我做中考家教时搜集的教案,例题对初三学生来讲应该有难度的,有的可能说图示怎样的,其实不用看图也能想出来。希望对你有用~
浮力(一)
一、浮力的概念
1.浮力的产生原因:由于浸在液体里的物体上下底面的深度不同,所受液体的压强不同,下底面向上的压强大于上底面向下的压强,从而使物体受到向上的压力大于向下的压力,这两个压力差就是浮力。
2.浮力的方向:总是竖直向上的。
3.显然,当物体浸在液体中,且底面与容器底部密接的时候,物体底部不再受到液体向上的压强时,它就不受浮力。比如,建筑在水中的桥墩;再比如,陷在泥中的物体。同学们都有这样的体会,在泥泞的水中走路时,有时,鞋会被泥“吸”住而被拽下来,就是因为鞋受到大气压和水向下的压强,而没有受到向上的浮力。
4.阿基米德定律:浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重力。它不仅适用于液体也适用于气体。
公式:F浮=ρ液gV排
5.物体的浮沉条件:这是指物体只受浮力和重力而没有其他力作用的情况而言:浸在液体中的物体,如果受到的浮力大于它的重力,物体就上浮;如果浮力小于重力,物体就下沉;如果浮力等于重力,物体就可以停留在液体里任何深度的地方。
物体上浮、下沉、悬浮和漂浮的物理过程分析:物体全部浸入液体中所受浮力最大。当F浮>G物,则物体上浮,一直到露出液面瞬间仍是如此。当物体继续上升时,F浮减小,直到最后物体静止地漂浮于液面时,F浮=G物,此时F浮与G物是一对平衡力。若F浮<G物,物体下沉,一直到底,此时物体所受F浮虽不变,但增加一个容器底的支持力,在三力作用下物体处于平衡状态。当物体在液体内部某处满足F浮=G物的条件,物体将静止在液体里某处,这种现象叫悬浮。
根据浮沉现象可分析ρ物与ρ液的关系:当物体全部浸入液体时:ρ物<ρ液 则上浮;ρ物>ρ液时下沉;ρ物=ρ液则悬浮。比如把一块泡沫塑料按在水里,因为ρ塑<ρ水,一松手,塑料块将上浮。石块的密度比水大,把石块投入水中,会下沉。人体的平均密度大约与水相当,当人完全没入水中时,会悬浮,可以游潜泳。鱼类则是靠着鱼膘的鼓与瘪来调整鱼的体积,进而改变鱼的平均密度,使它可以上浮或下沉。
二、浮力大小的计算
浮力大小的计算可归纳为三种方法:
(1)求物体上下表面的压力差
F浮=F向上-F向下
(2)通过测量,从受力情况入手,由平衡条件推算出F浮=G-G′。其中G为物体在空气中的重力,G′为物体浸入液体中的视重(此时从弹簧测力计上显示的物重)。
(3)应用阿基米德定律
F浮=ρ液gV排
值得注意的是:应用以上方法计算浮力,要具体情况具体分析,首先要弄清每个公式的适用条件,物理意义,不可死背乱套。
例题1:甲乙两个体积相等的实心球吊在弹簧测力计下,分别浸在水和酒精中静止。已知ρ甲=3ρ水,ρ乙=3ρ酒,ρ水>ρ酒。比较两个弹簧测力计示数的大小,下列判断正确的是( )
A.挂甲球的示数大 B.挂乙球的示数大
C.两个示数一样大 D.无法确定哪个示数大
分析与解答:依据关系式 F浮=G-G′可以变形为G′=G-F浮,此G′为物体的视重也就是弹簧测力计的示数。G甲=ρ甲gV甲,,就有G甲′=ρ甲gV甲-ρ水gV甲=(3ρ水-ρ水)gV甲=2ρ水gV甲 。
同理可知G乙′=G乙-F浮乙=ρ乙gV乙-ρ酒gV乙
=(3ρ酒-ρ酒)gV乙=2ρ酒gV乙
∵V甲=V乙 ∴G甲′=2ρ水gV,G乙′=2ρ酒gV。
又∵ρ水>ρ酒 ∴G甲′>G乙′ 选A。
例题2 只用一个弹簧测力计和一杯水,怎样测定一块合金的密度?
分析与解答 我们只要按照图乙所示的方法,读出两种情况下测力计G1与G2,就可以计算出物体的密度了。
从图中可以看出,这里G1就是合金块所受的重力,G2是合金块在水中时的视重(即弹簧测力计的读数)。合金块受到的浮力为F浮=G1-G2
由阿基米德定理:F浮=G排水,且物体浸没时V排=V物,∴G1-G2=ρ水gV物
(1) 又∵G1=m物g, (2)
式(2)除以(1)得。
这是一个巧妙的方法,本来求密度是离不开测物体体积的,这里通过浮力的计算代替掉了,只用弹簧秤和水就可以了。既不用天平也不用量筒就可以求物体密度了。
三、物体所受浮力的分析方法
浮力是物体所受到的各种力的一种,因此研究浮力对物体的作用,必须遵从力的一般分析方法,即首先要确定研究对象,对所选对象进行全面的受力分析,然后找出各物理量之间的数学关系再动手计算,求出所要求的量。
例题3 盘秤上放一盛水容器,秤的示数为10牛顿。将一5牛顿的物体吊在弹簧秤下放入水中,如图3所示,求当弹簧秤示数为4牛时,容器下的盘秤示数为多少?
分析:物、水、秤连在一起互相之间有相互作用力,必须分开研究。对于每一部分作全面受力分析,列出平衡力的关系,才能计算出容器下盘秤的示数。如图4所示,F浮与分别是水对物的浮力与物对水的反作用力,N与N′分别是秤对水的支持力与水对秤的反作用力。(盛水容器与秤看成一体)
解:T+F浮=G物 N=+G水
F浮= N=N′ ∵T=4牛,G物=5牛
∴F浮=G物-T=5牛-4牛=1牛
∵G水=10牛 =F浮=1牛
∴N′=N=1牛+10牛=11牛
即容器下的盘秤的示数是11牛顿。
例题4 某物体漂浮于水中,将密度为5克/厘米3体积为V1的金属块放在该物上,整个物体刚好浸没在水中,若将体积为V2的同种金属块挂在该物体下也可以使其刚好浸没入水中,求V1与V2之比为多少?
分析:根据题所给条件,物体与小金属块共同在重力和浮力作用下处于平衡状态,因此应选物体与金属块一起作为研究对象。如图6所示。
解:令物体体积为V,密度为ρ物,所受重力G:
F浮=G1+G,即ρ水gV=ρ金gV1+ρ物gV
=G2+G,ρ水g(V+V2)=ρ金gV2+ρ物gV
ρ金gV1=(ρ水-ρ物)gV
(ρ金-ρ水)gV2=(ρ水-ρ物)gV
∴ρ金gV1=(ρ金-ρ水)gV2
四、抓住本质,举一反三
应用浮力研究的问题是很多的,要善于抓住相同物理本质的题目,把它们抽象成同样的模型,这样才能举一反三,做一个题会一个题。
例题5 槽中水面上浮有一个木块,木块上压着一个铁块,此时槽内水面位置在K处,若将铁块用细线系于木块下放入水中,如图7-乙所示,水面将如何变化?若将铁块取下放入水槽中沉入水底,水面如何变化?
分析:如甲图所示木块与铁块浮于水面,F浮=G木+G铁,乙图所示相同的物理过程,只是铁块在下,木块在上,仍F浮=G木+G铁,所以水面不会变化。丙图所示则不然,当把铁块投入水中时,浮于水面的仅剩木块,浮力减小,水面会下降。
解:F浮1=ρ水gV排1=G木+G铁
F浮2=ρ水gV排2=G铁+G木
∴V排1=V排2,K=K′
F浮3=ρ水gV排3=G木<G木+G铁=ρ水gv排
∴V排3<V排1
下边是一部分练习,难度可能没上面那么强,但是也都还不错,有选择性的做吧~
二、选择题:
1、一密度计分别浮在水和盐水中, 则排开液体的体积是:-----------( )
A、在水中少一些; B、在盐水中少一些;
C、一样多; D、条件不够, 不能判断。
2、有一支试管中装有适量的砂子, 分别浸在甲乙两种不同液体中,如图, 试比较两液体的密
度:---------------------------------( )
A、甲较大; B、乙较大; C、甲乙一样大; D、不能判断。
3、有一很薄的塑料袋装满水后, 用细线系紧后挂在弹簧秤上称为10牛, 若将其浸没在水中
称, 弹簧秤的示数为:---------------------------( )
A、10牛; B、0 牛; C、接近10牛; D、接近8 牛。
4、如图所示, 4 个体积相同的小球浸在水中, 则受浮力最小的是:------( )
A、A 球; B、B 球; C、C 球; D、D 球。
5、关于浮力的说法中下列正确的是:--------------------( )
A、浮力的大小等于物体排开液体的质量;
B、浮力的方向是垂直于物体的下表面;
C、浮力的施力物体是气体或液体;
D、排开液体的体积越大, 浮力也越大。
6、两个物体分别挂在两个弹簧秤下, 将它们都没于水中, 发现两只弹簧秤的示数减小的数
值相同, 那么, 这两个物体必有相同的: ----------------( )
A、密度; B、体积; C、质量; D、重力。
7、100 克物体放在盛满液体的杯子里, 溢出液体80克, 则:----------( )
A、物体将浮在液面上; B、物体将沉入杯底;
C、物体将悬浮在液体中; D、无法确定物体的沉浮。
8、如图所示: 三球体积相同,都静止在水中, 则---------------( )
A、A 球受浮力最大; B、B 球受浮力最大; C、C 球受浮力最小;
D、三球所受浮力一样大。
9、一木块漂浮在水中, 露出水面的体积为V1, 它漂浮在煤油上时露出液面的体积为V2
则:--------------------------------( )
A、一定是V1<V2,说明水对木块的浮力较大;
B、一定是V1>V2,说明水对木块的浮力较小;
C、一定是V1>V2,水对木块的浮力与煤油对木块的浮力一样大;
D、一定是V1<V2,水对木块的浮力与煤油对木块的浮力一样大。
10、蜡块悬浮于酒精和水的混合液中, 要使蜡块上浮, 则应:--------( )
A、往筒内加纯酒精; B、往筒内加水;
C、使量筒倾斜一定角度; D、把蜡块切成两半后再放入量筒的混合液中。
11 实心木球和铁球, 没入水中, 铁球下沉, 木球上浮,是由于:-------( )
A、铁球比木球重;
B、铁球的体积比木球的体积小;
C、木球受到的浮力比铁球受到的浮力大;
D、铁球的密度比水的密度大, 木球的密度小于水的密度。
12、一均匀实心物体恰能悬浮在水中, 若将此物体切成大小不等的两块, 则:--( )
A、大的一块下沉, 小的一块上浮; B、大的一块上浮, 小的一块下沉;
C、两块仍悬浮在水中; D、两块都上浮到水面;
13、如图所示: 天平处于平衡状态, 若将左盘中的木块放入盛水的烧杯内, 水未流出, 那
么:-------------------------------( )
A、天平仍然平衡; B、天平指针向右倾斜; C、天平指针向左倾斜;
D、无法确定。
14、如图所示: 将一个物体先后放入密度为ρ1和ρ2两种不同液体中,当物体静止后, 则物
体所受的浮力关系和液体密度关系为:----------------( )
A、F1>F2, ρ1>ρ2; B、F1>F2, ρ1<ρ2; C、F1=F2, ρ1<ρ2;
D、F1=F2, ρ1>ρ2;
15、在四只相同的杯子中都盛满水, 乙中浮着一块小木块,丙中浮着一块小冰块, 丁的水中
浮着一个空心球, 下列说法中正确的是:----------------( )
A、每只杯的总质量是相同的;
B、在乙杯中撒些细盐, 木块露出液面的体积减小;
C、丙杯中的冰块熔解, 液面就会升高;
D、在丁杯中加些酒精, 空心球要上浮。
16、如图所示, 同一木块C 恰能停留在水中同一深度, 那么图甲中所挂重物A 与图乙中所放
重物B 的重力比较:--------------------------( )
A、相等; B、A比B重; C、B比A重; D、无法确定。
17、一空心铅球, 重4.5牛顿, 体积为0.5 米3, 如果把这个铅球浸没在水中, 则铅球( )
A、上浮; B、下沉; C、悬浮; D、无法确定。
18、漂浮在水缸中的一木盒, 里面有一块石头, 如果将石头从木盒中取出扔到水缸里, 则缸
内水面高度将:---------------------------( )
A、上升; B、下降; C、不变; D、无法确定。
19、木块从水底上浮到水面(没有露出水面)的过程中, 下述说法中正确的是:-( )
A、木块所受浮力逐渐增大, 且浮力大于木块重力;
B、木块所受浮力逐渐减小, 且浮力大于木块重力;
C、木块所受浮力不变, 且浮力等于重力;
D、木块所受浮力不变, 且浮力大于重力。
20、一木块重4 牛顿, 浮在水面上, 有一半体积浸没在水中。若使木块全部浸没在水中, 其
受到的浮力应等于:---------------------------( )
A、2牛; B、4牛; C、6牛; D、8牛。
21、有一小木块, 当它浮在水面上时有2/5 的体积露出液面, 而当它浮在另一种液体中时
有1/5 的体积露出液面, 则小木块在这两种液体中所受的浮力的比是:-----( )
A、1:1 ; B、2:1 ; C、5:3 ; D、3:5。
22、如图所示, 把同一金属块用线吊着浸入水中的情况, 哪一种情况, 线对金属块的拉力
最大:--------------------------------( )
23、如图所示, 甲、乙两球用细线相连, 放入水杯中, 细线受的力为1牛, 两球正好悬浮在
水中, 如果细线断后, 下列判断完全正确的是:--------------( )
A、甲、乙两球都能下沉; B、甲球下沉, 乙球上浮;
C、甲球上浮, 乙球下沉; D、甲、乙两球还悬浮在水中。
24、如图所示, 一个物体浮在液面上, 它露出液面的体积为V1,液面下的体积为V2, 液体密度与物体密度的比为:-------------------------( )
A、V1:V2 ; B、V2:V1 ; C、(V1+V2):V2; D、V2:(V1+V2)。
25、质量相同的空心铅球和空心铜球各一个(铅的密度大于铜的密度),放入水中后都悬浮,
两球相比较, 则:--------------------------( )
A、铜球的体积大; B、铅球的体积大;
C、铜球空心部分的体积大; D、铅球空心部分的体积大
六、计算题:
1、某物体悬浮在煤油中,受到的浮力为15.68牛,求(1)、物体的体积?(2)、若将此
物体放入水中,它露出水面的体积为多大?(煤油密度为800千克/ 米3)
2、一根钢丝绳的最大拉力是10000牛,能否将体积为1米3,重为17000牛的石块从水中提起? (通过计算说明)
3、水雷重4400牛,体积为500分米3,把它放入水中,水雷静止时受到的浮力多大?
4、有一物体漂在水面上时有3/5的体积没入水中,当它漂在某液体表面上时,有1/4的体积
露出液面,求该液体的密度?
5、密度为7.5×103千克/米3的金属球,在空气中称时重为1.47牛,浸没在水中称时为1.176
牛,这个球是空心的还是实心的?(通过计算说明)
6、一个体积为1000厘米3的长方形物体,浸没在水中某处,物体的下表面受到水的压力是
15牛,求物体上表面受到的水的压力是多少?
7、把质量是270克的铝块挂在弹簧秤的挂钩下面,并把铝块浸没在水中,问铝块受到的浮力
多大?弹簧秤的示数是多大?(铝的密度是2.7×103千克/米3)。
8、槽中水面上浮有一个木块,木块上压着一个铁块,如图7-甲所示,此时槽内水面位置在K处,若将铁块用细线系于木块下放入水中,如图7-乙所示,水面将如何变化?若将铁块取下放入水槽中沉入水底,如图7-丙所示,水面如何变化?
说一下 关于冰放在液体中的问题答案是不变 不妨记住:
盐升 酒降 水不变,就是将冰块放入盐水,融化后液面上升。放入酒精中,融化后液面下降水中,融化后不变。
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