初中物理10.1 浮力导学案

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【学习目标】
1.了解浮力的概念及方向；
2.知道浮力产生的原因；
3.理解浮力的大小与什么因素有关；
4.会利用称重法，测量、计算浮力。
【要点梳理】
要点一、浮力
1.概念：浸在液体(或气体)里的物体，受到液体或气体对它向上托的力叫浮力。
2.方向：【高清课堂：《浮力》三、浮力的方向】竖直向上。
3.测量铝块浸没水中所受的浮力：
（1）步骤： = 1 \* GB3 ①如图甲，在弹簧测力计下悬挂一个铝块，读出弹簧测力计的示数，这就是铝块的重力G；
= 2 \* GB3 ②把铝块浸没在水中（图乙所示），记录弹簧测力计的示数。
（2）结论： = 1 \* GB3 ①弹簧测量计的示数变小，说明浸没在水中的铝块受到浮力的作用。
= 2 \* GB3 ②浮力的大小（图丙受力分析）：
4.浮力产生的原因：【高清课堂：《浮力》二、浮力的产生】
完全浸没在液体里的物体，各个表面均受到液体的压力，由于它前后左右对应部分受到的压力大小相等、方向相反，因此而平衡，物体的上下两面浸在液体中的深度不同，对应部分所受压力的大小、方向均不同，这两个压力的合力方向向上，液体对物体上、下两面的压力差，就是液体对物体的浮力。
用公式表示为：。
要点诠释：
1. 浮力的施力物体就是“液体”，受力物体就是“浸在液体中的物体”；物体间力的作用是相互的，物体受到浮力的同时，液体也受到物体对它的压力作用，这个力的大小就等于物体受到的浮力，方向和浮力的方向相反。
2.根据浮力产生的原因，上、下表面受到的压力差。如果物体和容器底部紧密接触（不是沉底），这时物体上表面受到液体竖直向下的压力，物体的下表面并没有受到液体竖直向上的压力，物体虽然浸没在液体中，但是不受浮力。（如图）
要点二、决定浮力大小的因素：
1.浮力的大小是否跟物体浸没的深度有关：
（1）如图甲所示，把弹簧测力计下悬挂的物体浸没在一种液体中，并分别停在液体内不同的深度；
（2）弹簧测力计的示数没有变化；
（3）浮力的大小跟物体浸没的深度没有关系。
2.浮力的大小是否跟物体浸没在液体中的体积有关：
（1）如图乙所示，把一个柱状固体竖直悬挂在弹簧测力计下，并逐渐增大物体浸在液体中的体积；
（2）弹簧测力计的示数逐渐减小；
（3）随着物体浸在液体中的体积逐渐增大，物体受到的浮力也逐渐增大。
3.浮力的大小是否跟液体的密度有关：
（1）用密度不同的液体（清水和密度不同的盐水），把这些液体，按照密度由小到大的顺序排列。再把悬挂在测力计下的同一物体先后浸没在这些液体中。
（2）弹簧测力计的示数，随着液体密度的增大而减小；
（3）液体的密度越大，浸没的物体受到的浮力也越大。
4.结论：
物体在液体中受到的浮力的大小，跟它浸没在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸没在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。
要点诠释：
1. 探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验中，用到了“称重法”测浮力：，弹簧测力计的示数越小，说明物体受到的浮力越大。
2.探究浮力的大小跟哪些因素有关，实验中利用“控制变量法”，把多因素问题变成多个单因素问题。
【典型例题】
类型一、浮力产生的原因
1. 如图，取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的雪碧瓶，去掉其底部，把一只乒乓球放到瓶口处，然后向瓶里注水，会发现水从瓶口流出，乒乓球不上浮。若用手指堵住瓶口，不久就可观察到乒乓球上浮起来。此实验说明了（ ）
A.大气存在压强 B.连通器原理
C.浮力产生的原因 D.液体的压强与液体的密度和深度有关
【思路点拨】根据浮力产生的原因，物体上、下表面受到的压力差。如果物体的下表面没有液体（和容器底部紧密接触）物体不受浮力。
【答案】C
【解析】开始时乒乓球受到上面液体压强和大气压的作用，下部没有液体只受大气压的作用，向上的压强小于向下的压强，向上的压力小于向下的压力，乒乓球不能上浮。当用手堵住瓶口，乒乓球下面有水，乒乓球下面也受到液体压强和大气压的作用。向上的液体压强大于向下的液体压强，乒乓球上浮，跟浮力产生的有关系。所以C选项正确。
【总结升华】题目考查了浮力产生的原因，物体排开液体时不一定受到浮力，例如在水中的桥墩，陷在泥里的腿等等。物体受到浮力一定是物体下面有液体。
举一反三：
【变式】如图所示，一个半球形物体浸没在水中，受到水向下的压力30N，半球受到水施加的浮力为80N，则半球便受到水向上的压力为 N。
【答案】110
【解析】根据浮力产生的原因：，可得：。
2.（2016春•秦皇岛期末）如图所示的圆柱体浸没在液体中，它的侧面所受的各个方向上的压力相互抵消，其下表面受到液体向上的压强F1大于（选填“＞”、“＜”、“=”）其上表面受到液体向下的压力F2，这就是浸在液体中的物体受到浮力的原因，所以浮力的大小可表示为F浮=F1-F2，浮力的方向为竖直向上。
【思路点拨】解答此题的关键是利用压力、压强的公式求浸在液体中的正方体受到的液体对它产生的压力，分析所受压力的合力，从而得到浮力产生的原因。
【答案】抵消；大于；F1-F2；竖直向上
【解析】据相同深度液体向各个方向的压强相等的特点可知，圆柱体浸没在液体中时，它的侧面受到的各个方向液体的压力相互平衡，即可以相互抵消掉；而圆柱体上、下表面所受的压力是不同的，下表面深度为h1，上表面所处的深度为h2；则下表面受到的压强为p1=ρ液gh1，受到的压力为F1=p1S=ρ液gh1；
上表面受到的压强为p2=ρ液gh2，受到的压力为F2=p2S=ρ液gh2；因为h1＞h2，所以F1＞F2，则液体会对物体产生一个向上的和向下的压力不相等，压力差就产生了浮力，即：F浮=F1-F2，所以浮力方向是与向上的压力F1的方向一致，是竖直向上的。故答案为：抵消；大于；F1-F2；竖直向上。
【总结升华】此题综合考查学生对浮力产生的原因，实际主要考查液体产生的压力、压强的计算。
类型二、综合应用
3.（2015春•兴仁县校级期末）如图所示，浸没在水中小球所受浮力的方向应为图中 的方向（选填序号），这是因为 。
【答案】1； 浮力的方向总是竖直向上的
【解析】由浮力产生的原因可知：浮力的方向总是竖直向上的，故图中的小球受到的浮力的大小与小球放置的位置无关，它受到的浮力的方向是与水平面垂直的。故应选序号1。
【总结升华】本题主要考查学生对浮力方向总是竖直向上的认识和了解，是一道基础题。
举一反三：
【变式】下列关于浮力的说法中正确的是（ ）
A.浮力都是由水产生的 B.只有固体才能受到浮力的作用
C.浮力方向与重力方向相反 D.在不同液体中浮力方向会不同
【答案】C
4.小明将重为3N的石块挂在弹簧测力计下端，先后浸没在水和盐水中：石块静止时弹簧测力计的示数如图甲、乙所示，则石块在水中所受浮力为 N；从图中还可看出石块所受浮力的大小与液体的 有关。
【答案】1；密度
【解析】（1）石块在水中所受浮力：；
（2）由甲和乙图可知，石块在盐水中受到的浮力：
，排开水的体积相同、液体的密度不同，可见浮力的大小与液体的密度有关。
【总结升华】题目考查了利用“称重法”测量浮力，同时考查了学生利用控制变量法分析数据得出结论的能力。
举一反三：
【变式】小陆同学利用称重法探究金属块在液体中所受浮力大小，测量过程及示数如图所示，则金属块所受重力为 ，金属块在液体中受到的浮力为 N。
【答案】2.2N；0.2N
类型三、实验探究
5.（2015•自贡中考）如图1是探究影响浮力大小因素的实验。
（1）由甲、乙两图可知物体在水中受到的浮力是 N。乙图中，若将绳子剪断，物体将 （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 （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 两个物体，将它们浸没在 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） 。
【思路点拨】（1）根据公式F浮=G-F计算物体所受到的浮力大小。
（2）根据乙丙两图弹簧测力计的示数，分别计算出其浮力的变化，从而得出结论。
（3）要注意控制变量法的应用，知道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。
（4）探究多变量因素实验时要采用控制变量法。
【答案】（1）1；下沉；（2）无；（3）C、D；同种；（4）控制变量法
【解析】（1）由甲图所示可知：G=4.0N，由乙图所示可知：F=3.0N，所以F浮=G-F=4.0N-3.0N=1.0N；
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′=3.0N，浮力：F浮′=4.0N-3.0N=1.0N，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，如图2所示可知C、D，由此可知，本实验采用了控制变量法。
【总结升华】此题是探究浮力大小的因素，浮力的大小与液体密度和物体排开液体的体积，完全浸没在液体中的物体，所受浮力与其浸没深度无关．并注意控制变量法在此实验中的应用。
举一反三：
【变式】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，如图所示。（ρ水=1.0×103kg/m3，取g=10N/kg）
分析图象可知：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；该金属圆柱体所受的重力为 N。
（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：
① ；
② ；
③ ；
④ 。
【答案】（1）越大（2）a；2.7（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。