人教版同步教参物理八下102浮力阿基米德原理.docx
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人教版同步教参物理八下102浮力阿基米德原理
浮力
第1节浮力阿基米德原理
【知识梳理】
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:
竖直向上。
3.测量铝块浸没水中所受的浮力:
(1)步骤:
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把铝块浸没在水中(图乙所示),记录弹簧测力计的示数F拉。
(2)结论:
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。
浮力的大小(图丙受力分析):
F浮=G-F拉
4.浮力产生的原因:
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:
F浮=F向上-F向下或F浮=F下-F上。
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)
二、阿基米德原理
1.内容:
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。
2.公式:
F浮=G排=m排g=ρ液gV排
①“浸在”包含两种情况:
一是物体有一部分浸在液体中,此时V排=V浸入 ②“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”,这里要注意浮力本身是力,只能和力相等,很多同学常把这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。 力和体积不是同一物理量,不具有可比性;这里所受的重力,不是物体所受的重力,而是被排开液体所受的重力。 ③由F浮=ρ液gV排,可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关,而跟物体本身的体积、密度、形状,与在液体中是否运动,液体的多少等因素无关。 ④阿基米德原理也适用于气体。 浸没在气体里的物体受到浮力的大小,等于它排开的气体所受的重力。 即F浮=G排=ρ气gV排。 三、浮力大小的计算 1.根据阿基米德原理: F浮=G排=ρ液gV排. 2.利用弹簧弹力测浮力: F浮=G-F拉 3.根据平衡力知识求浮力: 物体悬浮或漂浮时,物体处于平衡状态,F浮=G物。 (悬浮是物体浸没在液体中,V排=V物;漂浮时V排 4、压力差法: F浮=F向上-F向下或F浮=F下-F上 【诊断自测】 1.浸在液体(或气体)里的物体,受到液体(或气体)向 的托力叫做浮力。 2.浸在液体中的物体由于上、下表面所处的深度不同,根据液体内部压强的特点可知,其上、下表面所受液体 也不同。 因此,浸在液体中的物体上、下表面存在着一个 差,使物体受到一个向上托的力,这个力就是物体在液体中受到的浮力。 3.浸在液体里的物体受到的浮力,大小等于它排开的 ,这就是著名的阿基米德原理。 浮力的方向总是 的。 阿基米德原理的表达式为F浮= ,其中ρ液表示 ,V排表示 ,g= 。 4.一金属物体重76.44N,把它浸没在一个盛满水的容器中,排开的水重9.8N,求这个物体浸没在水中受到的浮力为 N。 5.一体积为50cm3的鸡蛋沉没于水中,它受到的浮力是____。 【考点突破】 类型一: 浮力的本质 例1如图所示,Q为铜制零件,其上部为边长L=0.2m的立方体,下部为边长l=0.1m的立方体。 Q的下表面与容器底部粘合,且水面恰好与Q上表面相平,则零件所受的浮力为(g取10N/kg) () A.0NB.20NC.60ND.80N <答案>C <解析> ∵下部立方体由于与容器底部粘合, ∴水没有产生向上的压力; ∵上部立方体的下表面积的一部分(与水接触)受到向上的压力, ∴S=L2−l2=(0.2m)2−(0.1m)2=0.03m2, 上部立方体的下表面的压强为p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa, ∵浮力的产生是上下表面的压力差, ∴F浮=pS=2000Pa×0.03m2=60N。 类型二: 阿基米德原理 例2如图所示,当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的1/3时,弹簧测力计的示数为5.0N;当物体浸在水中的体积为物体体积的1/2时,弹簧测力计的示数为3.5N。 从弹簧测力计上取下物体将其缓慢地放入水中(容器足够大,水足够多),则物体静止时受到的浮力为 () A.9.0NB.8.5NC.8.0ND.7.5N <答案>C <解析>本题考查浮力公式F浮=ρ液gV排和密度公式 的应用,难度较大。 根据题意得 ①, ②, ①②联立组成方程组,解得G=8.0N,V物=9×10−4m3, 所以物体的密度为 ,则ρ物<ρ水,物体漂浮,F浮=G=8.0N。 故答案选C。 类型三: 综合应用 例3圆筒形容器甲和乙放在水平桌面上,甲容器中装有密度为ρ1的液体,乙容器中装有密度为ρ2的液体,两容器中液体的体积相等,甲容器的底面积为S甲,乙容器的底面积为S乙,且S甲: S乙=3: 2。 将体积相等的密度为ρA的金属球A和密度为ρB的金属球B分别放入两容器的液体中,如图所示。 金属球A受支持力为N1,金属球B受支持力为N2,且N1: N2=5: 12。 两容器放入金属球后,液体对甲容器底增加的压强为∆p1,液体对乙容器底增加的压强为∆p2。 已知: ρ1: ρA=1: 4,ρ2: ρB=1: 10,则∆p1与∆p2之比为 () A.5: 2B.2: 5C.5: 6D.6: 5 <答案>C <解析>金属球A受支持力为N1=GA﹣F浮A=ρAgV﹣ρ1gV=4ρ1gV﹣ρ1gV=3ρ1gV; 金属球B受到的支持力为N2=GB﹣F浮B=ρBgV﹣ρ2gV=10ρ2gV﹣ρ2gV=9ρ2gV; 所以N1: N2=3ρ1gV: 9ρ2gV=5: 12; 所以ρ1: ρ2=5: 4; Δp1与Δp2之比: 【易错精选】 1.把一个物体挂在弹簧秤下,弹簧秤示数为3N,把它浸没在水(密度为1.0g/cm2)中时,弹簧秤示数变为2N.假设物体的质量为m,物体的密度为ρ,浸没在水中时物体的上下表面所受的压力差和压强差分别为∆F和∆p,则无法求得的是 () A.MB.ρC.∆FD.∆p 2.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 () A.物体的体积是500cm3 B.物体受到的最大浮力是5N C.物体的密度是2.25×103kg/m3 D.物体刚浸没时下表面受到水的压力是9N 3.将一方形木块(体积为V木)放于水中,再将一方形冰块(体积为V冰)放于木块上,静止时水面正好和木、冰交界面共面(如图)。 已知水、冰、木的密度之比为10: 9: 8,则V冰: V木为(说明: 图中冰块、木块大小不具暗示意义) () A.9: 8B.8: 9C.1: 8D.2: 9 【精华提炼】 【本节训练】 训练【1】 列关于浮力的理解正确的是 () A.浮力就是物体排开液体所受到的重力 B.浮力就是液体对浸在液体内的物体向上和向下的压力差 C.重1牛的水不可能产生大于1牛的浮力 D.浮力的方向是竖直向下的 训练【2】 将一个体育测试用的实心球和一个乒乓球同时没入水中.放手后发现: 实心球沉入水底,而乒乓球浮出水面。 如图所示,比较实心球和乒乓球没入水中时受到的浮力大小。 则 () A.实心球受到的浮力大B.它们受到的浮力一样大 C.乒乓球受到的浮力大D.不能确定 训练【3】 一个密度为0.55g/cm3的圆柱体放入盛满水的溢水杯时,排出100克的水,把它竖直漂浮在密度为0.8g/cm3的酒精里,则圆柱体的下底面受到液体的压力为 () A.80gB.0.98N C.0.78ND.条件不足,无法判断 训练【4】 用图象来描述物理过程或物理规律是很直观的.如右图(a)一立方体木块,下面用一段细线与之相连,细线另一端固定在在容器底(容器高比细线与木块边长之和大得多)。 现向容器中慢慢加水,如右图(b)所示。 若细线中的拉力用F表示,容器中水的深度用h表示.那么,在下图中可以正确描述拉力F随随深度h的变化关系的图象是 () A. B. C. D. 基础巩固 1.关于物体受到的浮力,下列说法正确的是 () A.液体的密度越大,受到的浮力越大 B.没入水中物体在水中的位置越深受到的浮力越大 C.物体排开水的体积越大,受到的浮力越大 D.漂在水面上的物体比沉在水底的物体受到的浮力大 2.同一物体分别按图所示两种方式置于同种液体中,则下列说法正确的是 () A.物体第一次受到的压力差大于第二次受到的压力差 B.物体第一次受到的压力差等于第二次受到的压力差 C.物体第一次受到的压强差大于第二次受到的压强差 D.物体第一次受到的压强差等于第二次受到的压强差 3.如图所示,A为木块,B为铝片,C为铁球,且VA=VB=VC,把它们都浸没在水中则 () A.由于铁的密度大,所以铁球受的浮力最大 B.由于铝片面积大,水对它向上的压力也大,因此铝片受到的浮力最大 C.由于木块要上浮,所以木块受的浮力最大 D.三个物体所受浮力一样大 4.如图所示,悬吊的实心金属球缓慢浸没于倾斜的盛满水的大烧杯中,最终沉到底部,则从大烧杯溢出流入小烧杯中的水和此金属球的关系是 () A.两者体积相等,小烧杯中水的质量较小 B.两者体积相等,小烧杯中水的质量较大 C.金属球受到的浮力等于小烧杯中水的重力 D.金属球受到的浮力大于小烧杯中水的重力 5.某实验小组在探究“浮力大小跟排开液体所受重力的关系”时,做了如图所示的四次测量,弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3和F4,则: () A.F浮=F1-F2B.F浮=F4-F1C.F浮=F2-F3D.F浮=F2-F4 6.一个边长为a的立方体铁块从图(甲)所示的实线位置(此时该立方体的下表面恰与水面齐平),下降至图中的虚线位置,则能正确反映铁块所受水的浮力的大小F和铁块下表面在水中的深度h关系的图象是 () A. B. C. D. 7.轮船上,都漆着五条“吃水线”,又称“载重线”,其中标有W的是北大西洋载重线,标有S的印度洋载重线,当船从北大西洋驶入印度洋时,轮船受到的浮力以及北大西洋海水密度ρ北与印度洋海水密度ρ印的关系是 () A.浮力增大,ρ北=ρ印B.浮力减少,ρ北=ρ印 C.浮力不变,ρ北>ρ印D.浮力不变,ρ北<ρ印 8.甲、乙两个实心物块,它们的质量相同,其密度分别为0.8×103kg/m3和0.4×103kg/m3。 甲、乙物块均用固定在容器底的弹簧拉住,使它们浸没在水中静止,如图所示,此时 () A.甲、乙物块所受浮力之比为1: 2 B.甲、乙物块所受浮力之比为2: 1 C.甲、乙物块所受弹簧拉力之比为2: 3 D.甲、乙物块所受弹簧拉力之比为1: 6 9.如图所示,密度为0.6×103kg/m3,体积为1×10-3m3的正方体木块,用一质量可忽略不计的细线,一端系于木块底部中心,另一端系于圆柱形容器底部的中心,细线对木块的最大拉力为3N,容器内有一定质量的水,木块处于漂浮状态,但细线仍松弛.若圆柱形容器底面积为6×10-2m2,现在向容器中注水(容器的容量足够大)直到细线对木块的拉力达到最大值,在细线断裂瞬间停止注水.待木块稳定后,容器的水面与细线断裂前的瞬间的水面相比高度变化 () A.升高了2cmB.降低了1.5cm C.升高了1cmD.降低了0.5cm 10.如图所示,在容器中放一个上、下底面积均为10cm2、高为5cm,体积为80cm3的均匀对称石鼓,其下底表面与容器底部完全紧密接触,石鼓全部浸没于水中且其上表面与水面齐平,则石鼓受到的浮力是 () A.0B.0.3NC.0.5ND.0.8N 11.小明去海边游泳,他的感觉是"越往海水深处走,自己身体越轻"。 请根据小明的感觉,提出一个可探究的科学问题: 。 12.在探究“浮力的大小与什么因素有关”的实验中,小明同学和他的同伴们进行了如图所示的一系列实验,实验中的铜块与铝块体积相同,实验数据在图中已列出. (1)图①③④三次实验是为了探究浮力的大小与哪个因素的关系? (2)分析①②④⑥四次实验得到的结论是什么? (3)为探究浮力大小跟物体浸没在液体中深度的关系,应选哪几次实验分析比较? (4)根据有关实验数据,你得到的盐水的密度是多少? 13.同学们在学习“阿基米德原理”这节课时,仔细观察了老师所做的演示实验(如图甲所示)。 课后复习时,物理兴趣小组的同学们经过反复思考、讨论,提出了对该实验的改进意见,并动手制作出了如图乙所示的实验装置,其中A、B为两个规格相同的弹簧测力计,C为重物,D为薄塑料袋(质量不计),E是用废弃的大号饮料瓶、带孔橡皮塞以及弯曲玻璃管自制的溢水杯,杯中加入红色的水,F是升降平台(摇动手柄,可使平台高度缓慢上升、下降),G为铁架台。 (1)实验中,同学们逐渐调高平台F,使重物浸入水中的体积越来越大,观察到弹簧测力计A的示数 ,弹簧测力计B的示数 (前面两空均选填“增大”“减小”或“不变”。 比较弹簧测力计A的示数变化量FA´和弹簧测力计B的示数变化量FB´,它们的大小关系是FA´ (选填“>”“<”或“=”)FB´。 (2)通过分析,你认为应提醒兴趣小组的同学在操作时要注意什么问题? (请写出两条)① ;② 。 (3)对比甲、乙所示的两组实验,改进后的实验与原实验比较有哪些优点? (请写出两条)① ;② 。 14.在探究“物体受到浮力大小是否与物体密度有关? ”时: (1)小聪所选实心铜块、实心铁块的体积和形状应 (选填: “相同”或“不同”)。 在正确选择后,他做了以下实验,以下情景中的物块均处于静止状态。 (2)步骤C中的铁块在水中所受的浮力为 N。 (3)探究“物体所受的浮力大小是否与物体的密度有关? ”。 小聪要测出铜块的密度,设计了实验步骤E(已知水密度为ρ水),此步骤中测力计示数为F2。 ①在步骤E时,画出烧杯和液面的示意图; ②ρ铜= (用图中所测物理量的符号及已知条件写出表达式); ③他还应该选取图中 的步骤(填字母符号)进行对比,才能得出“物体受到浮力大小是否与物体密度有关? ”的结论。 15.如图甲所示,水平面上有一底面积为5.0×10-3m2的圆柱形薄壁容器,容器中装有质量为0.5kg的水。 现将一个质量分布均匀、体积为5.0×10-5m3的物块(不吸水)放入容器中,物块漂浮在水面上,物块浸入水中的体积为4.0×10-5m3。 (g=10N/kg,水的密度ρ水=1×103kg/m3) (1)求物块受到的浮力大小; (2)求物块的密度; (3)用力缓慢向下压物块使其恰好完全浸没在水中(水未溢出)如图乙,求此时水对容器底的压强。 16.如图所示,底面积为S的圆筒形容器,高h,装有体积为V的水,水底有一静止的边长为L的正方体实心铝块,密度为ρ1,水的密度ρ水。 已知g。 求: (1)水对筒底的压强; (2)铝块受到的支持力; (3)近来科学家研制出一种更轻的泡沫铝,密度为ρ2,且ρ2小于ρ水,欲使铝块离开水底,可以给铝块粘贴一块实心泡沫铝,求泡沫铝的最小质量。 巅峰突破 1.在研究浮力的大小时,小明将浮于水面的盆子向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多(如图).针对这一现象,同学们经过讨论形成了下面四个问题.你认为最有探究价值且易于探究的科学问题是 () A.物体所受浮力大小与哪些因素有关 B.物体所受浮力大小与排开水的多少有什么关系 C.物体所受浮力大小与排开液体体积的多少有什么关系 D.物体所受浮力大小与物体浸入水中的体积多少有什么关系 2.如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,上升到离水面一定的高度处。 图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象,取g=10N/kg。 根据图象信息,下列判断不正确的是 () A.该金属块重力的大小为34N B.浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20N C.在t1至t2时间段金属块在水中受到的浮力逐渐增大 D.该金属块的密度是3.4×103kg/m3 3.将一个小球放入盛满酒精的溢水杯中,静止时,小球浸没在酒精中,溢水杯中溢出10g的酒精。 将这个小球放入盛满水的溢水杯中,静止时,小球漂浮在水中。 已知ρ酒精=0.8×103kg/m3,g=10N/kg,则下列判断正确的是 () A.若小球在酒精中沉底,它在酒精中所受浮力一定等于0.1N B.若小球在酒精中沉底,它在水中的排水体积一定等于10cm3 C.若小球在酒精中悬浮,它在酒精中所受浮力一定大于0.1N D.若小球在酒精中悬浮,它放入水中后,溢水杯中一定溢出10g的水 4.甲、乙两个实心金属球,它们的质量相同,其密度分别为5×103kg/m3和10×103kg/m3。 甲球挂在丙弹簧秤下,乙球挂在丁弹簧秤下,并让两金属球全部浸入水中,则 () A.甲乙两球所受浮力之比是2: 1B.甲乙两球所受浮力之比是1: 2 C.丙丁两弹簧秤示数之比是8: 9D.丙丁两弹簧秤示数之比是11: 12 5.水平桌面上有甲、乙、丙三个完全相同的容器,装有不同的液体,将三个长方体A、B、C分别放入容器的液体中.静止时的位置如图所示,三个容器的液面相平。 已知三个长方体的质量和体积都相同。 则下列判断正确的是 () A.物体受到的浮力F浮A>F浮B>F浮C B.容器对桌面的压力F甲 C.液体对容器底的压强p甲=p乙=p丙 D.物体下表面受到液体的压力FA´>FB´=FC´ 6.如图甲所示,放在水平桌面上的柱形薄壁容器重为G、底面积为S、高为h。 先将容器注满密度为ρ0的液体,再将重为G0、边长为a的小立方体物块(如图乙所示)从液面处缓慢释放,待物块静止后,容器对桌面的压强可能的是 () A. B. C. D. 7.底面积为100cm2的烧杯中装有适量水。 当金属块浸没在水中静止时,如图甲所示,弹簧测力计的示数F1=3.4N,水对杯底的压强为P1;当金属块总体积的1/4露出水面静止时,如图乙所示,弹簧测力计的示数为F2,水对杯底的压强为P2;若P1、P2之差为50Pa,g取10N/kg,则 () A.金属块的体积V金是2×10-3m3 B.弹簧测力计的示数F2是5.4N C.金属块的密度是2.7×103kg/m3 D.金属块受到的重力是6.8N 8.如图所示,两只完全相同的盛水容器放在台秤上,用细线悬挂质量相同的实心铅球和铝球(ρ铅>ρ铝),将其全部没入水中,此时两容器中水面高度相同,设绳的拉力分别为FT1和FT2,台秤的示数分别为M1和M2,则 () A.M1=M2FT1=FT2B.M1>M2FT1 C.M1=M2FT1>FT2D.M1 9.两个质量相等质地均匀的实心球甲和乙,它们的体积之比V甲: V乙=1: 3,则它们的密度之比ρ甲: ρ乙= ;现将甲、乙两球放入装有足够深的水的容器中,当它们静止时,水对两球的浮力之比为F甲: F乙=2: 3,则乙球的密度为ρ乙= kg/m3。 10.如图所示,将弹簧测力计上端固定,下端挂一正方体合金块A,放入底面积为300cm2装有水的圆筒形容器中,开始时将合金块A恰好浸没在水中,容器侧面的底部有一由阀门B控制的出水口。 实验时,打开阀门B缓慢放水,放到金属块A刚好全部露出水面时,立即关闭阀门B,在此过程中金属块始终不与容器底部接触,读出弹簧测力计示数的最小值和最大值分别为22N和32N。 若弹簧测力计每1N刻度的间隔均为1cm,其量程大于35N,g取10N/kg,则合金块所受的最大浮力为 N,在弹簧测力计示数由22N变至32N的过程中,从阀门B排出水的质量为 kg。 11.在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,小明用弹簧测力计、圆柱体、两个装有适量水和盐水的同样的烧杯,对浸在液体中的圆柱体所受的浮力进行了探究,实验装置和每次实验中弹簧测力计的示数如图所示。 请按要求回答下列问题: (1)比较图甲、乙可知: 乙图中圆柱体受到的浮力的大小为 N。 (2)比较图乙、丙,说明浮力的大小与 有关。 (3)通过图乙和戊的探究,不能得到浮力大小与液体密度是否有关,原因是 。 (4)通过图中数据可知: 圆柱体的密度是 kg/m3(取g=10N/kg)。 12.通过物理课的学习,同学们知道了浮力的大小与物体排开液体的体积和液体的密度有关.但是新闻报道中说: “北京‘水立方’游泳池的水比别的游泳池深了0.5m,因为水多了,浮力就大了,所以运动员在‘水立方’的比赛成绩会普遍提高.”小吴和小彤决定要探究浮力的大小是否与水的质量有关. (1)他们用两块完全相同的橡皮泥各自进行了实验,两烧杯中分别加水300g和200g,步骤如图1所示,经过交流,发现实验结论是不一致的,你认为 的实验方案得出的结论更可靠,另一方案得出的结论不可靠的主要原因是 . (2)他们选择了可靠的实验方案继续实验,收集到的数据如下表所示.请在答题卡对应的表格中把浮力一栏补充完整. 实验序号 烧杯中水的质量m/g 物体的重力G/N 物体浸没水中时受到的拉力F/N 浮力F/N 1 100g 2 0.6 2 200g 2 0.6 3 300g 2 0.6 分析实验数据,他们得到的结论是 . (3)小昊发现第一组数据中质量为100g的水产生的浮力大于其自身的重力,为什么会这样呢? 于是他将实验序号1用的橡皮泥捏成圆柱状,利用量筒重新进行了实验探究,如图所示. 通过对实验数据的分析,他对浮力有了更深刻的认识: 浮力的大小等于物体 (选填“排开”、“排出”或“排开和排出都行”)液体受到的重力. (4)如图2所示,容积为10dm3的圆柱形容器中盛有10N水.则该容器中的水在不溢出的情况下,对放入其中的物体能产生的最大浮力为 N(取g=10N/kg). 13.为了给立方体工件表面均匀地涂上某种油,需要用竖直向下的力F把漂浮在油面上的工件缓缓地压入油内,如图甲所示。 工件的下底面与油面的距离为h,力F与h的大小关系如图
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- 人教版 同步 物理 102 浮力 阿基米德 原理