中考物理高分复习8浮力完美课件PPT

这是一份中考物理高分复习8浮力完美课件PPT，共54页。PPT课件主要包含了考点一浮力，ρ液gh2S，ρ液gh1S，ρ液gV，考点二阿基米德原理，G-F，G总-G杯，ρ液gV排，F1-F2，考点五浮力的应用等内容，欢迎下载使用。
考点三　漂浮物体的浮力计算
考点四　浸没物体的浮力计算
【总结】计算浮力的四种方法:(1)原因法:F浮=F向上-F向下;(2)阿基米德原理法:F浮=G排=ρ液gV排;(3)称重法:F浮=G-F示;(4)平衡法:F浮=G(只适用于悬浮或漂浮状态)。
例1 如图8-1所示,在探究“浮力是如何产生的”问题时,设想将一个底面积为S、高为h的长方体物块浸没在水中,由于水对长方体上表面的压力F1和对下表面的压力F2大小不同,从而产生了压力差,使物块受到浮力。图中长方体物块的底面积S=50 cm2,h1=5 cm,h2=20 cm。(已知ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)(1)求长方体上、下表面受到的水的压力F1和F2。(2)请利用浮力产生的原因推导出:F浮=ρ液gV排。
探究一　浮力及其产生原因
解:(1)长方体上表面受到的压强:p1=ρ水gh1=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5×10-2 m=500 Pa,则长方体上表面受到的压力:F1=p1S=500 Pa×50×10-4 m2=2.5 N;长方体下表面受到的压强:p2=ρ水gh2=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×20×10-2 m=2×103 Pa,则长方体下表面受到的压力:F2=p2S=2×103 Pa×50×10-4 m2=10 N。
(2)请利用浮力产生的原因推导出:F浮=ρ液gV排。
[答案]解:(2)浮力的产生原因是存在压力差,即F浮=F2-F1,且F2=p2S=ρ液gh2S,F1=p1S=ρ液gh1S,所以F浮=F2-F1=ρ液gh2S-ρ液gh1S=ρ液g(h2-h1)S=ρ液ghS=ρ液gV排。
【变式】 [2018·包河区二模] 如图8-2所示,将同一长方体分别水平与竖直放置在水中都能保持静止,下列关于该长方体处于这两种情形的有关分析正确的是(　　)A.上、下表面压强差相等,浮力相等B.上、下表面压力差相等,浮力不相等C.上、下表面压力差不等,浮力不相等D.上、下表面压强差不相等,浮力相等
例2 图8-3是我国研发的“圆梦号”平流层飞艇。该飞艇依靠浮力可升到20 km高的平流层,其推进系统由太阳能电池提供能量。推进器产生的推力与气流对飞艇的水平作用力平衡,可使飞艇长时间悬停。若飞艇的气囊体积为3×104 m3,平流层空气密度取0.06 kg/m3,则飞艇在平流层受到的浮力约为　　 　　N。(g取10 N/kg) 
探究二　阿基米德原理的应用
【变式】 [2018·当涂县模拟] 2018年4月12日上午,中国中央军委在南海海域举行海上阅兵,中国国家主席习近平乘坐“长沙号”052D型导弹驱逐舰检阅了各型舰艇。该舰长155 m,宽18 m,吃水6.5 m,满载排水量为7500 t,当它在海上满载航行时受到的浮力是　　　　N。若该舰从大海驶向长江,它的吃水深度将　　　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。(g取10 N/kg) 
[解析] (1)它满载航行时受到的浮力:F浮=G排=mg=7500×103 kg×10 N/kg=7.5×107 N。(2)该舰从大海驶向长江,所受浮力不变,但由于江水的密度小于海水的密度,由F浮=ρ液gV排可知,排开水的体积变大,故吃水深度将变大。
例3 [2018·包河区一模] 如图8-4所示,一个均匀的长方体物块在液体中静止时处于漂浮状态。已知它的底面积为S,下表面处受到液体的压强为p,请完成下列问题(计算结果均用题中所给的字母表示)。(1)求长方形物块受到的浮力F浮。(2)若长方体物块静止时,露出液面的高度为h,液体密度为ρ,求长方体物块的密度ρ物。(3)若要使该长方体恰好能完全浸没在液体中保持静止状态,求要在其上表面施加的压力F的大小。
探究三　漂浮物体的浮力计算
解:(1)据浮力产生的原因可知,物体漂浮时所受的浮力等于其下表面所受液体的压力,则长方形物块受到的浮力:F浮=F下=pS。
(2)若长方体物块静止时,露出液面的高度为h,液体密度为ρ,求长方体物块的密度ρ物。
(3)若要使该长方体恰好能完全浸没在液体中保持静止状态,求要在其上表面施加的压力F的大小。
解：(3)若要使该长方体恰好能完全浸没在液体中保持静止状态,所施加的压力需要克服长方体露在外面部分所受的浮力,才能够把长方体完全压入水中,所以所施加的压力为F=F浮露=ρgV露=ρgSh。
【变式1】 [2018·铜陵一模] 某物体挂在弹簧测力计下端,在空气中称量时弹簧测力计的示数为6 N,按照如图8-5所示的方式将该物体浸没在水中时,弹簧测力计的示数仍为6 N,则该物体此时受到的浮力为　　　　N,该物体的密度为　　　　kg/m3。(水的密度为1.0×103 kg/m3,滑轮与绳重不计) 
【变式2】 [2018·马鞍山花山区一模] 如图8-6甲所示,边长为10 cm的正方体木块放入水中,静止时有的体积露出水面。如图乙所示,将边长为5 cm的正方体合金块轻轻放在木块上,木块刚好浸没。已知水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。求:(1)木块的质量。(2)合金块的密度。
甲　　　　　乙图8-6
例4 [2018·长丰县三模] 如图8-7甲所示,石料在钢绳拉力的作用下从水面上方以恒定的速度下降,直至全部没入水中。如图乙所示是钢绳拉力随时间t变化的图像,若不计水的阻力,求:(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)(1)石料全部没入水中时受到的浮力是多少。(2)石料的体积是多少。(3)石料的密度是多少。
探究四　浸没物体的浮力计算
解:(1)由图乙可知,当石块没有浸入水中时,拉力等于重力,即:F1=G=1500 N,当石块完全浸入水中后,拉力F2=900 N,根据称重法可得:F浮=G-F2=1500 N-900 N=600 N。
甲　　　　　乙图8-7
(2)石料的体积是多少。
(3)石料的密度是多少。
【变式1】 用一盆清水和一个弹簧测力计,可鉴别一个铝球是实心的还是空心的。把铝球挂在弹簧测力计下面,在空气中弹簧测力计示数为5.4 N,当铝球完全浸没在水中时,弹簧测力计的示数变为2.4 N,据此可算出铝球的质量为　　　　kg,铝球的体积为　　　　cm3,进一步计算便可以判断出该铝球是　　　　(选填“空心”或“实心”)的。(已知ρ铝=2.7×103 kg/m3,ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg) 
【变式2】 [2017·鄂州] 重为8 N的物体挂在弹簧测力计下面,浸没到如图8-8所示圆柱形容器的水中,此时弹簧测力计的示数为6 N,已知容器底面积为100 cm2。求:(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)(1)物体受到的浮力。(2)物体的密度。(3)物体浸没在水中后,容器对水平桌面增大的压强。
解:(1)F浮=G-F示=8 N-6 N=2 N。
(3)物体浸没在水中后,容器对水平桌面增大的压强。
例5 如图8-9所示,水平桌面上有一个底面积为100 cm2、质量为200 g的圆柱形容器,容器内有一块质量为60 g、体积为100 cm3的木块,向容器中注水,则(g取10 N/kg)(　　)A.注水前,木块对容器底部的压力为600 NB.木块的密度是0.6 kg/m3C.注水后,当木块漂浮时,容器对桌面的压强和注水前相等D.注水后,当木块漂浮时,木块排开水的质量为60 g
【变式】 [2018·蒙城县一模] 如图8-10所示,一段未点燃的圆柱形蜡烛的下端插入一根小铁钉,使蜡烛能直立漂浮在水中,缓慢地向水中加入适量的食盐,则这段蜡烛受到的浮力将　　　　,圆柱形蜡烛的下表面所受液体的压强将　　　　。(均选填“变大”“不变”或“变小”) 
[解析] 圆柱形蜡烛漂浮在水中,则蜡烛受到的浮力等于重力;如果在水中加入一些食盐,蜡烛静止后仍然在液体中漂浮,蜡烛受到的浮力仍等于其重力,大小不变;因为蜡烛漂浮,下表面受到的压力等于浮力,浮力不变,则下表面受到的压力不变,受力面积不变,故所受液体的压强不变。
突破1　探究浮力的大小跟哪些因素有关【考点归纳】①弹簧测力计的使用和读数。 ②用称重法计算浮力,即F浮=G-F示。 ③控制变量法:探究浮力大小与物体排开液体体积的关系、探究浮力大小与液体密度的关系、探究浮力大小与物体浸入液体深度的关系(无关)。 ④实验时选用不同液体进行多次实验,是因为一次实验具有偶然性,不能找出普遍规律。
⑤阿基米德原理的相关计算(计算固体、液体的密度,判断浮力大小的变化)。 ⑥正确理解F-h关系图像(通过图像可求物体的重力、浮力、密度、高度等)。 ⑦物体在液体中所受浮力的大小,跟它排开液体的体积有关,跟液体的密度有关。物体排开液体的体积越大,液体的密度越大,物体所受的浮力就越大。
例1 [2017·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8-11所示的方法规范地完成了实验,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,可知物体A浸在液体中的体积为60 cm3时,物体A所受浮力大小为　 N; 表格中标有“Δ”的位置的数据应该是　　　　。 (2)通过分析比较第　　　　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　  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　　　　次实验数据,发现浮力大小与物体所受的重力　　　　(选填“无关”或“有关”)。 
[解析](1)根据题表中实验数据可知物体A浸在液体中的体积为60 cm3时,A所受浮力大小为0.6 N;液体密度为1.0 g/cm3且物体浸入液体中的体积为100 cm3时,物体所受浮力为1 N,由F浮=ρ液gV排得,当液体密度为1.2 g/cm3且物体浸入液体中的体积为100 cm3时,物体受到的浮力为1.2 N,故“Δ”处的数据为5 N-1.2 N=3.8 N。
(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:  。【实验拓展】(5)图8-12中能正确反映弹簧测力计示数F和物体下表面在水中的深度h关系的图像是　 。 由此还能得出物体浸没后所受的浮力与深度　 。 (物体未接触容器底)
没保证橡皮泥浸入水中的体积相同
[解析](4)玲玲的猜想是浮力大小与物体的形状有关,但同学们实验时没保证橡皮泥浸入水中的体积相同,所以得出了错误的结论。(5)物体浸没前,随着物体下表面在水中的深度逐渐增加,物体受到的浮力越来越大,拉力F越来越小;物体浸没后,拉力不变,所以选D。物体浸没后,深度改变,所受浮力不变,说明物体浸没后所受的浮力与深度无关。
突破2　探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系【考点归纳】①弹簧测力计的使用和读数。②溢水杯的正确使用:液体达到溢水口,确保V排=V物。若液面低于溢水口,则测出的G排将小于F浮。③用称重法计算浮力,即F浮=G-F示。④实验步骤的合理安排:为减小误差,先测空桶的重力G0,再测桶和排开液体的总重G总,G排=G总-G0。
⑤利用阿基米德原理计算:物体的体积V物=V排= ,物体的密度ρ= ρ液。⑥改变实验条件多做几次实验(由浸没改为浸在、换用不同的物体、换用不同的液体),得出普遍结论。⑦实验结论:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
例2 如图8-13所示,A、B、C、D四幅图是探究“浮力的大小与排开水所受重力关系”的过程,请根据图示完成下面的填空。(g取10 N/kg)(1)实验中所用物体的重力为　　　　N。请在图B中画出被测物体所受重力的示意图。 (2)图B中存在的错误是　 。 
溢水杯未注满水(或水面未跟溢水口相平)
(3)纠正错误后,继续实验,图C中物体受到的浮力F浮=　　　　N。 (4)物体排开水所受的重力G排=　　　　N。 (5)实验结果表明:浸在水中的物体受到的浮力　　　　物体排开水所受到的重力。 (6)纠正错误后,物体从刚接触水面到浸没水中,水对溢水杯底的压强　　 　　(选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”)。物体的体积是　　　 　m3。你认为通过本实验获得的数据　　　　(选填“能”或“不能”)计算出此物体的密度。 
【实验拓展】(7)另取一弹簧测力计,在弹簧测力计下另挂一圆柱体,从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降(如图8-14甲所示),圆柱体浸没后继续下降,直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止,如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数F随圆柱体下降高度h变化的图像,则圆柱体的高度是　 cm, 圆柱体的体积是　　　　m3,圆柱体的密度是　　 　　kg/m3。
1. [2015·安徽9题4分] 如图8-15所示,重为1.5 N的圆柱体竖直漂浮在水面上,其底面积S=30 cm2,则水对圆柱体下表面的压强p=　　　　Pa,圆柱体下表面所处的深度h=　　　　cm。(水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg) 
考点一　漂浮物体浮力的计算
2. [2018·安徽23题12分] 重为200 N的方形玻璃槽,底面积为0.4 m2,放在水平台面上,向槽中加水至水深0.3 m,如图8-16甲所示。(已知ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,玻璃槽的侧壁厚度不计)(1)求水对槽底部的压强和槽底对水平台面的压强。(2)如图乙所示,将边长为20 cm的正方体物块轻轻放入水中,当其静止时,测出该物块露出水面的高度为5 cm,求该物块的密度。(3)如图丙所示,用力F垂直向下作用在物块的上表面,使物块露出水面的高度为2 cm并保持静止,求此时力F的大小。
(2)如图乙所示,将边长为20 cm的正方体物块轻轻放入水中,当其静止时,测出该物块露出水面的高度为5 cm,求该物块的密度。
(3)如图丙所示,用力F垂直向下作用在物块的上表面,使物块露出水面的高度为2 cm并保持静止,求此时力F的大小。
(3)因为物块边长为20 cm,此时露出水面的高度为2 cm,所以V排'=(0.2 m)2×(0.2 m-0.02 m)=7.2×10-3m3,V物=(0.2 m)3=8×10-3 m3,代入F浮'=ρ水gV排'和G物=ρ物gV物,可得F浮'=72 N,G物=60 N。此时物体受力平衡,所以有F+G物=F浮',则F=F浮'-G物=72 N-60 N=12 N。
1. [2014·安徽10题4分] 一均匀的长方体浸没在液体中,如图8-17所示,已知它的底面积为S,上表面所处深度为h1,下表面所处深度为h2,则长方体下表面所受液体压力的表达式为　　　　　　,浮力的表达式为　　　　 　　。(液体密度ρ液和g为已知量) 
考点二　浸没物体浮力的计算
ρ液g(h2-h1)S
2. [2016·安徽22题8分] 从理论上分析,浸在液体中的物体受到的浮力就是液体对物体表面压力的合力。如图8-18所示,一个底面积为S、高为h的长方体浸没在密度为ρ的液体中。(1)分析该物体侧面所受液体压力的合力F合1。(2)求出该物体底面所受液体压力的合力F合2。(3)结合以上结果,试说明该理论分析与阿基米德原理的表述是一致的。
解:(1)以长方体物体的左右侧面为例,两侧面所处液体的深度相等,液体的密度相等,根据p=ρgh可知,左右两侧面受到液体的压强相等,即p左=p右,又因为两侧面面积相等,根据p= 可得F=pS,则两侧面受到的液体的压力相等,即F左=F右,但方向相反,所以物体左右两侧面所受液体压力的合力为F合=F左-F右=0;同理,其前后两个侧面所受液体压力的合力也为0,故液体侧面所受液体压力的合力F合1为0。
(2)求出该物体底面所受液体压力的合力F合2。
(3)结合以上结果,试说明该理论分析与阿基米德原理的表述是一致的。
解：(2)已知液体压强公式p=ρgh及F=pS,所以F下=p下S=ρ液g(h1+h)S,F上=p上S=ρ液gh1S,物体底面所受液体压力的合力=F下-F上=ρ液g(h1+h)S-ρ液gh1S=ρ液gSh。
解：(3)长方体物体浸没在液体中时,由(1)可知,它的侧面受到的各个方向的液体压力相互平衡,即可以相互抵消;由(2)可知,m排=ρ液V排,则F浮=ρ液gV排=m排g=G排,即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液体的重力,这与阿基米德原理的表述是一致的。
[2017·安徽22题6分] 如图8-19甲所示,一长方体木块质量为0.12 kg,高为4.0 cm,将木块平稳地放在水面上,静止时木块露出水面的高度为2.0 cm。如图乙所示,利用金属块和细线,使木块浸没水中且保持静止状态。已知水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,求:(1)木块的密度ρ木。(2)细线对木块的拉力F。
解:(1)木块漂浮在水面上,根据浮沉条件可知,木块受到的重力大小等于浮力,G=ρ木V木g=F浮=ρ水V排g,由于木块浸入水中的深度只有木块高度的一半,所以V木=2V排,得ρ木=0.5ρ水=0.5×103 kg/m3。
(2)细线对木块的拉力F。
(2)当木块被铁块完全拉入水中后木块受到的浮力增大,重力不变,此时木块受到的绳子的拉力F与木块增加的浮力相等。木块全部浸入水中时受到的浮力F浮'=ρ水V排'g,又因为V排'=2V排,所以F浮'=2ρ水V排g=2F浮,所以木块增加的浮力ΔF浮=F浮'-F浮=F浮=G=mg,所以绳子的拉力为F=ΔF浮=mg=0.12 kg×10 N/kg=1.2 N。