第七讲 浮力
第1课时 浮力 阿基米德原理
1.通过实验,认识浮力。
2.探究并了解浮力大小与哪些因素有关。
3.知道阿基米德原理。
一、浮力
1.定义:浸在液体或气体中的物体受到的 向上 的力。
2.方向: 竖直向上 。
3.称量法:
(1)用弹簧测力计测物体所受的重力G。
(2)将物体悬挂于弹簧测力计下,读出浸在液体中时弹簧测力计的示数F。
(3)物体受到的浮力F浮= G-F 。
4.产生原因:浸在液体中的物体其上、下表面受到液体对它的压力不同,即F浮= F下-F上 。
5.决定浮力大小的因素:物体浸在液体中的 体积 越大,液体的 密度 越大,浮力就越大。
【名师点拨】 (1)浮力的大小等于物体上、下表面受到液体的压力差,当物体的下表面没有处在液体中时物体将不受到浮力。例如,深埋在河底的桥墩等。
(2)浮力的大小与物体浸入液体中的体积有关,与物体浸入液体中的深度无关。与物体的形状、质量、密度等因素无关。
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 它排开的液体所受到的重力 。
2.公式: F浮=G排 。公式推导:F浮=G排=m排g= ρ液gV排 。
3.适用性:阿基米德原理适用于液体和气体。
【实验一】探究浮力的大小与哪些因素有关
实验名称 有关考点 实验装置
探究浮力的大小与哪些因素有关 1.实验研究方法:控制变量法 2.物体所受的浮力大小:F浮=G-F。 3.探究浮力大小与物体浸没的深度的关系:控制物体浸在液体中的体积和液体密度不变,只改变物体浸没的深度。 4.探究浮力大小跟物体浸在液体中的体积的关系:控制液体密度不变(同种液体),只改变物体浸在液体中的体积。 5.探究浮力大小与液体密度的关系:控制物体浸在液体中的体积不变,只改变液体的密度。 实验器材:弹簧测力计、不同体积的柱状固体、烧杯、不同密度的液体
【示范题】如图所示是晓东和几个同学“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验装置和实验过程中弹簧测力计挂着同一圆柱体的示数。
基础点
(1)实验中,烧杯里的水要“适量”,水“适量”的标准是(D)
A.水的体积至少和圆柱体的体积一样
B.圆柱体一半的体积能浸在水中即可
C.圆柱体能够浸没在水中即可
D.圆柱体能全部浸没在水中,且圆柱体没接触到烧杯底部
(2)为了观察圆柱体逐渐放入水中时浮力的变化情况,弹簧测力计吊着圆柱体要匀速、缓慢向下放,使圆柱体处于 平衡 状态,圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是 2 N。
(3)分析图丙、丁可知,浮力大小跟物体浸没在水中的深度 无关 (选填“有关”或“无关”),但是晓东联想:在游泳池里,人越往下蹲感觉到水向上托自己的力越大,物体所受的浮力与物体浸入水中的深度有关,对该现象合理的解释是 在游泳池里,人越往下蹲排开水的体积越大,人受到的浮力越大 。
(4)分析 丁、戊 两图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关,密度越大,物体所受浮力也越 大 。
(5)换用不同的物体和液体进行多次测量,是为了使实验结论具有 普遍性 。
高分点
(6)圆柱体密度为 2.4×103 kg/m3,图戊中盐水密度为 1.2×103 kg/m3。
(7)实验完成后,晓东取下圆柱体,他发现竖直向上提着弹簧测力计拉环时,指针对准了“0.1 N”刻度线,则上题中算出的盐水密度相对真实值 仍准确 。
(8)为了研究“浮力的大小可能与物体的形状有关”,晓东用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图己所示的实验,由此晓东得出的结论是:浮力的大小与物体的形状 无 (选填“有”或“无”)关。
(9)另一组的小明做实验时,发现浮力的大小与深度有关,而且深度越深浮力越大,如图庚所示,老师肯定了他的实验,又带他做了一次实验,小明同学便恍然大悟。他在探究过程中存在的问题是 没有控制排开液体的体积相同 ;
老师的实验操作是: 把物体浸没液体中,改变深度观察测力计的示数是否不同 ;
(10)实验中由于握着测力计的手臂易晃动,导致测力计示数不稳定,读数困难。请你写出一种改进措施 将弹簧测力计固定在铁架台上,使圆柱体悬空在空烧杯中,向烧杯中逐渐加水 。
(11)小亮所在实验小组的同学将一圆柱体挂在弹簧测力计上并浸入水中,当圆柱体下表面与水面相平时,圆柱体开始缓慢下降(整个过程水未溢出)。
根据实验数据,绘制出如图所示的弹簧测力计的示数F与圆柱体下表面浸入水中的深度h的关系图象。则:
①圆柱体的重力为 6 N。
②圆柱体浸没在水中时所受浮力为 4 N。
③图象中 AB (选填“AB”或“BC”)段表明物体所受浮力的大小随其排开液体的体积的改变而改变。
④圆柱体由h1到h2的过程中,所受浮力 不变 ,其下表面所受水的压强 变大 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
【技法点拨】
(1)当物体浸没在水中时,V排=V物,物体密度ρ物=ρ水= ρ水
(2)当物体分别浸没在某种液体和水中时,V排水=V排液,液体密度ρ液=ρ水=
ρ水
【实验二】探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
实验名称 有关考点 实验装置
探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 1.测量物体所受的浮力的方法: (1)用弹簧测力计测量物体的重力G物。 (2)把物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出此时弹簧测力计的示数F。 (3)物体所受的浮力大小:F浮=G物-F。 2.测量物体排开液体所受的重力: (1)测出空桶的重力G桶。 (2)测出小桶和物体排开液体的总重力G总。 (3)物体排开液体的重力:G排=G总-G桶。 3.把物体放入溢水杯前,溢水杯内必须“装满水”,否则,物体排开的水无法全部被溢出。 【失分盲点】 如果先测量小桶和排开液体的总重力,再测量空桶的重力,造成所测排开液体的重力偏小。 实验器材:弹簧测力计、溢水杯、小水桶、物块
【示范题】如图所示是小芳同学利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材,探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。
基础点
(1)如图甲所示的四个实验步骤,合理的实验顺序是 DBAC(或BDAC) ;
(2)如图乙所示是小芳将小石块放入溢水杯前的情景,图中存在的错误是 溢水杯未注满水 ;
(3)纠正错误后,小芳把小石块轻放入盛满水的溢水杯中,并用小桶接住溢出的水,如图甲-A所示,则小石块受到的浮力大小为 1.4 N;
(4)小石块排开的水所受的重力可由图甲中 C、D (填代号)两个步骤测出;
(5)由以上步骤可初步得出结论:浸在水中的物体所受浮力的大小等于排开的水所受的重力大小;
高分点
(6)在如图甲-A步骤中,小芳不小心将小石块触碰到溢水杯底,则测得的浮力偏 大 ;
(7)另一实验小组小明同学在步骤甲-A的操作中,只将石块的一部分浸在水中,其他步骤操作正确,则 仍能 (选填“不能”或“仍能”)得出正确结论;
(8)如果小芳在实验过程中按DABC的顺序进行,则会导致 小石块重力 的测量结果偏 大 ,导致小石块所受浮力 大于 (选填“大于”“小于”或“等于”)排开水的重力。
(9)为了得到更普遍的结论,小芳继续进行的操作中不合理的是(A)
A.用原来的方案和器材多次测量取平均值
B.用原来的方案将水换成盐水进行实验
C.用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验
(10)小明进一步探究,他将木块放入某种液体中,发现木块浮在液面上,木块浸入水中的深度为h1,浸入未知液体的深度为h2,水的密度为ρ水,则该液体密度的表达式为 ρ液=ρ水 (用题中物理量符号表示);
(11)小明利用以上规律用一根铜丝和木棒制成简易的测量工具: 密度计 。
【重难点一】阿基米德原理的应用
【典题1】(2024·广州中考)潜水艇从海水高密度区驶入低密度区,急剧下降的过程称为“掉深”。如图,某潜水艇从a处驶入低密度海水区,“掉深”到b处。与a处相比,潜水艇在b处(A)
A.受到浮力大小变小 B.受到浮力大小变大
C.排开液体重力不变 D.排开液体重力变大
【技法点拨】
(1)“浸在液体里的物体”包含两种状态。
①物体全部浸没:V排=V物。
②物体的一部分浸入:V排(2)F浮=G排=ρ液gV排各物理量的理解。
①ρ液:液体密度(不是物体密度)。
②V排:排开液体的体积。
③F浮:浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关,而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。
【变式】把一块石头和一个西红柿同时放入水中,它们静止时西红柿漂在水面上,而石头沉入了水底,如图所示。石头和西红柿在水中受到的浮力的大小相比较(A)
A.石头受到的浮力更大些
B.西红柿受到的浮力更大些
C.石头和西红柿受到的浮力一样大
D.无法比较石头和西红柿受到的浮力大小
【重难点二】浮力的图象类问题
【典题2】如图所示是一个挂在弹簧测力计下的长方体金属块,当金属块从缓慢浸入水中开始直到浸没并继续下潜的过程中,假若水足够深,长方体金属块没有与容器底部接触。能正确反映弹簧测力计的示数F和金属块下表面到水面距离h关系的图象是(A)
【技法点拨】 解图象题的关键是看轴、看线、看点。
(1)看轴——看清纵轴、横轴代表的物理量。
(2)看线——根据浮力图象还原相应场景动态过程进行分析计算,入水之前知重力,入水之中有变化,入水之后(浸没)找体积。
(3)看点——“未浸全浸两示数”,即物体未浸入液体时弹簧测力计示数和物体完全浸入液体中的示数。
【变式】在图甲中,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,图乙是钢绳拉力随时间变化的图象,若不计水的阻力,则下面计算出的石料有关物理量错误的是(C)
A.石料的质量为250 kg
B.浸没水中后受到的浮力为1 000 N
C.石料的密度为1.5×103 kg/m3
D.当石料浸没水中后,所受浮力不变
【命题点一】 浮力及浮力的产生、阿基米德原理的应用
1.将同一长方体物块分别水平与竖直放置在水中,如图所示,它所受到的(A)
A.向上、向下压强差不等,向上、向下压力差相等
B.向上、向下压强差不等,向上、向下压力差不等
C.向上、向下压强差相等,向上、向下压力差不等
D.向上、向下压强差相等,向上、向下压力差相等
2.(2024·河南中考)宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧。如图为打捞过程示意图,先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起,再把船上的泥沙铲走,铁牛就被拉起,然后把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,就可将铁牛拖上岸。船在图中甲、乙、丙三个位置所受浮力分别为F甲、F乙、F丙,下列判断正确的是(B)
A.F甲=F乙=F丙 B.F甲>F乙>F丙
C.F甲=F乙>F丙 D.F甲3.(2024·上海中考)小浦用一个弹簧测力计竖直悬空拉着一个物体,此时弹簧测力计的示数为3.0 N。他将物体浸没在水中,弹簧测力计的示数变为2.0 N,则浮力的大小是 1.0 N,方向为竖直 向上 。若将物体继续向下移动,则弹簧测力计的示数大小 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
4.(2024·广东中考)如图所示,小球漂浮在水面,请在O点画出小球受到的重力G和浮力F的示意图。
答:
5.重为5 N的实心物体挂在弹簧测力计下,物体浸没在水中时,弹簧测力计的示数为3 N,此时物体受到的浮力为 2 N,物体的密度是 2.5×103 kg/m3。(g取10 N/kg)
【命题点二】探究影响浮力大小的因素
6.(2023·广东中考)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中;
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 量程 和分度值;调零时,弹簧测力计应在 竖直 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零;
(2)如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6 cm的长方体物块(可塑),测出重力,将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置时弹簧测力计的示数和深度h,请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图象;
答:
(3)分析图象可知:浸没前,h增加,F浮 变大 ;浸没后,h增加,F浮 不变 ;(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(4)若把此物块捏成高为6 cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象 不相同 (选填“相同”或“不相同”);
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 酒精(合理即可) 。
【命题点三】探究浮力的大小与排开液体所受的重力的关系
7.(2024·深圳一模)某同学利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶等器材验证阿基米德原理。
(1)实验中同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得溢出水所受的重力 偏小 (选填“偏大”或“偏小”);
(2)由实验可知:随着物体逐渐浸入水中,吊着物块的弹簧测力计示数将会 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”),可以判断物体所受浮力方向 竖直向上 ;
(3)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为 1 N,计算得到 排开的水的重力 的大小与浮力大小相等,从而验证阿基米德原理;
(4)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,通过比较F1-F3和 F1-F5 的大小关系,可得出结论“物块受到的浮力大小与液体密度有关”。
【命题点四】浮力图象题
8.在物理实验操作考试中,小马同学用弹簧测力计悬挂一个圆柱体物块,使物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示;然后匀速放下物块,此过程中弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水中的深度h的关系如图乙所示,弹簧测力计始终在水面上方,水未溢出。g取10 N/kg,水的密度是1.0×103 kg/m3。下列说法中正确的是(C)
A.物块受到的重力是10 N
B.物块完全浸没在水中受到的浮力是0.64 N
C.物块的密度为6 g/cm3
D.物块刚好浸没时,物块下表面受到水的压强是1.25×103 Pa
9.为进行浮力相关实验,小涛将力传感器固定在铁架台上,底面积为40 cm2的实心均匀圆柱体A通过轻质细线与力传感器相连,力传感器可测量细线拉力的大小。重3 N底面积100 cm2的薄壁柱形溢水杯B放在水平升降台上,装有23 cm深的水,如图甲所示。从某时刻开始让升降台上升使A逐渐浸入水中,力传感器所测力的大小与升降台上升高度h的关系如图乙所示。当升降台上升高度为8 cm时,水对A下表面的压强为500 Pa。不计细线的伸缩,A始终保持竖直,且不吸水。
完成下列问题:
(1)求A的质量;
(2)求图乙中F1的大小;
(3)当A浸没入水中后剪断细线,升降台和A都静止时,求溢水杯对升降台的压强。
解:(1)当升降台上升的高度小于5 cm时,A对力传感器的拉力等于A的重力,由图乙可知,力传感器所测的拉力F拉=12 N,所以A的重力为GA=F拉=12 N,A的质量为m===1.2 kg;
(2)当升降台上升8 cm时,水对A下表面的压强为500 Pa,
由p=ρgh可知,此时A浸在水中的深度为h===0.05 m
A排开水的体积为V排=SAh=40×10-4 m2×0.05 m=2×10-4 m3
A受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2×10-4 m3=2 N
升降台上升高度为8 cm时,A受到的浮力为2 N,所以F1=GA-F浮=12 N-2 N=10 N
(3)当升降台上升5 cm时,乙图象第一次出现拐点,说明A开始浸入水中;当升降台上升8 cm时,乙图象第二次出现拐点,说明溢水杯中的水溢满;在从5 cm上升到8 cm的过程中,升降台上升了3 cm,A浸入水中5 cm,说明液面上升了2 cm至溢水口,B中水的深度为H=23 cm+2 cm=25 cm
此时A浸入水中的体积为V浸=V排=2×10-4 m3
当升降台从8 cm上升至18 cm的过程中,水溢出,升降台上升的距离等于A浸入的深度,为h2=18 cm-8 cm=10 cm
该过程排开水的体积为V排2=SA×h2=40 cm2×10 cm=400 cm3
B中剩余水的体积为V剩=V-V排2=SBh0-V排2=100 cm2×23 cm-400 cm3=1 900 cm3
当升降台上升到18 cm后,拉力不再变化,说明A浸没不再排开水,B中最终剩余水的体积为1 900 cm3,剩余水的重力为G剩水=ρ水gV剩=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×
1 900×10-6 m3=19 N
剪断细线后,A全部浸没在水中,溢水杯对升降台的压力为F=G剩水+GB+GA=
19 N+3 N+12 N=34 N
溢水杯对升降台的压强为p===3 400 Pa。
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第1课时 浮力 阿基米德原理
1.通过实验,认识浮力。
2.探究并了解浮力大小与哪些因素有关。
3.知道阿基米德原理。
一、浮力
1.定义:浸在液体或气体中的物体受到的 的力。
2.方向: 。
3.称量法:
(1)用弹簧测力计测物体所受的重力G。
(2)将物体悬挂于弹簧测力计下,读出浸在液体中时弹簧测力计的示数F。
(3)物体受到的浮力F浮= 。
4.产生原因:浸在液体中的物体其上、下表面受到液体对它的压力不同,即F浮= 。
5.决定浮力大小的因素:物体浸在液体中的 越大,液体的 越大,浮力就越大。
【名师点拨】 (1)浮力的大小等于物体上、下表面受到液体的压力差,当物体的下表面没有处在液体中时物体将不受到浮力。例如,深埋在河底的桥墩等。
(2)浮力的大小与物体浸入液体中的体积有关,与物体浸入液体中的深度无关。与物体的形状、质量、密度等因素无关。
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 。
2.公式: 。公式推导:F浮=G排=m排g= 。
3.适用性:阿基米德原理适用于液体和气体。
【实验一】探究浮力的大小与哪些因素有关
实验名称 有关考点 实验装置
探究浮力的大小与哪些因素有关 1.实验研究方法:控制变量法 2.物体所受的浮力大小:F浮=G-F。 3.探究浮力大小与物体浸没的深度的关系:控制物体浸在液体中的体积和液体密度不变,只改变物体浸没的深度。 4.探究浮力大小跟物体浸在液体中的体积的关系:控制液体密度不变(同种液体),只改变物体浸在液体中的体积。 5.探究浮力大小与液体密度的关系:控制物体浸在液体中的体积不变,只改变液体的密度。 实验器材:弹簧测力计、不同体积的柱状固体、烧杯、不同密度的液体
【示范题】如图所示是晓东和几个同学“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验装置和实验过程中弹簧测力计挂着同一圆柱体的示数。
基础点
(1)实验中,烧杯里的水要“适量”,水“适量”的标准是( )
A.水的体积至少和圆柱体的体积一样
B.圆柱体一半的体积能浸在水中即可
C.圆柱体能够浸没在水中即可
D.圆柱体能全部浸没在水中,且圆柱体没接触到烧杯底部
(2)为了观察圆柱体逐渐放入水中时浮力的变化情况,弹簧测力计吊着圆柱体要匀速、缓慢向下放,使圆柱体处于 状态,圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是 N。
(3)分析图丙、丁可知,浮力大小跟物体浸没在水中的深度 (选填“有关”或“无关”),但是晓东联想:在游泳池里,人越往下蹲感觉到水向上托自己的力越大,物体所受的浮力与物体浸入水中的深度有关,对该现象合理的解释是 。
(4)分析 两图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关,密度越大,物体所受浮力也越 。
(5)换用不同的物体和液体进行多次测量,是为了使实验结论具有 。
高分点
(6)圆柱体密度为 kg/m3,图戊中盐水密度为 kg/m3。
(7)实验完成后,晓东取下圆柱体,他发现竖直向上提着弹簧测力计拉环时,指针对准了“0.1 N”刻度线,则上题中算出的盐水密度相对真实值 。
(8)为了研究“浮力的大小可能与物体的形状有关”,晓东用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图己所示的实验,由此晓东得出的结论是:浮力的大小与物体的形状 (选填“有”或“无”)关。
(9)另一组的小明做实验时,发现浮力的大小与深度有关,而且深度越深浮力越大,如图庚所示,老师肯定了他的实验,又带他做了一次实验,小明同学便恍然大悟。他在探究过程中存在的问题是 ;
老师的实验操作是: ;
(10)实验中由于握着测力计的手臂易晃动,导致测力计示数不稳定,读数困难。请你写出一种改进措施 。
(11)小亮所在实验小组的同学将一圆柱体挂在弹簧测力计上并浸入水中,当圆柱体下表面与水面相平时,圆柱体开始缓慢下降(整个过程水未溢出)。
根据实验数据,绘制出如图所示的弹簧测力计的示数F与圆柱体下表面浸入水中的深度h的关系图象。则:
①圆柱体的重力为 N。
②圆柱体浸没在水中时所受浮力为 N。
③图象中 (选填“AB”或“BC”)段表明物体所受浮力的大小随其排开液体的体积的改变而改变。
④圆柱体由h1到h2的过程中,所受浮力 ,其下表面所受水的压强 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
【技法点拨】
(1)当物体浸没在水中时,V排=V物,物体密度ρ物=ρ水= ρ水
(2)当物体分别浸没在某种液体和水中时,V排水=V排液,液体密度ρ液=ρ水=
ρ水
【实验二】探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
实验名称 有关考点 实验装置
探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 1.测量物体所受的浮力的方法: (1)用弹簧测力计测量物体的重力G物。 (2)把物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出此时弹簧测力计的示数F。 (3)物体所受的浮力大小:F浮=G物-F。 2.测量物体排开液体所受的重力: (1)测出空桶的重力G桶。 (2)测出小桶和物体排开液体的总重力G总。 (3)物体排开液体的重力:G排=G总-G桶。 3.把物体放入溢水杯前,溢水杯内必须“装满水”,否则,物体排开的水无法全部被溢出。 【失分盲点】 如果先测量小桶和排开液体的总重力,再测量空桶的重力,造成所测排开液体的重力偏小。 实验器材:弹簧测力计、溢水杯、小水桶、物块
【示范题】如图所示是小芳同学利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材,探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。
基础点
(1)如图甲所示的四个实验步骤,合理的实验顺序是 ;
(2)如图乙所示是小芳将小石块放入溢水杯前的情景,图中存在的错误是 ;
(3)纠正错误后,小芳把小石块轻放入盛满水的溢水杯中,并用小桶接住溢出的水,如图甲-A所示,则小石块受到的浮力大小为 N;
(4)小石块排开的水所受的重力可由图甲中 (填代号)两个步骤测出;
(5)由以上步骤可初步得出结论:浸在水中的物体所受浮力的大小等于 ;
高分点
(6)在如图甲-A步骤中,小芳不小心将小石块触碰到溢水杯底,则测得的浮力偏 ;
(7)另一实验小组小明同学在步骤甲-A的操作中,只将石块的一部分浸在水中,其他步骤操作正确,则 (选填“不能”或“仍能”)得出正确结论;
(8)如果小芳在实验过程中按DABC的顺序进行,则会导致 的测量结果偏 ,导致小石块所受浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)排开水的重力。
(9)为了得到更普遍的结论,小芳继续进行的操作中不合理的是( )
A.用原来的方案和器材多次测量取平均值
B.用原来的方案将水换成盐水进行实验
C.用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验
(10)小明进一步探究,他将木块放入某种液体中,发现木块浮在液面上,木块浸入水中的深度为h1,浸入未知液体的深度为h2,水的密度为ρ水,则该液体密度的表达式为 (用题中物理量符号表示);
(11)小明利用以上规律用一根铜丝和木棒制成简易的测量工具: 。
【重难点一】阿基米德原理的应用
【典题1】(2024·广州中考)潜水艇从海水高密度区驶入低密度区,急剧下降的过程称为“掉深”。如图,某潜水艇从a处驶入低密度海水区,“掉深”到b处。与a处相比,潜水艇在b处( )
A.受到浮力大小变小 B.受到浮力大小变大
C.排开液体重力不变 D.排开液体重力变大
【技法点拨】
(1)“浸在液体里的物体”包含两种状态。
①物体全部浸没:V排=V物。
②物体的一部分浸入:V排(2)F浮=G排=ρ液gV排各物理量的理解。
①ρ液:液体密度(不是物体密度)。
②V排:排开液体的体积。
③F浮:浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关,而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关。
【变式】把一块石头和一个西红柿同时放入水中,它们静止时西红柿漂在水面上,而石头沉入了水底,如图所示。石头和西红柿在水中受到的浮力的大小相比较( )
A.石头受到的浮力更大些
B.西红柿受到的浮力更大些
C.石头和西红柿受到的浮力一样大
D.无法比较石头和西红柿受到的浮力大小
【重难点二】浮力的图象类问题
【典题2】如图所示是一个挂在弹簧测力计下的长方体金属块,当金属块从缓慢浸入水中开始直到浸没并继续下潜的过程中,假若水足够深,长方体金属块没有与容器底部接触。能正确反映弹簧测力计的示数F和金属块下表面到水面距离h关系的图象是( )
【技法点拨】 解图象题的关键是看轴、看线、看点。
(1)看轴——看清纵轴、横轴代表的物理量。
(2)看线——根据浮力图象还原相应场景动态过程进行分析计算,入水之前知重力,入水之中有变化,入水之后(浸没)找体积。
(3)看点——“未浸全浸两示数”,即物体未浸入液体时弹簧测力计示数和物体完全浸入液体中的示数。
【变式】在图甲中,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,图乙是钢绳拉力随时间变化的图象,若不计水的阻力,则下面计算出的石料有关物理量错误的是( )
A.石料的质量为250 kg
B.浸没水中后受到的浮力为1 000 N
C.石料的密度为1.5×103 kg/m3
D.当石料浸没水中后,所受浮力不变
【命题点一】 浮力及浮力的产生、阿基米德原理的应用
1.将同一长方体物块分别水平与竖直放置在水中,如图所示,它所受到的( )
A.向上、向下压强差不等,向上、向下压力差相等
B.向上、向下压强差不等,向上、向下压力差不等
C.向上、向下压强差相等,向上、向下压力差不等
D.向上、向下压强差相等,向上、向下压力差相等
2.(2024·河南中考)宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧。如图为打捞过程示意图,先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起,再把船上的泥沙铲走,铁牛就被拉起,然后把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,就可将铁牛拖上岸。船在图中甲、乙、丙三个位置所受浮力分别为F甲、F乙、F丙,下列判断正确的是( )
A.F甲=F乙=F丙 B.F甲>F乙>F丙
C.F甲=F乙>F丙 D.F甲3.(2024·上海中考)小浦用一个弹簧测力计竖直悬空拉着一个物体,此时弹簧测力计的示数为3.0 N。他将物体浸没在水中,弹簧测力计的示数变为2.0 N,则浮力的大小是 N,方向为竖直 。若将物体继续向下移动,则弹簧测力计的示数大小 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
4.(2024·广东中考)如图所示,小球漂浮在水面,请在O点画出小球受到的重力G和浮力F的示意图。
5.重为5 N的实心物体挂在弹簧测力计下,物体浸没在水中时,弹簧测力计的示数为3 N,此时物体受到的浮力为 N,物体的密度是 kg/m3。(g取10 N/kg)
【命题点二】探究影响浮力大小的因素
6.(2023·广东中考)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中;
(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值;调零时,弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零;
(2)如图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6 cm的长方体物块(可塑),测出重力,将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置时弹簧测力计的示数和深度h,请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图象;
(3)分析图象可知:浸没前,h增加,F浮 ;浸没后,h增加,F浮 ;(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(4)若把此物块捏成高为6 cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图象 (选填“相同”或“不相同”);
(5)若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 。
【命题点三】探究浮力的大小与排开液体所受的重力的关系
7.(2024·深圳一模)某同学利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶等器材验证阿基米德原理。
(1)实验中同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得溢出水所受的重力 (选填“偏大”或“偏小”);
(2)由实验可知:随着物体逐渐浸入水中,吊着物块的弹簧测力计示数将会 (选填“变大”“变小”或“不变”),可以判断物体所受浮力方向 ;
(3)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为 N,计算得到 的大小与浮力大小相等,从而验证阿基米德原理;
(4)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,通过比较F1-F3和 的大小关系,可得出结论“物块受到的浮力大小与液体密度有关”。
【命题点四】浮力图象题
8.在物理实验操作考试中,小马同学用弹簧测力计悬挂一个圆柱体物块,使物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示;然后匀速放下物块,此过程中弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水中的深度h的关系如图乙所示,弹簧测力计始终在水面上方,水未溢出。g取10 N/kg,水的密度是1.0×103 kg/m3。下列说法中正确的是( )
A.物块受到的重力是10 N
B.物块完全浸没在水中受到的浮力是0.64 N
C.物块的密度为6 g/cm3
D.物块刚好浸没时,物块下表面受到水的压强是1.25×103 Pa
9.为进行浮力相关实验,小涛将力传感器固定在铁架台上,底面积为40 cm2的实心均匀圆柱体A通过轻质细线与力传感器相连,力传感器可测量细线拉力的大小。重3 N底面积100 cm2的薄壁柱形溢水杯B放在水平升降台上,装有23 cm深的水,如图甲所示。从某时刻开始让升降台上升使A逐渐浸入水中,力传感器所测力的大小与升降台上升高度h的关系如图乙所示。当升降台上升高度为8 cm时,水对A下表面的压强为500 Pa。不计细线的伸缩,A始终保持竖直,且不吸水。
完成下列问题:
(1)求A的质量;
(2)求图乙中F1的大小;
(3)当A浸没入水中后剪断细线,升降台和A都静止时,求溢水杯对升降台的压强。
