(共23张PPT)
1 在流体中运动
第10章 流体的力现象
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知识要点
批判质疑
教材素材
一、鸟儿是怎样翱翔的
1.鸟翼的特点: 。
2.升力的产生:水平的气流能使鸟翼获得向上的 。
二、伯努利原理
1.内容:对于流动的液体和气体,在流速大的地方压强 ,流速小的地方压强 。
知识要点
上凸下凹
升力
小
大
2.解释升力产生的原因: 鸟在空中翱翔,空气沿着鸟翼流过,由于鸟
翼的特殊造型,使通过鸟翼上方的空气流速比鸟翼下方的空气流速
一些,于是鸟翼上方的空气压强 鸟翼下方的空气压强,这个 就使鸟翼获得了升力;当升力跟鸟所受的重力相平衡时,鸟便能翱翔在蓝天了。
大
小于
压强差
教材素材
1.(课后T3改编)如图所示,把长10 cm左右的饮料吸管A插在盛水的杯子中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端。往B管中轻轻吹气,则A管中水面将会 (选填“上升”“不变”或“降低”)。这个实验可以说明,流体的流速越大,压强越 (选填“大”或“小”)。
上升
小
2.(课后T4改编)草原犬鼠是大草原上常见的小动物,如图所示,它挖的洞有多个洞口,一些洞口比较平整,一些洞口则由圆锥形土堆围成。当风从洞口吹过时,由圆锥形土堆围成的洞口处空气流速 ,压强
,较平整的洞口处空气流速 ,压强 ,这样,洞穴内的空气在气压差作用下会自然流动,从而改善洞穴内的通风状况。
大
小
小
大
批判质疑
1.鸟飞行时,空气对鸟翼向上的力是升力,其实也是浮力。( )
2.流体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。( )
3.鸟飞行时,空气对鸟翼向上的升力,其实质上是鸟翼上方和下方空气流速不同,而产生的一个向上的压力差。( )
×
√
√
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基础巩固练
能力提升练
拔高拓展练
易错易混练
1.科学思维(2024石家庄期末)如图所示,“龙吸水”是一种神奇的自然现象。“龙吸水”是龙卷风,是高速旋转的气流,它能“吸”起水的原因是( )
A.龙卷风内部流速大、压强大
B.龙卷风内部流速小、压强小
C.龙卷风内部流速小、压强大
D.龙卷风内部流速大、压强小
流体压强与流速的关系
基础巩固练
D
2.如图所示,下列关于漏斗下的乒乓球不会落下的解释中,正确的是
( )
A.向下吹气,此时乒乓球上方的气压大于下方
B.向上吸气,此时乒乓球下方的气压小于上方
C.无论吸气还是吹气,乒乓球上方的气压总是小于下方
D.无论吸气还是吹气,乒乓球上方的气压总是大于下方
C
3.物理学与日常生活(2024重庆)乘客在高铁站台要站在白色安全线
内,是因为高铁列车进站时带动空气,使靠近列车一侧的空气流速变
,压强变 ,压强差会给乘客带来危险。
大
小
4.为了探究气体流动时压强大小的特点,小王将两纸片靠拢,纸片下端自然下垂,如图a所示。然后他向两纸片中间慢速吹气,实验现象如图b所示,接着他快速吹气,实验现象如图c所示。
(1)分析比较图 可知,气体流动时,压强会变小。
(2)分析比较图b、c可知, 。
a、b(或a、c)
气体流速越大,压强越小;气体流速越小,压强越大
升力
5.用水平风吹如图所示的四个模型,其中能使模型受到向上的升力的是( )
A B C D
C
6.(2024保定月考)如图所示为飞机机翼的截面图,机翼的上表面弯曲,下表面平直,飞机飞行时,机翼上方的空气流速 ,压强 ,机翼下方的空气流速 ,压强 ,因此机翼上、下表面受到的压力F1 (选填“<”或“>”)F2,这就是飞机产生升力的原因。
大
小
小
大
<
忽略液体流动时也遵循流体压强与流速的关系
7.如图所示,水平放置的H形容器,右侧装有植物油,左侧可能装有水或酒精,中间用一个可以无摩擦移动的活塞密封,活塞处于静止状态,则左侧可能装有哪种液体 若想让活塞向左侧移动,可以在什么位置水平吹气 (ρ水>ρ植物油>ρ酒精)( )
A.水,a处 B.水,b处
C.酒精,a处 D.酒精,b处
C
易错易混练
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8.我们经常看到这样的现象,在无风的天气,汽车在马路上快速驶过以后,马路两边的树叶会随风飘动,如图所示,汽车向左行驶,马路两边的树叶将会( )
A.向A方向飘动
B.向B方向飘动
C.向C方向飘动
D.条件不足,无法判断
A
9.新考法用一张普通的A4纸折叠成一个纸房子放置在水平桌面上,该纸房子前后端开口,如图所示,如果从纸房子的前端开口处向房子里快速吹气,纸房子就会向下坍塌,这是因为( )
A.流速大的地方压强小
B.流速小的地方压强小
C.流速大的地方压强大
D.以上说法都不正确
A
10.(2024自贡)下列各项能够用流体压强与流速关系说明的是( )
A.拦河坝设计成上窄下宽 B.向下吹气,乒乓球不下落
C.用吸盘搬运玻璃 D.用吸管喝饮料
B
11.(2024菏泽期中)飞机在设计、制造的过程中,要进行风洞实验,如图所示。无风时,托盘测力计示数为15 N,当迎面吹着飞机的风速达到20 m/s时,托盘测力计的示数会减小,出现这种现象的原因是
。
流体中
流速越大的地方,压强越小
12.物理学与日常生活观察图甲中车的外形,行驶时由于车的上下表面空气流动速度不同,车对地面的压力会 (选填“变大”“不变”或“变小”),容易导致汽车失控,为了减小上述意外情况的发生,有些跑车为了提高“抓地力”,在车尾安装了一种“气流偏导器”,其外形应选用图乙中的 (选填“A”或“B”)形状。
甲 乙
变小
B
13.物理观念足球运动员通过使球旋转让球沿各种弧线运动。这是因为球旋转时,在球的转动方向与前进方向相同的一侧,空气相对于球的流速 (选填“大”或“小”),压强 (选填“大”或“小”);在另一侧则相反。球两侧的压力差使球的运动轨迹 (选填“改变”或“不改变”),形成所谓的“香蕉球”。
小
大
改变
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14.科学思维兴趣小组用如图所示装置研究压强与流速的关系,将吹风机对准喇叭管上端管口向下吹风,在三个水平粗细相同的玻璃管右端口处同时释放相同规格的乒乓球,最先到达玻璃管左端的小球是( )
A.A球 B.B球
C.C球 D.同时到达
A
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2 认识浮力
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知识要点
批判质疑
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一、浮力的概念
1.定义:一切浸入流体中的物体,都受到流体对它 的力,这个力叫作浮力。
2.方向: 。
3.施力物体: 。
知识要点
向上
竖直向上
流体
二、浮力产生的原因
1.液体对浸入其中的物体的四周都有压强。液体内部的压强随深度的增加而 ,因此物体受到的 的压力要比其受到的向下的压力 。这些压力的总效果,就形成了一个作用于这个物体的 的力,即浮力。
2.浮力等于液体对物体 的压力差。如果物体在液体中不受液体对它向上的压力,则此时物体就不受浮力。如河水里的桥墩、楔入水底的木桩等。
增大
向上
大
向上
向上和向下
三、测量浮力
在弹簧测力计的挂钩上悬挂一个重物,读出弹簧测力计示数F1;把重物浸入水中,再读出弹簧测力计的示数F2,则重物受到的浮力 。
F浮=F1-F2
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1.(课后T1改编)关于浮力,下列说法正确的是( )
A.浸在气体中的物体不受浮力
B.伫立在河中的桥墩受到浮力的作用
C.浮力方向是竖直向上的
D.在液体中上升的物体受浮力,下沉的物体不受浮力
C
2.(课后“家庭实验室”改编)在探究浮力产生的原因时,做了如图所示的两个实验:把两端蒙上绷紧程度相同的橡皮膜的玻璃筒浸没在水中,当玻璃筒沿不同方向放置时,玻璃筒两侧的橡皮膜可能在水中处于不同深度。图甲说明 。图乙说明
,由此产生了一个对玻璃筒向 的浮力,所以浮力大小等于玻璃筒在水中受到的 。
相同深度处橡皮膜受到液体的压力相同
甲 乙
体中的不同深度,橡皮膜受到的压力不等,深度越大,压力越大
上
压力差
同种液
批判质疑
1.漂浮的物体受浮力,沉底的物体不受浮力。( )
2.浮力是液体对物体向上的压力。( )
3.浸在液体中的物体都会受到液体向上的浮力。( )
4.浸在液体中的物体,上浮时受到浮力,下沉时不受浮力。( )
×
×
×
×
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易错易混练
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1.(2024东明期末)下列物体不受浮力作用的是( )
A.太空中的卫星 B.水中的潜艇
C.空中的飞艇 D.水面上的树叶
2.(2024沧州月考)下列关于浮力的说法正确的是( )
A.浮力都是由水产生的
B.在不同的液体中,浮力的方向会不同
C.只有固体才能受到浮力的作用
D.浮力的方向与重力的方向相反
浮力的概念
基础巩固练
A
D
3.(2024云南)如图所示,木块静止在水面上,请作出木块所受浮力的示意图。
答案:如图所示
浮力产生的原因
4.(2024承德月考)探究浮力实验时,小青将重为6 N的长方体铝块浸在水中,如图所示,铝块上表面刚好与水面相平,此时弹簧测力计示数为2.8 N,长方体铝块下表面受水的压力为( )
A.8.8 N B.2.8 N C.3.2 N D.6 N
C
5.如图所示,将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球 (选填“会”或“不会”)浮起来;再用瓶盖将瓶口堵住,过一会儿,观察到乒乓球将
。该实验说明,浮力产生的原因是液体对物体上、下表面的
。
不会
上浮
压力差
测量浮力
6.用弹簧测力计悬挂重10 N的金属块,并将其浸入水中,弹簧测力计的示数变为3 N。此时金属块所受浮力的大小和方向是( )
A.7 N,竖直向上 B.10 N,竖直向下
C.3 N,竖直向下 D.3 N,竖直向上
A
7.如图甲所示为石块在空气中时弹簧测力计的示数,即石块重力为
N;如图乙所示为石块浸没在水中时弹簧测力计的示数,为
N,石块受到的浮力为 N。
2.6
2
0.6
误认为在液体中的物体一定会受到浮力的作用
8.(2024邢台期末)如图所示,a、b是能自由移动的物体,c、d是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,这下列说法正确的是( )
A.只有物体a受到浮力作用
B.只有物体a、b受到浮力作用
C.只有物体a、b和c部分受到浮力作用
D.只有物体a、b和d部分受到浮力作用
D
易错易混练
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9.如图所示,一个塑料小球堵在一个水池的出口处,水无法排出,则该小球( )
A.不受水的浮力,也不受水对它的压力
B.受水的浮力,也受水对它的压力
C.不受水的浮力,但受水对它的压力
D.受到水的浮力,但浮力很小
C
10.(2024张家口月考)如图所示,将完全相同的两个长方体分别水平与竖直浸没在水中。下列说法正确的是( )
A.两个长方体上、下表面压强差不等,上、下表面压力差不等
B.两个长方体上、下表面压强差不等,上、下表面压力差相等
C.水平浸没的长方体,浸在水中的深度增加,则上、下表面压力差增加
D.两个长方体左、右侧面压强差相等,左、右侧面压力差不等
B
11.两个物体分别挂在弹簧测力计上,将它们同时浸没在水中,发现两弹簧测力计的示数的减小值相等。由此可以判断( )
A.两个物体所受重力相等
B.两个物体在水中受到的浮力相等
C.浸没在水面下时,两弹簧测力计的示数相等
D.两个物体一定处在水中相同的深度
B
12.(2024菏泽期中)如图所示,用细绳将一物体系在容器底部,若物体所受浮力为10 N,上表面受到水向下的压力为4 N,则物体下表面受到水向上的压力为( )
A.14 N B.10 N C.6 N D.4 N
A
13.将无盖的饮料瓶底部剪掉,做成一个大“漏斗”。把乒乓球放入“漏斗”中,向“漏斗”内加水,则下列关于乒乓球受力及运动情况的说法正确的是( )
A.向上浮起
B.与“漏斗”壁间压力变大
C.与加水前没什么变化
D.无法判断
B
14.如图甲所示是一个上、下两端开口的玻璃管,在上、下开口处分别蒙上了绷紧程度相同的橡皮膜,将此装置竖直置于图乙的水中静止。
甲 乙
(1)通过观察 (选填“上”或“下”)面橡皮膜的形变可知,液体内部存在向上的压强。
(2)此情景中支持浮力产生原因的现象是
。
下
下方橡皮膜的形变程度大于上方
橡皮膜的形变程度
15.如图所示,用细杆将重为3 N的正方体小木块压入水中并保持静止,此木块上表面受到水的压力为7 N,下表面受到水的压力为15 N,则木块受到浮力大小是 N,细杆对木块的力大小是 N。
16.将重为14.7 N的物体挂在弹簧测力计下方,并缓慢浸入水中直至
浸没(不触底),弹簧测力计的示数变化了9.8 N,则物体受到的浮力为
N;浮力与重力的合力大小为 N,方向 。
8
5
9.8
4.9
竖直向下
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第10章 流体的力现象
全章真题演练
流体压强与流速的关系
1.(2024苏州)下列现象不能用流体压强与流速的关系来解释的是( )
A.吹气时纸条向上 B.用吸管喝水
C.将硬币吹进盘中 D.吹气时乒乓球不掉
B
2.(2023营口)把饮料吸管A插在盛水的杯子中,另一根吸管B的管口贴紧在A管的上端,往B管中吹气。
(1)A管中的水面如何变化
答案:(1)当用B管用力吹气时,A管上端空气流速变大,因为流速大的地方压强小,所以A管上端压强变小,下端大气压没有变化,从而形成了向上的压强差,因此A管中的水面会上升。
(2)固定翼飞机飞行时,机翼上产生升力的原因与之相同。请用所学物理知识解释产生升力的原因,并画出机翼横截面的大致形状。
答案:(2)飞机的机翼上凸下平,飞机前进时,在相同时间内,空气经过上方的路程长、速度大;经过下方的路程短、速度小。上方空气流速越大,压强越小;下方空气流速越小,压强越大,这样机翼上、下表面就存在了压强差,因而有压力差,这就是产生升力的原因。机翼横截面的大致形状如图所示。
浮力基础问题分析
3.(2024河南)宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧。如图所示为打捞过程示意图,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、丙三个位置船所受浮力为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B
4.(2024凉山)如图所示,两个完全相同的小球,分别漂浮在装有一定酒精和水的容器中(ρ水>ρ酒),小球的质量为6 g,体积为10 cm3,下列描述正确的是( )
A.小球的密度为6×103 kg/m3
B.小球排开水的质量等于排开酒精的质量
C.用力将乙容器中的小球向下压的过程中,小球受到的浮力不变
D.将酒精注入乙容器中(不溢出液体),小球浸入液体的体积不变
B
5.(2023益阳)某一木块的体积为100 cm3,所受的重力为0.8 N。漂浮在水面上静止时木块受到的浮力为 N。用手将木块压住使它浸没在水中,木块受到的浮力为 N。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
0.8
1
物体的浮沉条件及其应用
6.(多选题)(2023辽宁)两个烧杯内分别盛有甲、乙两种液体,将瓶口扎有橡皮膜的同一小瓶,分别放入甲、乙液体中,均处于悬浮状态且开口朝下,小瓶在甲液体中橡皮膜的凹陷程度较大,如图所示。轻触乙液体中的小瓶使其下沉。下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度比乙液体的密度大
B.悬浮时,小瓶在甲液体中受到的浮力比在乙液体中受到的浮力小
C.下沉过程中,橡皮膜所受液体压强不变
D.下沉过程中,小瓶所受浮力变小
AD
7.(2024贵州)泡茶时可以欣赏到茶叶在水中浮沉“起舞”。如图所示,冲泡茶叶时,部分茶叶表面附着气泡使其排开水的体积增大,由于浮力大于重力而 ;茶叶充分吸水后由于其密度 水的密度而下沉。
上浮
大于
8.(2024广安)如图甲所示,足够高的圆柱形薄壁容器内装有适量的水放在水平桌面上。现将一个质量为2 kg、底面积为100 cm2的均匀长
方体竖直放入容器中,受到容器的支持力为4 N,此时物体所受浮力为
N。若再加入适量的水使长方体刚好漂浮,如图乙所示,则此时水面的高度与图甲相比增加了 cm。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
16
4
实验探究:探究浮力大小与哪些因素有关
9.(2024菏泽)物理学习小组在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用同一金属块依次进行如下步骤的操作:
(1)步骤A中金属块受到的重力为 N。
(2)步骤B中金属块受到的浮力为 N。
2.6
0.4
(3)分析 三个步骤数据,初步可以得出浮力大小与液体密度有关。
(4)若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,弹簧测力计的示数 (选填“大于”“小于”或“等于”)1.6 N。
(5)结合已学知识,根据步骤A、C,计算出金属块的体积为 m3。
(ρ水=1.0×103 kg/m2,g取10 N/kg)
ACD
大于
1×10-4
有关浮力的综合计算
甲 乙 丙
(1)图乙中木块所受的浮力。
(2)木块的体积。
解析:(1)由图甲可知,木块受到的重力G=3 N,因为图乙中木块漂浮,所以木块受到的浮力F浮=G=3 N。
答案:(1)3 N (2)5×10-4 m3
答案:(3)0.6×103 kg/m3 (4)2 N
(3)木块的密度。
(4)图丙中F的大小。
(4)图丙中木块浸没时排开水的体积V排1=V木=5×10-4 m3,
受到的浮力F浮1=ρ水gV排1=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5×10-4 m3=5 N,
此时木块受力平衡,则有F=F浮1-G=5 N-3 N=2 N。
11.(2024泸州)钓鱼是一项户外运动。如图甲所示是钓鱼常用的一种钓具,其主要由鱼钩、铅坠、浮漂(7颗相同浮子)构成,该钓具各部分参数如表所示。假如垂钓时,浸没在水面下的浮子处于同一竖直线上,漂浮在水面上的浮子处于同一水平线上,为浮子的理想状态(忽略鱼线弯曲造成的影响,即不计漂浮浮子与浸没浮子之间的相互作用)。如图乙所示,某钓鱼爱好者在鱼塘垂钓时,鱼饵的质量为1.5×10-3 kg,体积为1×10-6 m3,沉到水底后未与塘底紧密接触,有4颗浮子浸没在水下、有3颗浮子漂浮在水面上,且浮子处于理想状态。ρ水=1.0×103 kg/m3,
g取10 N/kg,则:
甲 乙
名称 1颗浮子 铅坠 鱼钩 鱼线
质量m/kg 4×10-4 9×10-4 4×10-4 不计
体积V/m3 8×10-7 1×10-7 不计 不计
(1)浸没在水中的4颗浮子受到的总浮力为多大
解析:(1)由表格可知1颗浮子的体积V=8×10-7 m3,则浸没在水中的1颗浮子排开水的体积V排=V=8×10-7 m3,
浸没在水中的1颗浮子受到的浮力F浮子=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×
10 N/kg×8×10-7 m3=0.008 N,
4颗浮子受到的总浮力F浮子4=4F浮子=4×0.008 N=0.032 N。
答案:(1)0.032 N
(2)当鱼饵静止在水平塘底时,鱼饵受到的支持力为多大
解析:(2)浮子、铅坠、鱼钩和鱼饵整体处于平衡状态,它们受到的浮力、重力和支持力的合力为0,
浸没时铅坠排开水的体积V排铅=V铅坠=1×10-7 m3,
铅坠受到的浮力F浮铅=ρ水gV排铅=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-7 m3
=0.001 N,
鱼饵排开水的体积V排饵=V鱼饵=1×10-6 m3,
鱼饵受到的浮力F浮饵=ρ水gV排饵=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-6 m3
=0.01 N,
根据力的平衡关系可得F浮子4+F浮铅+F浮饵+F支=G浮子4+G浮铅+G浮饵+G鱼钩,
即F浮子4+F浮铅+F浮饵+F支=(m浮子4+m浮铅+m浮饵+m鱼钩)g,
代入数据可得0.032 N+0.001 N+0.01 N+F支=(4×4×10-4 kg+9×
10-4 kg+1.5×10-3 kg+4×10-4 kg)×10 N/kg,
解得鱼饵受到的支持力F支=0.001 N。
答案:(2)0.001 N
(3)当鱼饵被全部吃掉,而鱼未上钩,稳定后,浮子仍处于理想状态,水面下浸没的浮子有多少颗
解析:(3)当鱼饵被全部吃掉,而鱼未上钩,稳定后,浮子、铅坠和鱼钩处于悬浮状态,设浸没在水下浮子的个数为n,根据力的平衡关系可得nF浮子+F浮铅=nG浮子+G浮铅+G鱼钩,即n×0.008 N+0.001 N=(n×4×10-4 kg
+9×10-4 kg+4×10-4 kg)×10 N/kg,
解得水面下浸没的浮子n=3。
答案:(3)3颗
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第10章 流体的力现象
实验练03 探究浮力大小与哪些因素有关
1.(2024山西)小明发现木头在水中是漂浮的,而铁块在水中会下沉,他猜想浮力的大小与浸在液体中的物体的密度有关。为此他进行了如下探究,请你帮助他完成实验。
【实验思路】
(1)选取体积相同、 不同的物体A和B分别浸没在水中,测出其所受浮力并进行比较。
密度(或质量)
【实验过程】
(2)按照实验思路依次进行如图所示的操作,由图甲可知,物体A所受的浮力为 N。由图乙可知,物体B在水中受到的拉力为 N,并计算出物体B所受的浮力。
甲 乙
1.2
2.8
【实验结论】
(3)分析实验数据,可得出初步结论:
。
2.(2023江西)【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关。
【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后,还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。
物体所受浮力的大小与物体的
密度无关
【证据】该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。
①如图a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥受到的重力为 N。
②如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
③如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱
体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
④如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体
浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
4
【解释】
(1)图b中橡皮泥受到的浮力大小为 N。
(2)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状 。
【交流】
(1)本实验在其他因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究。在物理学中,这种研究方法称为 。
(2)在第④步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移到图e位置时,深度增大,橡皮泥所受浮力大小 (选填“变大”“变小”或“不变”),说明浮力大小与浸没在液体中的 无关。
(3)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计, (选填“能”或“不能”)完成本实验的探究。
2
无关
控制变量法
不变
深度
能
3.(2024达州)同学们在“探究影响浮力大小的因素”的实验中,根据日常生活经验提出了以下猜想:
①浮力大小与物体浸入液体中的深度有关;
②浮力大小与物体排开液体的体积有关;
③浮力大小与液体的密度有关。
实验步骤和数据如图所示(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)根据实验数据,小聪计算出该物体浸没在水中受到的浮力大小是
N。
(2)为了验证猜想①,分析A、C、D三次实验,得出的结论是:浸没在液体中的物体所受浮力大小与浸没在液体中的深度 (选填“有”或“无”)关。
(3)为了验证猜想②,分析A、 三次实验,得出的结论是:浸在液体中的物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关。
4
无
B、C
(4)小聪为了验证猜想③,分析A、B、E三次实验,得出的结论是:浸在液体中的物体所受浮力大小与液体的密度有关。你认为这样的操作是
(选填“正确”或“错误”)的,理由是
。
(5)细心的小红利用实验数据还计算出步骤E中所用盐水的密度是
kg/m3。
错误
没有控制排开液体的
体积相同
1.1×103
4.在探究影响浮力大小因素的实验中:将一个正方体物块挂在弹簧测力计下,依次进行如图所示测量。
(1)弹簧测力计在测量前先要调零,根据本次测量要求,一只手要拉着 (选填“吊环”或“挂钩”),使弹簧测力计处于 (选填“水平”或“竖直”)状态,另一只手反复轻拉 (选填“吊环”或“挂钩”),并调节指针位置,直到另一只手不拉动时指针指到零刻度处。
吊环
挂钩
竖直
(2)图甲中正方体A静止,弹簧测力计读数是 N。
(3)比较乙、丙两次实验可以得出:浸在液体中的物体受到的浮力大小与 有关。
(4)分析丙、丁两次实验可以得出:浸没在液体中的物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度 (选填“有关”或“无关”)。
(5)分析丁、戊两次实验可以得出,在其他条件相同的情况下,液体密度越大,物体受到的浮力越 (选填“大”或“小”)。
3.8
排开液体的体积
无关
大
(6)当正方体A从下表面接触水面开始,直至浸没到更深位置(未触底)时,下列能正确表示出此过程中正方体A所受浮力F浮与正方体A下表面浸入水中深度h的关系的是 (填字母)。
A B C D
(7)为避免偶然性,使实验结论具有普遍意义,你的建议是
。
B
更换不同
液体,进行多次实验,得到多组数据,归纳总结得出结论
谢谢观赏！(共27张PPT)
3 科学探究:浮力的大小
栏目导航
知识要点
教材素材
批判质疑
图说物理
重点实验
阿基米德原理
1.内容:浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小等于
。
2.公式: 。
3.适用对象:适用于 。
知识要点
它排开的液体所受到的重力
F浮=G排
气体和液体
一、探究浮力大小与哪些因素有关
1.猜想:浮力的大小可能与物体的 、 ,液体的 及
有关。
2.实验器材(如图所示):铁架台、升降台、 、烧杯、圆柱体、水、盐水。
重点实验
体积
密度
密度
物体浸入液体的深度
弹簧测力计
3.实验方法:控制变量法。
4.实验结论:物体所受浮力的大小与物体
有关系,与 有关系。
5.讨论交流:物体受到的浮力与 、 及物体浸没在液体中的 无关。
浸在(或排开)液体中的体积
液体的密度
物体的体积
物体的密度
深度
二、浮力大小与排开液体重力的关系
1.实验器材:阿基米德原理实验器、弹簧测力计。
2.实验装置(如图所示)
3.实验过程
(1)称出铁块受到的重力G。
(2)将铁块浸没在水中,读出弹簧测力计的示数F,则铁块受到的浮力
。
(3)测量从溢水杯排到小桶中的水受到的重力G排。
F浮=G-F
(4)比较F浮与G排的关系。
4.实验结论:浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小等于它 。用公式表示为F浮=G排。
5.讨论、交流
(1)溢水杯必须灌 水,标志:向杯中加水,直到水流出,再到不流为止才算满。
(2)为减小测量误差,可以用带体积刻度的小量筒收集排出的水,以便计算 ,进而求出G排。
排开的液体受到的重力
满
m排
命题点 探究阿基米德原理
图说物理
如图所示,在透明薄塑料袋中装入大半袋水,用弹簧测力计钩住塑料袋缓慢放入水中,水袋受到的浮力不断 (选填“增大”或“减小”)。当塑料袋中的水面与容器中水面 时,水袋中水的重力和排开水的重力相等。用塑料袋进行实验的好处是
(说出一点即可)。
增大
相平
塑料袋的重力可以忽略不计
教材素材
1.(教材例题改编)棱长为4 cm、密度为2×103 kg/m3的正方体橡皮泥块,放在足够多的水中,沉入水底;当把它捏成一只小船时,便能漂浮在水面上。则橡皮泥小船漂浮时受到的浮力是 N,橡皮泥小船漂浮时排开水的体积是 m3。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×
103 kg/m3)
1.28
1.28×10-4
2.(课后T1改编)一质量为100 t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1 000 t。当它在长江上满载航行时,轮船受到江水的浮力是
N。轮船底部距水面3 m处的40 cm2的面积上受到水的压力为 N。当轮船从江水中驶入海水中时,其排开水的体积将
(选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10 N/kg,ρ长江=
1.0×103 kg/m3,ρ海水=1.1×103 kg/m3)
1×107
120
变小
批判质疑
1.漂浮在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大。( )
2.物体浸入液体中的体积越大,受到的浮力越大。( )
3.物体浸入液体中越深,受到的浮力越大。( )
4.物体的密度越大,受到的浮力越大。( )
×
×
×
×
栏目导航
基础巩固练
能力提升练
拔高拓展练
易错易混练
1.下列情景中,受到的浮力增大的是( )
A.从深水处走向海岸沙滩的游泳者
B.从长江驶入大海的轮船
C.海面上正在向下潜入水中的潜艇
D.由水中慢慢打捞出水的沉船
浮力大小与什么因素有关
基础巩固练
C
2.(2024保定期末)如图所示是某小组探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验。
(1)由①②两次操作可知,物体A在水中所受的浮力大小是 N。
(2)若选用的操作是①④⑤,可探究浮力的大小与 的关系。
(3)若探究浮力大小与物体浸没深度的关系,应选用的操作是 (填序号)。
(4)若探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,
应选用的操作是 (填序号)。
0.4
液体的密度
①③④
①②③
阿基米德原理及应用
3.(2023海南)“强军筑梦,挺进深蓝”。海军372潜艇起航驶离军港,奔赴深海大洋。该潜艇浸没后,下潜过程中所受的浮力 ,从密度小的海域进入密度大的海域所受的浮力 。(均选填“变大”
“不变”或“变小”)
4.小西同学将一只鸡蛋浸没在水中,鸡蛋排开水的质量是0.05 kg,此时鸡蛋受到的浮力是 N。(g取10 N/kg)
不变
变大
0.5
5.(2024承德月考)某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯、桶、水等,按照如图所示的步骤,探究“浮力的大小与物体排开液体所受重力的大小的关系”。
(1)先用弹簧测力计分别测出空桶和小石块的重力,其中小石块的重力大小为 N。
3.8
(2)把小石块浸没在盛满水的溢水杯中,小石块受到的浮力大小为
N;小石块排开的水所受重力的大小为 N。
(3)通过上述实验可初步得出浸在水中的物体所受浮力的大小等于
。
(4)另一实验小组在步骤C的操作中,只将小石块的一部分浸在水中,其他步骤操作正确,则 (选填“能”或“不能”)得到与(3)相同的结论。
1.4
1.4
物体排开的水受到的重力的大小
能
误认为排开的液体一定会全部溢出
6.新考法某物体重0.5 N,把它放入盛有水的烧杯中,溢出重为0.3 N的水,则它受到的浮力( )
A.一定为0.3 N B.一定为0.5 N
C.可能为0.2 N D.可能为0.4 N
D
易错易混练
能力提升练
7.(2024菏泽期末)如图所示,A为木块,B为铝片,C为铁球,而且VA=VB=
VC,把它们都浸没在水中,则它们受到的浮力FA、FB、FC之间的关系是
( )
A.FA>FB>FC B.FAC.FA=FB=FC D.FA>FB=FC
C
8.将两个物体分别挂在弹簧测力计下,让它们同时浸没在水中时,两弹簧测力计示数的减小值相同,则这两物体必定有相同的( )
A.形状 B.体积 C.质量 D.密度
9.新旧两个鸡蛋放入水中的状态如图所示,鸡蛋A在水面处静止,鸡蛋B浸没在水中,两个鸡蛋的体积分别是VA、VB,质量分别是mA、mB,两只鸡蛋受到的浮力分别为FA= ,FB= 。(已知水的密度为ρ)
B
mAg
ρgVB
10.(2024衡水期末)某航母的排水量(满载时排开水的质量)为6.8×
104 t,它满载时受到的浮力为 N。某潜艇潜入水下50 m(潜艇上表面到水面的距离)时,排开水的体积为60 m3,此时它受到的浮力是 N。(水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
6.8×108
6×105
11.物理学与工程实践(2024邢台月考)如图甲所示为怀丙打捞铁牛的场景,他让人们用两艘大船装满泥沙,用铁索将铁牛拴到大船上,然后卸掉船里的泥沙,随着船逐渐上浮,铁牛从河底淤泥中被拉了出来,其模型如图乙所示,已知物体A是棱长为0.1 m的正方体(与底部不密合),物体B的底面积为0.03 m2,高为0.6 m,质量为8 kg。现将A、B用细线连接,细线所受拉力为15 N,已知细线不伸长,ρ水=1.0×103 kg/m3。求:
甲 乙
(1)物体A受到的浮力。
解析:(1)正方体A浸没在水中,则物体A排开水的体积V排=VA=(0.1 m)3=
0.001 m3,
物体A所受的浮力F浮A=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.001 m3=
10 N。
答案:(1)10 N
(2)物体B排开水的体积。
答案:(2)9.5×10-3 m3
(3)若剪断绳子,物体B静止时受到的浮力。
答案:(3)80 N
拔高拓展练
12.科学思维如图所示,实验装置有良好的密封性,将针筒的
柱塞用力F向上提。则:
(1)装有小玻璃球的气球的运动情况是 。
(2)用所学的科学知识加以解释产生该现象的原因:
。
上浮
实验装置有良好
的密封性,将针筒的柱塞用力F向上提,瓶内气体压强减小,因为水中的气球受到的压强来自水和水面上方的气体,所以水面上方气体压强变小,则气球受到压强就会变小,体积变大,气球排开水的体积变大,根据F浮=ρ液gV排可知,气球所受浮力变大,大于重力时,气球会上浮
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5 跨学科实践:潜艇
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知识要点
教材素材
图说物理
一、浮沉方法
潜艇是通过人工的方法排水、吸水,来改变潜艇 ,从而达到上浮和下沉的目的。
二、浮沉分析
1.下沉:潜艇在水面时,如果重力 浮力,则潜艇会自动下沉,浸没在水中的体积 ,浮力 ,达到新的平衡状态。
2.上浮:如果重力 浮力,则艇体会自动上浮,部分露出水面,浮力 ,同样可达到新的平衡状态。
三、浮沉关键:精确控制潜艇 ,是潜艇正常工作的关键。
知识要点
自身所受的重力
大于
增大
增大
小于
减小
重力
命题点 潜艇的浮沉
图说物理
如图所示是潜艇工作时的情景。当打开舱门充水,重力 浮力时,潜艇 ;将压缩空气压入水舱,排出海水,重力 浮力,潜艇 。
大于
下沉
小于
上浮
教材素材
(教材图片改编)潜艇能潜入水下航行,进行侦察和袭击,是一种很重要的军用舰艇。潜艇的艇身装有水舱,可以通过改变水舱内气压的方式进行充放水,从而改变自身重力实现上浮下潜。下列说法正确的是( )
A.潜艇上浮时,要向水舱充水
B.潜艇下潜时受到的浮力大于重力
C.潜艇受到的浮力等于重力时,可以悬浮在水中
D.潜艇漂浮在水面上时,浮力小于重力
C
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基础巩固练
能力提升练
拔高拓展练
易错易混练
1.(2024保定期末)如图所示,水面下同一地方同一深度有两艘完全相同的潜艇,其中一艘正在上浮,另一艘正在下潜,下列判断正确的是( )
A.正在下潜的是甲潜艇
B.露出水面前,两艘潜艇所受的浮力相同
C.潜艇能上浮或下沉是通过改变自身体积实现的
D.正在下潜的潜艇所受的浮力不断增大
潜艇的沉与浮
基础巩固练
B
甲 乙
2.潜艇悬浮在水中,受到的浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力,用压缩空气把水舱中的水排出一部分时,潜艇将 (选填“上浮”或“下沉”);在露出水面之前,潜艇所受的浮力将
(选填“变小”“变大”或“不变”)。
等于
上浮
不变
军用潜艇
3.(2024石家庄期末)如图所示是我国的战略096型核潜艇(核动力潜
艇),它是坚不可摧的“水下盾牌”,是真正意义上的大国重器。关于核潜艇,下列说法正确的是( )
A.上浮过程中,受到的浮力逐渐变大
B.浸没水中后继续下潜,所受浮力不变
C.下潜过程中,水对潜艇底部的压强不变
D.核潜艇悬浮与漂浮时,受到的浮力相等
B
4.我国常规动力核潜艇具备先进的通信设备、武器、导航等系统和隐蔽性强、噪声低、安全可靠等优异性能。当核潜艇在深海中匀速潜行时,如果遭遇海水密度突变造成的“断崖”险情,潜艇会急速掉向数千米深的海底,潜艇突遇“断崖”险情是因为遇到海水的密度突然
(选填“变大”或“变小”),此时应立即将潜艇水舱中的水全部排出,使潜艇受到的重力 (选填“大于”或“小于”)它的浮力。
变小
小于
潜艇模型制作
5.(2024达州期末)用饮料瓶、透明胶带、螺母、塑料管按图示制作了一个潜艇模型。为使潜艇模型下沉,则需要从进、排气管处 (选填“吹气”或“吸气”),潜艇模型从图中位置下沉的过程中所受到水的浮力 (选填“减小”“不变”或“增大”)。
吸气
不变
6.某班级创新小组用烧瓶、塑料管、软管、双孔塞、玻璃水槽自制了潜艇模型,如图所示。“潜艇”由于在水面以下排开水的体积不变,它受到的浮力大小不变。
(1)通过塑料管A对“潜艇”吹气时,由于“潜艇”内的气压 (选填“增大”或“减小”),“潜艇”内的水被排出,重力变小,当“潜艇”受到的浮力 (选填“大于”或“小于”)“潜艇”受到的重力时,“潜艇”上浮。
增大
大于
(2)通过塑料管A对“潜艇”吸气时,由于“潜艇”内的气压 (选填“增大”或“减小”),水进入“潜艇”内,当“潜艇”受到的浮力
(选填“大于”或“小于”)“潜艇”受到的重力,“潜艇”下沉。
(3)由以上实验过程可知,“潜艇”是靠改变 来实现上浮和下沉的。
减小
自身重力
小于
不能正确分析潜艇的工作过程
7.用硬质塑料瓶、透明胶带、塞子、塑料管、容器和注射器等,制作如图所示的潜艇模型(不计进排气管的体积),然后将模型放入水中,使其上浮或下沉,下列说法正确的是( )
A.让原本在较浅处悬浮的模型下潜至更深处悬浮,应使
瓶内的水先增加后减少
B.向内推注射器活塞,瓶内气体压强变大,模型将下沉
C.向外拉注射器活塞,水会被压入试管中,可实现模型上浮
D.当模型漂浮于水面时,它受到的浮力小于重力
A
易错易混练
能力提升练
8.物理兴趣小组看了《学习强国》有关视频后,制作了如图所示的潜艇模型,下列说法正确的是( )
A.在水中加盐,模型会下沉
B.若要让模型上浮应使向模型中充水
C.向图中的模型充气,其所受的浮力减小将上浮
D.模型能上浮或下沉是通过改变自重来实现的
D
9.(2024邢台期末)海权握,国则兴。建设一支强大的海军队伍是实现中国梦的有力保障。如图所示是某同学自制的潜艇模型在液体中的不同状态。下列对此潜艇模型的分析正确的是( )
A.悬浮和漂浮时受到的重力大小相等
B.悬浮和漂浮时受到的浮力大小相等
C.漂浮时排开液体受到的重力最小
D.上浮过程所受浮力逐渐变大
C
10.(2024唐山期末)如图甲所示是张老师自制的潜艇模型,一个用盖子密闭的玻璃瓶插有两个两端开口的细玻璃管,其中一根连接有一段橡皮管,从橡皮管的b端向瓶内吹气(或吸气)可以使水从a端流出(或流入)玻璃瓶,从而实现潜艇模型的上浮或下沉,不计橡皮管吸气、吹气时发生的形变。现将玻璃瓶装满水后沉入水槽底部,如图乙所示。下列分析正确的是( )
A.沉底时,潜艇模型受到的重力和浮力大小相等
B.从b端向瓶内吹气,潜艇模型从沉底到悬浮过程中受到的浮力不变
C.从b端从瓶内吸气,减小了排开水的体积,当浮力小于重力潜艇下沉
D.从b端向瓶内吹气,潜艇模型在上浮过程中浮力一定不变
B
甲 乙
11.(2024巨野期末)潜艇通过人工排水、吸水的方法来改变自身
从而实现沉浮。某潜艇从长江潜行(在液面下航行)到大海某地执行任务,若它悬浮在江水中所受的重力为G1,悬浮在海水中所受的重力为G2,则G1 (选填“>”“=”或“<”)G2。
重
力
<
12.(2024镇江期末)如图所示,在水下沿水平方向匀速向右行驶的潜艇,从A区域行驶到B区域出现了“掉深”现象,即航行深度急剧增大,其原因是海水密度发生突变。行驶区域中海水密度较大的是 (选填“A”或“B”)区域,潜艇在B区域“掉深”过程中上表面受到的海水压强会变 。若想自救,应 (选填“增加”或“减少”)潜艇水舱内的水量。
A
大
减少
13.如图所示,物理小组制作了体积为170 cm3的潜艇模型(忽略进气、排气管的体积),该模型浸没在水中受到的浮力为 N,模型浸没后继续下沉过程中受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
1.7
不变
拔高拓展练
14.科学思维潜艇在国家的国防中占有重要位置,潜艇的艇壳是用高强度的特种钢板制造,某潜艇最大下潜深度可达350 m,潜艇的总体积为1.5×103 m3,水舱未充海水时,潜艇总重量为9×106 N,艇内两侧有水舱,其截面如图所示,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,从而使其下沉或上浮(g取10 N/kg,ρ海水取1.0×103 kg/m3)。求:
(1)潜艇是通过 实现下沉的。
(2)水舱未充海水时,漂浮在海面的潜艇受到的浮力是 N,排开海水的体积是 m3。
(3)潜艇在水面下匀速下潜的过程中受到海水的浮力 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
(4)当潜艇下潜至最大下潜深度时,受到海水的压强为 Pa,舱门与海水的接触面积为1.5 m2,此舱门受到海水的压力为 N。
向水舱中充水
9×106
900
不变
3.5×106
5.25×106
15.(2024菏泽月考)如图所示,小华利用空矿泉水瓶做了一个潜艇模
型,矿泉水瓶的容积为550 mL,质量为20 g,厚度忽略不计。它通过进、排气管实现上浮、下潜以及悬浮等功能。已知图中螺母配重为100 g,体积忽略不计,进排水口和进排气管的质量和体积均忽略不计,水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。
(1)为使该潜艇模型上浮,应通过进排、气管 (选填“吸气”或“吹气”)。
解析:(1)潜艇模型在水中受到重力和浮力,可以通过改变自身的重力,使潜艇在水中上浮或者下沉,为使该潜艇模型上浮,则需要减小潜艇自身的重力,即应通过进、排气管吹气,使潜艇内部的水排出。
吹气
(2)求潜艇模型浸没在水中时受到的浮力。
(3)潜艇模型下潜过程中,求螺母的深度达到10 cm时受到的液体压强。
解析:(2)潜艇模型浸没水中时受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3
×10 N/kg×550×10-6 m3=5.5 N。
(3)10 cm时受到的液体压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×
0.1 m=1 000 Pa。
答案:(2)5.5 N (3)1 000 Pa
(4)为了使潜艇模型恰好悬浮在水中,则需要在矿泉水瓶中装入水的质量为多少
答案:(4)430 g
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第10章 流体的力现象
专题练03 浮力的计算
1.如图所示,重7 N的石块浸没在水中时弹簧测力计示数减小5 N,则石块受到的浮力为( )
A.3 N B.5 N
C.2 N D.7 N
2.用弹簧测力计在空气中称一正方体物体,测得其重力为8.4 N,当把这个物体的一半浸在水中时,弹簧测力计的示数为4.8 N,这时物体受到的浮力是 N;若将物体浸没在水中静止,此时弹簧测力计的示数为 N。
运用F浮=G-F求浮力的相关计算
B
3.6
1.2
3.如图所示,一个长方体物块A浸没在水中,其下表面受到水对它向上的压力为20 N,上表面受到水对它向下的压力为12 N,则物块A受到浮力的大小和方向为( )
A.8 N,竖直向上 B.8 N,竖直向下
C.32 N,竖直向上 D.32 N,竖直向下
运用漂浮、悬浮条件F浮=G或压力差F浮=F向上-F向下进行浮力的相关计算
A
4.一个正方体铁块,在水下某深度时,上表面受到15 N压力,下表面受到20 N压力,则铁块受到浮力是 N;当铁块下沉到某位置时,上表面受到的压力增大至20 N,下表面受到的压力是 N,此时铁块上、下表面的压力差是 N。
5
25
5
5.(2023上海)体积为1×10-3 m3的物体浸没在水中时,物体受到的浮力大小为
N,物体所受浮力的方向是竖直 的。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
6.(2023石家庄月考)如图所示,体积为1×10-3 m3,材料相同的两个金属球,分别连接在弹簧的一端,弹簧的另一端固定在容器的底部。图甲装置内是水,弹簧对球向上的弹力为69 N,图乙装置内是某种液体,弹簧对球向上弹力为71 N,则该液体的密度为 kg/m3。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
10
利用阿基米德原理进行浮力的相关计算
向上
0.8×103
7.(2024菏泽期末)如图所示,将一盛有水的圆柱形容器置于水平桌面上,用细线将一个小球固定在容器底部,当小球完全浸没在水中静止时,细线对小球的拉力为F。已知小球的质量为0.8 kg,小球的体积为10-3 m3,水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,求:
(1)小球受到的重力。
解析:(1)小球受到的重力G=mg=0.8 kg×10 N/kg=8 N。
答案:(1)8 N
(2)小球浸没在水中静止时,所受的浮力。
(3)细线对小球的拉力F。
解析:(2)小球浸没在水中,所以排开水的体积V排=V球=10-3 m3,
小球受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10-3 m3=10 N。
(3)因为小球静止,所以小球竖直方向上受力平衡,则由F浮=G+F可得,细线对小球的拉力F=F浮-G=10 N-8 N=2 N。
答案:(2)10 N (3)2 N
8.(2024石家庄期中)如图甲所示,将棱长为10 cm的实心正方体木块
静置于平放的盛水容器中,木块静止时,有3 cm露在水面外。现将一个竖直向下的力F压该木块,木块刚好全部浸入水中且静止,如图乙所示(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)求:
综合运用漂浮或悬浮条件F浮=G和阿基米德原理F浮=
ρ液gV排进行浮力的相关计算
(1)木块漂浮时受到的浮力。
解析:(1)木块排开水的体积V排=10 cm×10 cm×(10 cm-3 cm)=
700 cm3=7×10-4 m3,
木块受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×7×10-4 m3=
7 N。
答案:(1)7 N
(2)正方体木块的密度。
答案:(2)0.7×103 kg/m3
(3)压力F的大小。
解析:(3)木块浸没时受到的浮力F浮′=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103 kg/m3
×10 N/kg×10-3 m3=10 N,
竖直向下的力F=F浮′-G木=10 N-7 N=3 N。
答案:(3)3 N
9.(2024重庆)如图所示是某型号水下机器人。该机器人可以通过三种方式控制浮沉,第一种是机器人内部水舱充放水,水舱的容积为4×10-3 m3;第二种是利用推进器给机器人提供竖直向上的推力F推,F推可以在0～30 N之间调节;第三种是在机器人外部加装不同数量的浮块,每个浮块质量均为0.4 kg,体积均为1×10-3 m3。已知该机器人水舱未充水时的质量为9.5 kg,未装浮块时,机器人的总体积为1.2×10-2 m3(体积不变,含机械臂)。(ρ水=1.0×103 kg/m3,
g取10 N/kg)
(1)求150 m深处水的压强。
解析:(1)150 m处水的压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×150 m
=1.5×106 Pa。
答案:(1)1.5×106 Pa
(2)求当机器人未加浮块、水舱充满水浸没在水中悬停时,F推的大小。
解析:(2)机器人受到的重力G机=m机g=9.5 kg×10 N/kg=95 N,
水仓充满水时所充水的重力G水=m水g=ρ水V容g=1.0×103 kg/m3×4×10-3 m3×
10 N/kg=40 N,
机器人浸没时排开水的体积V排机=V机=1.2×10-2 m3,
机器人浸没在水中所受的浮力F浮机=ρ水gV排机=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×
1.2×10-2 m3=120 N,
机器人悬停时,由F推+F浮=G水+G机可得,所受推力F推=G机+G水-F浮=95 N+40 N-
120 N=15 N。
答案:(2)15 N
(3)深处水底有一物体(未与水底紧密接触),其密度均匀且为2.5×
103 kg/m3,体积为4×10-3 m3,需机器人潜入水中用机械臂抓住物体打捞上来,为确保打捞顺利进行,机器人下水前需制定好能让机器人抓住物体上浮的方案,在F推调到30 N的情况下,还需如何利用另外两种方式实现上浮,请给出一种合理方案。
解析:(3)物体所受重力G物=m物g=ρ物V物g=2.5×103 kg/m3×4×10-3 m3
×10 N/kg=100 N,
物体受到的浮力F浮物=ρ水gV物排=ρ水gV物=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×4×
10-3 m3=40 N,
为把物体打捞上来,机器人的最小拉力F最小=G物-F浮物=100 N-40 N=60 N,
为确保打捞顺利进行,机器人下水前水舱内先充满水,打捞时将水全部排出,
F推最大=30 N,另外安装n个浮块,一个浮块受到的重力G浮块=m浮块g=0.4 kg×
10 N/kg=4 N,
一个浮块受到的浮力F浮浮块=ρ水gV排浮块=ρ水gV浮块=1.0×103 kg/m3×10 N/kg
×1×10-3 m3=10 N,
需给物体提供的拉力F拉=F浮机+F推最大+nF浮浮块-G机-nG浮块=60 N,
即120 N+30 N+n×10 N-95 N-n×4 N=60 N,
解得n≈0.83,取1,即将水舱里的水全部排出再安装一个浮块。
答案:(3)将水舱里的水全部排出再安装一个浮块
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4 沉与浮
栏目导航
知识要点
教材素材
批判质疑
图说物理
一、物体的沉浮条件
对于浸没在液体中的物体,如果只受到重力和浮力: 时,物体上浮,最“终”漂浮; 时,物体悬浮; 时,物体下沉,最“终”沉于容器底部。
二、沉浮条件的应用
1.热气球:热气球通过 或充某些密度比空气 的气体获得较大的浮力升到空中。
知识要点
F浮>G物
F浮=G物
F浮加热空气
小
2.密度计:密度计漂浮在液体中,根据漂浮条件(F浮 G)可知在不同液体中所受浮力大小 ;密度计浸入液体体积越大,液体密度 。
=
相等
越小
命题点1 鸡蛋的沉浮
图说物理
1.如图所示,把鸡蛋放入清水中,然后逐渐加盐,直至鸡蛋上浮至液面。向水中加盐,改变了液体的 ,使鸡蛋受到的浮力增大而上升。鸡蛋在液面静止时,F浮 (选填“>”“=”或“<”)G鸡蛋。
密度
=
命题点2 热气球的浮沉
2.热气球通过 球内的空气以减小热气球整体所受的重力。当热气球所受的重力 受到的浮力时,热气球就可以升空了(如图所示)。其自带的加热器可以调节气囊中气体的 ,从而控制气球升降。
加热
小于
温度
教材素材
1.(课后“家庭实验室”改编)如图所示为一种自制简易密度计,它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的,用它来测量液体密度时,该密度计
(选填“悬浮”“漂浮”或“下沉”)在被测液体中。将其分别放入装有液体密度为ρ1和ρ2的两个烧杯中,可以判断ρ1 ρ2。若该密度计两次测量中排开液体的质量分别为m1、m2,则m1 (后两空均选填“<”“=”或“>”)m2。
漂浮
<
=
2.(课后T3改编)如图所示,取一大塑料瓶,用一小玻璃瓶制作成“浮沉子”。将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下,使其漂浮在大塑料瓶的水面上。为了观察其浮沉,大瓶的瓶盖应该旋紧,当用力挤压大瓶时,
“浮沉子”的重力 (选填“大于”“小于”或“等于”)“浮沉子”所受浮力,此时“浮沉子”会 (选填“加速”“减速”或“匀速”)下沉。
大于
加速
批判质疑
1.同一艘船在海上航行时所受的浮力大于在河里航行时所受的浮力。
( )
2.用密度计测量液体密度时,液体的密度越大,密度计所受的浮力越大。
( )
3.当F浮=G时,可能V排4.死海中人会浮起来,说明死海水的密度比人体的密度大。( )
×
×
√
√
栏目导航
基础巩固练
能力提升练
拔高拓展练
易错易混练
1.某课外活动小组在探究物体的浮沉条件时,把一个重为0.5 N的新鲜鸡蛋轻轻放入盛满水的溢水杯中,溢出重力为0.3 N的水,则鸡蛋静止后会( )
A.沉底 B.悬浮
C.漂浮 D.无法判断
物体的沉浮条件
基础巩固练
A
2.(2024保定期末)一个小球所受的重力为10 N。将它浸没在水中时,所排开的水的重力为20 N。那么小球浸没时受到的浮力大小为 N,放开手后,物体将 (选填“上浮”“下沉”“悬浮”),最终小球受到的浮力为 N。
20
上浮
10
沉浮条件的应用
3.海翼号深海滑翔机是我国拥有自主知识产权的水下无人潜航器,它的外部装有油囊,可以通过压入或排出液压油改变体积。与其浮沉原理相似的是( )
A.潜艇 B.轮船
C.鱼 D.龟
C
4.(2024菏泽期末)取一根木棒,在它的一端缠绕一些铜丝就做成了一个简易密度计,将其分别放入甲、乙两个盛有不同液体的烧杯中,它竖直立在液体中的漂浮情况如图所示。设密度计在甲、乙两个烧杯中所受的浮力分别为F甲和F乙,两个烧杯中液体的密度分别为ρ甲和ρ乙,则
( )
A.F甲>F乙 B.F甲C.ρ甲>ρ乙 D.ρ甲<ρ乙
D
5.教材改编题如图所示,某次表演用的热气球大小基本不变,表演时在热气球下方开口处燃烧液化气,使热气球内部气体温度升高,密度
,热气球总重力 ,所受的浮力 (前三空均选填“变大”“变小”或“不变”);在热气球加速上升的过程中,它受到的浮力 (选填“大于”“等于”或“小于”)重力。
变
变小
小
不变
大于
6.俗话说“瓜浮李沉”,意思是西瓜投入水中会漂浮,李子投入水中会下沉。对此现象,下列说法正确的是( )
A.西瓜的密度比李子的密度大
B.西瓜漂浮时所受浮力大于重力
C.李子浸没后,下沉过程中所受浮力大小不变
D.李子下沉过程中所受水的压强不变
C
易错易混练
误认为漂浮的物体所受浮力大于重力,下沉物体所受浮力小于重力
不能正确判断物体的浮沉
7.100 g物体放在盛有液体的杯子里,溢出液体80 g,则( )
A.物体将沉入杯底
B.物体将浮在液面上
C.物体将悬浮在液体中
D.无法确定物体的沉浮
D
能力提升练
8.(多选题)(2023北京)小京洗水果时,发现体积较小的橘子漂浮在水面上,而体积较大的芒果却沉在水底,如图所示。下列说法正确的是
( )
A.橘子的密度小于芒果的密度
B.橘子受到的浮力大于它受到的重力
C.橘子受到的重力小于芒果受到的重力
D.橘子受到的浮力大于芒果受到的浮力
AC
9.(2024沧州期末)两个完全相同的烧杯中,分别盛有不同密度的液体,将同一物体先后放入甲、乙两烧杯中,当物体静止时,两个烧杯的液面相平,物体所处的位置如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲烧杯液体密度比乙烧杯液体密度大
B.甲烧杯液体对容器底的压强与乙烧杯液体对容器底的压强大小相等
C.甲烧杯中物体受到的浮力与乙烧杯中物体受到的浮力大小相等
D.甲烧杯中物体受到的浮力比乙烧杯中物体受到的浮力小
C
10.(2024石家庄模拟)将两个质量相同的橡皮泥做成实心球形和碗形,分别放入相同的甲、乙两杯水中,静止时如图所示,橡皮泥的密度
(选填“大于”“小于”或“等于”)水的密度,甲杯中橡皮泥所受的浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)乙杯中橡皮泥所受的浮力, 杯中水面升高得多。
甲 乙
大
于
小于
乙
11.新考法如图所示,小华制作了一个简易的密度计:他选择一根较长的塑料吸管,将碎石塞入管中下端并用石蜡封口,使吸管在液体中时能在竖直方向上保持 (选填“上浮”“漂浮”或“下沉”)状态,此时密度计受到的浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)重力。把密度计放入水中,露出水面的长度是8 cm,再将密度计放入某液体中,露出液面的长度是7 cm,则此液体的密度 (选填“大于”“小于”或“等于”)水的密度。
漂浮
等于
小于
12.(2023张家口模拟)如图所示,实心正方体木块质地均匀,棱长为4 cm,将该木块轻轻地放入侧倾放置且酒精已满的大烧杯内,待木块静止时,从杯中溢出32 g酒精。g取10 N/kg,酒精的密度为0.8×103 kg/m3。求:
(1)木块受到的浮力。
解析:(1)木块漂浮,受到的浮力F浮=G排=m排g=32×10-3 kg×10 N/kg=0.32 N。
答案:(1)0.32 N
(2)木块排开酒精的体积。
(3)木块的密度。
答案:(2)4×10-5 m3 (3)0.5×103 kg/m3
拔高拓展练
13.科学思维中国自主研发的极目一号Ⅲ型浮空艇顺利升空,上升高度超过珠峰,创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。(g取10 N/kg)
(1)该浮空艇总质量约2 600 kg,它受到重力的大小约为 N。
(2)已知基地上方的空气密度约为0.8 kg/m3,该浮空艇在营地升空前体积达9 000 m3,此时浮空艇受到的浮力大小约为 N。
2.6×104
7.2×104
(3)极目一号Ⅲ型浮空艇内部有三层:上层装有氦气(相同条件下氦气密度比空气小得多),中间隔开,下层是空气。当悬于空中的浮空艇,用上层的氦气排出下层部分空气时,浮空艇将 (选填“上浮”或“下降”),此过程中改变了浮空艇所受的 (选填“浮力”或“重力”)。
(4)空中掉重是指飞艇上方空气压强突然减小,会导致悬浮的飞艇突然向上运动,则飞艇掉重时受到向下的力 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
上浮
重力
减小
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第10章 流体的力现象
强化训练二
1.(2024乐山)乐山某初中学校开展以“苍穹”为主题的飞机模型制作大赛,要让飞机获得升力,机翼横截面的形状应设计成( )
A B C D
一、选择题
B
2.新考法如图所示,洗手盆底部的出水口塞着橡胶制成的水堵头,则水堵头( )
A.既受水的压力,也受水的浮力
B.不受水的压力,但受水的浮力
C.受到水的压力,但不受水的浮力
D.不受水的压力,也不受水的浮力
C
3.(2024泸州)中国长征18号核潜艇引领中国核潜艇新高度。在进行战备训练时,下列关于该潜艇的说法正确的是( )
A.通过改变排开水的体积来实现上浮与下沉
B.在水面下匀速下潜过程中,受到的浮力增大
C.从长江潜行进入东海时,需要往水仓内注水
D.从长江潜行进入东海时,受到的浮力会变小
C
4.如图所示,小明在家帮助妈妈洗碗时发现,同一只瓷碗既可以漂浮在水面上,也可以沉入水底,下列说法正确的是( )
甲 乙
A.瓷碗漂浮在水面上时,所受浮力大小等于其重力大小
B.瓷碗能漂浮在水面上,说明瓷碗的密度比水小
C.瓷碗沉入水底时所受浮力比漂浮时大
D.瓷碗沉入水底时排开水的体积大于漂浮时排开水的体积
A
5.物理学与工程实践如图所示是某学习小组制作的潜艇模型,通过胶管从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气,就可使烧瓶下沉或上浮。若向烧瓶中吹气,使其从如图所示的位置上浮(胶管在水中的体积忽略不计)。露出水面前,下列分析正确的是( )
A.“潜艇”所受的浮力变小
B.“潜艇”排开水的重力不变
C.“潜艇”顶部受到水的压强变大
D.“潜艇”是通过改变浮力的大小来实现上浮的
B
A
7.(2023常州)为拯救濒危物种中华鲟,生物学家在放养的中华鲟身上拴上定位硬壳胶囊。数天后,胶囊与潜入水中的中华鲟脱离,最终漂浮于江面发射定位信号。脱离后,胶囊受到的浮力随时间变化的关系为( )
D
A B
C D
8.两个完全相同的容器A、B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中,静止后的情况如图所示,已知甲、乙两球排开液体的重力相等,则下列说法正确的是( )
A B
A.甲球所受浮力更大
B.乙球所受浮力更大
C.容器A中的液体密度小
D.容器B中的液体密度小
C
二、填空题
9.(2024广西)国产大飞机C919飞行时,机翼上方的空气流速 下方的空气流速,机翼上方的气压 下方的气压。(均选填“大于”或“小于”)
10.两个完全相同容器内分别盛满不同的液体,现将两个完全相同的小球分别放入两个容器中,小球静止后的状态如图所示,则液体对容器底部的压强关系是p甲 p乙,两小球所受的浮力关系是F甲 F乙。(均选填“>”“<”或“=”)
大于
小于
<
<
11.(2023内江模拟)如图所示,有一圆柱形容器放在水平桌面上,现将一体积为2×10-4 m3,质量为0.5 kg的长方体金属块放在容器底部,再向容器中加入水至12 cm深时,水对容器底的压强是 Pa,金属块受到的浮力是 N。(金属块与容器底没有紧密接触,ρ水=1.0
×103 kg/m3,g取10 N/kg)
1 200
2
12.(2023遂宁月考)将一个棱长为10 cm的正方体木块用细线固定在一个容器底(容器足够大)。现在向容器中缓慢注入一部分水,使木块浸没在水中,如图甲所示。若细线的拉力用F表示,容器中水的深度用h表示,则细线的拉力F与水的深度h的关系图像如图乙所示。则木块浸没在水中所受的浮力是 N,木块的密度是 kg/m3。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
甲 乙
10
0.6×103
三、作图题
13.(2024广东)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。
答案:如图所示
四、实验探究题
14.(2024重庆)小渝和同学们利用一长方体物块来探究影响浮力大小的因素。
(1)将物块竖放后挂在弹簧测力计上,测出物块受到的重力为2.7 N,然后将物块部分浸入水中,发现弹簧测力计示数减小的同时水面升高了,说明物块受到了竖直向 的浮力,并且水对容器底部的压强比放入物块前 。当弹簧测力计示数如图甲所示时,物块受到的浮力为 N。
(2)接下来小渝继续按如图乙、丙、丁所示进行实验,由甲、乙、丙的数据可知:在同种液体中,物体排开液体的体积 ,受到的浮力越大;由丙、丁的数据可知:物体浸没在同种液体中时所受浮力大小跟深度 。
上
大
0.3
越大
无关
(3)然后将物块浸没在盐水中,如图戊所示,分析丁、戊数据可知:浮力大小与液体的密度有关。并通过计算得出所用盐水密度为 g/cm3;若在实验前,弹簧测力计的指针在零刻度线以下,并未调零,则算出的盐水密度 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(4)同组的小王同学还想进一步探究:物体在浸没前,所受浮力大小与物体浸在液体中的深度是否有关 于是他将物块横放后挂在弹簧测力计下,使其露出水面高度与图乙相同,弹簧测力计示数为2.3 N,与图乙数据对比,小王得出结论:物体在浸没前,浮力大小与物体浸在液体中的深度有关。你认为该方案是否合理,并说明理由: 。
1.1
不变
不合理,他没有控制物体排开液体的体积相同
五、计算题
15.(2023枣庄)用弹簧测力计挂着一个长方体金属块,沿竖直方向缓慢浸入盛有适量水的圆柱形平底薄壁容器中,直至浸没(水未溢出),如图甲所示。通过实验得出金属块下表面浸入水中的深度h与其排开水的体积V排的关系,如图乙所示。已知金属块的质量为0.4 kg,容器的底面积与金属块的底面积之比为5∶1,ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。求:
甲 乙
(1)金属块所受的重力。
(2)金属块的下表面浸入水中的深度为2 cm时,弹簧测力计的示数。
解析:(1)金属块受到的重力G=mg=0.4 kg×10 N/kg=4 N。
(2)由题图乙可知,当h=2 cm时,金属块排开水的体积V排=20 cm3=20×
10-6 m3,此时金属块受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg
×20×10-6 m3=0.2 N,
弹簧测力计的示数F拉=G-F浮=4 N-0.2 N=3.8 N。
答案:(1)4 N (2)3.8 N
(3)金属块刚浸没时,金属块底部受到水的压强。
解析:(3)由题图乙可知,当h=5 cm时,金属块刚好浸没,即金属块的高度为5 cm,此时金属块底部受到水的压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×
10 N/kg×5×10-2 m=500 Pa。
答案:(3)500 Pa
(4)金属块浸没后与金属块浸入之前比较,水对容器底部的压强增加了多少。
答案:(4)100 Pa
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