主题二 力
专题11 浮力(5-10分)(解析版)
目 录
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考点一 浮力 4
考点二 阿基米德原理 7
考点三 物体的浮沉条件及应用 10
考点四 跨学科实践:制作微型密度计 14
16
题型一 浮力的概念 16
题型二 探究浮力的大小与哪些因素有关 17
题型三 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 19
题型四 阿基米德原理的应用 22
题型五 有关图像问题的计算 24
题型六 判断物体的浮沉 28
题型七 浮力的应用 29
题型八 浮力和压强的综合计算 30
题型九 压强和浮力的综合分析 34
考点要求 新课标要求 命题预测 新旧教材对比
浮力 2.2.9 通过实验,认识浮力。探究并了解浮力大小与哪些因素有关。 4.2.4 探究浮力大小与哪些因素有关。 《浮力》是初中物理力学的重点内容,同时也是最难和易错的内容。浮力问题涉及到的知识点、概念和规律较多,综合性也最强,压轴题也大都出于此,因此对本专题的备考复习应重点关注。在认识基本概念,熟悉浮力的基本规律后,通过重点考点和提醒的训练,强化考生分析、判断和计算的综合能力。此外新教材新增制作微型密度计,在备考复习时也应详细讲解和针对练习,帮助考生掌握该内容。 本单元常考题型有:选择题、填空题、实验探究题、计算题和综合题等。 主要命题点有:浮力的概念、浮力的测量、影响浮力大小的因素、物体所受浮力与物体排开液体重力的关系、物体的沉浮条件及利用物体沉浮条件进行相关计算、浮力的应用、压强与浮力综合和浮力在生活中的应用等 新教材新增跨学科实践:制作微型密度计。另外新教材在第一节浮力中将决定浮力大小的因素放在了浮力产生的原因前面,让知识的呈现顺序更加合理。第三节浮力的应用知识点中新增密度计的内容,为制作微型密度计提供了理论支撑。新教材通过解决生活中的实际问题,让学生体会物理的实用性。
阿基米德原理 2.2.9 知道阿基米德原理。
物体的浮沉条件及应用 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。
跨学科实践:制作微型密度计 通过制作微型密度计,了解物理学在生活中的应用,遇到问题能提出解决方案。
考点一 浮力
一、浮力
1.定义:浸在液体或气体中的物体受到向上的力,这个力叫做浮力。
2.方向:竖直向上。
3.施力物体和受力物体
施力物体:液体或气体;受力物体:浸在液体(或气体)中的物体。
4.称重法—测量浮力
(1)称重法测浮力的原理
如下图所示,用弹簧测力计分别测出物体在空气中的示数G物和物体浸入液体后弹簧测力计的示数,两者之差即为物体所受的浮力。
(2)称重法测浮力的步骤
①用弹簧测力计测出物体的重力;
②将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中,读出弹簧测力计的示数;
③物体在液体中所受浮力。
注意:步骤①②若颠倒,会因物体沾带液体而产生误差。
二、决定浮力大小的因素
1.探究浮力的大小跟哪些因素有关
实验目的 探究浮力的大小与哪些因素有关
提出猜想 猜想1:浮力的大小与物体浸在液体中的体积有关。 猜想2:浮力的大小与液体的密度有关。
实验思路 由以上猜想,浮力的大小可能与浸在液体中物体的体积、液体的密度等因素有关。要探究浮力的大小是否与这些量有关,需要逐次探究,每次探究浮力的大小与其中一个量的关系,其他的量要保持不变。
实验图
实验器材 弹簧测力计、物体(不吸水、密度比液体密度大)、细绳、烧杯、水、盐水
实验设计与分析 (1)控制变量法:①探究浮力大小和排开液体体积的关系时,控制液体密度不变,改变漫入的体积(图b、c);②探究浮力大小和液体密度的关系时,控制排开液体体积不变,改变液体密度(图c、e);③探究浮力大小和浸没深度的关系时,控制排开液体的体积和液体密度不变,改变浸没的深度(图c、d) (2)浮力的计算方法:F浮=G物-F示 (3)浮力的方向与大小判断:竖直向上,弹簧测力计示数变小时,浮力变大 (4)绘制液体密度一定时,浮力F和物体浸人的深度h的关系图像 (5)物体所受浮力的大小与物体本身的形状、密度均无关 拓展 (6)阿基米德原理的应用:①测固体密度:由如图a、c操作分别测出物体所受重力G和浸没在水中所受到的浮力F,固体密度; ②测液体密度:由如图a、c、e操作分别测得物体浸没在两种液体中所受到的浮力F水和F液,液体密度
实验结论 (1)液体密度一定时,排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大 (2)排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力越大 (3)浮力大小与物体浸没的深度无关
实验表明:物体在液体中所受浮力的大小,与它排开液体的体积有关、与液体的密度有关。物体排开液体的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。
三、浮力产生的原因
如图所示,我们研究浸没在液体中的长方体的受力情况。长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡,物体水平方向所受的合力为0。长方体上、下表面所处的深度分别记为、,,因此,液体对长方体下表面的压强要大于液体对上表面的压强。考虑到长方体上、下表面的受力面积是相同的,所以,液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力。浸没在液体中的物体,其上、下表面受到液体对它的压力不同,这就是浮力产生的原因。
简单概括:浸在液体或气体中的物体上下表面存在着一个向上的压力差,即。
1.不是所有浸在液体中的物体都受到浮力作用
浸在水中的物体与容器底部紧密接触,且接触处无水渗入(即不受水对其有向上的压力)时,浸在水中的物体不受浮力。(如图,甲不受浮力,乙受浮力。)
2.浮力的大小与物体浸没深度无关
随着物体接触水面到浸没的过程中,浮力在逐渐增大。不能说明浮力的大小与物体浸入液体中的深度有关,原因是此时物体排开液体的体积也在变大。
1.(2024·山东青岛·中考真题)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为 N;
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数 ,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数 ,说明浮力的大小与 有关;
(3)将 相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小 ,说明浮力的大小与物体密度无关;
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图 。
【答案】(1)1.4;(2) 变小 不变 物体排开液体的体积;(3) 体积 相等;(4)丙
【详解】(1)测力计的分度值为0.2N,示数为1.4N,所以,用弹簧测力计测出石块的重力为1.4N。
(2)[1][2][3]由于石块浸入水中时会受到水对其的浮力作用,浮力的方向为竖直向上,根据称重法可知,将石块缓慢浸入水中,石块排开水的体积变大,石块受到的浮力会变大,受到测力计的拉力变小,弹簧测力计示数变小;石块浸没后,在触底之前,石块排开水的体积不变,石块受到的浮力不变,测力计对其的拉力不变,测力计的示数不变;由此可说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
(3)[1][2]根据(2)分析以及控制变量法可知,若要探究浮力的大小与物体密度的关系,需控制物体的体积相同、液体的密度相同;所以,将体积相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小相等,说明浮力的大小与物体密度无关。
(4)当两端蒙有橡皮膜的玻璃管沿水平方向放置时,由于同一深度,液体压强相等,且受力面积相等,所以水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向左和压力F向右的大小相等;当玻璃管沿竖直方向放置时,水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向上大于F向下,竖直方向的合力不为0,方向竖直向上;结合图可知,液体会对玻璃管产生一个向上的和向下的压力不相等,压力差
F差=F向上-F向下
实际上,这个压力差就是液体对物体的浮力;所以丙图可以说明浮力的产生原因。
考点二 阿基米德原理
一、浮力的大小
1.阿基米德灵感的启示
物体排开液体的体积越大、液体的密度越大,所受的浮力就越大。而排开液体的体积与液体密度的乘积就是排开液体的质量,因此物体排开液体的质量越大,所受的浮力越大。又由于物体所受的重力和它的质量是成正比的,由此可以想到:物体在液体中所受的浮力与它排开液体所受的重力有直接的关系。
2.探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
实验目的 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
实验思路 本实验需要先测量两个量:物体所受的浮力和物体排开液体所受的重力,然后分析它们的关系。 1.怎样测量物体所受浮力的大小? 2.怎样测量物体排开液体所受的重力? 3.如果要减小实验误差,应该怎样设计实验操作的顺序?
实验图
实验器材 弹簧测力计、物体(不吸水、密度比水大)、细绳、溢水杯、水、小桶
实验设计与分析 (1)浮力的计算方法:F浮=G物-F示 (2)排开液体所受的重力计算:G排=G总-G桶 (3)误差分析:①溢水杯没有盛满,溢水量少于实际排水量,测得排开液体所受的重力偏小;②先称总重再称空桶,桶中有水渍残留,测得排开液体所受的重力偏小;③物体先浸入溢水杯再称重,物体上有水附着,计算得物体所受的浮力偏大 (4)(更换液体)多次实验的目的:寻找普遍规律,避免偶然性 (5)创新装置
实验结论 物体受到的浮力等于它排开液体所受的重力
3.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:
(3)推导式:,其中指的是液体的密度,单位是kg/m3;指的是排开液体的体积,单位是m3。
(4)变形式:物体排开液体的体积;液体密度。
(5)阿基米德原理也适用于气体,此时。
1.浸在不是浸没
“浸在”有两层含义:物体浸没在液体中,;物体部分浸入液体中,。如图所示。
1.(2024·海南·中考真题)用弹簧测力计悬挂一个实心柱体,将它浸入水中静止时,其上表面恰好与水面相平。此时弹簧测力计的示数为3N,柱体下表面受到水的压力为2N,则柱体受到的浮力为 N,其密度是 kg/m3。()
【答案】 2
【详解】[1]柱体上表面恰好与水面相平,则上表面受到水的压力为0,则它受到的浮力为
[2]柱体的重力为
柱体的质量为
柱体的体积为
柱体的密度为
考点三 物体的浮沉条件及应用
一、物体的浮沉条件
1.物体的浮沉条件
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
实心体
处于动态(运动状态改变),受非平衡力作用 可停留液体中任意深度 上浮过程的最终状态 下沉过程的最终状态
处于静态,受平衡力作用
2.对物体沉浮条件的理解
(1)当时,物体在液体中上浮。随着物体不断上升,物体将有一部分露出液面,物体所受的浮力也随着减小,一直减小到时,物体就不再上浮并处于漂浮状态。由此可知,物体上浮的最终状态是漂浮。
(2)当时,物体在液体中下沉,直到容器底部对物体产生一定的支持力,这时物体在重力、浮力、支持力的作用下处于平衡状态,下沉运动结束。由此可知,物体下沉的最终状态是沉底。
3.漂浮问题“五规律”
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;
规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。
二、浮力的应用
1.浮力的应用实例
应用 原理 特点
轮船 采用空心的办法,增大排开水的体积,增大轮船受到的浮力 轮船的大小用排水量表示,轮船排水量=轮船满载时货物的质量+船身质量。 轮船航行时处于漂浮状态,只要轮船的重力不变,无论轮船是在海里还是在河里,它受到的浮力都不变,由于海水、河水密度不同,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,轮船在海里航行时浸在水下的体积较小
潜水艇 靠改变自身重力,实现上浮和下沉 浸没在水中的潜水艇排开的水的体积是始终不变的,所以潜水艇所受浮力始终不变。若要下沉,可吸水,使F浮G。 注意:在潜水艇浮出水面的过程中,因为排开水的体积逐渐减小,所以浮力逐渐减小。
气球和飞艇 气球和飞艇靠充入、排出密度较小的气体来实现升降 F浮=ρ空气gV排可知,G=ρ气gV+G壳,当F浮>G,气球(飞艇)可升上天空,若要使气球(飞艇)降回地面,可以放出一部分气体,使排开空气的体积减小,浮力减小;对于热气球,加热时内部空气膨胀,一部分空气排出,球内空气密度变小,使浮力大于重力而上升;停止加热,热空气冷却,使重力大于浮力而落地
2.密度计
(1)用途:测量液体的密度。
(2)构造:密度计是一根上部标有刻度,形状特殊的玻璃管;管下部的玻璃泡内封装小铅丸或水银(如图所示),使密度计能够直立在液体中。
(3)原理:密度计在液体中呈漂浮状态,所受浮力大小不变,都等于它受到的重力。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体密度较大时,V排较小,密度计露出液体的体积较大,反之较小,因此密度计上的刻度值是上面小、下面大,且刻度不均匀。
三、浮力的计算方法
方法 图示 公式 适用范围
称重法 已知物体的重力和物体浸在液体中弹簧测力计的示数
压力差法 已知物体上、下表面所受的压力
公式法 任何物体(在计算时要统一单位,清楚物体是浸没还是部分浸入)
平衡法 物体在液体中处于悬浮或漂浮时
1.悬浮和漂浮的比较
(1)相同点:都是静止的平衡状态,受力特点相同:。
(2)不同点:①悬浮是物体完全浸没在液体中,。对于实心物体:。
②漂浮是部分浸入液体中,,对于实心物体:。
1.(2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测)夏天原本漂浮在海面上的冰山熔化了一部分以后,冰山会在水中处于 状态(选填“漂浮”、“悬浮”或“沉底”)。这个冰山在水下部分的体积约为,则此冰山受到的浮力为 N。(,)。
【答案】 漂浮
【详解】[1]因为冰的密度小于海水密度,所以冰山在水中会处于漂浮状态。
[2]冰山受到的浮力为
2.【新情境】(2024·陕西·中考真题)当海水的温度及所含盐分变化时,可能会导致海水密度发生突变,在垂直海面方向上形成一个类似“悬崖”的突变水层,在如图所示的情形中,若有潜艇潜航至此水域时,就会急速下沉,发生“掉深”事故,危及潜艇安全。我军潜艇曾创造过遭遇“掉深”自救成功的奇迹。下列相关说法正确的是( )
A.潜艇在高密度水层悬浮时,所受浮力大于其重力
B.潜艇从高密度水层潜航进入低密度水层时,所受浮力不变
C.潜艇遭遇“掉深”进行自救时,需快速排出水箱中的水
D.潜艇从刚要露出水面至漂浮在水面的过程中,其所受浮力变大
【答案】C
【详解】A.潜艇在高密度水层悬浮时,潜艇处于静止状态,所受的浮力等于其重力,故A错误;
B.由阿基米德原理知道,潜艇从高密度水层潜航进入低密度水层时,不变,变小,因此所受的浮力变小,故B错误;
C.潜艇遭遇“掉深”时潜艇受到的浮力小于重力,因此进行自救时,需快速排出水箱中的水,减小潜艇的重力,从而使重力小于潜艇受到的浮力才能重新上浮,故C正确;
D.由阿基米的原理知道,潜艇从刚露出水面至漂浮在水面的过程,所受的浮力变小。故D错误。
故选C。
考点四 跨学科实践:制作微型密度计
一、项目提出
常用的密度计体积较大,很难放入小瓶酒精中进行测量。如果能设计和制作一个微型密度计,测量时只要把微型密度计放入小瓶中,就能方便、快速地判断其是否合格。
二、项目实施
1.设计微型密度计
(1)基本思路
如图所示,把塑料吸管的下端用蜡封口并缠上铜丝,设法让它能竖直漂浮在水面上。这就是一个最简单的密度计。设计符合要求的密度计,应该着重考虑两个因素:一个是密度计的质量,另一个是标度杆的直径。
(2)估算密度计的质量
对于100mL的小瓶酒精来说,若微型密度计测量时排开1~2mL的酒精,一般不会导致酒精的溢出。1~2 mL酒精的质量为1g左右,因此我们设计的微型密度计的质量也应为1g左右。
(3)估算标度杆的直径
知道消毒酒精密度的合格范围,通过计算可得出标度杆的横截面积和直径。
(4)设计微型密度计的结构
微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成,配重位于最下方,浮子位于上方。如图所示。
2.制作
(1)选择材料
浮子:可以用小泡沫塑料球作为浮子,也可以截一段稍粗点的塑料管,将其两头封口作为浮子。
标度杆:直径约为3 mm的细塑料管、做棉签的实心塑料杆以及细的圆珠笔芯等,都可以用来做标度。
配重:可以在实心塑料杆下端缠上若干圈铜丝,或者在空心的细塑料管下端插入一段粗铁丝作为配重。改变铜丝或铁丝的长度就可以调节配重。
(2)制成作品
1.【跨学科实践】(2024·北京·中考真题)某同学将粗细均匀的吸管一端密封,在吸管内装上适量的铁砂,并在吸管上标上刻度线及相应的密度值,制成了简易密度计,如图所示。密度计上有密度值为和的两条刻度线(),两刻度线之间的距离为,该同学发现很小。若想增大,分析说明应增加还是减少吸管内铁砂的质量。
【答案】见解析
【详解】密度计在使用时处于漂浮状态,由物体浮沉条件可知,密度计受到的浮力等于总重力,即,即
则
,
因,则
若增大,则应增大G总或减小S,因此应增大吸管内铁砂的质量,从而增大总重力。
题型一 浮力的概念
浮力的产生原因:液体对物体向上和向下的压力差,如果物体下表面与液体不接触,没有受到向上的压力,则物体不受浮力。浮力的方向总是竖直向上的,与重力方向相反。
1.(2024·四川成都·二模)中国空间站是中华人民共和国建成的国家级太空实验室,如图所示。下列说法正确的是( )
A.空间站受到的合力不为零 B.空间站在太空中受到浮力
C.空间站相对地球是静止的 D.空间站在太空中惯性消失
【答案】A
【详解】A.空间站绕地球沿椭圆轨道运动,空间站的运动状态在改变,处于非平衡状态,说明空间站受到的合力肯定不为零,故A正确;
B.太空中没有空气,故在太空中的空间站不受浮力作用,故B错误;
C.空间站相对于地球之间有位置变化,空间站是运动的,故C错误;
D.空间站在太空中质量大小不变,惯性不变,惯性不为零,故D错误。
故选A。
2.(2024·四川乐山·中考真题)如图所示,鸡蛋悬浮于浓盐水中处于静止状态,请画出鸡蛋的受力示意图。(重心O点已标出)
【答案】见解析
【详解】鸡蛋所受浮力的方向是竖直向上的,从重心开始竖直向上画一条带箭头的线段表示出浮力,并标出F浮;物体的重力G与浮力大小相等,方向相反,作用点都在重心,同理做出重力的示意图,如下图所示
题型二 探究浮力的大小与哪些因素有关
3.(2024·西藏·中考真题)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,操作步骤如图所示。
(1)操作乙中,物体受到的浮力为 N;
(2)分析比较操作甲、乙、丙可得出的初步结论是:当液体的密度相同时, 越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大;
(3)已知水的密度是,实验所用物体的密度为 ;(g取10N/kg)
(4)根据图中给出的信息,你还可以分析得出什么结论?(写出一条即可)
【答案】(1)0.2
(2)物体排开液体的体积越大
(3)8×103
(4)当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大
【详解】(1)由甲可知,物体的重力为4N,由乙可知,物体在浸在水中时弹簧测力计对物体的拉力为3.8N,根据称重法可知,物体受到的浮力为
(2)比较操作甲、乙、丙可知,物体浸在液体中的体积越大,物体排开液体的体积越大,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大,可初步得出结论:当液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
(3)由丁可知,物体浸没在水中时弹簧测力计对物体的拉力为3.5N,根据称重法可知,物体在水中受到的浮力为
由阿基米德原理可知,物体的体积为
实验所用物体的密度为
(4)通过分析比较操作甲、丙、戊可知,当物体排开液体的体积相同时,物体液体的密度越大,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大,因此可初步得出结论:当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
4.【新情境】(2024·内蒙古·中考真题)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,使用的器材有弹簧测力计、带盖的玻璃瓶(瓶盖的质量、体积和形变忽略不计)、柱形容器等,操作过程如下:
(1)在容器中装入适量的水,将玻璃瓶装满水后悬挂在弹簧测力计下,并浸入水中,如图甲所示,容器中水面上升h,弹簧测力计示数为F;
(2)如图乙所示,将玻璃瓶浸没水中,容器中水面又上升h,弹簧测力计示数为0.7F,由此可知浮力的大小与 有关。继续增大玻璃瓶浸没的深度,弹簧测力计示数不变,说明物体所受浮力的大小与 无关,此过程中瓶底所受的压强大小变化情况是 ;
(3)为探究浮力大小与物重是否有关,将玻璃瓶中的一部分水倒出,再将玻璃瓶浸没到容器的水中,如图丙所示,弹簧测力计示数为0.5F。经过测量,图乙、丙操作中玻璃瓶所受浮力均为 F,说明浮力的大小与物重无关。
【答案】 物体排开液体的体积 深度 变大 0.6
【详解】(2)[1]图甲中玻璃瓶装满水后部分浸没水中,容器A中水面上升h1,弹簧测力计示数为F;图乙知玻璃瓶装满水后全部浸没水中,容器A中水面又上升h1,弹簧测力计示数为0.7F,说明排开水的体积变大,弹簧测力计的示数减小,由
F浮=G-F示
可知浮力变大,即浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
[2][3]物体浸没后继续增大玻璃瓶浸没的深度,弹簧测力计示数不变,由
F浮=G-F示
可知浮力不变,说明物体所受浮力的大小与浸没的深度无关。此过程中瓶底的深度增加,由p=ρgh知,瓶底所受水的压强大小变大。
(3)[4]图甲中玻璃瓶装满水后部分浸没水中,容器A中水面上升h1,弹簧测力计示数为F;图乙知玻璃瓶装满水后全部浸没水中,容器A中水面又上升h1,说明
根据F浮=ρ液gV排知,在液体密度一定时
又因为
且
则
故
所以,即
由图乙、图丙可知,水面深度相同,玻璃瓶排开水的体积相同,所以图乙、丙操作中玻璃瓶所受浮力均为0.6F,说明浮力的大小与物重无关。
题型三 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
5.(2024·青海西宁·中考真题)小西和同学们利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶和足量的水等实验器材,做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”的实验,进行了如图所示的操作。
(1)由 两图得出物块所受浮力,再由另外两图得出物块排开液体所受重力,可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力;
(2)实验时,若溢水杯中未装满水,则会导致测出的 ;
(3)为了得到更普遍的结论,接下来的操作中合理的是 ;
A.用原来的方案和器材多次测量求平均值
B.将物块换成小石块,用原来的方案再次进行实验
(4)小组同学经过交流、评估和反思后,得出实验步骤的最佳顺序是 ;
(5)根据实验数据,还可以计算出物块的密度ρ= (g取10N/kg);
(6)另一实验小组将物块换成可以漂浮在水面的木块进行实验,则 (选填“能”或“不能”)得到与(1)相同的结论。
【答案】(1)甲、乙
(2)偏小
(3)B
(4)丁甲乙丙
(5)
(6)能
【详解】(1)由图甲可知,物块的重力为2N,由图乙可知,将物块浸没在水中时,弹簧测力计的示数为1N,因此物块受到的浮力大小为
(2)实验时,若溢水杯中未装满水,则会导致溢出水的体积偏小,则导致测出的偏小。
(3)为了得到更普遍的结论,应该选择不同的液体或者物体重复试验,使用相同的方案和器材多次测量是没有意义的。故选B。
(4)实验步骤的最佳顺序是先测出空小桶的重力,再测出物块的重力,然后将物块浸没在水中进行排水,最后测得小桶和溢出水的总重力,所以最佳顺序是丁甲乙丙。
(5)物块的体积为
则物块的密度为
(6)将物块换成可以漂浮在水面的木块进行实验,木块的浮力可以由漂浮时浮力等于重力得到,根据原来的方法得到,所以也能得到与(1)相同的结论。
6.【新考法】(2024·山东济南·中考真题)小东在学习“阿基米德原理”时,发现老师研究的物体都是在液体里下沉的,于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小是否等于物体排开的液体所受重力的大小”。
(1)小东在设计实验时,通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下:
因为木块漂浮在水中,所以木块所受浮力的大小等于木块所受重力的大小;
若要验证是否等于,只需验证 ;
又因为,所以只需验证是否等于;
于是,小东找来了电子秤(可直接显示物体质量)、溢水杯和小烧杯进行实验,实验步骤如下:
a、用电子秤测量木块的质量;
b、用电子秤测量小烧杯的质量;
c、把木块轻轻放入装满水的溢水杯中,用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水;
d、用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量;
(2)实验数据记录如表所示:
研究对象 木块质量 /g 小烧杯质量 /g 杯、水总质量 /g 排开水的质量 /g
木块 80 38 118
分析表格中的实验数据,得出结论:漂浮在液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体所受重力的大小 ;
(3)在和同学交流分享时,小华认为以上实验过程可以更加简化,如图乙所示,只需将装满水的溢水杯放在电子秤上,将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水,等溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,若观察到 ,即可得到;
(4)小明梳理小东的推理过程时发现,下沉的物体不能通过“是否等于”间接验证“是否等于”,原因是 。
【答案】(1)木块的重力等于木块排开的液体的重力
(2)相等
(3)电子秤的示数保持不变
(4)下沉的物体受到的浮力小于物体的重力
【详解】(1)木块漂浮在水中时,处于漂浮状态,由沉浮条件可知,木块的重力等于木块受到的浮力,由等量代换可知,要验证是否等于,只需要验证木块的重力等于木块排开的液体的重力,即
(2)分析表格中的实验数据发现,烧杯和水的总质量为118g,烧杯的质量为38g,则排开水的质量
m水=118g-38g=80g
所以木块的质量等于排开水的质量,故木块的重力等于木块排开的液体的重力,由等量代换可知,漂浮在液体中的物体所受的浮力等于物体排开的液体所受重力。
(3)由于漂浮在液体中的物体的重力等于物体排开的液体的重力,所以木块轻轻放入溢水杯,木块排开水的重力等于木块的重力,即木块排开水的质量等于木块的质量,所以会观察到溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,电子秤的示数保持不变,故若观察到电子秤的示数保持不变,即可得到。
(4)由沉浮条件可知,下沉的物体受到的浮力小于物体的重力,由阿基米德原理可知,下沉的物体受到的浮力等于排开液体的重力,所以下沉的物体的重力大于排开液体的重力,故下沉的物体的质量大于排开液体的质量,故下沉的物体不能通过“等于”间接验证“等于”。
题型四 阿基米德原理的应用
(1)根据阿基米德原理计算浮力:①先计算物体排开液体的体积,再根据阿基米德原理公式计算浮力。②若已知排开液体的质量,利用计算浮力。 (2)利用阿基米德原理可以计算液体的密度和物体的密度: ①计算液体的密度: ②计算浸没在液体中物体的密度:先根据其他方法求浮力,再求出物体的体积,最后利用计算物体的密度。 (3)用比例法求解液体的密度:由可知,金属块在两种液体中都浸没时,即相同时,与成正比,即:,,。
7.(2024·四川巴中·中考真题)我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟万米深处多次成功坐底,标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在水下5000米时,潜水器上0.1m2的表面上受到海水的压力为 N(ρ海水=1.1×103kg/m3)。如果继续下潜,潜水器所受浮力将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】 5.5×106 不变
【详解】[1]“奋斗者”号在水下5000米时,受到的海水压强为
潜水器上0.1m2的表面上受到海水的压力为
[2]潜水器完全浸没在液体中,继续下潜的过程中,由于液体的密度不变,排开液体的体积不变,则浮力不变。
8.(2024·山东威海·中考真题)小明洗菜时发现体积较大的土豆沉入水底,体积较小的西红柿浮于水面,土豆受到的浮力 西红柿受到的浮力;他想测量土豆的密度,用细线将土豆挂在弹簧测力计下示数为2.4N,再将其完全浸没水中测力计示数为0.4N,则土豆的密度是 。
【答案】 大于 1.2
【详解】[1]根据可知,土豆的体积较大,西红柿的体积较小,则土豆受到的浮力大于西红柿受到的浮力。
[2]根据称重法测浮力可知,土豆的重力为2.4N,土豆受到的浮力为
土豆沉入水底,体积等于其排开水的体积,为
土豆的密度为
9.(2024·陕西·中考真题)如图所示,将一个重为2.7N的实心金属块挂在弹簧测力计下端,使之浸没在水中,当测力计指针静止时,示数为1.7N。(g取,水的密度为)
(1)金属块浸没在水中时,所受浮力是多少?
(2)金属块的体积是多少?
【答案】(1)1.0N
(2)
【详解】(1)金属块浸没在水中时,所受浮力是
(2)由得金属块的体积是
题型五 有关图像问题的计算
浮力和图像的综合 (1)首先根据图像找出两个临界状态,即刚接触水面时和刚浸没时这两种情况,并正确选择计算公式; (2)根据称重法计算物体受到的浮力大小; (3)浸没时,再结合可以求得物体或液体的密度。
10.(2024·山东日照·中考真题)(多选)如图甲所示,将一底面积为的长方体木块用细线系在一个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水,直到木块的上表面与液面相平.木块底部受到水的压强p随容器中水的深度h的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(,)( )
A.木块的重力是24N B.木块的体积是
C.木块完全浸没后受到的浮力是40N D.木块的密度是
【答案】AC
【详解】A.由图像知,容器中水的深度在6cm时,木块刚好漂浮,细线对木块没有拉力,当容器中水的深度超过18cm时,细线对木块产生拉力且逐渐变大,所以在AB过程中细线对物体没有拉力;由图像知,容器中水的深度在6cm时,木块刚好漂浮,此时水对木块下表面的压强是600Pa,由压强公式得,木块下表面受到水的压力为
F=pS=600Pa×0.04m2=24N此时木块刚好漂浮,根据浮力产生的原因得
F浮=F=24N根据漂浮条件得,木块的重力
G=F浮=24N
故A正确;
C.由图像知,当容器中水的深度是22cm时,木块刚好浸没,木块下表面受到水的压强是1000Pa,由压强公式得,此时木块下表面受到水的压力为
F'=p'S=1000Pa×0.04m2=40N根据浮力产生的原因得
F'浮=F'=40N
故C正确;
B.由F浮=ρ水gV排可知,木块的体积为
故B错误;
D.由
G=mg=ρVg可得,木块的密度为
故D错误。
故选AC。
11.(2024·山东淄博·中考真题)如图甲所示,水平放置的长方体容器中水深16cm,用细线将沉在容器底的圆柱体物块竖直向上匀速提升。从物块刚刚离开容器底到拉出水面的过程中,拉力F与物块下表面到容器底的距离h的关系如图乙所示(细线的质量、体积及物块带走的水均忽略不计,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)物块浸没在水中时受到的浮力;
(2)物块取出后,水对容器底的压强;
(3)容器中水的质量。
【答案】(1)5N;
(2)1500Pa;
(3)7.5kg
【详解】(1)由图乙可知,当h>15cm时,物块完全离开水面,物块受到的竖直向下的重力、竖直向上的拉力,处于二力平衡状态,则物块的重力
当h<9cm时,物块完全浸没在水中,此时拉力F=8N,物块受到的竖直向下的重力、竖直向上的拉力、竖直向上的浮力,处于三力平衡状态,即
因此物块浸没在水中时受到的浮力
(2)由图乙可知,当h=15cm时,物块下表面刚好离开水面,则物块取出后,容器中水的深度
水对容器底的压强
(3)根据可得,物块浸没时排开水的体积
物块浸没时与物块取出后相比,水面下降的高度
容器的底面积
容器中水的体积
根据可得,容器中水的质量
12.【新情境】(2024·江苏宿迁·中考真题)科技创新助力中国发展,中国桥梁建设领先世界。小明对桥梁建造产生浓厚的兴趣,想探究桥墩对河底压力与水深度的关系。他找来底面积为的圆柱体,放于水平地面的压力传感器上,如图甲所示,示数为100N。考虑不方便测量圆柱体对河底的压力,于是将圆柱体挂在拉力传感器下方,缓慢向下放至刚好与容器底部接触,如图乙所示。向容器内加水,记录传感器示数和水的深度,并画出如图丙所示的图像。(,)求:
(1)圆柱体的质量;
(2)圆柱体的密度;
(3)取走拉力传感器,圆柱体浸没于水中时对杯底的压强。
【答案】(1)10kg;(2)5×103kg/m3;(3)8000Pa
【详解】解:(1)依题意得,圆柱体的重力为100N,由得,圆柱体的质量
(2)由图丙得,圆柱体的高度为0.2m,圆柱体的体积为
圆柱体的密度
(3)圆柱体浸没在水中,排开水的体积为
圆柱体受到的浮力为
圆柱体对容器底的压力
此时圆柱体对杯底的压强
答:(1)圆柱体的质量10kg;
(2)圆柱体的密度5×103kg/m3;
(3)取走拉力传感器,圆柱体浸没于水中时对杯底的压强8000Pa。
题型六 判断物体的浮沉
1.物体沉浮条件 (1)比较浮力与重力:F浮>G物,物体上浮至漂浮;F浮=G物,物体不上浮也不下沉;F浮ρ物,物体会上浮至漂浮。 2.比较重力和浮力的大小时,应计算物体浸没时受到的浮力。物体密度指的是平均密度。
13.(2024·四川巴中·中考真题)一个体积为100cm3、质量为90g的球放入足够深的水中,静止后的状态及所受浮力大小为( )
A.漂浮 0.9N B.漂浮 1N C.沉底 0.9N D.沉底 1N
【答案】A
【详解】当小球完全浸没后受到的浮力为
小球的重力为
由于可知,小球会加速上浮,最终漂浮,浮力等于重力为0.9N,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
14.(2024·江苏苏州·中考真题)将鸡蛋放入盐水中出现如图所示状态,缓慢向杯中加盐或水使鸡蛋悬浮,下列说法正确的是( )
A.加盐可以让鸡蛋悬浮
B.鸡蛋悬浮时液体密度大
C.鸡蛋悬浮时浮力大
D.鸡蛋悬浮时液体对杯底的压强大
【答案】D
【详解】AB.如图,鸡蛋漂浮,根据物体的沉浮条件,向杯中加盐,盐水密度变大,鸡蛋仍然漂浮,若适当加水,可以减小盐水的密度,鸡蛋可以悬浮,所以鸡蛋悬浮时液体密度较小,故AB错误;
C.向杯中加盐,鸡蛋仍然漂浮,若加水,鸡蛋悬浮,均浮力等于重力,所以浮力相等,故C错误;
D.加水后,盐水的总质量明显增加,对烧杯底部的压力明显变大,根据可知对烧杯底部的压强明显变大;向杯中加盐,盐水的总质量增加不明显,则对烧杯底部的压力增加不明显,所以对烧杯底部的压强增加不明显,故鸡蛋悬浮时液体对杯底的压强大,故D正确。
故选D。
题型七 浮力的应用
1.轮船:采用“空心”的办法增大排开水的体积来增大浮力,从而实现漂浮在水面上。 轮船始终漂浮在水面上,,当它从内陆河中驶入海中,受到的浮力是不变的,由于海水的密度大于河水的密度,它排开海水的体积小于排开河水的体积,所以它要上浮一些。 2.潜水艇:通过向水舱中充水或排水改变自身的重力,实现上浮和下潜的。 潜水艇在水面下潜行时,浸没在水中的潜水艇排开水的体积不变,它受到的浮力也不变。 3.气球和飞艇:内充密度小于外部空气密度的气体,靠空气浮力升空。 4.密度计:根据物体漂浮时,及阿基米德原理制成的。 浸入液体的体积越小,说明液体的密度越大,其示数越大。
15.【跨学科实践】(2024·四川眉山·中考真题)物理兴趣小组的同学制作了一个简易密度计,分别放入盛有不同液体的两个烧杯中,静止时液面相平如图所示,密度计在液体中受到浮力 ,液体对杯底的压强 (选填“<”“=”或“>”)
【答案】
【详解】[1]由图可知,简易密度计在甲、乙两种液体中都处于漂浮状态,此时浮力等于重力,因同一支密度计的重力不变,所以密度计在两种液体中所受的浮力相等,即
[2]由图知,密度计排开甲液体的体积大于排开乙液体的体积,密度计在两种液体中所受的浮力相等,根据可知,甲液体的密度小于乙液体的密度,乙容器内液面高度较高,根据可知,甲烧杯底部受到的液体压强较小,即
16.(2024·山东淄博·中考真题)下列有关说法错误的是( )
A.气球飘浮,气球内充入密度比空气小的气体
B.飞机升空,机翼上方空气的流速大,压强大
C.船通过船闸,利用了连通器原理
D.潜艇浮沉,靠改变自身重力实现
【答案】B
【详解】A.根据浮与沉的条件可知,气球飘浮,是因为气球内充入了密度比空气小的气体,故A正确,不符合题意;
B.飞机的机翼上方突起,下方平直,这样导致机翼上方空气流速快,压强小,机翼下方空气流速慢,压强大,从而使飞机获得升力实现升空,故B错误,符合题意;
C.船闸的上游阀门打开时,上游和闸室构成连通器,下游阀门打开时,下游和闸室构成连通器,船闸是利用连通器原理工作的,故C正确,不符合题意;
D.潜水艇浸没在水中时排开水的体积不变,受到的浮力不变,为了实现上浮和下沉,是通过改变自身的重力来实现的,故D正确,不符合题意。
故选B。
17.(2024·四川泸州·中考真题)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,下列对该潜艇的说法中正确的是( )
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
【答案】C
【详解】A.潜艇是通过改变自身重力来实现上浮与下沉的,故A错误;
B.在水面下匀速下潜过程中,潜艇排开水的体积不变,根据阿基米德原理可知,受到的浮力不变,故B错误;
CD.从长江潜行进入东海时,潜艇排开水的体积不变,而海水密度大于河水密度,根据阿基米德原理可知,潜艇受到的浮力变大,需要往水仓内注水来增大自身重力,从而使自身重力仍等于受到的浮力,故C正确,D错误。
故选C。
题型八 浮力和压强的综合计算
1.计算浮力的方法 方法公式适用范围称重法已知重力和弹簧测力计示数压力差法已知上下表面压强原理法已知液体密度和排开液体体积平衡法漂浮或悬浮
2.变化量公式:,, 3.计算浮力的类型 (1)漂浮类和悬浮类 ①已知物重,根据可求出浮力;进而根据阿基米德原及变形公式可求出相关物理量。 ②已知物体浸在液体中的体积,根据阿基米德原理可求出,再根据即可求出物体的重力及物体的密度。 (2)液面变化类 ①液面的升降与的变化有关,一般情况,若变化前后相等则液面不变,若变小则液面下降,若变大则液面上升。 ②液面高度变化对容器底的压强发生变化,利用计算液面的高度。 (3)多物体类 首先应用整体法进行受力分析,得出物体的受力情况,再应用隔离法分析单个物体的受力情况。
18.(2024·四川达州·中考真题)如图所示,一重为20N的正方体木块静止在盛水的薄壁柱形容器中,已知容器底面积,则木块下底面受到水的压力为 N,木块放入容器前后水对容器底部的压强变化量为 Pa。
【答案】 20 1000
【详解】[1]木块静止在水中时漂浮,浮力等于重力,为
根据压力差法可知,木块受到的浮力等于木块上下表面受到水的压力差,则木块下表面受到水的压力为
[2]木块放入容器后,水对容器的压力变化量等于木块的重力,则前后水对容器底部的压强变化量为
19.【新情境】(2024·天津·中考真题)(多选)水平桌面上有一底面积为的柱形平底薄壁容器,容器底部直立一底面积为的实心圆柱体(与容器底不密合),圆柱体对容器底的压强为,如图所示。向容器中注入质量为的液体后,圆柱体仍直立于容器底且未完全浸没,则( )
A.圆柱体所受浮力为 B.圆柱体所受浮力为
C.容器底所受液体压强可能为 D.容器底所受液体压强可能为
【答案】BD
【详解】AB.由密度公式可得,容器内液体的体积
圆柱体直立在液体中且与容器底接触,放入圆柱体后容器内液体的深度
圆柱体受到的浮力
故A不符合题意,B符合题意;
CD.若圆柱体对容器底部有压力,则容器底受到液体的压强
若圆柱体对容器底部的压力刚好为零时,即圆柱体漂浮,圆柱体所受的浮力等于重力,此时容器底所受液体压强为
故C不符合题意,D符合题意。
故选BD。
20.【新考法】(2024·四川乐山·中考真题)如图所示,实心均匀圆柱体A、底面积均为的薄壁圆柱形容器B、C,都放置在水平桌面上,A、B、C的高度均为10cm。容器B内装有水,各项参数如表所示。忽略圆柱体A吸附液体等次要因素,g取。
参数 圆柱体A 水 油
质量/g 90 120 81
密度/() 0.6 1 0.9
深度/cm 4 3
(1)求圆柱体A的体积;
(2)将A竖直缓慢放入B中,静止时A漂浮在水面,求此时圆柱体A受到的浮力;
(3)将A竖直缓慢放入C中,待A静止后,求油对容器底部的压强。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】解:(1)根据题中表格内参数可得圆柱体A的体积为
(2)A漂浮在水面,则所受浮力与A的重力相等,即浮力大小为
(3)油的体积为
圆柱体A的密度小于油的密度,假如A放入油中,静止时处于漂浮状态,则所受浮力与A的重力相等,由(2)可得浮力大小为0.9N,则排开油的体积为
因为
所以A不能漂浮在油中,A在油中沉底,则此时油的深度为
油对容器底的压强为
答:(1)圆柱体A的体积;
(2)将A竖直缓慢放入B中,静止时A漂浮在水面,此时圆柱体A受到的浮力;
(3)将A竖直缓慢放入C中,待A静止后,油对容器底部的压强。
题型九 压强和浮力的综合分析
1.压强和浮力的综合分析 (1)利用浮沉条件比较物理量的大小关系 状态分析过程静止在相同液体中的不同物体物体体积相同时①浮力:由,根据排开液体体积判断; ②重力:根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ③物体密度和液体密度:(漂浮时,悬浮时,沉底时)物体质量相同时①浮力:质量相同即重力相同,根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ②物体密度和液体密度:漂浮时,悬浮时,沉底时静止在不同液体中的物体同一物体①浮力:根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ②液体密度:漂浮时,悬浮时,沉底时质量相同的不同物体①浮力:质量相同即重力相同,根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ②物体密度和液体密度:漂浮时,悬浮时,沉底时
(2)判断容器底受到液体的压强变化:当液体密度相同,主要判断液体深度的变化;当液体深度相同时,判断液体密度的大小。 (3)判断容器对桌面的压强变化:受力面积一定时,判断压力的变化情况,F压=G总=G容器+G液体+G物体
21.(2024·山东德州·中考真题)如图所示,水平桌面上有A、B两个相同容器,分别装有密度为ρ1、ρ2的两种不同液体,将两个相同的小球分别放入两容器中,小球静止时,两容器液面相平,A、B两容器对桌面的压力分别为F1、F2,则ρ1 ρ2,F1 F2(均选填“>”“ <”或“=”)。
【答案】 > >
【详解】[1][2]小球在A容器中漂浮,则
小球在B容器中悬浮,则
综上可得
两容器液面相平,由图可知,两容器中液体的体积关系为
根据可得,两容器中液体的质量关系为
桌面水平,两容器对桌面的压力
综上可得
22.【新考法】(2024·江苏淮安·中考真题)如图所示,甲、乙两个相同的容器分别盛有体积相同的水和盐水,静置在水平面上.现将一杯子和木块以两种方式分别放在甲、乙两容器中,甲中杯子静止时漂浮在水面上,乙中木块紧贴杯底(杯中无气体)并与杯子一起悬浮在盐水中,下列说法中正确的是( )
A.甲容器对水平面的压强大于乙容器对水平面的压强
B.木块在甲容器中受到的浮力大于在乙容器中受到的浮力
C.甲容器中液面上升的高度大于乙容器中液面上升的高度
D.将乙容器中的杯子轻轻向下推动少许,杯子和木块将沉到容器底
【答案】C
【详解】A.容器对地面的压力等于容器、液体、杯子和木块的重力之和,甲、乙中容器、杯子和木块重力相同。水和盐水的体积相同,盐水的密度大,根据可知,乙中盐水的质量更大,因此盐水的重力更大,两容器的底面积相同,根据可知,乙对地面的压强更大,故A错误;
B.由图可知,木块在甲容器中放在杯子中,受到杯子的支持力,大小等于木块的重力,木块没有排开液体,即没有受到浮力。木块在乙中排开了液体,受到的了浮力,木块的密度未知,因此无法得出浮力与重力的关系,综上所述,木块在甲容器中受到的浮力小于在乙容器中受到的浮力,故B错误;
C.甲中,杯子和木块整体漂浮在水中,整体受到的浮力等于整体的重力;乙中,杯子和木块整体悬浮在水中,整体受到的浮力等于整体的重力。因此甲、乙中整体受到的浮力相同,乙中盐水的密度更大,根据可知,甲中排开液体的体积大于乙中排开液体的体积,根据可知,甲容器中液面上升的高度大于乙容器中液面上升的高度,故C正确;
D.将乙容器中的杯子轻轻向下推动少许,根据可知,杯子和木块受到的压强增大,但整体内部没有空气,整体的体积不会改变,因此整体受到的浮力不变,仍等于整体的重力,故仍悬浮在液体中,不会沉底,故D错误。
故选C。
23.(2024·江苏南通·中考真题)将新鲜度不同的甲、乙两鸡蛋放入水中,静止时的状态如图所示,下列说法正确的是( )
A.若甲、乙体积相等,甲受到的浮力小 B.若甲、乙质量相等,甲受到的浮力小
C.向杯中加盐水后,乙受到的浮力变大 D.向杯中加酒精后,乙受到的浮力变大
【答案】B
【详解】A.若甲、乙体积相等,乙排开液体的体积小,根据公式可知,乙受到的浮力比甲小,故A错误;
B.若甲、乙质量相等,由G=mg可知,甲、乙重力相等,乙漂浮,浮力等于重力,甲沉底,浮力小于重力,则甲受到的浮力小,故B正确;
C.原来乙漂浮,说明乙密度小于水的密度,加入盐水后,液体密度变大,乙密度依旧小于液体密度,仍然漂浮,乙受到的浮力仍然等于重力,故乙受到的浮力不变,故C错误;
D.向杯中加酒精,液体密度会变小,乙会下沉一些,可能漂浮或悬浮,此时浮力仍然等于重力;也可能沉底,此时浮力小于重力,浮力变小;故乙受到的浮力不会变大,故D错误。
故选B。主题二 力
专题11 浮力(5-10分)(原卷版)
目 录
3
4
考点一 浮力 4
考点二 阿基米德原理 7
考点三 物体的浮沉条件及应用 9
考点四 跨学科实践:制作微型密度计 13
14
题型一 浮力的概念 15
题型二 探究浮力的大小与哪些因素有关 15
题型三 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 16
题型四 阿基米德原理的应用 18
题型五 有关图像问题的计算 19
题型六 判断物体的浮沉 20
题型七 浮力的应用 21
题型八 浮力和压强的综合计算 22
题型九 压强和浮力的综合分析 24
考点要求 新课标要求 命题预测 新旧教材对比
浮力 2.2.9 通过实验,认识浮力。探究并了解浮力大小与哪些因素有关。 4.2.4 探究浮力大小与哪些因素有关。 《浮力》是初中物理力学的重点内容,同时也是最难和易错的内容。浮力问题涉及到的知识点、概念和规律较多,综合性也最强,压轴题也大都出于此,因此对本专题的备考复习应重点关注。在认识基本概念,熟悉浮力的基本规律后,通过重点考点和提醒的训练,强化考生分析、判断和计算的综合能力。此外新教材新增制作微型密度计,在备考复习时也应详细讲解和针对练习,帮助考生掌握该内容。 本单元常考题型有:选择题、填空题、实验探究题、计算题和综合题等。 主要命题点有:浮力的概念、浮力的测量、影响浮力大小的因素、物体所受浮力与物体排开液体重力的关系、物体的沉浮条件及利用物体沉浮条件进行相关计算、浮力的应用、压强与浮力综合和浮力在生活中的应用等 新教材新增跨学科实践:制作微型密度计。另外新教材在第一节浮力中将决定浮力大小的因素放在了浮力产生的原因前面,让知识的呈现顺序更加合理。第三节浮力的应用知识点中新增密度计的内容,为制作微型密度计提供了理论支撑。新教材通过解决生活中的实际问题,让学生体会物理的实用性。
阿基米德原理 2.2.9 知道阿基米德原理。
物体的浮沉条件及应用 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。
跨学科实践:制作微型密度计 通过制作微型密度计,了解物理学在生活中的应用,遇到问题能提出解决方案。
考点一 浮力
一、浮力
1.定义:浸在液体或气体中的物体受到向上的力,这个力叫做浮力。
2.方向:竖直向上。
3.施力物体和受力物体
施力物体:液体或气体;受力物体:浸在液体(或气体)中的物体。
4.称重法—测量浮力
(1)称重法测浮力的原理
如下图所示,用弹簧测力计分别测出物体在空气中的示数G物和物体浸入液体后弹簧测力计的示数,两者之差即为物体所受的浮力。
(2)称重法测浮力的步骤
①用弹簧测力计测出物体的重力;
②将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中,读出弹簧测力计的示数;
③物体在液体中所受浮力。
注意:步骤①②若颠倒,会因物体沾带液体而产生误差。
二、决定浮力大小的因素
1.探究浮力的大小跟哪些因素有关
实验目的 探究浮力的大小与哪些因素有关
提出猜想 猜想1:浮力的大小与物体浸在液体中的体积有关。 猜想2:浮力的大小与液体的密度有关。
实验思路 由以上猜想,浮力的大小可能与浸在液体中物体的体积、液体的密度等因素有关。要探究浮力的大小是否与这些量有关,需要逐次探究,每次探究浮力的大小与其中一个量的关系,其他的量要保持不变。
实验图
实验器材 弹簧测力计、物体(不吸水、密度比液体密度大)、细绳、烧杯、水、盐水
实验设计与分析 (1)控制变量法:①探究浮力大小和排开液体体积的关系时,控制液体密度不变,改变漫入的体积(图b、c);②探究浮力大小和液体密度的关系时,控制排开液体体积不变,改变液体密度(图c、e);③探究浮力大小和浸没深度的关系时,控制排开液体的体积和液体密度不变,改变浸没的深度(图c、d) (2)浮力的计算方法:F浮=G物-F示 (3)浮力的方向与大小判断:竖直向上,弹簧测力计示数变小时,浮力变大 (4)绘制液体密度一定时,浮力F和物体浸人的深度h的关系图像 (5)物体所受浮力的大小与物体本身的形状、密度均无关 拓展 (6)阿基米德原理的应用:①测固体密度:由如图a、c操作分别测出物体所受重力G和浸没在水中所受到的浮力F,固体密度; ②测液体密度:由如图a、c、e操作分别测得物体浸没在两种液体中所受到的浮力F水和F液,液体密度
实验结论 (1)液体密度一定时,排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大 (2)排开液体的体积一定时,液体密度越大,物体受到的浮力越大 (3)浮力大小与物体浸没的深度无关
实验表明:物体在液体中所受浮力的大小,与它排开液体的体积有关、与液体的密度有关。物体排开液体的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。
三、浮力产生的原因
如图所示,我们研究浸没在液体中的长方体的受力情况。长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡,物体水平方向所受的合力为0。长方体上、下表面所处的深度分别记为、,,因此,液体对长方体下表面的压强要大于液体对上表面的压强。考虑到长方体上、下表面的受力面积是相同的,所以,液体对长方体向上的压力大于液体对它向下的压力。浸没在液体中的物体,其上、下表面受到液体对它的压力不同,这就是浮力产生的原因。
简单概括:浸在液体或气体中的物体上下表面存在着一个向上的压力差,即。
1.不是所有浸在液体中的物体都受到浮力作用
浸在水中的物体与容器底部紧密接触,且接触处无水渗入(即不受水对其有向上的压力)时,浸在水中的物体不受浮力。(如图,甲不受浮力,乙受浮力。)
2.浮力的大小与物体浸没深度无关
随着物体接触水面到浸没的过程中,浮力在逐渐增大。不能说明浮力的大小与物体浸入液体中的深度有关,原因是此时物体排开液体的体积也在变大。
1.(2024·山东青岛·中考真题)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为 N;
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数 ,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数 ,说明浮力的大小与 有关;
(3)将 相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小 ,说明浮力的大小与物体密度无关;
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图 。
考点二 阿基米德原理
一、浮力的大小
1.阿基米德灵感的启示
物体排开液体的体积越大、液体的密度越大,所受的浮力就越大。而排开液体的体积与液体密度的乘积就是排开液体的质量,因此物体排开液体的质量越大,所受的浮力越大。又由于物体所受的重力和它的质量是成正比的,由此可以想到:物体在液体中所受的浮力与它排开液体所受的重力有直接的关系。
2.探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
实验目的 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
实验思路 本实验需要先测量两个量:物体所受的浮力和物体排开液体所受的重力,然后分析它们的关系。 1.怎样测量物体所受浮力的大小? 2.怎样测量物体排开液体所受的重力? 3.如果要减小实验误差,应该怎样设计实验操作的顺序?
实验图
实验器材 弹簧测力计、物体(不吸水、密度比水大)、细绳、溢水杯、水、小桶
实验设计与分析 (1)浮力的计算方法:F浮=G物-F示 (2)排开液体所受的重力计算:G排=G总-G桶 (3)误差分析:①溢水杯没有盛满,溢水量少于实际排水量,测得排开液体所受的重力偏小;②先称总重再称空桶,桶中有水渍残留,测得排开液体所受的重力偏小;③物体先浸入溢水杯再称重,物体上有水附着,计算得物体所受的浮力偏大 (4)(更换液体)多次实验的目的:寻找普遍规律,避免偶然性 (5)创新装置
实验结论 物体受到的浮力等于它排开液体所受的重力
3.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:
(3)推导式:,其中指的是液体的密度,单位是kg/m3;指的是排开液体的体积,单位是m3。
(4)变形式:物体排开液体的体积;液体密度。
(5)阿基米德原理也适用于气体,此时。
1.浸在不是浸没
“浸在”有两层含义:物体浸没在液体中,;物体部分浸入液体中,。如图所示。
1.(2024·海南·中考真题)用弹簧测力计悬挂一个实心柱体,将它浸入水中静止时,其上表面恰好与水面相平。此时弹簧测力计的示数为3N,柱体下表面受到水的压力为2N,则柱体受到的浮力为 N,其密度是 kg/m3。()
考点三 物体的浮沉条件及应用
一、物体的浮沉条件
1.物体的浮沉条件
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
实心体
处于动态(运动状态改变),受非平衡力作用 可停留液体中任意深度 上浮过程的最终状态 下沉过程的最终状态
处于静态,受平衡力作用
2.对物体沉浮条件的理解
(1)当时,物体在液体中上浮。随着物体不断上升,物体将有一部分露出液面,物体所受的浮力也随着减小,一直减小到时,物体就不再上浮并处于漂浮状态。由此可知,物体上浮的最终状态是漂浮。
(2)当时,物体在液体中下沉,直到容器底部对物体产生一定的支持力,这时物体在重力、浮力、支持力的作用下处于平衡状态,下沉运动结束。由此可知,物体下沉的最终状态是沉底。
3.漂浮问题“五规律”
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;
规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。
二、浮力的应用
1.浮力的应用实例
应用 原理 特点
轮船 采用空心的办法,增大排开水的体积,增大轮船受到的浮力 轮船的大小用排水量表示,轮船排水量=轮船满载时货物的质量+船身质量。 轮船航行时处于漂浮状态,只要轮船的重力不变,无论轮船是在海里还是在河里,它受到的浮力都不变,由于海水、河水密度不同,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,轮船在海里航行时浸在水下的体积较小
潜水艇 靠改变自身重力,实现上浮和下沉 浸没在水中的潜水艇排开的水的体积是始终不变的,所以潜水艇所受浮力始终不变。若要下沉,可吸水,使F浮G。 注意:在潜水艇浮出水面的过程中,因为排开水的体积逐渐减小,所以浮力逐渐减小。
气球和飞艇 气球和飞艇靠充入、排出密度较小的气体来实现升降 F浮=ρ空气gV排可知,G=ρ气gV+G壳,当F浮>G,气球(飞艇)可升上天空,若要使气球(飞艇)降回地面,可以放出一部分气体,使排开空气的体积减小,浮力减小;对于热气球,加热时内部空气膨胀,一部分空气排出,球内空气密度变小,使浮力大于重力而上升;停止加热,热空气冷却,使重力大于浮力而落地
2.密度计
(1)用途:测量液体的密度。
(2)构造:密度计是一根上部标有刻度,形状特殊的玻璃管;管下部的玻璃泡内封装小铅丸或水银(如图所示),使密度计能够直立在液体中。
(3)原理:密度计在液体中呈漂浮状态,所受浮力大小不变,都等于它受到的重力。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体密度较大时,V排较小,密度计露出液体的体积较大,反之较小,因此密度计上的刻度值是上面小、下面大,且刻度不均匀。
三、浮力的计算方法
方法 图示 公式 适用范围
称重法 已知物体的重力和物体浸在液体中弹簧测力计的示数
压力差法 已知物体上、下表面所受的压力
公式法 任何物体(在计算时要统一单位,清楚物体是浸没还是部分浸入)
平衡法 物体在液体中处于悬浮或漂浮时
1.悬浮和漂浮的比较
(1)相同点:都是静止的平衡状态,受力特点相同:。
(2)不同点:①悬浮是物体完全浸没在液体中,。对于实心物体:。
②漂浮是部分浸入液体中,,对于实心物体:。
1.(2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测)夏天原本漂浮在海面上的冰山熔化了一部分以后,冰山会在水中处于 状态(选填“漂浮”、“悬浮”或“沉底”)。这个冰山在水下部分的体积约为,则此冰山受到的浮力为 N。(,)。
2.【新情境】(2024·陕西·中考真题)当海水的温度及所含盐分变化时,可能会导致海水密度发生突变,在垂直海面方向上形成一个类似“悬崖”的突变水层,在如图所示的情形中,若有潜艇潜航至此水域时,就会急速下沉,发生“掉深”事故,危及潜艇安全。我军潜艇曾创造过遭遇“掉深”自救成功的奇迹。下列相关说法正确的是( )
A.潜艇在高密度水层悬浮时,所受浮力大于其重力
B.潜艇从高密度水层潜航进入低密度水层时,所受浮力不变
C.潜艇遭遇“掉深”进行自救时,需快速排出水箱中的水
D.潜艇从刚要露出水面至漂浮在水面的过程中,其所受浮力变大
考点四 跨学科实践:制作微型密度计
一、项目提出
常用的密度计体积较大,很难放入小瓶酒精中进行测量。如果能设计和制作一个微型密度计,测量时只要把微型密度计放入小瓶中,就能方便、快速地判断其是否合格。
二、项目实施
1.设计微型密度计
(1)基本思路
如图所示,把塑料吸管的下端用蜡封口并缠上铜丝,设法让它能竖直漂浮在水面上。这就是一个最简单的密度计。设计符合要求的密度计,应该着重考虑两个因素:一个是密度计的质量,另一个是标度杆的直径。
(2)估算密度计的质量
对于100mL的小瓶酒精来说,若微型密度计测量时排开1~2mL的酒精,一般不会导致酒精的溢出。1~2 mL酒精的质量为1g左右,因此我们设计的微型密度计的质量也应为1g左右。
(3)估算标度杆的直径
知道消毒酒精密度的合格范围,通过计算可得出标度杆的横截面积和直径。
(4)设计微型密度计的结构
微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成,配重位于最下方,浮子位于上方。如图所示。
2.制作
(1)选择材料
浮子:可以用小泡沫塑料球作为浮子,也可以截一段稍粗点的塑料管,将其两头封口作为浮子。
标度杆:直径约为3 mm的细塑料管、做棉签的实心塑料杆以及细的圆珠笔芯等,都可以用来做标度。
配重:可以在实心塑料杆下端缠上若干圈铜丝,或者在空心的细塑料管下端插入一段粗铁丝作为配重。改变铜丝或铁丝的长度就可以调节配重。
(2)制成作品
1.【跨学科实践】(2024·北京·中考真题)某同学将粗细均匀的吸管一端密封,在吸管内装上适量的铁砂,并在吸管上标上刻度线及相应的密度值,制成了简易密度计,如图所示。密度计上有密度值为和的两条刻度线(),两刻度线之间的距离为,该同学发现很小。若想增大,分析说明应增加还是减少吸管内铁砂的质量。
题型一 浮力的概念
浮力的产生原因:液体对物体向上和向下的压力差,如果物体下表面与液体不接触,没有受到向上的压力,则物体不受浮力。浮力的方向总是竖直向上的,与重力方向相反。
1.(2024·四川成都·二模)中国空间站是中华人民共和国建成的国家级太空实验室,如图所示。下列说法正确的是( )
A.空间站受到的合力不为零 B.空间站在太空中受到浮力
C.空间站相对地球是静止的 D.空间站在太空中惯性消失
2.(2024·四川乐山·中考真题)如图所示,鸡蛋悬浮于浓盐水中处于静止状态,请画出鸡蛋的受力示意图。(重心O点已标出)
题型二 探究浮力的大小与哪些因素有关
3.(2024·西藏·中考真题)在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,操作步骤如图所示。
(1)操作乙中,物体受到的浮力为 N;
(2)分析比较操作甲、乙、丙可得出的初步结论是:当液体的密度相同时, 越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大;
(3)已知水的密度是,实验所用物体的密度为 ;(g取10N/kg)
(4)根据图中给出的信息,你还可以分析得出什么结论?(写出一条即可)
4.【新情境】(2024·内蒙古·中考真题)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,使用的器材有弹簧测力计、带盖的玻璃瓶(瓶盖的质量、体积和形变忽略不计)、柱形容器等,操作过程如下:
(1)在容器中装入适量的水,将玻璃瓶装满水后悬挂在弹簧测力计下,并浸入水中,如图甲所示,容器中水面上升h,弹簧测力计示数为F;
(2)如图乙所示,将玻璃瓶浸没水中,容器中水面又上升h,弹簧测力计示数为0.7F,由此可知浮力的大小与 有关。继续增大玻璃瓶浸没的深度,弹簧测力计示数不变,说明物体所受浮力的大小与 无关,此过程中瓶底所受的压强大小变化情况是 ;
(3)为探究浮力大小与物重是否有关,将玻璃瓶中的一部分水倒出,再将玻璃瓶浸没到容器的水中,如图丙所示,弹簧测力计示数为0.5F。经过测量,图乙、丙操作中玻璃瓶所受浮力均为 F,说明浮力的大小与物重无关。
题型三 探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
5.(2024·青海西宁·中考真题)小西和同学们利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶和足量的水等实验器材,做“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”的实验,进行了如图所示的操作。
(1)由 两图得出物块所受浮力,再由另外两图得出物块排开液体所受重力,可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于它排开的液体所受的重力;
(2)实验时,若溢水杯中未装满水,则会导致测出的 ;
(3)为了得到更普遍的结论,接下来的操作中合理的是 ;
A.用原来的方案和器材多次测量求平均值
B.将物块换成小石块,用原来的方案再次进行实验
(4)小组同学经过交流、评估和反思后,得出实验步骤的最佳顺序是 ;
(5)根据实验数据,还可以计算出物块的密度ρ= (g取10N/kg);
(6)另一实验小组将物块换成可以漂浮在水面的木块进行实验,则 (选填“能”或“不能”)得到与(1)相同的结论。
6.【新考法】(2024·山东济南·中考真题)小东在学习“阿基米德原理”时,发现老师研究的物体都是在液体里下沉的,于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小是否等于物体排开的液体所受重力的大小”。
(1)小东在设计实验时,通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下:
因为木块漂浮在水中,所以木块所受浮力的大小等于木块所受重力的大小;
若要验证是否等于,只需验证 ;
又因为,所以只需验证是否等于;
于是,小东找来了电子秤(可直接显示物体质量)、溢水杯和小烧杯进行实验,实验步骤如下:
a、用电子秤测量木块的质量;
b、用电子秤测量小烧杯的质量;
c、把木块轻轻放入装满水的溢水杯中,用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水;
d、用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量;
(2)实验数据记录如表所示:
研究对象 木块质量 /g 小烧杯质量 /g 杯、水总质量 /g 排开水的质量 /g
木块 80 38 118
分析表格中的实验数据,得出结论:漂浮在液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体所受重力的大小 ;
(3)在和同学交流分享时,小华认为以上实验过程可以更加简化,如图乙所示,只需将装满水的溢水杯放在电子秤上,将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水,等溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,若观察到 ,即可得到;
(4)小明梳理小东的推理过程时发现,下沉的物体不能通过“是否等于”间接验证“是否等于”,原因是 。
题型四 阿基米德原理的应用
(1)根据阿基米德原理计算浮力:①先计算物体排开液体的体积,再根据阿基米德原理公式计算浮力。②若已知排开液体的质量,利用计算浮力。 (2)利用阿基米德原理可以计算液体的密度和物体的密度: ①计算液体的密度: ②计算浸没在液体中物体的密度:先根据其他方法求浮力,再求出物体的体积,最后利用计算物体的密度。 (3)用比例法求解液体的密度:由可知,金属块在两种液体中都浸没时,即相同时,与成正比,即:,,。
7.(2024·四川巴中·中考真题)我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟万米深处多次成功坐底,标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在水下5000米时,潜水器上0.1m2的表面上受到海水的压力为 N(ρ海水=1.1×103kg/m3)。如果继续下潜,潜水器所受浮力将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
8.(2024·山东威海·中考真题)小明洗菜时发现体积较大的土豆沉入水底,体积较小的西红柿浮于水面,土豆受到的浮力 西红柿受到的浮力;他想测量土豆的密度,用细线将土豆挂在弹簧测力计下示数为2.4N,再将其完全浸没水中测力计示数为0.4N,则土豆的密度是 。
9.(2024·陕西·中考真题)如图所示,将一个重为2.7N的实心金属块挂在弹簧测力计下端,使之浸没在水中,当测力计指针静止时,示数为1.7N。(g取,水的密度为)
(1)金属块浸没在水中时,所受浮力是多少?
(2)金属块的体积是多少?
题型五 有关图像问题的计算
浮力和图像的综合 (1)首先根据图像找出两个临界状态,即刚接触水面时和刚浸没时这两种情况,并正确选择计算公式; (2)根据称重法计算物体受到的浮力大小; (3)浸没时,再结合可以求得物体或液体的密度。
10.(2024·山东日照·中考真题)(多选)如图甲所示,将一底面积为的长方体木块用细线系在一个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水,直到木块的上表面与液面相平.木块底部受到水的压强p随容器中水的深度h的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(,)( )
A.木块的重力是24N B.木块的体积是
C.木块完全浸没后受到的浮力是40N D.木块的密度是
11.(2024·山东淄博·中考真题)如图甲所示,水平放置的长方体容器中水深16cm,用细线将沉在容器底的圆柱体物块竖直向上匀速提升。从物块刚刚离开容器底到拉出水面的过程中,拉力F与物块下表面到容器底的距离h的关系如图乙所示(细线的质量、体积及物块带走的水均忽略不计,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)物块浸没在水中时受到的浮力;
(2)物块取出后,水对容器底的压强;
(3)容器中水的质量。
12.【新情境】(2024·江苏宿迁·中考真题)科技创新助力中国发展,中国桥梁建设领先世界。小明对桥梁建造产生浓厚的兴趣,想探究桥墩对河底压力与水深度的关系。他找来底面积为的圆柱体,放于水平地面的压力传感器上,如图甲所示,示数为100N。考虑不方便测量圆柱体对河底的压力,于是将圆柱体挂在拉力传感器下方,缓慢向下放至刚好与容器底部接触,如图乙所示。向容器内加水,记录传感器示数和水的深度,并画出如图丙所示的图像。(,)求:
(1)圆柱体的质量;
(2)圆柱体的密度;
(3)取走拉力传感器,圆柱体浸没于水中时对杯底的压强。
题型六 判断物体的浮沉
1.物体沉浮条件 (1)比较浮力与重力:F浮>G物,物体上浮至漂浮;F浮=G物,物体不上浮也不下沉;F浮ρ物,物体会上浮至漂浮。 2.比较重力和浮力的大小时,应计算物体浸没时受到的浮力。物体密度指的是平均密度。
13.(2024·四川巴中·中考真题)一个体积为100cm3、质量为90g的球放入足够深的水中,静止后的状态及所受浮力大小为( )
A.漂浮 0.9N B.漂浮 1N C.沉底 0.9N D.沉底 1N
14.(2024·江苏苏州·中考真题)将鸡蛋放入盐水中出现如图所示状态,缓慢向杯中加盐或水使鸡蛋悬浮,下列说法正确的是( )
A.加盐可以让鸡蛋悬浮
B.鸡蛋悬浮时液体密度大
C.鸡蛋悬浮时浮力大
D.鸡蛋悬浮时液体对杯底的压强大
题型七 浮力的应用
1.轮船:采用“空心”的办法增大排开水的体积来增大浮力,从而实现漂浮在水面上。 轮船始终漂浮在水面上,,当它从内陆河中驶入海中,受到的浮力是不变的,由于海水的密度大于河水的密度,它排开海水的体积小于排开河水的体积,所以它要上浮一些。 2.潜水艇:通过向水舱中充水或排水改变自身的重力,实现上浮和下潜的。 潜水艇在水面下潜行时,浸没在水中的潜水艇排开水的体积不变,它受到的浮力也不变。 3.气球和飞艇:内充密度小于外部空气密度的气体,靠空气浮力升空。 4.密度计:根据物体漂浮时,及阿基米德原理制成的。 浸入液体的体积越小,说明液体的密度越大,其示数越大。
15.【跨学科实践】(2024·四川眉山·中考真题)物理兴趣小组的同学制作了一个简易密度计,分别放入盛有不同液体的两个烧杯中,静止时液面相平如图所示,密度计在液体中受到浮力 ,液体对杯底的压强 (选填“<”“=”或“>”)
16.(2024·山东淄博·中考真题)下列有关说法错误的是( )
A.气球飘浮,气球内充入密度比空气小的气体
B.飞机升空,机翼上方空气的流速大,压强大
C.船通过船闸,利用了连通器原理
D.潜艇浮沉,靠改变自身重力实现
17.(2024·四川泸州·中考真题)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,下列对该潜艇的说法中正确的是( )
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
题型八 浮力和压强的综合计算
1.计算浮力的方法 方法公式适用范围称重法已知重力和弹簧测力计示数压力差法已知上下表面压强原理法已知液体密度和排开液体体积平衡法漂浮或悬浮
2.变化量公式:,, 3.计算浮力的类型 (1)漂浮类和悬浮类 ①已知物重,根据可求出浮力;进而根据阿基米德原及变形公式可求出相关物理量。 ②已知物体浸在液体中的体积,根据阿基米德原理可求出,再根据即可求出物体的重力及物体的密度。 (2)液面变化类 ①液面的升降与的变化有关,一般情况,若变化前后相等则液面不变,若变小则液面下降,若变大则液面上升。 ②液面高度变化对容器底的压强发生变化,利用计算液面的高度。 (3)多物体类 首先应用整体法进行受力分析,得出物体的受力情况,再应用隔离法分析单个物体的受力情况。
18.(2024·四川达州·中考真题)如图所示,一重为20N的正方体木块静止在盛水的薄壁柱形容器中,已知容器底面积,则木块下底面受到水的压力为 N,木块放入容器前后水对容器底部的压强变化量为 Pa。
19.【新情境】(2024·天津·中考真题)(多选)水平桌面上有一底面积为的柱形平底薄壁容器,容器底部直立一底面积为的实心圆柱体(与容器底不密合),圆柱体对容器底的压强为,如图所示。向容器中注入质量为的液体后,圆柱体仍直立于容器底且未完全浸没,则( )
A.圆柱体所受浮力为 B.圆柱体所受浮力为
C.容器底所受液体压强可能为 D.容器底所受液体压强可能为
20.【新考法】(2024·四川乐山·中考真题)如图所示,实心均匀圆柱体A、底面积均为的薄壁圆柱形容器B、C,都放置在水平桌面上,A、B、C的高度均为10cm。容器B内装有水,各项参数如表所示。忽略圆柱体A吸附液体等次要因素,g取。
参数 圆柱体A 水 油
质量/g 90 120 81
密度/() 0.6 1 0.9
深度/cm 4 3
(1)求圆柱体A的体积;
(2)将A竖直缓慢放入B中,静止时A漂浮在水面,求此时圆柱体A受到的浮力;
(3)将A竖直缓慢放入C中,待A静止后,求油对容器底部的压强。
题型九 压强和浮力的综合分析
1.压强和浮力的综合分析 (1)利用浮沉条件比较物理量的大小关系 状态分析过程静止在相同液体中的不同物体物体体积相同时①浮力:由,根据排开液体体积判断; ②重力:根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ③物体密度和液体密度:(漂浮时,悬浮时,沉底时)物体质量相同时①浮力:质量相同即重力相同,根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ②物体密度和液体密度:漂浮时,悬浮时,沉底时静止在不同液体中的物体同一物体①浮力:根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ②液体密度:漂浮时,悬浮时,沉底时质量相同的不同物体①浮力:质量相同即重力相同,根据浮沉状态判断(漂浮、悬浮时,沉底时) ②物体密度和液体密度:漂浮时,悬浮时,沉底时
(2)判断容器底受到液体的压强变化:当液体密度相同,主要判断液体深度的变化;当液体深度相同时,判断液体密度的大小。 (3)判断容器对桌面的压强变化:受力面积一定时,判断压力的变化情况,F压=G总=G容器+G液体+G物体
21.(2024·山东德州·中考真题)如图所示,水平桌面上有A、B两个相同容器,分别装有密度为ρ1、ρ2的两种不同液体,将两个相同的小球分别放入两容器中,小球静止时,两容器液面相平,A、B两容器对桌面的压力分别为F1、F2,则ρ1 ρ2,F1 F2(均选填“>”“ <”或“=”)。
22.【新考法】(2024·江苏淮安·中考真题)如图所示,甲、乙两个相同的容器分别盛有体积相同的水和盐水,静置在水平面上.现将一杯子和木块以两种方式分别放在甲、乙两容器中,甲中杯子静止时漂浮在水面上,乙中木块紧贴杯底(杯中无气体)并与杯子一起悬浮在盐水中,下列说法中正确的是( )
A.甲容器对水平面的压强大于乙容器对水平面的压强
B.木块在甲容器中受到的浮力大于在乙容器中受到的浮力
C.甲容器中液面上升的高度大于乙容器中液面上升的高度
D.将乙容器中的杯子轻轻向下推动少许,杯子和木块将沉到容器底
23.(2024·江苏南通·中考真题)将新鲜度不同的甲、乙两鸡蛋放入水中,静止时的状态如图所示,下列说法正确的是( )
A.若甲、乙体积相等,甲受到的浮力小 B.若甲、乙质量相等,甲受到的浮力小
C.向杯中加盐水后,乙受到的浮力变大 D.向杯中加酒精后,乙受到的浮力变大