
解析: 由题图可知,小球在甲中漂浮,则ρ球<ρ甲,在乙中悬浮,则ρ球=ρ乙,故ρ甲>ρ乙,故A错误;由题图可知,小球在甲中漂浮,则F浮甲=G,在乙中悬浮,则F浮乙=G,故F浮甲=F浮乙,故B错误;烧杯对桌面的压力等于烧杯、烧杯内液体和小球的总重力,由题图知,甲烧杯内液体的体积大于乙烧杯内的体积,又知ρ甲>ρ乙,根据 和G=mg可知甲烧杯内的液体的重力大于乙烧杯内液体的重力,两烧杯、两小球的质量均相等,则重力相等,故甲杯对水平桌面的压力大于乙杯对水平桌面的压力,烧杯的底面积相等,根据 可知,甲杯对水平桌面的压强大于乙杯对水平桌面的压强,故C正确;因为甲杯中盛满液体,若向下按压甲杯中的小球,甲杯中液体的深度不变,密度不变,根据p=ρ液gh可知,甲杯中液体对烧杯底的压强不变,故D错误。
方法归纳充分理解物体的浮沉条件,对于浮沉条件中的四种情况能够明确物体所受力及物体密度和液体密度的大小关系,在解决具体问题时一定要找到几种状态下的相同物理量,这是解决此类问题的钥匙。
对应练2(2018山西)小亮同学利用气球和圆柱形水杯做了一个小实验。把气球内灌入一定量的水封口制成水球(如图甲)。先将水球放入冷水中,水球漂浮(如图乙)。把杯中冷水换成热水,再次把水球放入热水中,发现水球沉在水底(如图丙)。下列分析正确的是( B )A.水球在冷水中所受浮力小于热水中所受浮力B.水球在冷水中排开水的重力等于水球的重力C.冷水的密度小于热水的密度D.在冷水和热水同一深度处压强相等
对应练3(2016辽宁盘锦改编)水、物质A、物质B的质量与体积的关系如图所示。分别用A、B两种物质制成质量相等的甲、乙两个实心物体,将它们放入足够多的水中,静止后( D )A.甲沉在容器底部,F浮甲>F浮乙B.甲漂浮,F浮甲
典题3(2018广东深圳)在物理实验操作考核中,水平桌面上放置底面积为100 cm2的圆柱形容器(不计容器壁厚度),内有12 cm的水(如图甲),某考生用弹簧测力计悬挂一金属圆柱体,从液面开始缓慢浸入水中,拉力F与圆柱体下表面到水面距离h的变化关系如图乙所示,当圆柱体下表面距液面为10 cm时,系圆柱体的细线恰好松开,圆柱体沉入容器底部(水未溢出)。如图丙所示(g取10 N/kg)。
求:(1)圆柱体浸没在水中时所受到的浮力;(2)圆柱体的体积;(3)圆柱体沉入底部时,水对容器底部的压强。答案:(1)1 N (2)100 cm3 (3)1.3×103 Pa 解析:(1)由图乙可知,圆柱体未浸入水中时弹簧测力计读数F1=3 N,圆柱体浸没在水中后弹簧测力计读数F2=2 N,由称重法可得,圆柱体浸没在水中时所受到的浮力:F浮=F1-F2=3 N-2 N=1 N;(2)由F浮=ρ水gV排得,圆柱体浸没时排开水的体积:因圆柱体浸没在水中,则圆柱体体积:V=V排=100 cm3;
(3)圆柱体未浸入水中时水的体积:V水=S容·h=100 cm2×12 cm=1 200 cm3,圆柱体沉入水底后,圆柱体与水的总体积:V总=V水+V柱=1 200 cm3+100 cm3=1 300 cm3,则圆柱体沉底后水的深度为:此时水对容器底部的压强:p=ρ水gh'=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.13 m=1.3×103 Pa。 方法归纳 浮力的综合计算几乎是年年必考,涉及的知识点有阿基米德原理、物体的浮沉条件,为了增加试题的综合性,还往往与压强、速度、做功等知识综合起来考查,理清各物理量的关系,熟知相应的公式,就能很好地解决此类问题。单位转化和计算也作为考查目标有所涉及,在做题时细心谨慎也是必不可少的。
对应练4将一个黄色金属的实心龙雕像悬挂在弹簧测力计上。在空气中时,弹簧测力计的示数为1.8 N,当雕像完全浸没在水中时,弹簧测力计的示数为 1.6 N。请回答:(1)雕像完全浸没在水中时受到的浮力是0.2N。(2)通过计算判断这个雕像是否纯金制成的?(ρ金=19.3×103 kg/m3)答案: (2)这个雕像不是纯金制成的
对应练5水平放置的平底柱形容器A重3 N,底面积是200 cm2,内装有一些水,不吸水的正方体木块B重5 N,边长为10 cm,被一体积可以忽略的细线拉住固定在容器底部,如图所示,拉直的细线长为L=5 cm,受到拉力为1 N。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)求:(1)木块B受到的浮力是多大?(2)容器底部受到水的压强是多大?答案: (1)6 N (2)1.1×103 Pa
解析: (1)木块受竖直向上的浮力、竖直向下的重力和竖直向下的拉力,根据力的平衡条件可得,F浮=GA+F拉=5 N+1 N=6 N(2)根据F浮=ρ液gV排得水的深度h=h'+L=6 cm+5 cm=11 cm=0.11 mp=ρgh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.11 m=1 100 Pa
命题点探究“阿基米德原理” 1.实验器材:弹簧测力计,细线,等体积的铁块、铝块各一个,不同体积的铁块或铝块各一个,水,溢水杯,大烧杯,盐水,烧杯。2.实验操作过程:(1)探究浮力与物体质量的关系;设计的方案:选取两个外形完全相同的铁、铝圆柱体,先后用弹簧测力计分别测出在空气中、完全浸没在水中弹簧测力计的读数,根据称量法计算出两个圆柱体受到浮力的大小。控制浸入液体的深度,物体体积相同,只改变物体的质量(物体密度),根据实验得出浮力与物体的质量(物体密度)无关。(2)探究浮力与液体的密度的关系;设计的方案:选取一个铁圆柱体,先后用弹簧测力计分别测出在空气中、完全浸没在水中、完全浸没在盐水中时弹簧测力计的读数,根据称量法计算出其受到的浮力的大小。
(3)探究浮力与排开液体体积的关系;设计的方案:选取一个铁圆柱体,先后用弹簧测力计分别测出在空气中、小部分浸没在水中、大部分浸没在水中弹簧测力计的读数,根据称量法计算出两次受到浮力的大小。(4)探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系;设计的方案:选取一个铁圆柱体、空桶和盛有适量水的溢水杯,用弹簧测力计测出圆柱体的重力F1和空桶的重力F2,再用弹簧测力计吊着圆柱体缓慢放入溢水杯中,直到完全浸没,读出弹簧测力计的示数F3,用空桶收集溢出的水,最后用弹簧测力计测出溢出的水和桶的重力F4,根据称量法计算出圆柱体所受的浮力F浮=F1-F3,物体排开的液体所受的重力,G排=F4-F2,F1-F3=F4-F2。
由(1)(2)(3)实验可得到结论:物体在液体中所受浮力的大小,跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。由(4)实验可得到结论:浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开的液体所受的重力,这也是阿基米德原理的内容。
典题某物理兴趣小组做了如图所示的实验来探究影响浮力大小的因素。
(1)物体浸没在水中时受到的浮力是 N,方向为 ; (2)物体浸没在酒精中时排开酒精的重力是 N; (3)比较 两幅图可知,浸没在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关; (4)由A、B、C、D四个步骤可知,浮力的大小有时与深度有关,有时又与深度无关,对此正确的解释是浮力的大小与 有关。 答案: (1)1 竖直向上 (2)0.8 (3)CE(或DE) (4)物体排开液体的体积
解析: (1)对比图AC(或AD),物体浸没在水中时受到的浮力F浮水=G-F=4 N-3 N=1 N,浮力的方向竖直向上;(2)由图AE,物体浸没在酒精中受到的浮力F酒=G-F'=4 N-3.2 N=0.8 N,根据阿基米德原理,F酒=G排酒,物体浸没在酒精中时排开酒精的重力为0.8 N;(3)在CE(或DE)图中,物体排开液体的体积都等于物体自身的体积,故物体排开液体的体积不变,排开液体的密度不同,因F浮水=1 N>F浮酒=0.8 N,所以,比较CE(或DE)两幅图可知,浸没在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关;
(4)由图BC,物体在水中的深度变大,弹簧测力计的示数变小,根据F浮=G-F,物体受到的浮力变大,因没有控制排开液体的体积相等,因此不能得出浮力大小与深度有关的结论。物体在水中的深度变大的同时,排开液体的体积变大,则说明了物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大;由图CD可知,物体浸没后,物体排开液体的体积不变,弹簧测力计的示数相同,物体受到浮力大小相同,则说明浸没在液体中的物体浮力大小与物体的深度无关。综上,物体受到的浮力的大小与物体排开液体的体积有关。方法归纳实验验证阿基米德原理,最终验证的是浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。这里浮力的大小用弹簧测力计测量,F浮=G-F拉。方法是控制变量法,浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关。有时在实验中也会涉及物体或液体密度的测量,注意不变的物理量仍然是解决问题的关键。
拓展训练 (2015四川自贡)如图1是探究影响浮力大小因素的实验。图1图2
(1)由甲、乙两图可知物体在水中受到的浮力是2N。乙图中,若将绳子剪断,物体将下沉(选填“上浮”“悬浮”或“下沉”)。(2)由乙、丙两图可知物体所受浮力大小跟浸没的深度无(选填“有”或“无”)关。(3)如果要探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关,可以选择图2所示的C、D两个物体,将它们浸没在同种液体中,测出所受浮力的大小来进行比较。(4)本实验中,主要采用的方法是(如图2)控制变量法。
解析(1)由甲图所示可知G=4.0 N,由乙图所示可知F=2.0 N,所以F浮=G-F=4.0 N-2.0 N=2.0 N;因为G>F浮,所以将绳子剪断,物体将会下沉。(2)由丙图所示实验可知F'=2.0 N,浮力F浮'=4.0 N-2.0 N=2.0 N,比较(1)、(2)数据可知,浮力大小跟浸没的深度无关。
(3)浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,要想探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关,应使物体的体积相同,并使其浸没在同种液体中。C、D的体积相同,但是由不同物质组成的,所以重力不同,因此选择C、D。(4)影响浮力大小的因素很多,要探究物体受到的浮力与物体的重力是否有关,应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体的重力不同,可以选用体积相同而重力(质量)不同的物体进行实验,如题图2所示可知C、D,由此可知,本实验采用了控制变量法。
1.(2016甘肃天水)弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中如图甲,图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图象,则下列说法中正确的是(g取10 N/kg)( C )A.物体的体积是500 cm3B.物体受到的最大浮力是5 NC.物体的密度是2.25×103 kg/m3D.物体刚浸没时下表面受到水的压力是9 N
解析: 由题图知,物体的重力G=9 N,当物体完全浸没时,拉力F=5 N,则完全浸没时的浮力为F浮=G-F=9 N-5 N=4 N,此时物体完全浸没,
2.(2018甘肃兰州)在一支平底试管内装入适量铁砂,先后放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯里,如图所示。下列说法正确的是( D )A.试管在甲液体中受到的浮力较大B.试管在乙液体中受到的浮力较大C.装甲液体的烧杯底部所受液体压强较大D.装乙液体的烧杯底部所受液体压强较大
3.(2017甘肃天水)有一量筒装水如图所示,水的体积为10 cm3,则水的质量为10 g。若放入一小木块,木块漂浮在水面上,这是因为水的密度 比木块大,木块所受浮力等于 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力。(ρ水=1.0×103 kg/m3)
4.(2017甘肃兰州)如图所示,将物体A放入水中时悬浮,将物体B放入水中时有一半的体积露出水面,将物体A置于物体B上再放入水中时,物体B有三分之一的体积露出水面,则两物体的体积VA∶VB=1∶6 ,物体B的密度是0.5×103 kg/m3。
解析: 物体A在水中悬浮,ρA=ρ水;物体B在水中处于漂浮状态且有一半的体积露出水面,所受浮力等于自身的重力,即
5. 有一个木球静止在水面上,在图中画出它的受力示意图。
6.(2018甘肃省卷)如图所示,乒乓球漂浮在水面上,请画出乒乓球受到的重力G和浮力F浮的示意图。
7.(2016甘肃兰州)如图所示,为了验证“阿基米德原理”,某同学做了如下实验:
(1)如图甲,在弹簧的下端挂一个小桶,小桶的下面吊一个石块,记下弹簧伸长后下端到达的位置O,将此时弹簧对小桶的拉力记为FT1,小桶与石块的总重记为G,则FT1= (选填“>”“<”或“=”)G; (2)如图乙,在溢水杯中盛满水,当石块浸没在水中时,排出的水便流到旁边的小水杯中,将排出的水的重力记为G排;(3)如图丙所示,把小杯中的水全部倒入弹簧下方的小桶中,弹簧的下端又会到达原来的位置O,将此时弹簧对小桶的拉力记为FT2,则FT2= (选填“>”“<”或“=”)FT1; (4)通过对图丙中小桶和石块的受力分析,请推导石块受到的浮力F浮与排出水的重力G排之间的关系:FT1=G,FT2=G+G排-F浮,且FT1=FT2,所以F浮=G排 。(要求写出推导过程)
解析: (1)将小桶和石块看成一个整体,弹簧对它们的拉力FT1与小桶和石块所受的重力G是一对平衡力,大小相等,即FT1=G;(3)在两个拉力的作用下,弹簧伸长到相同的位置,所以拉力起到的效果相同,这两个拉力的大小也应该相等,即FT2=FT1;(4)甲图中,FT1=G,丙图中,FT2=G+G排-F浮,由FT1=FT2,得G=G+G排-F浮,所以F浮=G排。
8.(2017甘肃庆阳)在“探究影响浮力大小因素”的实验中,一组同学提出了4种猜想。小华:浮力大小与液体密度有关;小红:浮力大小与物体浸入液体的体积有关;冬冬:浮力大小与物体所受的重力有关;玲玲:浮力大小与物体的形状有关。他们找来了体积相同的A、B两块实心金属块、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细绳等仪器。按照图中所示规范地完成了实验,记录了如下表所示的实验数据。
观察表中数据,回答下列问题:(1)根据表格中实验数据,可知A物体浸在液体中的体积为60 cm3时,物体A所受浮力大小为0.6 N;表格中标有“△”的位置的数据应该是3.8 ; (2)通过分析比较第3、4 次实验数据,能够说明小华同学的猜想是正确的;分析比较第1、2、3 次实验数据,能够说明小红同学的猜想是正确的; (3)为了验证冬冬同学的猜想,他们选择了第4、5 次实验数据,他们发现浮力大小与物体所受的重力无关 (选填“无关”或“有关”); (4)要验证玲玲的猜想,同学们又找来了一块橡皮泥,他们把橡皮泥捏成不同形状,先后放入水中,发现有的漂浮在水面上,有的下沉。他们由此得出结论:浮力的大小与物体的形状有关。请指出他们实验方法的错误之处:没有控制橡皮泥浸入液体的体积相同 。
9.(2016甘肃兰州)如图所示,正方体A的边长为10 cm,在它的上面放一个重2 N的物体B,此时正方体A恰好没入水中,已知g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3,求:(1)正方体A受到的浮力的大小;(2)正方体A的密度。
答案:(1)10 N (2)0.8×103 kg/m3解析:(1)如题图,正方体A浸没在水中,V排=V=(0.1 m)3=0.001 m3正方体A受到的浮力F浮=ρ水V排g=1.0×103 kg/m3×0.001 m3×10 N/kg=10 N(2)如题图,A和B一起处于漂浮状态,所以F浮=GA+GB,则正方体A的重力GA=F浮-GB=10 N-2 N=8 N
10.(2018甘肃省卷)北方人有吃饺子的习惯,刚包好的饺子,为什么放入水中会下沉,而过一会儿饺子会浮起来?答案:刚刚包好的饺子,放入水中时,由于饺子所受浮力小于重力,所以下沉;过一会儿,由于饺子受热后内部空气膨胀,饺子的体积增大,排开水的体积也增大,浮力增大,当饺子所受到的浮力大于重力时,它会浮起来。
11.(2018甘肃兰州)水平桌面上放一盛满水的烧杯,水深12 cm。将一个质量为55 g的鸡蛋,轻轻放入烧杯后沉入底部,排出50 g的水,然后向烧杯中加盐并搅拌,直到鸡蛋悬浮为止,已知g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3。求:(1)水对烧杯底的压强;(2)鸡蛋在水中受到的浮力;(3)当鸡蛋悬浮时,盐水的密度。答案:(1)1×103 Pa (2)0.5 N (3)1.1×103 kg/m3
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