第十章 浮力
【学习目标】
1、认识浮力,了解浮力产生的原因,会利用弹簧测力计“称重法”测量浮力,了解影响浮力大小的因素
2、知道阿基米德原理,会利用阿基米德原理计算浮力的大小
3、理解阿基米德原理
4、理解浮沉条件,能利用浮沉条件解释轮船、潜水艇、飞艇和热气球等的工作原理。
【学习重点】构建知识体系;灵活运用相关浮力知识解答生活中相关问题
【学习难点】求浮力问题时阿基米德原理或浮沉条件的选用
【自主学习】
知识点回顾:
一、浮力
1.定义: 叫做浮力。
2.浮力的方向 ,浮力的施力物体 。
3.阿基米德原理: 。
用公式表示为 。
4.浸在液体中的物体受到浮力的大小与 、 有关,
与浸没液体的深度 关。
5.浮力的求法:
(1)压力差法:
(2)阿基米德原理:
(3)平衡法(悬浮、漂浮、沉底、称重)
二、物体的浮沉条件
1.浸没在液体中的物体的浮沉,决定于它受到的 力和 力。
当F浮 G物时,ρ液 ρ物,物体上浮;
当F浮 G物时,ρ液 ρ物,物体下沉;
当F浮 G物时,ρ液 ρ物,物体悬浮。
2.上浮静止后的状态称为 ,此时F浮 G物,ρ液 ρ物。
3.潜水艇是靠 来实现浮沉的;气球和飞艇是靠 来实现浮沉的。
4.密度计是测量 的仪器,它的原理是 。
【典型例题】
考点一.比较浮力的大小
1. 将一小石块浸没在水中,放手后小石块沉入水底,在小石块下沉过程中,下列分析正确的是( )
A.浮力变大 B.浮力变小 C.浮力大于重力 D.浮力小于重力
考点二. 物体的浮沉条件
2.若体积相同的铜、铁、铝三个小球放在水中,静止后三小球所处的状态如图所示,则下列说法正确的是(ρ铜>ρ铁>ρ铝)( )
A.铜球和铁球一定是空心的,铝球一定是实心的
B.铜球和铝球一定是空心的
C.三球间的质量关系为m铜D.三球间的质量关系为m铜>m铁>m铝
考点三.密度计
3.小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计。
(1)取一根粗细均匀的饮料吸管,在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口。塞入金属丝作为配重是为了降低吸管的 ,从而让它能够竖直地漂浮在液面上。小明制作密度计的原理是利用了物体漂浮在液面时,浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力。
(2)将吸管放到水中的情景如图(a)所示,测得浸入的长度为H;放到另一液体中的情景如图(b)所示,浸入的长度为h。用ρ液、ρ水分别表示液体和水的密度,则ρ液 选填“大于”“小于”或“等于”)ρ水,h与ρ水、ρ液及H的关系式是h=。
(3)小明做了五次实验,获得的数据如下:
实验次数 1 2 3 4 5
液体密度ρ/(g·cm-3) 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
浸入的深度h/cm 6.3 5.6 5 4.5 4.2
小明根据实验数据在吸管上标出0.8、0.9、1.0、1.1、1.2刻度线(单位g/cm3)。结果发现,1.1刻线是在1.0刻线的 (选填“上”或“下”)方,相邻刻线的间距 (选填“均匀”或“不均匀”)。
(4)通过比较实验2和3, (选填“可以”或“不可以”)研究浮力大小与液体密度的关系,原因是 。
(5)制作完毕后,小明发现1.1和1.2两刻度线的距离较小,请提出一个方法使两条刻度线之间的距离大一些,使测量结果更精确。方法: 。
考点四.综合应用
4. 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有的体积露出水面,则两物体的体积VA∶VB= ,物体B的密度是 kg/m3。
考点五.实验探究
5.在探究浮力的大小跟哪些因素有关时,同学们提出了如下的猜想:
①可能跟物体浸入液体的深度有关;
②可能跟物体的重力有关;
③可能跟物体的体积有关;
④可能跟物体浸入液体的体积有关;
⑤可能跟液体的密度有关。
为了验证上述猜想,李明做了如图所示的实验:他在弹簧测力计下端挂一个铁块,依次把它缓缓地浸入水中不同位置,在这一实验中:
(1)铁块从位置1→2→3的过程中,弹簧测力计的示数 ,说明铁块受到的浮力 ;从位置3→4的过程中,弹簧测力计的示数 ,说明铁块受到的浮力 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(2)通过这一实验可以验证上述猜想 是正确的。(填上面猜想的序号)
【反馈检测】
1、关于物体受到的浮力,下列说法正确的是( )
A.漂在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大
B.物体排开水的体积越大受到的浮力越大
C.物体没入水中越深受到的浮力越大
D.物体的密度越大受到的浮力越小
2、密度均匀的实心物体悬浮在某一种液体中,若将此物体均分成两块,并轻轻地取出一半,余下的一半在液体中
A. 将上浮 B. 将下沉 C.仍然是悬浮 D.以上情况都可能出现
3、用一个质量可以忽略不计的薄塑料袋装满水,挂在弹簧秤上,将其浸没在水中,则弹簧秤读数
A.小于袋中水重 B.等于袋中水重 C.大于袋中水重 D.等于零
4、甲、乙两个实物体体积相同,把它们分别放入水中静止,甲露出部分为整个体积的1/4,乙浸入部分为整个体积的1/2,下列叙述正确的是
A.甲、乙的重力比为2:3 B.甲、乙受到的浮力比为3:2
C.甲、乙的密度比为1:4 D.甲、乙的密度比为4:1
5、体积相同形状不同的实心铝块、铁块、木块,投入到水中后静止,则
A.铝块受到的浮力最小 B.木块受到的浮力最小
C.铁块受到的浮力最小 D.受到的浮力一样大
6、潜水器从刚好浸没时开始下潜到返回水面合计10分钟,显示器上分别显示全过程深度曲线和速度图象如图所示,下列对潜水器分析正确的是( )
A.在1~3分钟,受到水的压强逐渐减小
B.在1~3分钟,受到水的浮力逐渐变大
C.在4~6分钟,都是处于水下静止状态
D.在6~8分钟,都是处于受力平衡状态
7、小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计。
(1)取一根粗细均匀的饮料吸管,在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口,塞入金属丝的目的是使吸管能_______在液体中。
(2)将吸管放到水中的情景如图a所示,测得浸入的长度为H;放到另一液体中的情景如图b所示,浸入的长度为h,ρ液、ρ水分别表示液体和水的密度,则ρ液____ρ水(填“=”“>”或“<”),h与ρ水、ρ液及H的关系式是h=_______________。
(3)小明根据图a在吸管上标出1.0刻度线(单位g/cm3,下同),再利用上述关系式进行计算,标出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度线(图中未画出)。结果发现:1.1刻度线是在1.0刻度线的____(填“上”或“下”)方,相邻刻线的间距____________(填“均匀”或“不均匀”)。
(4)为检验刻度误差,小明取来食用油,先用天平和量筒测量其密度,然后再用这个密度计测量,但操作时却出现了图c所示的情形,这让他很扫兴,难道实验就此终止了吗?根据经验或思考,在不更换食油的情况下,你认为可以进行怎样的尝试:___________________________
8. 小英同学得到一边长为10 cm,密度为0.7 g/cm3的正方体木块,她将木块用细线系于圆柱形容器的水中,如图所示,请你帮她分析以下几个问题:(圆柱形容器静止在水平桌面上,g取10 N/kg)
(1)木块所受的浮力力多少?
(2)细线的拉力为多少?
(3)剪断细线,当木块静止时,容器底部受到液体的压力与细线未断时变化了多少?
参考答案:
【典型例题】
D
C
3.(1)重心;等于
(2)大于
(3)下;不均匀
(4)不可以;没有控制V排相同
(5)换用更细的吸管
4.1∶6;0.5×103
5. (1)变大;不变 (2)④
【反馈检测】
B
C
D
B
B
C
(1) 漂浮 (2) > ρ水H/ρ液 (3) 下 不均匀 (4) 向容器中加油(或换用细长的容器)
8. 解:(1)正方体木块的体积:V=(0.1 m)3=1×10-3 m3,木块浸没在水中时受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-3 m3=10 N
(2)由ρ=和G=mg可得,木块的重力:G木=m木g=ρ木Vg=0.7×103 kg/m3×1×10-3 m3×10 N/kg=7 N,图中木块静止处于平衡状态,受到竖直向下的重力和绳子的拉力以及竖直向上的浮力,由力的平衡条件可得:G木+F=F浮,则绳子的拉力F=F浮-G木=10 N-7 N=3 N
(3)把木块和水、绳子看做整体,剪断细线前,整体受到木块和水、绳子的重力以及绳子的拉力,剪断细线后,整体受到水和木块、绳子的重力,因水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以,容器底部受到液体的压力与细线未断时变化了:ΔF=(G木+G水+G绳+F)-(G木+G水+G绳)=F=3 N
【学习小结】
通过这堂课,你有什么收获?你还有什么疑问?请将你的收获和反思记下来。