第十章 《浮力》达标检测
时间:45分钟 满分:100分
一.选择题(共15小题,共60分)
1.(2018?东莞市校级一模)下列情景中没有受到浮力的物体是( )
A.遨游的“天空一号” B.航行的“辽宁号”
C.下潜的“蛟龙”号 D.上升的热气球
2.(2018春?邹城市校级期中)如图所示情景中没有受到浮力的物体是( )
A.下潜的“蛟龙”号B. 上升的热气球C.航行的“辽宁号”D.遨游的“天宫一号”
3.(2018?武汉)如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N.若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到的压力大于0.3N
4.(2018?盐都区模拟)在如图所示的“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,可以探究物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关的是图中的( )
A.甲和丙 B.甲和乙 C.乙和丁 D.丙和丁
5.(2018?武汉模拟)如图甲是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景,实验②和③中,弹簧测力计的示数分别为3.2N和3.0N,实验④中测力计的示数如图乙所示,若盐水的密度为1.1×103kg/m3,下列计算错误的是( )
A.物体A的体积是2×10﹣4m3
B.物体A的密度为2.6×103kg/m3
C.物体A在盐水中受到的浮力是2N
D.实验④中物体A对烧杯底部的压力是0.8N
6.(2018?江西)如图所示,在乙调好的天平的两个托盘上放上两个一模一样装满水的桶,其中右桶上飘着一小木块。关于天平会向哪边倾斜的说法中正确的是( )
A.天平不倾斜 B.向左盘倾斜 C.向右盘倾斜 D.无法判断
7.(2018?海南)如图所示,两只相同的气球,分别充入氢气和空气,充气后体积相同,放飞气球时只有氢气气球升上空中。若它们在空气中受到的浮力分别为F氢和F空,则下列说法中正确的是( )
A.F氢>F空 B.F氢=F空C.F氢<F空 D.条件不足,无法比较
8.(2018?荆门)水上救援往往需要打捞沉没的货物,我们将该情景简化为如图所示的物理过程,假设物体浸没在水深h=0.5m的容器底部(非密合),现利用弹簧测力计将物体从水中匀速提出,当物体有一半体积露出水面时,弹簧测力计示数为3N,当物体全部离开水面后,弹簧测力计示数为5N,已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3.取g=10N/kg。则( )
A.物体在水面下上升的过程中所受浮力逐渐减小
B.物体在容器底部时,受到的浮力为2N
C.物体在容器底部时,水对其底部的压强为5×104Pa
D.物体的密度为1.25×103kg/m3
9.(2018?兰州)在一支平底试管内装入适量铁砂,先后放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯里,如图所示。下列说法正确的是( )
A.试管在甲液体中受到的浮力较大
B.试管在乙液体中受到的浮力较大
C.装甲液体的烧杯底部所受液体压强较大
D.装乙液体的烧杯底部所受液体压强较大
10.(2018?漳州模拟)测力计上挂一重为10N的金属块,当金属块体积的四分之一浸入水中静止时,测力计的示数为8N,若金属块全部浸入水中且未碰到容器底部,测力计的示数为( )
A.2N B.4N C.6N D.8N
11.(2018?永定区一模)图是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是( )
A.图A中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大
B.图B中巨轮之所以能够浮在水面是因为用空心的办法增大了排开液体的体积
C.图C中液体的密度越大密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图D中气球是利用填充气体密度大于空气密度的原理上浮
12.(2018?武汉模拟)自重100t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000t。当它在长江上满载航行时,下列判断不正确的是(ρ江水=1.0×103kg/m3,ρ海水=1.03×103kg/m3,g=10N/kg)( )
A.轮船所装货物质量是9×105kgB.轮船受到江水的浮力是107 N
C.轮船排开江水的体积是103m3D.轮船从长江驶入大海,排水量将减小
13.(2018春?西充县期末)如图所示,利用弹簧测力计将处于容器底部的物块缓慢上提。在物块从开始上提到离开水面的过程中,如图能正确表示弹簧测力计的示数F与物块底部离容器底部的高h的关系的是( )
A. B. C. D.
14.(2018?桂林)小关与同学们去游觉桂林两江四湖,登上游船后,船会下沉一些,那么( )
A.船的重力将减小 B.水对船的浮力将减小
C.水对船的浮力将增大 D.水对船的浮力将保持不变
15.(2018?湖州)圆柱体先后放入密度为ρ1和ρ2的2种液体中,均处于漂浮状态,如图所示。圆柱体在两液体中所受浮力依次是F1和F2,则( )
A.ρ1>ρ2 F1>F2 B.ρ1<ρ2 F1<F2 C.ρ1<ρ2 F1=F2 D.ρ1>ρ2 F1=F2
二.填空题(共5小题,共12分)
16.(2016春?马尾区期末)弹簧秤下吊着重为14.7N的正方形金属块,当它完全浸没在水中时,弹簧秤的示数为9.8N,则金属块排开水的重力为______N.若金属块上表面所受水的压力为19.6N,则金属块下表面所受水的压力为______N。
17.(2018?宜昌)有一木块的体积为200cm3,密度为0.8×103kg/m3.把它浸没在水中时,它受到的浮力是______N;松手后,木块静止时排开水的量是______kg.(g=10N/kg)。
18.(2018?攀枝花)将一合金块轻轻是放入盛满水的溢水杯中,当其静止后有72g水溢出,再将其捞出擦干后轻轻放入盛满酒精的溢水杯中,当其静止后有64g酒精溢出,则合金块在酒精中受到的浮力为______N,合金块的密度为______kg/m3.(ρ酒精=0.8×103kg/m3,g=10N/kg)
19.(2018?姜堰区二模)潜水艇是靠改变______来实现浮沉的。海面处1m3海水的质量是1022kg,而在5000m深处,由于海水被压缩,1m3海水的质量是1050kg,由此说明液体分子间有______。2018年4月30日,我国最先进的自主潜水器“潜龙三号”在完成深海(约4000m深)最后一潜后,抛掉上浮压载铁,自动上浮至海面,“潜龙三号”不采用压缩空气排水减小重力实现上浮的原因是__________________________________________________
_________________________________________________________________________。
20.(2018?广西)如图所示,桌子上有一个底面积为2×10﹣2m2、内盛有某液体的圆柱形容器,物块A(不吸液体)漂浮在液面上,则A的密度______(选填“大于”、“小于”“等于”)液体的密度,若A的密度为0.5×103kg/m3,体积为4×10﹣4m3则A的质量为______kg.现用力压A,使其缓慢向下,直到恰好浸没在液体中(液体未溢出),此时液体对容器底部压强增大了80Pa,则该液体的密度为______kg/m3。
三.作图题(共1小题,共2分)
21.(2018?绥化)船和人(看成一个整体)的总重力为1000N,作出船和人在水中静止时受到的重力和浮力的示意图。(力的作用点已标出,虚线为竖直方向)
【答案】
四.实验探究题(共2小题,共14分)
22.(2018?云南)一般情况下,人在水中会下沉,在死海中却能漂浮在水面上。为此,小李同学猜想:浮力的大小可能跟液体的密度有关。为了检验这个猜想,他设计了如图所示的实验进行探究:
(1)铝块在水中受到的浮力F浮=______N。
(2)比较图乙、丙两图中铝块所受浮力的大小,小李同学得出浮力的大小与液体的密度无关的结论,你认为这个结论是______(选填“正确“或“错误”)的,原因是__________________。
(3)小赵同学认为用以下方法检验更为简便:将同一个新鲜鸡蛋依次轻放入盛有水和浓盐水的烧杯中,看到鸡蛋在水中下沉,在浓盐水中悬浮如图丁所示。分析鸡蛋受力可知,在水中下沉是因为它受到的浮力______(选填“大于”、“小于”或“等于”)重力;在浓盐水中悬浮时,根据______的知识可得,鸡蛋受到的浮力______(选填“大于”、“小于”或“等于”)重力,从而可以得出结论:浮力的大小与液体的密度______(选填“有关”或“无关”)。
23.(2018?青岛)探究浮力的大小
数据
结论
如图,甲、乙、丙、丁是用同一金属块探究浮力大小跟哪些因素有关的实验。
图丙中金属块受到的浮力比图乙中金属块受到的浮力______(填“大”或“小”),说明浮力的大小与____________有关
图丁中金属块受到的浮力大小等于______N
比较图______可知,浮力的大小与液体的密度有关。
数据
结论
如图,用木块、弹簧测力计、溢水杯和小桶进行实验:
木块受到的浮力F浮=______N。
木块排开的水所受的重力G排水=______N。
比较数据可知:浮在水上的木块受到的浮力大小______(填“大于”、“等于”或“小于”)它排开的水所受的重力。
五.计算题(共3小题,共12分)
24.(2018?泰安)用弹簧测力计悬挂一实心物块,物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示。从此处匀速下放物块,直至浸没于水中并继续匀速下放(物块未与水底接触)。物块下放过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙。g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3.求:
(1)物块受到的重力;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的密度。
25.(2018?凉山州)如图所示,用细绳将质量为200g的木块系住,使木块浸没在水中,当木块静止时细绳对木块的拉力为1N,容器底部水的深度为20cm,已知容器底面积为40cm2,求:
(1)木块受到的浮力;
(2)水对容器底部的压力和压强。
26.(2018?安顺)如图所示,已知重为10N的长方体木块静止在水面上,浸入在水中的体积占木块总体积的(g取10N/kg)。
(1)求木块所受到的浮力大小;
(2)若木块下表面所处的深度为0.2米,求木块下表面受到水的压强;
(3)若要将木块全部浸没水中,求至少需要施加多大的压力。
第十章 《浮力》达标检测
时间:45分钟 满分:100分
一.选择题(共15小题,共60分)
1.(2018?东莞市校级一模)下列情景中没有受到浮力的物体是( )
A.遨游的“天空一号” B.航行的“辽宁号”
C.下潜的“蛟龙”号 D.上升的热气球
【答案】A
【解析】A、太空中没有空气,故遨游的“天空一号”不受到浮力;故A符合题意;B、浮力是浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)向上托起的力,航行的“辽宁号”受到水的向上托起的力,即受到浮力;故B不符合题意;C、下潜的“蛟龙”号在水中,但仍然受到水对它向上的浮力,故C不符合题意;D、空中上升的热气球受到空气的浮力;故D不符合题意。故选A。
2.(2018春?邹城市校级期中)如图所示情景中没有受到浮力的物体是( )
A.下潜的“蛟龙”号B. 上升的热气球C.航行的“辽宁号”D.遨游的“天宫一号”
【答案】D
【解析】A、下潜的“蛟龙”号在水中尽管下沉,但仍然受到浮力,故A不符合题意;B、空中上升的热气球受到空气的浮力,故B不符合题意;C、浮力是浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)向上托起的力,航行的“辽宁号”受到水的向上托起的力,即受到浮力,故C不符合题意;D、太空中没有空气,故太空中运行的“天宫一号”不受到浮力,故D符合题意。故选D。
3.(2018?武汉)如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N.若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到的压力大于0.3N
【答案】D
【解析】A、实验甲、丙中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N,由F浮=G﹣F拉可得,
F浮=ρ盐水g V排,物体A全部浸没,所以V排等于V物,则:ρ盐水gV排=G﹣F拉,
V排=V物=,将ρ盐水=1.2×103kg/m3、G=4N、F拉=2.8N代入上式可得:V排=V物=1×10﹣4m3,物体A的质量m===0.4kg,物体A的密度ρ===4×103kg/m3,故A错误;B、物体A在水中受到的浮力,F浮水=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N,在乙中物体A受到的拉力:F=G﹣F浮水=4N﹣1N=3N,故B错误;C、在实验丙中,弹簧测力计的示数:F丙拉=2.8N,在乙中物体A受到的拉力:F=3N,弹簧测力计的示数比乙中小:3N﹣2.8N=0.2N,故C错误;D、由甲、丙,F浮盐水=G﹣F丙拉=4N﹣2.8N=1.2N,根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F支=G﹣F浮﹣F丁拉=4N﹣1.2N﹣2.5N=0.3N,容器底部也受到盐水对它的压力,故压力大于0.3N,故D正确。故选D。
4.(2018?盐都区模拟)在如图所示的“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,可以探究物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关的是图中的( )
A.甲和丙 B.甲和乙 C.乙和丁 D.丙和丁
【答案】A
【解析】要探究物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关时,要控制液体的密度不变,改变物体排开液体的体积,由以上四图可知甲丙两图符合。故选A。
5.(2018?武汉模拟)如图甲是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景,实验②和③中,弹簧测力计的示数分别为3.2N和3.0N,实验④中测力计的示数如图乙所示,若盐水的密度为1.1×103kg/m3,下列计算错误的是( )
A.物体A的体积是2×10﹣4m3
B.物体A的密度为2.6×103kg/m3
C.物体A在盐水中受到的浮力是2N
D.实验④中物体A对烧杯底部的压力是0.8N
【答案】C
【解析】A、实验②和③中,弹簧测力计的示数分别为F1=3.2N,F2=3.0N,由F浮=G﹣F拉可得,F浮1=G﹣F1,F浮2=G﹣F2,F浮1=ρ水g V排,F浮2=ρ盐水g V排,因为②和③中,物体A都是全部浸没,所以V排相同,则:ρ水gV排=G﹣F1,ρ盐水gV排=G﹣F2,将ρ水=1.0×103kg/m3,ρ盐水=1.1×103kg/m3,F1=3.2N,F2=3.0N,代入上式可得G=5.2N,V排=V=2×10﹣4m3,故A正确;B、物体A的质量m===0.52kg,物体A的密度ρ===2.6×103kg/m3,故B正确;C、已知实验④中弹簧测力计的分度值为0.1N,由指针位置可知,此时弹簧测力计对A的拉力为2.2N,此时A在盐水中全部浸没,受到的浮力F浮′=ρ盐水gV排=1.1×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=2.2N,故C错误;D、根据实验④中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F支=G﹣F浮﹣F拉=5.2N﹣2.2N﹣2.2N=0.8N,故压力为0.8N,故D正确。故选C。
6.(2018?江西)如图所示,在乙调好的天平的两个托盘上放上两个一模一样装满水的桶,其中右桶上飘着一小木块。关于天平会向哪边倾斜的说法中正确的是( )
A.天平不倾斜 B.向左盘倾斜 C.向右盘倾斜 D.无法判断
【答案】A
【解析】木块漂浮在水面上,浮力等于重力,即F浮=G;根据阿基米德原理F浮=G排,所以G=G排,即木块的重力等于排开水的重力;所以有木块和没有木块的盛满水的桶一样重,故天平平衡,故A正确。故选A。
7.(2018?海南)如图所示,两只相同的气球,分别充入氢气和空气,充气后体积相同,放飞气球时只有氢气气球升上空中。若它们在空气中受到的浮力分别为F氢和F空,则下列说法中正确的是( )
A.F氢>F空 B.F氢=F空C.F氢<F空 D.条件不足,无法比较
【答案】B
【解析】气球是“浸没”在空气中的,因为体积相同,所以排开空气的体积相同,根据公式F浮=ρ空气gV排可知,两球所受浮力相同。故选B。
8.(2018?荆门)水上救援往往需要打捞沉没的货物,我们将该情景简化为如图所示的物理过程,假设物体浸没在水深h=0.5m的容器底部(非密合),现利用弹簧测力计将物体从水中匀速提出,当物体有一半体积露出水面时,弹簧测力计示数为3N,当物体全部离开水面后,弹簧测力计示数为5N,已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3.取g=10N/kg。则( )
A.物体在水面下上升的过程中所受浮力逐渐减小
B.物体在容器底部时,受到的浮力为2N
C.物体在容器底部时,水对其底部的压强为5×104Pa
D.物体的密度为1.25×103kg/m3
【答案】D
【解析】A、浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关,物体在水面下上升的过程中,水的密度不变,排开水的体积不变,所以所受浮力大小不变。故A错误;B、由题可知,物体的重力G=5N,当物体有一半体积露出水面时,弹簧测力计示数F示=3N,则此时物体受到的浮力F浮=G﹣F示=5N﹣3N=2N,故物体在容器底部时,受到的浮力为=2F浮=2×2N=4N;故B错误;C、物体在容器底部时,水对其底部的压强为:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.5m=5×103Pa.故C错误;D、根据F浮=ρgV排可得,物体的体积:V=V排===4×10﹣4m3,则物体的密度为ρ=====1.25×103kg/m3.故D正确。故选D。
9.(2018?兰州)在一支平底试管内装入适量铁砂,先后放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯里,如图所示。下列说法正确的是( )
A.试管在甲液体中受到的浮力较大
B.试管在乙液体中受到的浮力较大
C.装甲液体的烧杯底部所受液体压强较大
D.装乙液体的烧杯底部所受液体压强较大
【答案】D
【解析】A、B、由图知:同一支试管,在两种液体中都是漂浮的,所以受到的浮力都等于它的重力而相等。此两选项均错误;C、D、由图知:浮力相同时,试管排开甲液体的体积较大,由公式ρ液=知,所以甲液体的密度较小;已知两种液体的深度相同,ρ甲<ρ乙,由公式p=ρgh知:甲液体对烧杯底部的压强较小,乙液体对容器底部的压强较大。所以选项C错误,选项D正确。故选D。
10.(2018?漳州模拟)测力计上挂一重为10N的金属块,当金属块体积的四分之一浸入水中静止时,测力计的示数为8N,若金属块全部浸入水中且未碰到容器底部,测力计的示数为( )
A.2N B.4N C.6N D.8N
【答案】A
【解析】
(1)当金属块体积的四分之一浸入水中金属块受到的浮力:F浮=G﹣F示=8N﹣6N=2N。(2)因为金属块体积的四分之一浸入水中金属块的体积:V排=V,则V=4V排,当金属块全部浸入水中且未碰到容器底部时,V排′=V=4V排,根据F浮′=ρ水V排′g=ρ水4V排g=4ρ水V排g=4×F浮=4×2N=8N;则测力计的示数F拉=G﹣F浮′=10N﹣8N=2N。故选A。
11.(2018?永定区一模)图是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是( )
A.图A中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大
B.图B中巨轮之所以能够浮在水面是因为用空心的办法增大了排开液体的体积
C.图C中液体的密度越大密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图D中气球是利用填充气体密度大于空气密度的原理上浮
【答案】B
【解析】A.浸没在水中的潜水艇在下潜过程中,水密度和排开水的体积不变,由F浮=ρ液gV排可知,所受的浮力不变,故A错误;B.巨轮之所以能够浮在水面上,是利用空心的方法来增大排开液体的体积来增大浮力,故B正确;C.密度计测液体密度时,都是漂浮的,所以浮力都等于重力,在不同液体中,密度计所受浮力不变,故C错误;D.气球是利用在空气中的浮力来工作的,当气体的密度小于空气的密度时,才可以升空,故D错误。故选B。
12.(2018?武汉模拟)自重100t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000t。当它在长江上满载航行时,下列判断不正确的是(ρ江水=1.0×103kg/m3,ρ海水=1.03×103kg/m3,g=10N/kg)( )
A.轮船所装货物质量是9×105kgB.轮船受到江水的浮力是107 N
C.轮船排开江水的体积是103m3D.轮船从长江驶入大海,排水量将减小
【答案】D
【解析】A、已知m船=100t,其排水量m排=1000t。轮船所装货物质量等于轮船的排水量减去轮船自身质量,即m物=m排﹣m船=1000t﹣100t=900t=9×105kg;故A正确;B、满载时轮船受到江水的浮力:F浮=G排=m排g=1000×103kg×10N/kg=1×107N=107N;故B正确;C、由F浮=ρ液gV排可得轮船排开的江水的体积:V排===103m3;故C正确;D、轮船的排水量指的是满载时排开水的质量,轮船从长江驶入大海,都是漂浮状态,则排水量不变,故D错误。故选D。
13.(2018春?西充县期末)如图所示,利用弹簧测力计将处于容器底部的物块缓慢上提。在物块从开始上提到离开水面的过程中,如图能正确表示弹簧测力计的示数F与物块底部离容器底部的高h的关系的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】(1)物块从容器底部到露出水面之前,F浮=ρ水V排g,物块排开水的体积不变,物块受到的浮力不变;又因为F浮=G﹣F,物块重G不变,所以弹簧测力计测力计示数F不变;
(2)物块从上表面露出水面到下表面离开水面,由F浮′=ρ水V排′g,物块排开水的体积变小,物块受到的浮力变小;又因为F浮′=G﹣F′,物块重G不变,所以弹簧测力计测力计示数F变大;所以在物块从容器底提到离开水面的过程中,弹簧测力计的示数先不变、后变大。
故选B。
14.(2018?桂林)小关与同学们去游觉桂林两江四湖,登上游船后,船会下沉一些,那么( )
A.船的重力将减小 B.水对船的浮力将减小
C.水对船的浮力将增大 D.水对船的浮力将保持不变
【答案】C
【解析】(1)同学们登上游船过程中,使船的重力变大,故A错误;(2)登上游船过程中,游船一直处于漂浮状态,则F浮=G,所以,游船受到的浮力变大,故BD错误,C正确。故选C。
15.(2018?湖州)圆柱体先后放入密度为ρ1和ρ2的2种液体中,均处于漂浮状态,如图所示。圆柱体在两液体中所受浮力依次是F1和F2,则( )
A.ρ1>ρ2 F1>F2 B.ρ1<ρ2 F1<F2 C.ρ1<ρ2 F1=F2 D.ρ1>ρ2 F1=F2
【答案】D
【解析】(1)由图可知,圆柱体在甲、乙两种液体中都处于漂浮状态,由于物体漂浮时,受到的浮力和自身的重力相等,所以,圆柱体在两液体中所受浮力相等,都等于圆柱体的重力,故AB错误,(2)由于圆柱体在两液体中所受浮力F1=F2,由图可知:V排甲<V排乙,根据F浮=ρ液gV排得ρ液=可知:ρ1>ρ2 ,故C错误;D正确;故选D。
二.填空题(共5小题,共12分)
16.(2016春?马尾区期末)弹簧秤下吊着重为14.7N的正方形金属块,当它完全浸没在水中时,弹簧秤的示数为9.8N,则金属块排开水的重力为______N.若金属块上表面所受水的压力为19.6N,则金属块下表面所受水的压力为______N。
【答案】4.9;24.5。
【解析】金属块受到的浮力为:F浮=G物﹣F示=14.7N﹣9.8N=4.9N;
下表面所受水的压力为F下表面=F浮+F上表面=19.6N+4.9N=24.5N;
17.(2018?宜昌)有一木块的体积为200cm3,密度为0.8×103kg/m3.把它浸没在水中时,它受到的浮力是______N;松手后,木块静止时排开水的量是______kg.(g=10N/kg)。
【答案】2;0.16。
【解析】由题可知,物体浸没在水中,则V排=V物,
它受到的浮力为:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×200×10﹣6m3=2N;
物体的重力:G=mg=ρVg=0.8×103kg/m3×200×10﹣6m3×10N/kg=1.6N<2N,
由于F浮>G,则放手后物体将上浮;
它最终静止时漂浮在水面上,浮力与所受重力为一对平衡力,
所以,此时物体受到的浮力:F浮′=G=G排=1.6N,
所以木块静止时排开水的质量:m排===0.16kg。
18.(2018?攀枝花)将一合金块轻轻是放入盛满水的溢水杯中,当其静止后有72g水溢出,再将其捞出擦干后轻轻放入盛满酒精的溢水杯中,当其静止后有64g酒精溢出,则合金块在酒精中受到的浮力为______N,合金块的密度为______kg/m3.(ρ酒精=0.8×103kg/m3,g=10N/kg)
【答案】0.64;0.9×103。
【解析】该物块放在水中时,受到的浮力:F浮=G排=m排g=0.072kg×10N/kg=0.72N;
该物块放在酒精中时,受到的浮力:F浮′=G排′=m排′g=0.064kg×10N/kg=0.64N;
通过上面的计算可知,物体在酒精中受到的浮力小于物块在水中所受的浮力,而物块的重力不变,因此物块在水和酒精中不可能都漂浮,只能是一漂一沉或两个都浸没;
由于酒精的密度小于水的密度,则物块放入酒精中一定是下沉的,
则根据F浮=ρ液gV排得物块的体积:
V物=V排酒精===8×10﹣5m3=80cm3,
物块在水中时,其排开水的体积:
V排水===7.2×10﹣5m3=72cm3;
因为排开水的体积小于排开酒精的体积,所以物块在水中漂浮。因为物块在水中漂浮,
所以物体的重力等于浮力(排开水的重力),则mA=m排水=72g=0.072kg。
则A的密度:ρA===0.9×103kg/m3。
19.(2018?姜堰区二模)潜水艇是靠改变______来实现浮沉的。海面处1m3海水的质量是1022kg,而在5000m深处,由于海水被压缩,1m3海水的质量是1050kg,由此说明液体分子间有______。2018年4月30日,我国最先进的自主潜水器“潜龙三号”在完成深海(约4000m深)最后一潜后,抛掉上浮压载铁,自动上浮至海面,“潜龙三号”不采用压缩空气排水减小重力实现上浮的原因是__________________________________________________
_________________________________________________________________________。
【答案】自身重力;间隙;潜水器下潜到4000米深度时其受到的海水压强非常大,舱内的海水需要很大的压强才能排出舱外,所以不能像潜艇那样采用排水的方法实现上浮。
【解析】(1)潜水艇是靠改变自身重力来实现浮沉;(2)海面处1m3海水的质量是1022kg,而在5000m深处,由于海水被压缩,1m3海水的质量是1050kg,即1m3海水容纳的水分子的个数增加,说明分子间有空隙;(3)潜水器下潜到4000米深度时其受到的海水压强非常大,舱内的海水需要很大的压强才能排出舱外,所以不能像潜艇那样采用排水的方法实现上浮。
20.(2018?广西)如图所示,桌子上有一个底面积为2×10﹣2m2、内盛有某液体的圆柱形容器,物块A(不吸液体)漂浮在液面上,则A的密度______(选填“大于”、“小于”“等于”)液体的密度,若A的密度为0.5×103kg/m3,体积为4×10﹣4m3则A的质量为______kg.现用力压A,使其缓慢向下,直到恰好浸没在液体中(液体未溢出),此时液体对容器底部压强增大了80Pa,则该液体的密度为______kg/m3。
【答案】小于;0.2;0.9×103kg/m3。
【解析】(1)已知物块A(不吸液体)漂浮在液面上,则F浮=G,即ρ液gV排=ρAgVA,
因为V排<VA,所以ρ液>ρA;
(2)由ρ=可得,A的质量mA=ρAVA=0.5×103kg/m3×4×10﹣4m3=0.2kg;
(3)物体A漂浮在液面上,则F浮=G,即ρ液gV排=ρAgVA,
则V排=,现用力压A,使其缓慢向下,则液面上升的高度△h=VA﹣V排=4×10﹣4m3﹣=4×10﹣4m3﹣=4×10﹣4m3﹣,此时液体对容器底部压强增大了80Pa,则△p=ρ液g△h,即80Pa=ρ液×10N/kg×4×10﹣4m3﹣,解得ρ液=0.9×103kg/m3。
三.作图题(共1小题,共2分)
21.(2018?绥化)船和人(看成一个整体)的总重力为1000N,作出船和人在水中静止时受到的重力和浮力的示意图。(力的作用点已标出,虚线为竖直方向)
【答案】
【解析】船和人漂浮在水面上,所以受到的浮力等于重力,等于1000N,重力的方向竖直向下,浮力的方向竖直向上,过重心画出这两个力即可,作图时要注意两条线段长度应相等,如图所示:
四.实验探究题(共2小题,共14分)
22.(2018?云南)一般情况下,人在水中会下沉,在死海中却能漂浮在水面上。为此,小李同学猜想:浮力的大小可能跟液体的密度有关。为了检验这个猜想,他设计了如图所示的实验进行探究:
(1)铝块在水中受到的浮力F浮=______N。
(2)比较图乙、丙两图中铝块所受浮力的大小,小李同学得出浮力的大小与液体的密度无关的结论,你认为这个结论是______(选填“正确“或“错误”)的,原因是__________________。
(3)小赵同学认为用以下方法检验更为简便:将同一个新鲜鸡蛋依次轻放入盛有水和浓盐水的烧杯中,看到鸡蛋在水中下沉,在浓盐水中悬浮如图丁所示。分析鸡蛋受力可知,在水中下沉是因为它受到的浮力______(选填“大于”、“小于”或“等于”)重力;在浓盐水中悬浮时,根据______的知识可得,鸡蛋受到的浮力______(选填“大于”、“小于”或“等于”)重力,从而可以得出结论:浮力的大小与液体的密度______(选填“有关”或“无关”)。
【答案】(1)1;(2)错误;没有控制铝块排开液体的体积相同;(3)小于;二力平衡;等于;有关。
【解析】(1)由甲知,弹簧测力计分度值是0.2N,G=2.7N;由乙知,铝块浸没在水中后所受浮力F浮=G﹣F=2.7N﹣1.7N=1N;
(2)比较图乙、丙两图中铝块所受浮力的大小,小李同学得出浮力的大小与液体的密度无关的结论,你认为这个结论是错误的,原因是没有控制铝块排开液体的体积相同;
(3)鸡蛋在水杯中下沉,受到水的浮力小于鸡蛋重力;鸡蛋悬浮在乙杯中,根据二力平衡知识可得,受到盐水的浮力等于鸡蛋重力;由于鸡蛋重力不变,故容器中水的鸡蛋受到的浮力小于容器中浓盐水的鸡蛋受到的浮力,从而可以得出结论:浮力的大小与液体的密度有关。
23.(2018?青岛)探究浮力的大小
数据
结论
如图,甲、乙、丙、丁是用同一金属块探究浮力大小跟哪些因素有关的实验。
图丙中金属块受到的浮力比图乙中金属块受到的浮力______(填“大”或“小”),说明浮力的大小与____________有关
图丁中金属块受到的浮力大小等于______N
比较图______可知,浮力的大小与液体的密度有关。
数据
结论
如图,用木块、弹簧测力计、溢水杯和小桶进行实验:
木块受到的浮力F浮=______N。
木块排开的水所受的重力G排水=______N。
比较数据可知:浮在水上的木块受到的浮力大小______(填“大于”、“等于”或“小于”)它排开的水所受的重力。
【答案】①大;物体排开液体的体积;②0.3;③丙、丁;④1.2;⑤1.2;⑥等于。
【解析】①由图知,丙中物体排开水的体积更大,弹簧测力计的示数更小,说明受到的浮力更大,且浮力大小与物体排开液体的体积有关;
②由甲图知,物体的重力G=3.6N,由图丁知,弹簧测力计的示数为3.3N,可知物体受到的浮力为:F浮=G﹣F=3.6N﹣3.3N=0.3N;
③图丙丁,物体都是完全浸没,排开液体的体积相同,液体的密度不同,测力计的示数不同,即所受浮力不同,可知浮力的大小与液体的密度有关;
④由图甲知,木块的重力G=1.2N,因为木块漂浮,所以F浮=G=1.2N;
⑤空桶的重力为0.4N,桶和水的总重为1.6N,可知排开水的重力为G排=G总﹣G桶=1.6N﹣0.4N=1.2N;
⑥由④⑤数据可知,浮在水上的木块受到的浮力大小等于它排开的水所受的重力。
五.计算题(共3小题,共12分)
24.(2018?泰安)用弹簧测力计悬挂一实心物块,物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示。从此处匀速下放物块,直至浸没于水中并继续匀速下放(物块未与水底接触)。物块下放过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙。g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3.求:
(1)物块受到的重力;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的密度。
【答案】(1)物块受到的重力为18N;(2)物块完全浸没在水中受到的浮力为8N;(3)物块的密度为2.25×103kg/m3。
【解析】(1)由图可知,物体浸入水中时测力计示数为18N,故物体的重力为G=18N;
(2)物体全部浸入水中时,测力计的示数为F=10N,则在水中受到的浮力为F浮=G﹣F=18N﹣10N=8N,
(3)由F浮=ρ液gV排得,物体的体积为:V=V排=,
物体的重力为G,质量为m=,
则物体的密度为:ρ===ρ水=×1.0×103kg/m3=2.25×103kg/m3。
答:(1)物块受到的重力为18N;(2)物块完全浸没在水中受到的浮力为8N;(3)物块的密度为2.25×103kg/m3。
25.(2018?凉山州)如图所示,用细绳将质量为200g的木块系住,使木块浸没在水中,当木块静止时细绳对木块的拉力为1N,容器底部水的深度为20cm,已知容器底面积为40cm2,求:
(1)木块受到的浮力;
(2)水对容器底部的压力和压强。
【答案】(1)木块受到的浮力为3N;(2)水对容器底部的压力为8N;水对容器底部的压强为2000Pa。
【解析】(1)由图可知,木块静止在水中,木块受向上的浮力、向下的重力和向下的拉力,由力的平衡条件可得:F浮=G+F拉=mg+F拉=200×10﹣3kg×10N/kg+1N=3N;
(2)水对容器底部的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10﹣2m=2000Pa,
水对容器底部的压力:F=pS=2000Pa×40×10﹣4m2=8N。
答:(1)木块受到的浮力为3N;(2)水对容器底部的压力为8N;水对容器底部的压强为2000Pa。
26.(2018?安顺)如图所示,已知重为10N的长方体木块静止在水面上,浸入在水中的体积占木块总体积的(g取10N/kg)。
(1)求木块所受到的浮力大小;
(2)若木块下表面所处的深度为0.2米,求木块下表面受到水的压强;
(3)若要将木块全部浸没水中,求至少需要施加多大的压力。
【答案】(1)木块所受到的浮力为10N;(2)木块下表面受到水的压强为2000Pa;(3)要将木块全部浸没水中,需要施加的压力为2.5N。
【解析】(1)因为木块漂浮在水面上,
所以木块受到的浮力:F浮=G木=10N;
(2)木块下表面所处的深度为0.2米,
则木块下表面受到水的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa。
(3)根据F浮=ρ水gV排可得,排开液体的体积:
V排===1×10﹣3m3;
因为V排=V木;所以V木=V排=×1×10﹣3m3=1.25×10﹣3m3;
木块浸没时,根据力的平衡条件有:F浮′=G木+F,
则压力F=F浮′﹣G木=12.5N﹣10N=2.5N。
答:(1)木块所受到的浮力为10N;(2)木块下表面受到水的压强为2000Pa;(3)要将木块全部浸没水中,需要施加的压力为2.5N。
第十章 浮力
考点分布
考查频率
考点内容
命题趋势
1.浮力
★★★
1.知道浮力产生的原因。
2.知道阿基米德原理。
3.知道浮沉条件、浮力的应用。
4.会用弹簧秤法测浮力。
本意常考内容是:阿基米德原理、浮沉条件浮沉条件、浮力计算,浮力为必考内容,可能与压强或机械、功(率)一起以综合计算题出现,也可能以选择题出现,分值约8分。
2.阿基米德原理
★★★★
3.物体的浮沉条件
★★★★
知识点一:浮力的产生
1.浮力的定义:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它向上托的力叫做浮力。
2.浮力的大小:F浮=G-F液(F液为物体浸在液体中的示数),这种方法叫称重法。
3.浮力的方向是竖直向上;施力物体是液体(气体)。
4.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体向上的压力与向下的压力大于即为浮力。
知识点二:阿基米德原理
1.内容:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开液体受到的重力。
2.公式:F浮=G排=ρ液gV排。
(1)“浸入”包括“全部浸入”,此时V排=V物和“部分浸入”,此时V排<V物。
(2)液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。
(3)由公式可知:当物体排开液体的体积V排一定时,物体受到的浮力F浮与液体的密度ρ液成正比;当在同一种液体中时,ρ液是一定的,物体受到的浮力F浮与排开液体的体积V排成正比;当同一物体漂浮在不同的液体上,F浮一定,物体排开液体的体积V排和液体的密度ρ液成反比。
(4)适用条件:液体(或气体)。
知识点三:物体的浮沉条件
1.假设某物体浸没液体中处于静止状态,只受浮力和重力,其浮沉情况:
上 浮
下 沉
悬 浮
漂 浮
沉 底
F浮>G
F浮<G
F浮=G
F浮=G
F浮+N=G
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
ρ液=ρ物
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
V排=V物
V排=V物
V排=V物
V排<V物
V排=V物
处于动态(运动状态不断改变),受非平衡力作用
处于动态(运动状态不断改变),受非平衡力作用
可以停留在液体任何深度处;处于静态,受平衡力作用
是“上浮”过程的最终状态;处于平衡状态(运动状态不改变),受平衡力作用
处于静态,受平衡力作用;是“下沉”过程的最终状态
判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较F浮与G的大小或比较ρ液与ρ物的大小。
知识点四:浮沉条件的应用
1.轮船
(1)工作原理:要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。
(2)排水量:轮船满载时排开水的质量;单位t。由排水量m可计算出:排开液体的体积V排=m/ρ液;排开液体的重力G排=mg;轮船受到的浮力F浮=G总=mg。
2.潜水艇
构造:艇身装有水舱。
工作原理:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。
3.气球和飞艇:气球里充的是密度小于空气的气体;气球是利用空气的浮力升空的。如:氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。
4.密度计
(1)原理:利用物体的__漂浮条件来进行工作。
(2)构造:下面的铅粒能使密度计直立在液体中。
(3)刻度:刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大
易错点1 不能正确理解阿基米德原理,误认为物体密度、物体体积会影响物体受到的浮力。
典例1:(2018?绵阳模拟)某金属箔是由密度大于水的材料制成,取适量这种金属箔制成中空的筒,放入桌面上盛有适量水的烧杯中,发现它漂浮在水面上,然后再将此制成的金属筒揉成紧密的小团放入同一杯水中,发现它沉入水底,比较前后两种情况,下列说法正确的是( )
A.漂浮时受到的浮力比沉底时大,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大
B.揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力
C.漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对相互作用力,水对杯底压强不变
D.沉入水底时,金属团各面所受水的压强相同,沉入前后杯对桌面压强不变
【错解】选B,揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力。
【析错】】物体的重力,密度是不会改变的,当重力与浮力的大小关系改变时,它的浮沉状态才会改变。物体排开水的体积大小决定了它所受浮力的大小。
【正解】选A,理由:A、漂浮时受到的浮力比沉底时大,排开液体体积大,液面上升大,由液体压强公式p=ρ液gh可知,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大,故A正确;B、金属箔漂浮和沉底时自身密度是不变的,故B错误;C、漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对平衡力,水对杯底压强不变,故C错误;D、沉入水底时,金属团上面受到水的压强,小于下面受到水的压强,沉入前后杯对桌面压强不变,故D错误。故选A。
易错点2 不能正确理解沉浮条件,误认为海水密度较大,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
典例2:(2018?广西一模)一艘轮船停靠在码头,以船为参照物,岸边是______(选填“运动”或“静止”)的;装上货物后,轮船排开的水所受的重力______。当船由内河驶入大海后,船受到的浮力______(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
【错解】答案为:静止;变大;变大。理由:为海水密度较大,浮力大小与液体的密度有关,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
【析错】(1)看被研究的物体与参照物之间的相对位置是否发生了改变,如果发生改变,则物体是运动的;如果未发生变化,则物体是静止的。(1)远洋轮船始终漂浮,浮力等于重力,根据轮船重力的变化可知轮船所受浮力变化。(2)轮船都漂浮,受到的浮力都等于轮船受到的重力,得出了受到浮力的大小关系,知道河水和海水的密度关系,根据阿基米德原理F浮=ρgV排可知排开水的体积的变化。
【正解】答案为:静止;变大;不变。理由:(1)一艘轮船停靠在码头,船与岸之间没有位置的变化,故以船为参照物,岸是静止的;(2)船装上货物后,重力增大;因船始终漂浮,浮力等于重力,所以轮船所受浮力变大;(3)当船由内河驶入大海后,轮船始终漂浮,则F浮=G船,船的重力不变,所以,船由内河驶入大海后,受到的浮力不变。
易错点3 误认为潜水艇上浮时受到的浮力变大。
典例3:(2018春?凤庆县校级月考)下列关于潜水艇上浮和下潜的说法中,正确的是( )
A.潜水艇在浮出水面的过程中,所受浮力不变
B.潜水艇是通过改变浮力达到上浮和下潜的
C.潜水艇上浮时,所受浮力变大
D.潜水艇是通过改变自身重力达到上浮和下潜的
【错解】选C,理由:潜水艇上浮是因为浮力大于重力,上浮时受到的浮力变大。
【析错】(1)物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度及排开液体的体积有关,根据阿基米德原理分析浮力的大小变化。(2)掌握物体的浮沉条件,物体的浮沉是由物体的重力和所受浮力的大小决定的。潜水艇是靠改变自重来实现上浮和下潜的。
【正解】选D,理由:A、潜水艇浮出水面的过程中,排开水的体积不断减小,由F浮=ρ水gV排知,所受浮力变小,故A错误。BD、在水中,潜水艇受到水的浮力和重力的作用,F浮=ρ水V排g,潜水艇的体积不变,排开水的体积不变,潜水艇受到水的浮力不变;把压缩空气压入潜水艇的压力舱,将海水排出,潜水艇自重G减小,当F浮>G时,潜水艇上浮;打开压力舱的阀门,让海水进入压力舱内,潜水艇自重G增大,当F浮<G时,潜水艇下沉;当F浮=G时,潜水艇悬浮,可以停留在任何深度;由此可见,潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身的重力来实现的。故B错误、D正确;C、潜水艇下潜过程中,根据F浮=ρ水gV排,V排不变,所以浮力不变,故C错误;故选D。
易错点4 误认为物体与容器底部紧密接触就一定不受浮力。
典例4:(2018春?金牛区校级期中)如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,则下列说法中正确的是( )
A.A物体不一定受到浮力作用 B.B物体一定受到浮力作用
C.C物体不一定受到浮力作用 D.D物体一定受浮力的作用
【错解】选D,理由:物体与容器底部紧密接触就一定不受浮力。
【析错】根据浮力产生的原因是液体(或气体)对物体上下表面的压力差;对A、B、C、D逐一分析即可。
【正解】选B,理由:A、A物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对A物体上下表面产生了的压力差,故A物体受浮力的作用,故A错误;BC、由图可知,水对BC物体上下表面都产生了的压力差,故BC物体都受浮力的作用,故B正确、C错误;D、D物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对D物体上下表面没有产生压力差,故D物体不受浮力的作用,故D错误。故选B。
知识点一:浮力、阿基米德原理
典例1:(2018?浦东新区一模)关于物体所受的浮力,下列说法中正确的是( )
A.空气中的物体不受浮力作用B.沉在水底的铁球不受浮力作用
C.浮力是物体对液体施加的力D.浮力是液体或气体对物体压力的合力
【考查方向】浮力产生的原因
【名师点睛】浮力是液体或气体对浸在其中的物体产生的向上托的力,其实质是物体在液体或气体中上下表面受到的压力差。
典例2:(2018?遵义)在一次抗洪救灾行动中,一名质量为60kg的武警战士登上一艘自重为540kg的冲峰舟准备抢险救灾,此时漂浮在水面上的冲锋舟排开水的体积为_________m3,若满载时排开水的体积为1.2m3,最多还能装载质量为_________kg的人和物资。(ρ水=1.0×103kg/m3)
【考查方向】阿基米德原理.
【名师点睛】(1)漂浮在水面上的冲锋舟受到的浮力等于冲锋舟和武警战士的重力之和,利用G=mg求出,然后利用F浮=ρ液gV排计算其排开水的体积;(2)利用F浮=ρ液gV排求出冲锋舟满载时受到的浮力,然后利用物体的浮沉条件F浮=G计算人和物资的重力,然后再利用G=mg计算出质量。
知识点二:探究浮力的大小跟哪些因素有关
典例3:(2018?广西)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,提出如下猜想猜想1:浮力的大小可能与液体的密度有关猜想2:浮力的大小可能与物体的重力有关猜想3:浮力的人小可能与物体的形状有关猜想4:浮力的大小可能与排开液体的体积有关(1)如图1所示,用手把饮料罐按入水中,饮料料罐浸入水中越深,手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想_________(选填序号)(2)为了研究猜想1和猜想2,运用了体积相同的A、B、C三个圆柱体,测得重力分别为4N,4.5N和5N.然后进行如图2所示的实验。
①在序号a的实验中物所受的浮力为_________N。②比较序号_________,e的三次实验,可得出初步结论:浮力大小与液体密度有关。③进一步分析可知:液体的密度越大,物体所变的浮力越_________;④比较序号a、b、c的三次实验,可得出结论:浮力的大小与物体的重力_________关。(3)为了研究猜想3,小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图3所示的实验、由此小明得出的结论是:浮力的大小与物体的形状有关,小珍认为这结论不可靠,主要原因是___________。
【考查方向】探究浮力大小的实验.
【名师点睛】(1)浮力是竖直向上的,根据手的感觉来感知浮力的变化;通过水面的变化来判断物体排开液体体积的关系;从而提出浮力和物体排开液体体积关系的猜想;(2)①根据称量法算出浮力;②③根据控制变量法分析,要探究浮力大小与液体密度的关系,需要控制同一物体、排开液体的体积相同,改变液体的密度,找出符合要求的图即可,进一步分析得出结论;④比较序号为a、b、c的三次实验的物体所受浮力的大小变化和变化的因素,得出浮力物体的重力之间的关系;(3)利用控制变量法分析小明同学的方案,即可判断不可靠的原因。
典例4:(2018?泰州)某实验小组在探究“影响浮力大小的因素”时,做了如图所示的实验。观察图片并分别比较图中有关数据可知:(1)当物体逐渐浸入水中,物体底面所受压强将逐渐__________;(2)当物体浸没在水中时,受到的浮力为__________N;(3)比较(b)、(c)两图,可以得出__________越大,物体受到的浮力越大;(4)比较__________两图可知,物体所受浮力的大小与液体密度有关。
【考查方向】探究浮力大小的实验.
【名师点睛】(1)根据p=ρgh判断物体底部所受压强的变化;(2)根据F浮=G-F计算物体在水中受到的浮力大小;(3)分析b、c,得出浮力大小与物体排开液体体积的关系;(4)要得出物体所受浮力的大小与液体密度有关,需使物体排开液体的体积相同,液体的密度不同。
知识点三:浮沉条件
典例5:(2018?桂林)小关与同学们去游觉桂林两江四湖,登上游船后,船会下沉一些,那么( )
A.船的重力将减小B.水对船的浮力将减小
C.水对船的浮力将增大D.水对船的浮力将保持不变
【考查方向】物体的浮沉条件及其应用.
【名师点睛】(1)登上游船后,船和人总重变大;(2)在同学们登上游船过程中,由于船都为漂浮,根据漂浮条件分析船受到浮力的变化情况。
典例6:(2018?东营)三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲>ρ丙>ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.容器对桌面的压强关系是p'甲>p'乙>p'丙
D.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
【考查方向】物体的浮沉条件及其应用.
析判断三种液体对容器底的压强关系;(3)烧杯对桌面的压力等于烧杯、容器内液体和小球的总重力,受力面积相同,根据比较压强大小。
第十章 浮力
考点分布
考查频率
考点内容
命题趋势
1.浮力
★★★
1.知道浮力产生的原因。
2.知道阿基米德原理。
3.知道浮沉条件、浮力的应用。
4.会用弹簧秤法测浮力。
本意常考内容是:阿基米德原理、浮沉条件浮沉条件、浮力计算,浮力为必考内容,可能与压强或机械、功(率)一起以综合计算题出现,也可能以选择题出现,分值约8分。
2.阿基米德原理
★★★★
3.物体的浮沉条件
★★★★
知识点一:浮力的产生
1.浮力的定义:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它向上托的力叫做浮力。
2.浮力的大小:F浮=G-F液(F液为物体浸在液体中的示数),这种方法叫称重法。
3.浮力的方向是竖直向上;施力物体是液体(气体)。
4.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体向上的压力与向下的压力大于即为浮力。
知识点二:阿基米德原理
1.内容:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开液体受到的重力。
2.公式:F浮=G排=ρ液gV排。
(1)“浸入”包括“全部浸入”,此时V排=V物和“部分浸入”,此时V排<V物。
(2)液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。
(3)由公式可知:当物体排开液体的体积V排一定时,物体受到的浮力F浮与液体的密度ρ液成正比;当在同一种液体中时,ρ液是一定的,物体受到的浮力F浮与排开液体的体积V排成正比;当同一物体漂浮在不同的液体上,F浮一定,物体排开液体的体积V排和液体的密度ρ液成反比。
(4)适用条件:液体(或气体)。
知识点三:物体的浮沉条件
1.假设某物体浸没液体中处于静止状态,只受浮力和重力,其浮沉情况:
上 浮
下 沉
悬 浮
漂 浮
沉 底
F浮>G
F浮<G
F浮=G
F浮=G
F浮+N=G
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
ρ液=ρ物
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
V排=V物
V排=V物
V排=V物
V排<V物
V排=V物
处于动态(运动状态不断改变),受非平衡力作用
处于动态(运动状态不断改变),受非平衡力作用
可以停留在液体任何深度处;处于静态,受平衡力作用
是“上浮”过程的最终状态;处于平衡状态(运动状态不改变),受平衡力作用
处于静态,受平衡力作用;是“下沉”过程的最终状态
判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较F浮与G的大小或比较ρ液与ρ物的大小。
知识点四:浮沉条件的应用
1.轮船
(1)工作原理:要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。
(2)排水量:轮船满载时排开水的质量;单位t。由排水量m可计算出:排开液体的体积V排=m/ρ液;排开液体的重力G排=mg;轮船受到的浮力F浮=G总=mg。
2.潜水艇
构造:艇身装有水舱。
工作原理:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。
3.气球和飞艇:气球里充的是密度小于空气的气体;气球是利用空气的浮力升空的。如:氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。
4.密度计
(1)原理:利用物体的__漂浮条件来进行工作。
(2)构造:下面的铅粒能使密度计直立在液体中。
(3)刻度:刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大
易错点1 不能正确理解阿基米德原理,误认为物体密度、物体体积会影响物体受到的浮力。
典例1:(2018?绵阳模拟)某金属箔是由密度大于水的材料制成,取适量这种金属箔制成中空的筒,放入桌面上盛有适量水的烧杯中,发现它漂浮在水面上,然后再将此制成的金属筒揉成紧密的小团放入同一杯水中,发现它沉入水底,比较前后两种情况,下列说法正确的是( )
A.漂浮时受到的浮力比沉底时大,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大
B.揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力
C.漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对相互作用力,水对杯底压强不变
D.沉入水底时,金属团各面所受水的压强相同,沉入前后杯对桌面压强不变
【错解】选B,揉成团后下沉是因为金属箔密度减小,受到的浮力小于重力。
【析错】】物体的重力,密度是不会改变的,当重力与浮力的大小关系改变时,它的浮沉状态才会改变。物体排开水的体积大小决定了它所受浮力的大小。
【正解】选A,理由:A、漂浮时受到的浮力比沉底时大,排开液体体积大,液面上升大,由液体压强公式p=ρ液gh可知,漂浮时比沉入水底时水对杯底的压强也大,故A正确;B、金属箔漂浮和沉底时自身密度是不变的,故B错误;C、漂浮时水对浮筒的浮力和浮筒受到的重力是一对平衡力,水对杯底压强不变,故C错误;D、沉入水底时,金属团上面受到水的压强,小于下面受到水的压强,沉入前后杯对桌面压强不变,故D错误。故选A。
易错点2 不能正确理解沉浮条件,误认为海水密度较大,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
典例2:(2018?广西一模)一艘轮船停靠在码头,以船为参照物,岸边是______(选填“运动”或“静止”)的;装上货物后,轮船排开的水所受的重力______。当船由内河驶入大海后,船受到的浮力______(后两空均选填“变大”、“变小”或“不变”)
【错解】答案为:静止;变大;变大。理由:为海水密度较大,浮力大小与液体的密度有关,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
【析错】(1)看被研究的物体与参照物之间的相对位置是否发生了改变,如果发生改变,则物体是运动的;如果未发生变化,则物体是静止的。(1)远洋轮船始终漂浮,浮力等于重力,根据轮船重力的变化可知轮船所受浮力变化。(2)轮船都漂浮,受到的浮力都等于轮船受到的重力,得出了受到浮力的大小关系,知道河水和海水的密度关系,根据阿基米德原理F浮=ρgV排可知排开水的体积的变化。
【正解】答案为:静止;变大;不变。理由:(1)一艘轮船停靠在码头,船与岸之间没有位置的变化,故以船为参照物,岸是静止的;(2)船装上货物后,重力增大;因船始终漂浮,浮力等于重力,所以轮船所受浮力变大;(3)当船由内河驶入大海后,轮船始终漂浮,则F浮=G船,船的重力不变,所以,船由内河驶入大海后,受到的浮力不变。
易错点3 误认为潜水艇上浮时受到的浮力变大。
典例3:(2018春?凤庆县校级月考)下列关于潜水艇上浮和下潜的说法中,正确的是( )
A.潜水艇在浮出水面的过程中,所受浮力不变
B.潜水艇是通过改变浮力达到上浮和下潜的
C.潜水艇上浮时,所受浮力变大
D.潜水艇是通过改变自身重力达到上浮和下潜的
【错解】选C,理由:潜水艇上浮是因为浮力大于重力,上浮时受到的浮力变大。
【析错】(1)物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度及排开液体的体积有关,根据阿基米德原理分析浮力的大小变化。(2)掌握物体的浮沉条件,物体的浮沉是由物体的重力和所受浮力的大小决定的。潜水艇是靠改变自重来实现上浮和下潜的。
【正解】选D,理由:A、潜水艇浮出水面的过程中,排开水的体积不断减小,由F浮=ρ水gV排知,所受浮力变小,故A错误。BD、在水中,潜水艇受到水的浮力和重力的作用,F浮=ρ水V排g,潜水艇的体积不变,排开水的体积不变,潜水艇受到水的浮力不变;把压缩空气压入潜水艇的压力舱,将海水排出,潜水艇自重G减小,当F浮>G时,潜水艇上浮;打开压力舱的阀门,让海水进入压力舱内,潜水艇自重G增大,当F浮<G时,潜水艇下沉;当F浮=G时,潜水艇悬浮,可以停留在任何深度;由此可见,潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身的重力来实现的。故B错误、D正确;C、潜水艇下潜过程中,根据F浮=ρ水gV排,V排不变,所以浮力不变,故C错误;故选D。
易错点4 误认为物体与容器底部紧密接触就一定不受浮力。
典例4:(2018春?金牛区校级期中)如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的一部分,现往容器里注入一些水,则下列说法中正确的是( )
A.A物体不一定受到浮力作用 B.B物体一定受到浮力作用
C.C物体不一定受到浮力作用 D.D物体一定受浮力的作用
【错解】选D,理由:物体与容器底部紧密接触就一定不受浮力。
【析错】根据浮力产生的原因是液体(或气体)对物体上下表面的压力差;对A、B、C、D逐一分析即可。
【正解】选B,理由:A、A物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对A物体上下表面产生了的压力差,故A物体受浮力的作用,故A错误;BC、由图可知,水对BC物体上下表面都产生了的压力差,故BC物体都受浮力的作用,故B正确、C错误;D、D物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对D物体上下表面没有产生压力差,故D物体不受浮力的作用,故D错误。故选B。
知识点一:浮力、阿基米德原理
典例1:(2018?浦东新区一模)关于物体所受的浮力,下列说法中正确的是( )
A.空气中的物体不受浮力作用B.沉在水底的铁球不受浮力作用
C.浮力是物体对液体施加的力D.浮力是液体或气体对物体压力的合力
【考查方向】浮力产生的原因
【名师点睛】浮力是液体或气体对浸在其中的物体产生的向上托的力,其实质是物体在液体或气体中上下表面受到的压力差。
【答案】D
【解析】A、空气中的物体与液体中的物体一样,都可能受浮力作用,故A错误;B、沉在水底的铁球排开了一定体积的水,所以受到浮力的作用,故B错误;C、浮力是物体受到液体或气体对它施加的力,故C错误;D、浮力的产生,其实质是物体在液体或气体中上下表面受到的压力差,即浮力是液体或气体对物体压力的合力,故D正确。故选D。 典例2:(2018?遵义)在一次抗洪救灾行动中,一名质量为60kg的武警战士登上一艘自重为540kg的冲峰舟准备抢险救灾,此时漂浮在水面上的冲锋舟排开水的体积为_________m3,若满载时排开水的体积为1.2m3,最多还能装载质量为_________kg的人和物资。(ρ水=1.0×103kg/m3)
【考查方向】阿基米德原理.
【名师点睛】(1)漂浮在水面上的冲锋舟受到的浮力等于冲锋舟和武警战士的重力之和,利用G=mg求出,然后利用F浮=ρ液gV排计算其排开水的体积;(2)利用F浮=ρ液gV排求出冲锋舟满载时受到的浮力,然后利用物体的浮沉条件F浮=G计算人和物资的重力,然后再利用G=mg计算出质量。
【答案】0.6;600。
【解析】(1)因为冲锋舟漂浮在水面上,所以受到的浮力:F浮=G=(m人+m舟)g=(540kg+60kg)×10N/kg=6000N,因为F浮=ρ液gV排,所以其排开水的体积:;(2)冲锋舟满载时受到的浮力:
,设人和物资的总重为G最大,则有G舟+G最大=F浮‘;即:540kg×10N/kg+G最大=12000N;解得:G最大=6600N;故,所以最多还能装载质量为660kg-60kg=600kg。0.6;600。
知识点二:探究浮力的大小跟哪些因素有关
典例3:(2018?广西)在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,提出如下猜想猜想1:浮力的大小可能与液体的密度有关猜想2:浮力的大小可能与物体的重力有关猜想3:浮力的人小可能与物体的形状有关猜想4:浮力的大小可能与排开液体的体积有关(1)如图1所示,用手把饮料罐按入水中,饮料料罐浸入水中越深,手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想_________(选填序号)(2)为了研究猜想1和猜想2,运用了体积相同的A、B、C三个圆柱体,测得重力分别为4N,4.5N和5N.然后进行如图2所示的实验。
①在序号a的实验中物所受的浮力为_________N。②比较序号_________,e的三次实验,可得出初步结论:浮力大小与液体密度有关。③进一步分析可知:液体的密度越大,物体所变的浮力越_________;④比较序号a、b、c的三次实验,可得出结论:浮力的大小与物体的重力_________关。(3)为了研究猜想3,小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图3所示的实验、由此小明得出的结论是:浮力的大小与物体的形状有关,小珍认为这结论不可靠,主要原因是___________。
【考查方向】探究浮力大小的实验.
【名师点睛】(1)浮力是竖直向上的,根据手的感觉来感知浮力的变化;通过水面的变化来判断物体排开液体体积的关系;从而提出浮力和物体排开液体体积关系的猜想;(2)①根据称量法算出浮力;②③根据控制变量法分析,要探究浮力大小与液体密度的关系,需要控制同一物体、排开液体的体积相同,改变液体的密度,找出符合要求的图即可,进一步分析得出结论;④比较序号为a、b、c的三次实验的物体所受浮力的大小变化和变化的因素,得出浮力物体的重力之间的关系;(3)利用控制变量法分析小明同学的方案,即可判断不可靠的原因。
【答案】(1)4;(2)①1;②a;d;③大;④无;(3)没有控制变量唯一。
【解析】(1)用手把空的饮料罐按入水中,手就会感受到竖直向上的浮力,越往下按,浮力越大,手会感到越吃力,;空饮料罐向下按入的过程中,水面会升高,空饮料罐排开水的体积比较大;由此得出猜想:浮力的大小与物体排开液体的体积有关,即这个事实可以支持猜想4。(2)①物体的重力为G,a中弹簧测力计的示数为3N,则物体受到的浮力为:F浮水=G-F=4N-3N=1N;②要探究浮力大小与液体密度的关系,需要控制同一物体、排开液体的体积相同,改变液体的密度,图中a、d、e三图符合要求;③a图物体浸没在水中,受到的浮力为:F浮水=G-F=4N-3N=1Nd图物体浸没在酒精中,受到的浮力为:F浮酒=G-F′=4N-3.2N=0.8N;e图中物体浸没在盐水中,受到的浮力为:F浮盐=G-F″=4N-2.8N=1.2N;所以同一物体在盐水浮力最大、酒精中受到的浮力最小,又因为盐水的密度最大,酒精的密度最小,所以可以得出:液体的密度越大,物体所变的浮力越大;④序号为a、b、c的三次实验中,物体的体积和浸没的液体都相同,不同因素是物体的重力;由图可知测力计的示数分别为:3N、3.5N、4N,而三个圆柱形物体A、B、C的重分别为4N、4.5N和5N,根据称重法F浮=G-F,则所受浮力分别为1N、1N、1N,可见浮力相等,于是可得结论是:浮力的大小与物体的重力无关;(3)根据控制变量法知:要研究浮力大小与物体形状的关系,必须保证排开液体的体积和液体的密度不变,小明实验中改变了形状,但没有控制排开水的体积相同,故小珍认为小明的结论不可靠,不可靠主要原因为没有控制变量唯一(没有控制排开液体的体积相同)。 典例4:(2018?泰州)某实验小组在探究“影响浮力大小的因素”时,做了如图所示的实验。观察图片并分别比较图中有关数据可知:(1)当物体逐渐浸入水中,物体底面所受压强将逐渐__________;(2)当物体浸没在水中时,受到的浮力为__________N;(3)比较(b)、(c)两图,可以得出__________越大,物体受到的浮力越大;(4)比较__________两图可知,物体所受浮力的大小与液体密度有关。
【考查方向】探究浮力大小的实验.
【名师点睛】(1)根据p=ρgh判断物体底部所受压强的变化;(2)根据F浮=G-F计算物体在水中受到的浮力大小;(3)分析b、c,得出浮力大小与物体排开液体体积的关系;(4)要得出物体所受浮力的大小与液体密度有关,需使物体排开液体的体积相同,液体的密度不同。
【答案】(1)变大;(2)1;(3)物体排开液体的体积;(4)(c)、(d)。
【解析】(1)当物体逐渐浸入水中,下底面在水中的深度增加,根据p=ρgh可知,下底面所受的压强变大;(2)由a图知,物体的重力G=4N,由图c知,物体完全浸没在水中受到的拉力为3N,所以物体浸没在水中时,受到的浮力为F浮=G-F=4N-3N=1N;(3)(b)、(c)两图,液体的密度相同,物体排开液体的体积不同,物体排开液体的体积越大,测力计的示数越小,可得物体排开液体的体积越大,受到的浮力越大;(4)(c)、(d)两图,物体都是完全浸没,排开液体的体积相同,液体的密度不同,测力计的示数不同,可得物体所受浮力的大小与液体密度有关。知识点三:浮沉条件
典例5:(2018?桂林)小关与同学们去游觉桂林两江四湖,登上游船后,船会下沉一些,那么( )
A.船的重力将减小B.水对船的浮力将减小
C.水对船的浮力将增大D.水对船的浮力将保持不变
【考查方向】物体的浮沉条件及其应用.
【名师点睛】(1)登上游船后,船和人总重变大;(2)在同学们登上游船过程中,由于船都为漂浮,根据漂浮条件分析船受到浮力的变化情况。
【答案】C
【解析】(1)同学们登上游船过程中,使船的重力变大,故A错误;(2)登上游船过程中,游船一直处于漂浮状态,则F浮=G,所以,游船受到的浮力变大,故BD错误,C正确。故选C。
典例6:(2018?东营)三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲>ρ丙>ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.容器对桌面的压强关系是p'甲>p'乙>p'丙
D.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
【考查方向】物体的浮沉条件及其应用.
【名师点睛】(1)当物体漂浮或悬浮时,其浮力等于自身的重力;(2)根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系,然后利用液体压强公式分析判断三种液体对容器底的压强关系;(3)烧杯对桌面的压力等于烧杯、容器内液体和小球的总重力,受力面积相同,根据比较压强大小。
【答案】D
【解析】A、由于小球在丙中悬浮,故ρ丙=ρ物;在乙容器中漂浮,故ρ乙>ρ物;在甲中下沉,故ρ甲<ρ物;三种液体密度关系:ρ甲<ρ丙<ρ乙,故A错误;B、静止时三个容器的液面恰好相平,即深度h相等,由于丙液体的密度最大,根据p=ρgh可知,乙容器底受到的液体压强最大;故B错误;C、烧杯对桌面的压力等于烧杯、烧杯内液体和小球的总重力;由图知,三个相同容器内液体体积相同,又知ρ甲<ρ丙<ρ乙,根据和G=mg可知乙烧杯内液体的重力大于丙烧杯内液体的重力,丙烧杯内液体的重力大于甲烧杯内液体的重力,烧杯以及两小球的重力均相等,烧杯的底面积相等,根据可知,容器对桌面的压强p'乙>p'丙的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲.故D正确。故选D。