广东省2024年中考物理一轮复习考点梳理学案 第19讲　浮力的应用（含解析）

第19讲　浮力的应用
命题分析　
广东省近五年中考物理命题分析
考点 2023 2022 2021 2020 2019
物体的浮沉条件 ____ 省题21 ____ ____ ____
浮力的受力分析 省题18 省题21 省题7 省题7、15 省题13
【课程标准】
2．2.9　能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。
例　了解潜水艇的浮沉原理。
考点一　物体的浮沉条件及应用
1．物体的浮沉条件
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
F浮>G F浮ρ物<ρ液 ρ物>ρ液 ρ物＝ρ液 ρ物<ρ液 ρ物>ρ液
加速上升 加速下降 可停留在液面 下的任何位置 “上浮”过程的 最终状态 “下沉”过程的 最终状态
处于动态，受非平衡力作用 处于静态，受平衡力的作用
2．浮力的应用
(1)轮船是采用增大排开水的体积的方法增大可利用的浮力；轮船的大小通常用排水量来表示。排水量就是轮船满载时排开水的质量。
(2)潜水艇是靠改变自身重力来实现浮沉的。
(3)气球和飞艇里充的是密度比空气小的气体。
(1)密度越大的物体放入液体中时一定会下沉。(　×　)
(2)处于水中的物体一定会受到浮力。(　×　)
(3)当两个物体均处于悬浮状态时，它们所受浮力一定相等。(　×　)
(4)生活中我们说的“轻者上浮”中的“轻”指的是物体重力小。(　×　)
例1　(2022·广东节选)我国自主研制的载人深潜器下潜深度已突破10 000 m，在载人深潜领域达到世界领先水平。(取ρ海水＝1.03×103 kg/m3，ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(1)潜水艇活动的海水深度一般为300 m至600 m。它可以通过水舱排水或充水来改变________，从而实现浮沉。
(2)小明阅读资料后，利用如图的装置模拟深潜器在水中的运动过程。物体甲、乙由一条细线连接且在水中处于静止状态，已知乙的质量为0.2 kg，体积为25 cm3，则乙所受浮力的大小为________ N，乙受到细线的拉力为________ N。若剪断细线，甲将______(选填“上浮”“悬浮”或“下沉”)，此时甲所受浮力________(填字母)。
A．增大，且大于重力 B．不变，且等于重力
C．不变，且大于重力 D．减小，且小于重力
分析　(1)潜水艇是通过改变自重来实现上浮和下沉的。
(2)乙浸没在水中，排开的水的体积等于乙的体积，根据阿基米德原理可得乙受到的浮力。
对乙受力分析，根据力的平衡条件可得乙受到的拉力；对甲受力分析，根据力的平衡条件确定浮力与重力的大小，再判断甲的浮与沉；根据F浮＝ρ水gV排可知甲露出水面前的浮力变化。
答案　(1)自身重力　(2)0.25　1.75　上浮　C
例2　(2021·广东)小明看到清淤作业人员正在将水塘底部的淤泥搬运到船上。他想：水面高度会变化吗？于是进行了探究：首先，将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中，如图所示；然后，将石块a从水中拿出并轻轻放在木块b上，它们处于漂浮状态，则水面高度将(　　)
A．下降 B．上升 C．不变 D．无法判断
分析　由题图可知，b漂浮，F浮b＝Gb，a沉底，F浮a＜Ga，将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中，把a、b当做一个整体分析，由题意可知都是处于漂浮状态，所以受到的浮力等于它们的总重力，由阿基米德原理F浮＝ρ水V排g分析。
答案　B
例3　(2021·广州)将体积相同的甲、乙实心球放入装有水的烧杯中。若甲、乙所受的重力和排开水所受的重力如表，则两球静止在水中时的情形可能是(　　)
实心球 实心球所受的重力/N 排开水所受的重力/N
甲 1 1
乙 2 1
分析　根据表格数据可知，甲、乙实心球的重力和排开的水所受的重力，根据阿基米德原理可知两球受到的浮力，比较两球受到的浮力和重力关系判断它们的状态，然后结合选项得出答案。
答案　C
考点二　浮力的受力作图与综合应用
一、浮力的受力作用
例4　(2023·汕尾二模)如图所示，乒乓球正在上浮，画出乒乓球上浮过程中所受的力的示意图。
分析　在水中向上运动的乒乓球受到重力和浮力两个力的作用，重力的方向竖直向下，浮力的方向竖直向上，并且浮力大于重力。
答案　
例5　(2020·广东)重为G的鸡蛋沉在盛有水的杯子的底部，向水中加入食盐并使其溶解，鸡蛋渐渐浮起，最终漂浮在水面，如图甲所示，请在图乙中画出上述过程中鸡蛋所受的浮力F浮随时间t变化的大致图象。
分析　根据物体的浮沉条件：浮力小于重力时下沉、浮力大于重力时上浮、浮力等于重力时漂浮以及阿基米德原理判断鸡蛋所受浮力的变化。
答案　
二、浮力的综合应用
例6　(2019·广州)两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体，把甲、乙两球分别轻轻放入两杯液体，最后处于如图所示状态。甲、乙排开液体的重力相等，甲、乙所受浮力相比(　　)
A．甲所受浮力更大 B．乙所受浮力更大
C．甲、乙所受浮力一样大 D．不知道液体密度无法比较浮力大小
答案　C
解析　根据阿基米德原理可知：F浮甲＝G甲排，F浮乙＝G乙排，已知甲、乙排开液体的重力相等，所以F浮甲＝F浮乙。故选C。
例7　(2019·广东)如图甲所示，弹簧测力计通过细线拉着正方体物块缓慢浸入某未知液体中，物块受到的拉力F与其下表面浸入液体中的深度h之间的关系如图乙所示。则物块受到的重力为________ N，物块刚好浸没在液体中时其下表面浸入的深度为________ cm，未知液体的密度为________ kg/m3。(g取10 N/kg)
答案　15　10　0.9×103
解析　由题图乙可知，弹簧测力计的最大示数F最大＝15 N，此时物块未浸入液体中，则物块重力G＝F最大＝15 N。
由题图乙可知，物块从刚浸入液体到完全浸入，物块浸入深度h＝10 cm，即正方体物块的棱长为10 cm。
物块的体积V＝(10 cm)3＝1 000 cm3＝1×10－3 m3，物块全浸入时弹簧测力计的示数F示＝6 N，受到的浮力F浮＝G－F示＝15 N－6 N＝9 N，
物块排开液体的体积：V排＝V＝1×10－3 m3，
由F浮＝ρ液V排g可得液体的密度：ρ液＝＝＝0.9×103 kg/m3。
考点一　物体的浮沉条件及应用
1.(2023·肇庆怀集县一模)如图所示是一种独特的黔北民间绝技——独竹漂，它已被列入少数民族传统体育运动会项目，运动员脚踩一根楠竹，漂行水上如履平地。下列相关描述正确的是(　　)
A．楠竹的密度大于水的密度
B．运动员扔掉手中的竹竿，楠竹将上浮
C．楠竹受到的浮力等于楠竹受到的重力
D．楠竹排开水的重力等于运动员受到的重力
答案　B
解析　运动员、竹竿和楠竹一起漂浮在水面上，所以楠竹的密度小于水的密度，故A错误；楠竹受到的浮力也就是排开水的重力等于楠竹、运动员和竹竿的重力之和，大于楠竹受到的重力，也大于运动员受到的重力，故C、D错误；
当运动员扔掉手里的竹竿，重新平衡后，楠竹受到的浮力等于楠竹和运动员的重力之和，浮力变小，根据F浮＝ρ水gV排知排开水的体积变小，楠竹将上浮，故B正确。
2.(科学思维)(2023·东莞一模)两只完全一样的大烧杯分别装有相同质量的水和浓盐水，将两个质量完全相同的苹果分别放入其中，静止时苹果的状态如图所示。则两苹果排开液体的体积V甲_______V乙，两苹果所受的浮力F甲_______F乙，水和浓盐水对杯底的压强p甲_______p乙。(均选填“＞”“＜”或“＝”)
答案　＞　＝　＝
解析　苹果质量相同、密度相同，由ρ＝可知两个苹果体积相同；题图甲中苹果悬浮，则排开的水的体积V甲＝V物；题图乙中苹果漂浮，则排开的浓盐水的体积V乙＜V物，故V甲＞V乙。两苹果质量相同，由G＝mg可知，两苹果重力相同，题图甲中苹果处于悬浮状态，所受浮力F甲＝G物；题图乙中苹果处于漂浮状态，所受浮力F乙＝G物，故F甲＝F乙。题图中烧杯为规则柱状容器，烧杯底所受压力等于烧杯中液体和苹果的重力之和，而烧杯中所装液体质量相同，苹果质量也相同，由G＝mg可知，烧杯中液体和苹果的总重力相同，则杯底所受压力相同。烧杯底面积也相同，由p＝可知，液体对杯底的压强p甲＝p乙。
3.(科学技术)(2023·东莞一模)如图所示，这是中国航母“辽宁号”训练时舰载飞机起飞的情景。飞机起飞时能获得向上的升力，是因为机翼上方空气流速________(选填“大于”“小于”或“等于”)机翼下方空气流速。飞机飞离航母后，航母所受的浮力将________(选填“变大”“变小”或“不变”)，一架总质量为22 t的舰载飞机从航母上起飞后，航母排开海水的体积将变化________ m3。(ρ海水＝1.1×103 kg/m3，g取10 N/kg)
答案　大于　变小　20
解析　飞机飞行时能获得向上的压强差，是因为机翼上方空气流速大于机翼下方空气流速，上方压强小于下方压强，从而产生向上的升力，飞机飞离航母后，航母的总重力减小，航母始终漂浮，浮力等于重力，所以浮力会变小。根据密度公式可知航母排开海水的体积减少了：ΔV排＝＝＝20 m3。
考点二　浮力的受力作图与综合应用
4．(2023·广州越秀区模拟)施工队利用图甲所示海上打捞平台装置打捞物体，使用电动机和滑轮组把物体从海底竖直匀速吊起。见图乙，物体到水面的距离为30 m，A、B、C、D四个点是物体从海底竖直向上匀速吊起过程经过的4个位置。图丙是物体所受拉力F随时间t变化的图象。
(1)图丁用“·”表示该物体，请在丁图中画出物体从A处运动到B处过程中物体的受力示意图。
(2)浸没在水中时物体受到的重力是________ N，浮力是________ N。
答案　(1)如图所示　(2)3×104　1×104
解析　(1)浸没在水中的物体受到浮力、重力、滑轮组拉力的作用，三力的作用点都画在物体的重心，如答图所示。
(2)由题图乙可知，物体从C点以后，脱离水面，物体受到的拉力F1＝3×104 N，则物体受到的重力：G＝F1＝3×104 N，物体从A点到B点，物体浸没水中，物体受到的拉力F2＝2×104 N，由称重法测浮力可知，物体受到的浮力：F浮＝G－F2＝3×104 N－2×104 N＝1×104 N。
5.(2023·东莞模拟)小明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，制成简易密度计。现使吸管竖直漂浮在不同液体中，测量出液面到吸管下端的深度为h，如图所示。则下列图表示吸管所受的浮力大小F、液体的密度ρ与深度h关系的图象中，可能正确的是(　　)
答案　D
解析　同一支密度计，重力G不变，竖直漂浮在不同液体中，由漂浮条件F浮＝G可知，浮力不变，与浸没液体中的深度无关，故A、B错误；由阿基米德原理F浮＝ρ液gV排得，G＝F＝ρgSh，g、S是定值，ρh的乘积为定值，所以ρ、h的关系呈现反比例函数图象，故C错误，D正确。
6．(实验综合)(2023·清远佛冈县二模)小陈同学在老师的指导下完成了以下实验：
①用弹簧测力计测出一个带盖子的空玻璃瓶的重力，如图甲所示；
②用手拿着这个盖紧瓶盖的空玻璃瓶浸没在水中，放手后发现玻璃瓶上浮；
③将一个铁块装入玻璃瓶并盖紧瓶盖，放入水中放手后发现玻璃瓶下沉；
④取出玻璃瓶并擦干瓶上的水，挂在弹簧测力计上，保持玻璃瓶竖直，然后从图乙所示位置慢慢浸入水中，并根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数F与玻璃瓶下表面浸入水中深度h的关系图象如图丙所示。
(1)装有铁块的玻璃瓶全部浸没在水中时受到的浮力是________ N。
(2)AB段说明物体受到的浮力大小与________________有关。
(3)在第②操作步骤中空玻璃瓶浸没在水中时受到的浮力为________ N，它上浮的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)小陈还使用了三个质量不同的铝块、烧杯和弹簧测力计，对“浮力的大小与物体的质量是否有关”进行探究，先用弹簧测力计测出一个铝块的重力，然后把这个铝块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。再用其他两个铝块重复上述实验，分析数据得出了结论。
①该实验方案的不合理之处是：________________________________________；
②在原有的实验器材基础上，增加一个量筒，写出改正不合理之处的做法：________________。
答案　(1)1.6　(2)排开液体的体积　(3)1.6　浮力大于重力　(4)①未控制铝块体积相同　②铝块浸入量筒中的体积相同，量筒前后读数示数之差一样
解析　(2)由题图丙知，AB段随着瓶子进入水中体积的增大，瓶子受到的弹簧测力计拉力逐渐减小，根据F浮＝G－F知，瓶子受到的浮力增大，说明物体受到的浮力大小与排开的水的体积有关。
(1)(3)由题图丙知，当瓶子浸入深度为0时，弹簧测力计示数为瓶子和铁块的总重力，即G＝2.2 N；
当瓶子浸入深度达到6 cm后弹簧测力计示数不再减小，说明瓶子浸没在水中，示数为0.6 N，所以受到的浮力：F浮＝G－F＝2.2 N－0.6 N＝1.6 N。浮力的大小与液体密度和物体浸入液体的体积有关，空玻璃瓶浸没在水中与装有铁块的瓶子浸没在水中时体积相等，所以受到的浮力相等，都为1.6 N，故在第②操作步骤中空玻璃瓶浸没在水中受到的浮力为1.6 N。因为浮力大于重力，所以瓶子上浮。
(4)①浮力与液体密度、排开液体的体积有关，要探究浮力与物体的质量的关系，根据控制变量法，需要控制液体密度、排开液体的体积相同，改变物体的质量，测量浮力，故小明实验中只控制了液体密度相同，没有控制物体排开液体的体积相同；
②把铝块浸入量筒中的体积相同，使量筒前后读数示数之差一样。
7．(2023·广州)小明自制的“温度计”中有密度随温度升高而变小的液体。如图甲，当该液体温度为19 ℃时，质量为4×10－3 kg的小球b悬浮，b标记“19 ℃”；另外两个小球分别标记“15 ℃”“23 ℃”，当小球悬浮时，它标记的温度与液体温度相等。图甲、图乙、图丙中小球a、b、c均静止，忽略小球体积变化，g取10 N/kg。
(1)图甲中b悬浮，
①在图丁方框中画出b的受力示意图(用“·”表示b)；
②此时b受到的浮力为________ N；
③此时液体密度为0.8×103 kg/m3，b排开液体的体积为________ m3。
(2)图乙中b漂浮，
①此时b所受浮力________(选填“大于”“等于”或“小于”)图甲中b所受浮力；
②此时液体温度________(选填“高于”“等于”或“低于”)19 ℃；
③小球c对应标记________(选填“15 ℃”或“23 ℃”)。
(3)图丙中液体温度的范围可能是________。
A．14 ℃以下 B．16～18 ℃ C．20～22 ℃ D．24 ℃以上
(4)液体温度在15～23 ℃范围内，b在液体中静止时所受浮力与液体温度关系的图象可能正确的是(b不接触其他小球)________。
答案　(1)①如图所示　②0.04　③5×10－6　(2)①等于　②低于　③15 ℃　(3)D　(4)C
解析　(1)①题图甲中b悬浮，受到竖直向下的重力和竖直向上的浮力，且两个力大小相等，如答图所示。
②b受到的浮力为：F浮＝G＝mg＝4×10－3 kg×10 N/kg＝0.04 N。
③由F浮＝ρ液gV排得b排开液体的体积为：V排＝＝＝5×10－6 m3。
(2)①题图乙中b漂浮，受到的浮力也等于其自身的重力，所以此时b所受浮力等于题图甲中b所受浮力；②③当外界气温降低时，液体的密度变大，由F浮＝ρ液gV排可知，小球所受浮力会变大，悬浮小球会上浮，最终会漂浮在水面上，所以此时液体温度低于19 ℃；环境温度越高时，液体的密度变小，浮力越小，悬浮的小球会下沉，所以小球c对应标记15 ℃，小球a对应标记23 ℃。
(3)由题图丙知，三个小球都下沉，由“环境温度越高时，液体的密度变小，浮力越小，悬浮的小球会下沉”可知液体的温度比23 ℃还高，故D符合题意。
(4)由于气温降低时，小球所受浮力会变大，悬浮小球会上浮；环境温度升高时，浮力会变小，悬浮的小球会下沉，且漂浮和悬浮时浮力都等于重力，所以15～19 ℃时浮力保持不变，温度再升高，浮力会继续变小，浮力小于重力，小球会下沉，所以19～23 ℃时浮力减小，故C图符合题意。
8．(2023·佛山高明区模拟)
核潜艇
庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行，图甲中为093改进型攻击核潜艇公开亮相并进行了战略巡航。我国某核潜艇H最大潜深350 m，完全下潜到海面下后的排水量为8.24×103 t。潜艇内部有水舱，通过向水舱中充水或从水舱中向外排水来改变潜艇的自重，从而控制其下沉或上浮。已知海水密度ρ海为1.03×103 kg/m3，江水密度ρ江为1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg，不考虑潜艇的体积变化。
(1)下列关于核潜艇的说法中，正确的是________。
A．核潜艇的外壳用硬度小的特种钢材制成
B．核潜艇是通过改变自身体积达到浮沉的
C．核潜艇悬浮和漂浮时所受的浮力相等
D．核潜艇由东海海面下潜行进入长江后所受的浮力变小
(2)核潜艇在海面下水平匀速巡航时，突然进入密度跃层(海水密度突然变小)时，核潜艇将会________，将给核潜艇带来安全隐患。为确保核潜艇安全，应立即采取的措施是____________________(选填“向水舱中充水”或“从水舱中向外排水”)。
(3)该核潜艇H悬浮在海面下时，螺旋桨将海水推向后方获得向前的推力，说明________________________；核潜艇H所受的海水阻力与航速的关系如图乙，当核潜艇H航速为8 m/s时，核潜艇H所受的海水阻力为________ N。
答案　(1)D　(2)下沉　从水舱中向外排水　(3)力的作用是相互的　1.92×106
解析　(1)核潜艇在水下需要承担较大的压强，所以潜水艇的外壳用硬度大的特种钢材制成，故A错误；核潜艇是通过改变自身重力达到浮沉的，故B错误；核潜艇悬浮和漂浮时排开水的体积不相同，根据F浮＝ρ液gV排知所受的浮力不相等，故C错误；核潜艇由东海海面下潜行进入长江后，液体的密度减小，根据F浮＝ρ液gV排知所受的浮力变小，故D正确。
(2)核潜艇在海面下水平匀速巡航时，突然进入密度跃层(海水密度突然变小)时，海水跃层是上层密度大、下层密度小，因此由F浮＝ρgV排可知，会造成潜艇受到的浮力减小，浮力小于重力，所以潜水艇会突然下沉。因为潜水艇是靠改变自身的重力实现浮沉的，所以此时将潜艇水舱向外排水，使潜艇受到的重力小于浮力，实现上浮。
(3)该核潜艇H悬浮在海面下时，螺旋桨将海水推向后方，由于物体间力的作用是相互的，海水对螺旋桨施加一个向前的力，核潜艇就前进了。由题图乙可知，当v2＝100 m2/s2，即航速为10 m/s时，核潜艇受到的阻力f＝3×106 N，当核潜艇H航速为8 m/s时，核潜艇H所受的海水阻力为f′＝×3×106 N＝1.92×106 N。