(共19张PPT)
考点解析——
浮力解题指导
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命题点1
浮力产生的原因
01
02
命题点2
物体沉浮条件和阿基米德原理的运用
03
命题点3
浮力的探究型实验
04
命题点4
浮力的相关计算
目录
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知识梳理
一、浮力
浸在液体或者气体里的物体受到竖直向上的托力,这个托力就叫浮力。
浮力产生的原因:
浸在液体中的物体的上下表面的压力差——就是浮力。
压力差法计算浮力:F浮=F向上—F向下
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考点一:浮力产生的原因
例题一:如图所示,Q为铜制零件,其上部为边长L=0.2m的立方体,下部为边长l=0.1m的立方体。Q的下表面与容器底部粘合,且水面恰好与Q上表面相平,则零件所受的浮力为(g取10N/kg)( )
A. 20 N B. 60N C. 80N D. 0N
分析:
知道浮力的产生是上下表面的压强差,那么下部立方体由于与与容器底部粘合,水没有产生向上的压力;上部立方体的下表面积的一部分受到压力,则求出受力面积,利用p=ρgh求出下表面的压强,然后利用F=pS即可求得立方体受到水对它的浮力大小。
解答:
因为下部立方体由于与容器底部粘合,所以水没有产生向上的压力;
因为上部立方体的下表面积的一部分(与水接触)受到向上的压力,
所以S=L2?l2=(0.2m)2?(0.1m)2=0.03m2,
上部立方体的下表面的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000pa,
浮力的产生是上下表面的压力差,
F浮=pS=2000Pa×0.03m2=60N。
故选:B。
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一、如图所示,装有水的容器静止放在水平桌面上,正方体物块M悬浮在水中,其上表面与水面平行,则下列说法中正确的是?( )?
A. M上、下表面受到水压力的合力大于M受到的浮力
B. M上、下表面受到水压力的合力大小等于M受到的重力大小
C. M上表面受到水的压力大于M下表面受到水的压力
D. M上表面受到水的压力和M下表面受到水的压力是一对平衡力
考点练习—基础类型
考点:
平衡力的辨别,浮力产生的原因,物体的浮沉条件及其应用
分析:
根据物体浮沉条件:浸没水中的物体,F浮>G,上浮(最后漂浮:F浮′=G);F浮结合浮力产生的原因:上下表面受到的压力差分析解答。
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考点二:阿基米德原理
(1).阿基米德原理的内容:浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力.
(2).阿基米德原理的数学表达式: F浮=G排=ρ液gV排式中G排即为被液体排开的液体的重,单位是N;ρ液是物体所浸入的液体的密度,其单位必须用kg/m3;V排表示被物体排开的液体的体积,单位必须用m3,g=9.8N/kg(或取10N/kg).
(3).由阿基米德原理可知,浮力F浮的大小只跟液体的密度ρ液、物体排开液体的体积V排有关,跟物体本身的形状、构成物体的材料的密度无关,此外和物体在液体中的情况,如物体浸没在液体中的深度、容器中液体体积的多少、物体在液体中是静止还是运动等,都无关.
这里需要注意的是排开液体的体积与物体体积之间的关系:当物体完全浸入在液体中,V排=V物,当物体部分浸入在液体中,V排(4).阿基米德原理也适用于气体,这就是:浸没在气体里的物体受到的浮力大小,等于它排开的气体所受到的重力.即:F浮=G排气=ρ气gV排
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三、物体沉浮条件及判断方法
1、沉浮条件
上浮 下沉 漂浮 悬浮 沉底
F浮>G物 F浮 F浮=G物
F浮=G物
F浮
物体处于动态,受非平衡力作用 物体处于静态,受平衡力的作用
2、物体沉浮的判断方法
判断方法 比较浮力和重力 比较物体密度和液体密度
上浮 F浮>G物 ρ液>ρ物
悬浮 F浮=G物 ρ液=ρ物
下沉 F浮 ρ液<ρ物
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1、 如图,先将溢水杯装满水,然后用测力计拉着重为4N、体积为100cm3的石块,缓慢浸没在水中,溢出的水全部收集到小空桶中,桶中水重为___N,石块静止时,测力计示数为___N.(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
阿基米德的应用
考点:
阿基米德原理的应用,浮力大小的计算
分析:
(1)由阿基米德原理知,物体受到的浮力等于它排开液体所受的重力;
(2)石块静止时,由称重法求测力计示数。
解答:
(1)石块缓慢浸没在水中,V排=V=100cm3=1×10?4m3,
石块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10?4m3=1N,
根据阿基米德原理知,桶中水重(排开水的重):G排=F浮=1N。
(2)石块静止时,测力计示数:F=G?F浮=4N?1N=3N。
故答案为:1;3。
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物体沉浮条件的应用
如图,气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。已知石块与气球的总重力为,则气球受到的浮力____(选填“”“”或“”);若水温升高,石块将____(选填“上浮”“下沉”或“保持悬浮”)。
考点:
物体的浮沉条件及其应用
分析:
(1)知道石块与气球悬浮,根据物体的浮沉条件求试管受到的浮力;
(2)水温升高时水的膨胀可以忽略不计,管内封住空气的体积膨胀较大,排开水的体积变大,利用阿基米德原理和物体的浮沉条件分析判断。
解答:
气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。
则,
所以则气球受到的浮力;
水温升高时,气球内空气的体积变大,排开水的体积变大,
由,
气球受到的浮力将变大;
石块受到的重力不变,
此时气球和石块受到的浮力大于自重,石块将上浮。
故答案为:;上浮。
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一物块轻轻放入盛满煤油的大烧杯中,静止后有160g煤油溢出;将其轻轻放入盛满水的大烧杯中,静止后有180g水溢出。已知煤油的密度是0.8×103kg/m3,则物块在水中静止时的状态及物块的密度分别是( )
A. 下沉,1.1×103 kg/m3 B. 漂浮,0.85×103 kg/m3
C. 悬浮,1.0×103 kg/m3 D. 漂浮,0.90×103 kg/m3
阿基米德原理及物体沉浮条件的应用—综合提升
分析:
根据物体在煤油和水中受到的浮力大小,判断出物体在煤油中的状态,根据浮力公式得出物体的体积,从而可根据物体在水中完全浸没时的浮力与物体所受浮力的关系得出浮沉情况,确定重力,由密度公式求出物体的密度.
解答:
由题意知,物体在水中的浮力大于在煤油中的浮力,则在水中无论漂浮、悬浮或下沉,在煤油中一定下沉;
由ρ=mV得:
V=V排=m排油*ρ油=160g*0.8g/cm3=200cm3
由ρ=mV得物体完全浸没时排开水的质量:
m=ρ水V=1g/cm3×200cm3=200g;
由题意知,实际排开水的质量小于物体完全浸没时排开水的质量,所以物体在水中并未完全浸没,在水中漂浮;
根据漂浮条件,G=G排,则物体的质量m=m排=180g;
所以物体的密度:ρ=mV=180g*200cm3=0.9g/cm3=0.9×103kg/m3
ABC错误,D正确。
故选D.
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浮力的探究型实验
小明帮爷爷浇菜园。他从井中提水时发现盛满水的桶露出水面越多,提桶的力就越大。由此他猜想:浮力大小可能与物体排开液体的体积有关。于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如图所示的探究。
(1)分析上图中弹簧测力计示数的变化可知,物体排开液体的体积越大,所受的浮力___.
(2)实验结束后,小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线,如右图所示.(ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg)
分析图象可知:
①曲线___(选填“a”或“b”)描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况。
②该金属圆柱体所受的重力为___N,金属圆柱体的密度为___kg/m3.
(3)爷爷鼓励小明对“浸在液体中的物体所受浮力大小是否与液体的密度有关”这一问题进行探究。请你帮小明选择合适的器材,并写出实验步骤。
实验器材:___
实验步骤:___.
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解答分析
(1)由图知,随着物体浸入水中体积的增大,弹簧测力计的示数逐渐减小,说明物体受到的浮力不断增大;
(2)①图象a表示的是随物体浸入液体深度的增大,物体受到的浮力开始越来越大,最后保持不变;图象b表示的是随物体浸入液体深度的增大,物体受到的拉力开始越来越小,最后保持不变。所以描述浮力与深度关系的是a;
②由图象知,物体的重力为G=2.7N,所以质量为m=Gg=2.7N10N/kg=0.27kg
当物体完全浸没时,受到的浮力为F浮=1.0N
所以物体的体积为V=V排=F浮ρ水g=1.0N1.0×103kg/m3×10N/kg=1.0×10?4m3
物体的密度为ρ=mV=0.27kg1.0×10?4m3=2.7×103kg/m3
(3)器材:金属圆柱体、弹簧测力计、烧杯、水、盐水、细线
步骤:①用细线拴住金属圆柱体,悬挂在弹簧测力计下;
②将金属圆柱体完全浸没在清水中,读出此时弹簧测力计的示数F1;
③将金属圆柱体完全浸没在盐水中,读出此时弹簧测力计的示数F2;
④比较F1和F2的大小,分析得出物体所受浮力的大小是否与液体密度有关。
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四、浮力的计算
二次称量法:F浮=G物—F
阿基米德原理法:F浮=G排=m排g=ρ液gV排
压力差法:F浮=F向上—F向下
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1、 将物块竖直挂在弹簧测力计下,在空气中静止时弹管测力计的示数F1=2.6N。将物块的一部分受在水中,静止时弹簧测力计的示数F2=1.8N,如图所示,求:
(1) 物块受到的浮力。
(2) 物块浸在水中的体积。
浮力计算—二次称重法
考点:
力的合成与分解的运用,共点力的平衡
分析:
(1)在空气中静止时弹簧测力计的示数即为物块的重力,又知道物块的一部分浸在水中时弹簧测力计的示数,根据F浮=G-F′求出物块受到的浮力;
(2)根据阿基米德原理求出物块排开水的体积即为浸在水中的体积。
解答:
(1)由称重法可得物块受到的浮力:F浮=F1?F2=2.6N?1.8N=0.8N;
(2)由F浮=ρ水gV排可得,物块浸在水中的体积:V排=F浮ρ水g=0.81.0×103×10m3=8×10?5m3。
答:(1)物块受到的浮力为0.8N;
(2)物块浸在水中的体积为8×10?5m3。
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(2019宁波)如图甲所示,水平放置的方形容器里有一个重为8N、边长为10cm的立方体物块M,M与容器底部不密合。以5ml/s的恒定水流向容器内注水,容器中水的深度随时间的变化关系如图乙所示。请解答下列问题:
(1)当t=140s时,物块在水中处于_________(填“沉底““悬浮”或“漂浮”)状态。
(2)当t=140s时,水对容器底部的压力大小是多少?
(3)图乙中a的值是多少?
(4)在0~40s和40~140s两个阶段,浮力对物体做功分别是多少?
真题再现
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1、如图所示,一个边长为10cm的正方体竖直悬浮在某液体中,上表面受到液体的压力F1为5N,下表面受到液体的压力F2为13N.下列说法错误的是( )
A. 正方体受到的浮力为8N
B. 液体的密度为0.8×103kg/m3
C. 正方体上表面到液面的距离h=5cm
D. 液体对物体下表面的压强为1.3×103Pa
综合真题演练
A. 由浮力产生的原因可得,正方体受到的浮力F浮=F2?F1=13N?5N=8N,故A正确;
B. 物体悬浮时排开液体的体积和自身的体积相等,
则V排=V=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10?3m3,
由F浮=ρgV排可得,液体的密度ρ=F浮gV排=8N10N/kg×1×10?3m3=0.8×103kg/m3,故B正确;
CD.正方体下表面的面积S=L2=(10cm)2=100cm2=1×10?2m2,
液体对物体下表面的压强:p=F2S=13N1×10?2m2=1.3×103Pa,故D正确;
由p=ρgh可得,正方体下表面到液面的距离:
h下=pρg=1.3×103Pa0.8×103kg/m3×10N/kg=0.1625m=16.25cm,
则正方体上表面到液面的距离:h=h下?L=16.25cm?10cm=6.25cm,故C错误。
故选:C。
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2、 如图所示,在水平桌面上的烧杯中漂浮着一个质量分布均匀的木块,若将木块露出水面的部分截去取走,那么( )
A. 木块余下部分上浮,水对杯底压强变小
B. 木块余下部分下沉,水对杯底压强变大
C. 木块余下部分上浮,烧杯对桌面压强变大
D. 木块余下部分不上浮也不下沉,烧杯对桌面压强不变
将露出水面的部分截去后,木块的密度不变,仍然小于水的密度,所以没入水中的那部分木块将要上浮;
截取露出水面的部分后,因为仍漂浮,浮力等于和重力,木块重力变小,受到的浮力变小,根据F浮=ρ水V排g可知:木块排开水的体积变小,容器内水位变低,水深变小,根据p=ρgh可知水对容器底的压强变小;
烧杯对桌面的压力等于烧杯的重力、水的重力、木块重力之和,截取露出水面的部分后,木块重力变小,烧杯对桌面的压力变小,根据p=FS可知烧杯对桌面的压强变小,故A正确,BCD错误。
故选:A。
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3、 如图所示,在三个相同的容器中装有质量相同的水,将木块、金属块按不同的方式放入水中,待、A、B、C静止时,水面高度的大小关系相比较,正确的是( )
A.h甲=h乙=h丙 B.h甲=h乙>h丙
C.h甲>h乙=h丙 D.h甲>h乙>h丙
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4、 如图所示,一个底面积为2m2的圆柱状容器,装有适量的水。现将一个底面积为0.5m2、体枳为5m3的物体A放入其中,物体A漂浮于水面上。当再给A物体施加一个竖直向下的大小不变的力F以后,A物体最终恰好浸没于水中静止,此时容器底部受到的压强增大了1×104Pa.
则:
(1)A物体浸没水中静止时容器底部所受到的压力增大了多少?
(2)A浸没于水中时受到的浮力为多少?
(3)A物体受到的重力为多少?(g=10N/kg)
(4)从A物体漂浮水面到浸没水中静止过程中力F做了多少功?