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4 浮力
[学习目标]
1.了解浮力的概念及方向,知道浮力产生的原因;
2.理解浮力的大小与什么因素有关;
3.知道浮力的大小跟排开液体所受重力的关系;
4.会利用称重法,测量、计算浮力;
5.理解阿基米德原理;能利用阿基米德原理求浮力、体积、密度。
一、浮力
1.浮力:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上的力叫浮力。
2.浮力方向:竖直向上,施力物体是液(气)体。
3.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体向上的压力大于向下的压力,向上、向下的压力差就是浮
力;如图所示。
4.影响浮力大小的因素:通过实验探究发现(控制变量法):浮力的大小跟物体浸在液体中的体积和液体
的密度有关。物体浸在液体中的体积越大,液体的密度越大,浮力就越大。
二、阿基米德原理
1.阿基米德原理: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的液体的重力。如图所示。
F G V g
2.公式表示: ;
浮 排 液 排
3.从公式中可以看出: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。
4.适用条件:液体(或气体)。一、浮力
1.定义:浸在液体或气体里的物体,受到液体或气体向上的托力,这个力叫作浮力。
2.浮力的施力物体是液体(或气体),方向是竖直向上。
3.浮力产生的原因:完全浸没在液体里的物体,各个表面均受到液体的压力,由于它前后左右对应部分受到
的压力大小相等、方向相反,因此而平衡,物体的上下两面浸在液体中的深度不同,对应部分所受压力的大小、
方向均不同,这两个压力的合力方向向上,液体对物体上、下两面的压力差,就是液体对物体的浮力。
用公式表示为: 。
4.注意:若物体下部没有液体则物体不受浮力作用。例如插入河底淤泥中的木桩和已粘在杯底上的铁块都不
受水的浮力。浸在气体中的物体也受到气体对它竖直向上的浮力,但一般情况下不考虑气体对物体的浮力。
二、测量铝块浸没水中所受的浮力
1.步骤:①如图甲,在弹簧测力计下悬挂一个铝块,读出弹簧测力计的示数,这就是铝块的重力G;
②把铝块浸没在水中(图乙所示),记录弹簧测力计的示数 。
2.结论:①弹簧测量计的示数变小,说明浸没在水中的铝块受到浮力的作用。
②浮力的大小(图丙受力分析):
3.为什么我们做实验时,弹簧称的读数并不会随物体在液中位置的深浅而变化呢?
其实,弹簧称称量的物体在液中受到的浮力时,只要物体完全浸入液体中的体积不变,无论物体在液体中
的深度怎样,物体受到液体对物体的压力差也不变,弹簧称的读数才不会随物体在液中位置的深浅而变化。
三、控制变量法探究浮力大小与哪些因素有关
1.物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的密度有关;还与物体排开液体的体积有关,而与浸没在液体中
的深度无关。
2.探究F浮 与ρ液 的关系时,应控制V排 不变;
3.探究F浮 与V排 的关系时,应控制ρ液 相同;4.弹簧测力计下挂着一个物体,当物体逐渐浸入水中时,弹簧测力计的示数逐渐减小,物体受到的浮力逐渐
增大。
5.将一个空心的金属球浸没在水中并上浮,随着露出水面的体积逐渐增大时,球所受的浮力将逐渐变小,球
所受的重力不变,当球浮在水面静止时,所受浮力和它的重力相等。
四、浮力的计算
1.称重法:就是物体在空气中的重与物体在液体中的重的差值等于浮力。
例:弹簧秤下挂一铁块,静止时弹簧秤的示数是4N,将铁块浸入水中时,弹簧秤的示数为3.5N,这时铁块
:
所受的浮力是 N, 铁 水= 。
解:由题意可知,铁块受到的重力为4N;铁块浸入水中示数是3.5N,铁块所受浮力为:
F 4N 3.5N 0.5N V
浮 ,假设铁块体积为 铁。
m
铁
V m g 4N 8
铁 铁 铁
所以, F F 0.5N 1 。
水
gV
铁
F F -F
2.压力差法:应用 浮 向上 向下求浮力,这是浮力的最基本的原理。
例:某物块浸没在水中时,下表面受到水的压力为2.3N,上表面受到水的压力为1.5N,则该物块受到水的浮
力为 牛,方向为 。
解:下表面受到水的压力为2.3N,上表面受到水的压力为1.5N;所以浮力方向向上,大小为:
F F -F 2.3N 1.5N 0.8N
浮 向上 向下 。
3.公式法:利用阿基米德原理,F =G =m g=ρ gV ,普遍适用于计算任何形状物体受到的浮力。
浮 排 排 液 排
例:将体积是50cm3的物体浸没在水中,它受到的浮力多大?若此物体有一半浸在煤油中,它所受的浮力多
大?(ρ煤油=0.8×103kg/m3)g取10N/kg)F gV G
解:由公式 浮 液 排 排,得到物体在水中的浮力
F gV G 1103kg/m310N /kg50106m3 0.5N
浮 液 排 排 ;
F gV G 0.8103kg/m310N /kg25106m3 0.2N
在煤油中的浮力为: 浮 液 排 排
4.受力分析法(漂浮或悬浮条件):如果物体在液体中处于漂浮或悬浮状态,则物体受重力和浮力作用,且
F G
此二力平衡,则 浮 物。
例:把质量是200g的塑料块放入水中,静止时塑料块有一半露出水面。(g取10N/kg)
求(1)塑料块在水中受到的浮力?(2)塑料块的体积和密度?
G mg 200103kg10N /kg 2N
解:(1)塑料块受到的重力: 塑料 ,
F G 2N
因为塑料块静止,故它受到的浮力: 浮 塑料 ;
(2)塑料受到的浮力等于它排开水受到的重力,故排开水的体积为:
2N
m G /g 10N /kg
V 水 水 5104m3,
水 1103kg/m3
水 水
V 2V 1103m3
塑料块的体积: 塑料 水 ,故塑料块的密度:
m 20010-3kg
塑料 200kg/m3
塑料 V 1103m3 。
塑料
F m g
5.排水量法(也是阿基米德原理): 浮 排 。
轮船的满载重量,一般是以排水量表示的,即是排开水的质量,船也是浮体,根据浮体平衡条件也得:船受
F G
到的总 浮 总,而排水量kg•g,就是船排开水的重,即是浮力,又是船、货的总重力。
五、阿基米德原理
探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系。
1.实验器材:溢水杯、弹簧测力计、金属块、水、小桶。
2.实验步骤:① 如图甲所示,用测力计测出金属块的重力;
② 如图乙所示,把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出这时测力计的示数。同时,用小桶收集物体排
开的水;
③ 如图丙所示,测出小桶和物体排开的水所受的总重力;
④ 如图丁所示,测量出小桶所受的重力。
3.结论
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:
知识点一:浮力产生的原因
【探究重点】
1.浮力的施力物体就是“液体”,受力物体就是“浸在液体中的物体”;物体间力的作用是相互的,物体受
到浮力的同时,液体也受到物体对它的压力作用,这个力的大小就等于物体受到的浮力,方向和浮力的方向相
反。
2.根据浮力产生的原因,上、下表面受到的压力差。如果物体和容器底部紧密接触(不是沉底),这时物体上
表面受到液体竖直向下的压力,物体的下表面并没有受到液体竖直向上的压力,物体虽然浸没在液体中,但是不
受浮力。(如图)
【例题精讲】
1. (2022·四川内江)一只轻质极薄的小塑料袋,袋内装满水(袋内无空气)且水的质量为 ,将其浸没在
水中,静止时如图所示,则此时盛水的小塑料袋受到了竖直向上的_______作用,其大小为______ 。()
【答案】①浮力;②2。
【解析】[1]将装满水小塑料袋浸没在水中,静止时如图所示,小塑料袋受到了重力,还受到了水对其向竖直
向上的浮力。[2]浮力与装满水小塑料袋的重力是平衡力,故浮力的大小为
【巩固训练】
2. 下列图中所示物体没有受到浮力的是
A. 沉在水底的铁球B. 水面戏水的天鹅C. 打入水底的木桩D. 在水中游动的小鱼
【答案】C
【解析】
ABD、ABD中的物体都浸在水中,物体受到水向上的压力和向下的压力,其中向上的压力大于向下的压力,这个
压力差也就是物体受到的浮力。故ABD中的物体均受浮力的作用,故ABD不合题意;
C、木桩的下底面埋在地下,其下底面与河水底紧密接触,木桩没有受到水向上的压力,所以木桩不受浮力作用,
故C符合题意。
知识点二:探究决定浮力大小的因素
【探究重点】
1.探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验中,用到了“称重法”测浮力: ,弹簧测力计的示数越
小,说明物体受到的浮力越大。
2.探究浮力的大小跟哪些因素有关,实验中利用“控制变量法”,把多因素问题变成多个单因素问题。
3.物体在液体中受到的浮力的大小,跟它浸没在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。物体浸没在液体中
的体积越大、液体的密度越大,浮力就越大。
【例题精讲】
3. (2022·福建三明·一模)在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,实验器材:弹簧测力计、实心圆柱金
属块、相同的平底大烧杯若干个、水、密度未知的某种液体、细线等。实验操作步骤如图所示。(1)将实验数据记录在下表中,请将步骤A所示弹簧测力计的示数补充完整:___________N;
实验步骤 A B C D E F
弹簧测力计示数/N 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8
(2)分析实验步骤A、B、C、D可知浮力大小跟 ___________有关;
(3)分析实验步骤 ___________(填3个实验步骤序号)可知浮力的大小与液体的密度有关;
(4)分析实验数据可知,未知液体的密度为 ___________kg/m3(ρ =1.0×103kg/m3)。
水
【答案】 2.7 物体排开液体的体积 A、E、F 0.9×103
【解析】(1)[1]由图可知,弹簧测力计分度值为0.1N,示数为2.7N,则物体的重力为2.7N。
(2)[2]分析比较A、B、C、D可知,液体的密度相同时,物体排开液体的体积不同,弹簧测力计的示数不同,由
称重法可知浮力大小不同,所以物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。
(3)[3]研究物体受到的浮力大小与液体密度的关系,要控制排开液体的体积相同,只改变液体的密度,图A、
E、F符合题意。
(4)[4]对比步骤A、E,金属块在水中受到的浮为F =2.7N-1.7N=1N
浮水
根据A、F可知,金属块在液体中受到的浮力F =2.7N-1.8N=0.9N
浮液
因金属块均浸没,排开液体的体积相同,即V =V
排水 排液
【巩固训练】
4. 如图是某同学进行“探究浮力的大小跟哪些因素有关”时其中的一次实验情景。根据图示可以知道,该同学这
次操作的目的是()A. 探究浮力与液体质量的关系B. 探究浮力与液体体积的关系
C. 探究浮力与液体密度的关系D. 探究浮力与液体深度的关系
【答案】C
【解析】解:根据图示可以知道两图中两物的体积相同,两物体都完全浸没在液体中,所以排开的液体体积相
同,而一种液体是水、另一种是酒精,两种液体的密度不同,它们所受的浮力不同,所以该同学这次操作的目的
是:探究物体所受浮力与液体密度的关系。
故选:C。
知识点三:阿基米德原理
【探究重点】
1.“浸在”包含两种情况:一是物体有一部分浸在液体中,此时V =V <V ;二是物体全部没入液体
排液 浸入 物
中,此时V =V =V 。
排液 浸入 物
2.“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”,这里要注意浮力本身是力,只能和力相等,很多同学常把
这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。力和体积不是同一物理量,不具有可比性;这里所受的重
力,不是物体所受的重力,而是被排开液体所受的重力。
【例题精讲】
5. (2022·山东临沂)我国自主研制的亚洲第一深水导管架“海基一号”质量为3万吨,于2022年3月15日被
顺利装上驳船运往珠江口盆地海域。驳船因载有“海基一号”而多排开海水的质量( )。
A. 等于3万吨 B. 大于3万吨
C. 小于3万吨 D. 都有可能
【答案】A。
【解析】驳船在海上运行的过程中漂浮在水面上,受到海水的浮力等于自身的重力,根据阿基米得原理可
知,浸在液体中的物体受到的浮力等于排开水的重力,可以得到F =G =G =m g
浮 船 排水 排水
驳船因载有“海基一号”而多排开海水的重力等于海基一号的重力,即多排开海水的质量3万吨,故A符合题
意,BCD不符合题意。故选A。
【巩固训练】
6. 小杰同学在游玩“海底世界”时,观察到鱼嘴里吐出的气泡上升时的情况如图所示,对气泡上升过程中受到的
浮力和气泡内气体压强分析正确的是()
A. 浮力不变,压强不变 B. 浮力变小,压强变小
C. 浮力变大,压强变小 D. 浮力变大,压强变大【答案】C
【解析】解:
液体的压强随深度的增加而增大,由于气泡在上升过程中深度在减小,所以气泡在上升过程中受到液体的压强在
减小,因此气泡会发生膨胀造成体积变大,所以气泡内的气体压强会变小;
由于气泡在上升过程中体积变大,所以根据阿基米德原理F =ρ gV 可知,气泡所受的浮力在变大.
浮 液 排
故选 C.
知识点四:浮力计算
【探究重点】
1.由 ,可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关,而跟物
体本身的体积、密度、形状,与在液体中是否运动,液体的多少等因素无关。
2.阿基米德原理也适用于气体。浸没在气体里的物体受到浮力的大小,等于它排开的气体所受的重力。
即 。
【例题精讲】
7. 小球漂浮在酒精中,排开酒精的质量为0.2千克。若该小球漂浮在水中,则排开水的质量()
A. 一定大于0.2千克 B. 可能小于0.2千克
C. 一定等于0.2千克 D. 一定小于0.2千克
【答案】C
【解析】小球漂浮在酒精中,排开酒精的质量为0.2kg,根据物体的浮沉条件可知,小球的重力:
,
小球漂浮在水中,根据物体的浮沉条件及阿基米德原理可知,小球排开水的重力G =F =G=2N,小球排开水
排 浮
G 2N
的质量:m = 排= =0.2kg,故ABD不符合题意,C符合题意。
水 g 10N/kg
【巩固训练】
8. (2022·安徽省)小华采用如下方法测量一物块(不溶于水)的密度:弹簧测力计悬挂物块静止时的示数为
F=3.0N(如图甲所示); 将物块浸没在水中, 静止时弹墴测力计的示数为F=2.0N(如图乙所示)。已知ρ
1 2 水
=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,求 :
(1)物块的质量m;(2)物块的体积V;(3)物块的密度ρ。
【答案】(1)0.3kg;(2)1.0×10-4m3;(3)3×103kg/m3。
【解析】(1)由图甲可知,物体的重力G=F=3.0N所以物体的质量为
1(2)根据称重法可得物体浸没水中受到的浮力为F =F-F=3.0N-2.0N=1.0N
浮 1 2
根据阿基米德原理F =ρ gV ,可以得出
浮 液 排
物体浸没时V=V =1.0×10-4m3
排
(3)物块的密度为 。
知识点四:浮力应用
【探究重点】
1.“浸在”包含两种情况:一是物体有一部分浸在液体中,此时V =V <V ;二是物体全部没入液体中,
排 浸入 物
此时V =V =V 。
排 浸入 物
2.“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”,这里要注意浮力本身是力,只能和力相等,很多同学常把
这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。力和体积不是同一物理量,不具有可比性;这里所受的重
力,不是物体所受的重力,而是被排开液体所受的重力。
3.由F =ρ gV ,可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关,而跟物体
浮 液 排
本身的体积、密度、形状,与在液体中是否运动,液体的多少等因素无关。
4.阿基米德原理也适用于气体。浸没在气体里的物体受到浮力的大小,等于它排开的气体所受的重力。即F
=G =ρ gV 。
浮 排 气 排
【例题精讲】
9. (2022·四川德阳)如图所示,将同一个小球分别放入甲、乙、丙三种不同液体中,静止时小球在甲液体中漂
的
浮、在乙液体中悬浮、在丙液体中下沉到底部。如果用 、 、 两分别表示三种液体 密度,则关于三
种液体密度大小的关系说法正确的是( )。
A. B.
C. D.
【答案】C。
【解析】静止时,小球在甲液体中漂浮,乙液体中悬浮,丙液体中沉底,则根据浮沉条件可得
由以上三式可知,三种液体的密度关系故C正确,ABD错误。故选C。
【巩固训练】
10. (2022·四川成都)“奋斗者”号深潜器坐底10909米,创造了中国载人深潜新记录。喜欢动手的小文制作
了一个深潜器模型,用弹簧测力计测量它受到的浮力。先测出它的重力为G,然后将模型浸没于水中静止(如图所
示),弹簧测力计受到的拉力为F,棋型所受的浮力为F 。则下列说法正确的是( )。
浮
A. 拉力F与重力G是一对平衡力 B. 模型所受浮力大小F =G-F
浮
C. 模型从图示位置下移,浮力变大 D. 将模型逐渐提离水面,拉力不变
【答案】B。
【解析】AB.因为模型在水中处于静止状态,所以模型处于平衡状态,模型在水中受到竖直向上的拉力和浮
力,竖直向下的重力,所以拉力F与重力G不是一对平衡力,拉力F和浮力F 之和等于重力G,则F+F =G,所以
浮 浮
F =G-F,故A错误,B正确;
浮
C.模型从图示位置下移,仍然处于浸没状态,所以排开液体的体积不变,由阿基米德原理F =ρ gV 可
浮 液 排
知,液体密度不变时,模型所受浮力大小不变,故C错误;
D.将模型逐渐提离水面,模型排开液体的体积变小,由阿基米德原理F =ρ gV 可知,液体密度不变时,
浮 液 排
模型所受浮力变小,而模型重力不变,由F+F =G可知,拉力变大,故D错误。
浮
故选B。
1. 用绳子拴住的氢气球被风吹向空气中,气球所受浮力的示意图如图所示,其中所受浮力方向示意图正确的是()
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】
浸入液体或气体中的物体受到竖直向上的浮力的作用。
浸在气体中的氢气球受到的浮力的方向始终是竖直向上的,故A正确,BCD错误。
2. 对阿基米德原理的理解,下列说法中正确的是( )A.浸入液体中的物体,受到的浮力大小和物体的体积有关
B.浸没在液体中的物体,在液体中的深度越大,受到的浮力越大
C.阿基米德原理也适用于气体
D.浸没在液体中的物体,受到的浮力与物体的形状有关
【答案】C
【解析】
ABD.由阿基米德原理 可知,浸入液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受的
重力,浮力大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关,与物体的体积、浸没的深度、物体的形状无关,故
ABD错误;
C.阿基米德原理既适合液体又适合气体,故C正确。
故选C。
3. 小华利用弹簧测力计测量石块受到的浮力。如图所示,他用细线将石块挂在弹簧测力计上,测出石块重4.2N,
然后将石块浸没在水中,弹簧测力计的示数如图所示,则石块受到的浮力为()(g取10N/kg)
A. 2.0N B. 2.1N C. 2.2N D. 4.2N
【答案】A
【解析】
(1)读取弹簧测力计示数时,要先认清分度值,然后再读数;
(2)物体受到的浮力等于物体的重力和物体浸没在水中弹簧测力计的示数之差,根据F =G−F 求出物体所受浮
浮 示
力;
从图中可知测力计的刻度线上2N和3N之间有5格,每格表示0.2N,故此测力计的分度值为0.2N,测力计的示
数为2.2N。
根据称重法可知石块受到的浮力F =G−F =4.2N−2.2N=2.0N,故选A。
浮 示
4. 如图所示,A,B两物体形状完全相同,则A、B两物体受到的浮力()
A. 一样大 B. A比B小 C. A比B大 D. 以上三种情况都有可能
【答案】A
【解析】解:根据阿基米德原理F =ρgv 分析:
浮力 排
(1)A、B两物体都浸没在水中,液体密度相同;
(2)A、B两物体形状完全相同即体积相同,即排开液体的体积相同;
所以A、B两物体所受到的浮力相同,故BCD错误,A正确。
故选A。
5. (2020·四川内江市)一质量为54g边长为3cm的立方体橡皮泥块,浸没在水中时,受到的浮力为___N,立方体橡
皮泥块的密度为___kg/m3(水的密度ρ =1.0×103kg/m3、g=10N/kg)。
水
【答案】0.27 2×103kgm3
【解析】
[1]根据阿基米德浮力公式可知,浸没在水中时受到的浮力为
[2]立方体橡皮泥块的密度为
6. 把一块橡皮泥分别捏成形状不同的圆柱体、球体和长方体,先后将不同形状的橡皮泥浸没在水中,橡皮泥受到
的浮力 (选填“圆柱体大”、“球体大”、“长方体大”或“一样大”)。再将同一块橡皮泥浸没在水中的不
同深度,则橡皮泥受到的浮力 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】一样大 不变
【解析】[1]把一块橡皮泥分别捏成形状不同的圆柱体、球体和长方体,先后将不同形状的橡皮泥浸没在水中,不
同形状的橡皮泥体积相同,排开水的体积相同,由F =ρV g得,橡皮泥受到的浮力一样大。
浮 排
[2]再将同一块橡皮泥浸没在水中的不同深度,橡皮泥的体积不变,排开水的体积不变,由F =ρV g得,橡皮
浮 排
泥受到的浮力不变。
7. (2022山东济宁)小明利用托盘天平、量筒和水测量一颗新鲜杏的密度,收集的实验数据记录在下表中,则杏
的密度ρ= g/cm3,杏在水中受到的浮力F = N。(g取10N/kg)
浮
步骤 ①用托盘天平测杏的 ②向量筒中倒入适量 ③将杏放入量筒中,
质量 水,读示数 读示数
数据 21.2g 40mL 60mL
【答案】1.06;0.2。
【解析】:根据题意可知,杏的体积为:V=60mL﹣40mL=20mL=20cm3,
杏的密度ρ= = =1.06g/cm3,
杏在水中受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10﹣6m3=0.2N。.
8. 如图所示,一个空的塑料药瓶,瓶口扎上橡皮膜,竖直地浸入水中,一次瓶口朝上, 一次瓶口朝下,这两次药
瓶在水中的位置完全相同。乙中橡皮膜向内凹的程度比甲中的大,原因是 。甲图中药瓶受到的浮力
(选填“大于”、“小于”或“等于”)乙图中药瓶受到的浮力。【答案】乙中水对橡皮膜的压强比甲中的大 大于
【解析】
[1]乙中橡皮膜的深度大于甲中橡皮膜的深度,根据 可知,橡皮膜在乙中受到的水的压强较大,所以凹进
得更多。
[2]乙中橡皮膜向内凹的程度大一些,所以乙中药瓶排开的水的体积比甲中的小,根据阿基米德原理可以知道,药
瓶在乙中受到的浮力小,在甲中受到的浮力大。
9. 小冬学习了“认识浮力”后,爱动脑筋的小冬提出了问题:浸在液体中的物体受到浮力的大小与哪些因素有关
呢?经过思考,他在学校实验室找来了弹簧测力计、烧杯、一个金属块、水和盐水等器材,设计并进行了如图探
究实验。
(1)金属块在图C中受到的浮力为______N。
(2)分析B、C两图知道:当金属块浸没入水中后,所受浮力的大小与它浸入水的深度______(选填“有关”或“无
关”)。因为此时金属块浸入水的______没有发生变化。
(3)小冬______(选填“能”或“不能”)利用图A和D探究浮力的大小与液体密度有关,理由是______。
(4)综合上述实验得到的结论是:浸在液体中的物体受到浮力的大小与______和______有关。
(5)根据收集到的实验数据,小冬还计算出了金属块的密度为______kg/m3.(g=10N/kg)。
【答案】1 无关 体积 不能 没有控制排开液体的体积相同 液体密度 物体排开液体的体积 2.8×103
【解析】解;
(1)由图A可知,金属块的重力为2.8N;由图C可知,金属块浸没在水中时,测力计的示数为1.8N,
则金属块浸没在水中时受到的浮力:F =G−F =2.8N−1.8N=1N;
浮C C
(2)分析B、C两图可知,当金属块浸没入水中后,在不同的深度,测力计的示数是相同的,则金属块所受的浮力
相同,即浮力的大小与它浸入水的深度无关;原因是此时金属块浸入水的体积没有发生变化,即排开水的体积不
变。
(3)探究浮力的大小与液体密度有关时,应控制金属块排开液体的体积相同,而液体的密度不同;
由图A和图D可知,两图中液体的密度不同,由于没有控制排开液体的体积相同,故无法探究浮力的大小与液体密
度的关系;
(4)由图AB可知,物体浸入液体中的体积越大,即排开液体的体积越大,测力计示数越小,浮力就越大;由图CD可知,物体排开液体的体积相同时,液体的密度越大,测力计示数越小,浮力就越大;
所以,浸在液体中的物体受到的浮力跟液体密度、物体排开液体的体积有关;
(5)由图A所示实验可知,金属块的重力G=2.8N,
G 2.8N
由G=mg可知,金属块的质量:m= = =0.28kg;
g 10N/kg
由图C所示实验可知,金属块浸没在水中受到的浮力F =1N,
浮
F 1N
由F =ρ gV 可知,金属块的体积:V =V = 浮 = =1×10−4m3 ,
浮 水 排 排 ρ g 1×103kg/m3×10N/kg
水
m 0.28kg
则金属块的密度:ρ= = =2.8×103kg/m3
。
V 1×10−4m3
10. 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,物体未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 =G−F=18N−10N=8N,
浮
F
(3)由F =ρ gV 得,物体的体积为:V =V = 浮 ,
浮 液 排 排 ρ g
水
G
物体的重力为G,质量为m= ,
g
G
m g G 18N
ρ= = = ρ = ×1.0×103kg/m3=2.25×103kg/m3
则物体的密度为: 。
V F F 水 8N
浮 浮
ρ g
水1. 2021年12月9日下午15:40“天宫课堂”时隔8年再次开讲,“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间
站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课。下图是演示浮力消失实验时的情况,下列说法正确的是()
A. 乒乓球不受浮力
B. 乒乓球在水中静止时受平衡力
C. 乒乓球下表面所受的压力大于上表面所受的压力
D. 若此时在水中放一个实心铁球,铁球会沉入水中
【答案】A
【解析】
A.在空间站中,乒乓球由于失重,不受浮力作用,故A正确;
B.乒乓球在水中静止,是由于失重,故B错误;
C.乒乓球由于失重,不受浮力作用,乒乓球上、下表面不受压力作用,故C错误;
D.若此时在水中放一个实心铁球,铁球由于失重,不会沉入水中,故D错误。
2. (2022辽宁营口)如图所示,水平桌面上盛有适量盐水的烧杯中,漂浮 着冰块A,悬浮着物块B。当冰块A
完全熔化后,下列分析正确的是( )
A. 烧杯中盐水的密度变小 B. 烧杯内液面不发生变化
C. 杯底受到液体的压强变小 D. 物块B受到的浮力变小
【答案】:ACD
【解析】:
A.由于水的密度小于盐水密度,冰块完全熔化为水后,会使原来盐水的密度变小,故A正确;
B.冰块漂浮在盐水中,F浮=G冰,冰熔化成水后,质量不变,所以有F浮=G水,则
ρ盐水gV排=ρ水gV水
因为ρ盐水>ρ水,所以V排<V水,即原来冰块排开盐水的体积小于冰块熔化的水的体积,所以液面会升高,故
B错误;
CD.冰块未熔化时,A漂浮,B悬浮,液体对容器底部的压力等于液体、冰块A、物块B的总重力。冰块熔化后,
液体密度变小,根据公式F浮=ρ液gV排可知,物块B受到的浮力变小,小于自身重力,将会下沉到容器底部,受到容器底部的支持力,所以液体对容器底部的压力会变小。根据公式 可知,在容器底面积不变的情况
下,杯底受到液体的压强变小,故CD正确。
故选ACD。
3. 小芳同学做“探究浮力的大小”实验时,为使误差尽量减小,最佳的操作顺序应该是()
A. 甲、乙、丙、丁 B. 丙、丁、甲、乙
C. 丁、甲、乙、丙 D. 丙、甲、乙、丁
【答案】B
【解析】解:
为方便操作和减小测量误差,合理的实验顺序是:
丙、测出空桶所受的重力;
丁、用弹簧测力计测出物体所受的重力;
甲、用弹簧测力计吊着物体浸没在装满水的溢水杯中,读出此时弹簧测力计的示数;
乙、测出桶和排开水所受的总重力。
故选:B。
4. 小华用如图甲所示进行实验“探究影响浮力大小的因素”,A是实心圆柱体,根据数据作出的弹簧测力计示数
F与物体浸入水中的深度ℎ的关系图象如图乙,从图乙可知()
A. 物体受到的重力为2N
B. 当物体浸没在水中时受到的浮力为2N
C. 该物体的密度为1.0×103kg/m3
D. 浸入液体的物体所受的浮力大小与深度成正比
【答案】B
【解析】解:A、由图示图象可知,物体没有浸入液体时测力计示数为4N,则物体重力:G=4N,故A错误;
B、由图示图象可知,物体完全浸没在水中时受到的浮力:F =G−F=4N−2N=2N,故B正确;
浮
F 2N
C、由浮力公式:F =ρgV 可知,物体的体积:V =V = 浮 = =2×10−4m3 ,
浮 排 排 ρ g 1×103kg/m3×10N/kg
水G 4N m 0.4
由G=mg可知,物体的质量:m= = =0.4kg,物体的密度:ρ = = =2×103kg/m3
g 10N/kg 物体 V 2×10−4m3
,故C错误;
D、由图示图象可知,物体没有完全浸没在液体中前受到的浮力与物体浸入液体的深度成正比,物体完全进入液体
后受到的浮力不变,故D错误;
故选:B。
5. 甲、乙、丙、丁是四个体积、形状相同而材料不同的球,把它们投入水中静止后的情况如图所示,它们中所受
浮力最小的是()
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
【答案】A
【解析】解:已知四个小球的体积相同,
由图知,四个球排开水的体积关系为:V <V <V =V ,
甲排 乙排 丙排 丁排
由F =ρ V g可知,四个球受到的浮力关系为:F <F <F =F ,
浮 水 排 甲 乙 丙 丁
即所受浮力最小的是甲。
故选:A。
6. 如图所示,重为 、边长 的正方体物块静置于粗糙的水平桌面上,物块对桌面的压强为 。向右推
动物块,在运动过程中,它受到 (向左 向右)的摩擦力。物块掉入水槽中(水足够深),其静止后所受浮力为
。 取
【答案】1200 向左 10
【解析】
[1]正方体物块对水平桌面的压力为
物块对桌面的压强为
[2]向右推动物块,在运动过程中,摩擦力的方向与物体运动方向相反,即它受到向左的摩擦力。
[3]正方体物块的体积为 物块全部浸没在水中时受到的浮力为因为 ,所以物块掉入水槽中(水足够深)沉底,其静止后所受浮力为 。
7. (2022辽宁锦州)如图所示,水平桌面上的容器底部放有一个边长为10cm,质量为900g的正方体物块,则物
块对容器底的压强为______Pa;逐渐向容器内倒水使物块漂浮,物块受到的浮力是______N。(g取10N/kg)
【答案】: 900 9
【解析】:[1]物块对容器底的压力为F=G=mg=900×10-3kg×10N/kg=9N
正方体物块与容器底的接触面积为S=(10×10-1m)2=0.01m2物块对容器底的压强为
[2]根据物体的浮沉条件可知,当物块漂浮,物块受到的浮力为
F浮=G=9N
8. (2020·辽宁抚顺市·九年级其他模拟)在海面下3m深处有一只质最为50kg的小海豚悬浮在海水中,这只小海豚受
到海水的压强为______Pa,受到的浮力为______N,它的体积为______m3。(海水密度取1.0×103kg/m3,g取10N/
kg)
【答案】3×104 500 0.05
【解析】
[1]小海豚受到海水的压强为
[2]已知海豚悬浮在海水中,则海豚受到的浮力为
[3]由 得排开海水的体积为
9. 如图所示,圆柱形容器内盛有足够深的水,有一个边长为10cm的正方体物块通过细线与容器底部相连并浸没
于水中,静止时细线受到的拉力为4N。求:
(1)物块受到的浮力;
(2)剪断细线后,物块静止时浸入水中的体积。
【答案】(1)物块受到的浮力为10N;(2)剪断细线后,物块静止时浸入水中的体积为6×10−4m3。【解析】(1)正方体物块浸没于水中时排开水的体积:V =V =(10cm) 3=1000cm3=1×10−3m3 ,
排
物块受到的浮力:F =ρ g V =1×103kg/m3×10N/kg×1×10−3 m3=10N;
浮 水 排
(2)物块受到重力、拉力、浮力的作用而静止,由力的平衡条件可得G+F =F ,
拉 浮
则物块的重力:G=F −F =10N−4N=6N,
浮 拉
因为物块浸没在水中时的浮力大于物块的重力,所以剪断细线后,物块会上浮直至漂浮在水面上,
由于物块漂浮,物块受到的浮力F '=G=6N,
浮
由F =ρ gV 得此时排开水的体积(浸入水中的体积):
浮 水 排
F ' 6N
V =V '= 浮 = =6×10−4m3 。
浸 排 ρ 1.0×103kg/m3×10N/kg
水g
10. (2022内蒙古包头)兴趣小组利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶、铁架台等器材验证阿基米德原理。
(细线的质量和体积均忽略不计)
(1)使用弹簧测力计前,要将指针调在_______位置。
(2)实验中所用物块的重力为_______N。
(3)同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得的溢出水的重力________(填“偏
大”或“偏小”)。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为________N,物块受到的浮力大小与
它排开水所受的重力大小________。
(5)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,发现F>F,说明物块受到的浮力大小与
5 3
_______有关。换用酒精再次实验的目的是_______(填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。
【答案】:(1) 零刻度线 (2) 4 (3)偏小 (4) 1 相等(5) 液体密度(液体种类) 寻找普遍规律
【解析】:
(1)使用弹簧测力计前,要先看测力计的指针是否指0,不指示零刻线,要将指针调在零刻度线的位置。
(2)由甲图可知,左侧弹簧测力计的示数为4N,实验中所用物块的重力弹簧测力计的示数,等于为4N。
(3)溢水杯中未装满水,当物块浸入时,水先要充满溢水杯才会溢出,这样溢出的水的体积小于物块浸入液体的
体积,实验会使测得的溢出水的重力偏小。(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中, 如图乙所示,物块受到的浮力为
[5]它排开水所受的重力大小
物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小相等。
(5)[6]将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,由于酒精的密度小于水的密度,会发现 ,即物块在酒精中
受到的浮力变小,说明物块受到的浮力大小与液体的密度有关。
[7]换用酒精再次实验的目的是多次测量寻找浸在液体中的物体受到的浮力与它排开液体所受重力之间的普遍规
律,避免只用一种液体实验得到结论的偶然性。
1. 学习浮力时,老师组织同学们进行了以下体验活动:将一个密闭的圆柱形空筒放在装有水的深桶中,如图所示
用手试着慢慢把它竖直压入水中,体会手的感受;空筒全部没入水中后,继续试着把它压向桶底,体会手的感
受。根据活动中的感受,大家提出了以下四个问题。其中最有探究价值且易于探究的科学问题是()
A. 手的感受与物体所受到的浮力大小有什么关系B. 浮力的大小与浸入液体的物体形状有什么关系
C. 浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系D. 浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系
【答案】C
【解析】
A、本实验中是通过手的感受来反映浮力的大小,所以探究手掌的感受与浮力大小有什么关系没有探究价值,故A
错误;
B、因为空筒压入水中,形状没有发生变化,所以无法探究浮力的大小与当入液体中的物体形状的关系,故B错
误;
C、用手缓慢把空筒压入水中,随着浸入液体中的体积的增加,手感受到的浮力也在增加,当物体全部浸没后,物
体排开液体的体积不变,手感受到的浮力也不变,故C最具有探究价值;
D、用手缓慢把空筒压入水中,随着物体浸入液体中的深度增加,手感受到的浮力也在增加,当物体全部浸没后,
物体浸入的深度增加,手感受到的浮力不变,故D不全面。
故选:C。
2. (2022辽宁锦州)在水平桌面上有甲、乙两个完全相同的烧杯,烧杯内盛有两种不同的液体。如图所示,将质
量相等的A、B两个物体分别放入两种液体中(V <V ),静止时两烧杯内液面相平。下列说法正确的是( )
A B
A. 甲烧杯中液体的密度小于乙烧杯中液体的密度的
B. 物体A受到 浮力等于物体B受到的浮力
C. 甲烧杯底受到液体的压力等于乙烧杯底受到液体的压力
D. 甲烧杯对桌面的压强大于乙烧杯对桌面的压强
【答案】:BD
【解析】:A.A、B两个物体的质量相等,且VA<VB,由 可知 ;由甲图可知A漂浮,根据物体浮
沉条件可知 ;由图乙可知B悬浮,根据物体浮沉条件可知 ;则它们密度的大小关系为
故A错误;
B.由甲乙两图可知,A漂浮,B悬浮;根据物体浮沉条件可知,它们受到的浮力均等于其重力
A、B两物体的质量相等,则它们受到的浮力相等,故B正确;
C.液体对杯底的压力为 两烧杯内液面相平,即液体的深度相同,又 ,可得甲
液体对杯底的压力大于乙,故C错误;
D.水平桌面受到的压强为 由上面已经得出,甲液体对杯底的压力大于乙液体对杯底的压力,
则甲桌面受到的压强大于乙桌面受到的压强;故D正确。
故选BD。
3. (2020·湖北鄂州市·九年级其他模拟)将一鸡蛋投入水中浸没后,鸡蛋在不断地下沉过程中,说法正确的是( )
A.鸡蛋受到水的压强不变
B.鸡蛋所受浮力的方向竖直向上
C.在水中越深,鸡蛋所受浮力越大
D.水对鸡蛋向下的压力大于水对它向上的压力
【答案】B
【解析】A.根据 ,鸡蛋在下沉过程中,受到水的压强增大,故A错误;
B.鸡蛋所受浮力的方向竖直向上,故B正确;
C.根据 ,排开水的体积不变,所以鸡蛋受到的浮力不变,故C错误;
D.鸡蛋向上的压强大于向下的压强,所以向上的压力大于向下的压力,这个压力差即为浮力,故D错误。
故选B。
4. 在帮妈妈做家务的时候,小明发现两根相同体积的筷子,甲浮在水面上,乙沉在水底,如图,由此可知甲比乙
()A. 所受浮力小 B. 质量大 C. 所受压强大 D. 密度大
【答案】A
【解析】解:
A、因为甲筷子漂浮,所以甲排开水的体积V <V;因为乙筷子沉底,所以乙排开水的体积V =V,则V <V
甲 乙 甲 乙
;由阿基米德原理可知甲受到的浮力小于乙受到的浮力,故A正确;
B、由题知,F =G ,F <G ,由A知道F <F ,所以G <G ,因为G=mg,所以m <m ,故B错;
甲 甲 乙 乙 甲 乙 甲 乙 甲 乙
C、因为甲处的深度小于乙所处的深度,由p=ρgℎ可知,甲受到水的压强小,故C错;
D、因为甲漂浮,所以ρ <ρ ,因为乙下沉,所以ρ >ρ ,所以ρ >ρ ,故D错。
甲 水 乙 水 乙 甲
故选:A。
5. 2022年2月,中国海监在钓鱼岛海域放置浮标以监测我国领海的水文变化。监测发现,从春季至夏季,海水温
度上升、体积膨胀导致密度下降。此过程中,若浮标体积保持不变,则( )
A.浮力变大,露出海面体积变小 B.浮力变小,露出海面体积变大
C.浮力不变,露出海面体积变大 D.浮力不变,露出海面体积变小
【答案】D
【解析】
因为浮标从春季至夏季始终漂浮,漂浮物浮力等于重力,浮标重力从春季至夏季不变,所以浮力大小不变;因为
海水密度减小,由F =ρgV 可知,浮标排开海水的体积变大,则露出海面体积变小。答案选D。
浮 排
6. (2022湖南娄底)如图甲所示,一个棱长为10cm、重为9N的正方体物块M,水平放置在一个方形容器中,M
与容器底部不密合。以恒定水流向容器内注水,容器中水M的深度h随时间t的变化关系如图乙所示,当t=100s
时,物块M在水中处于______(选填“沉底”、“悬浮”或“漂浮”)状态,图乙中a的值为______cm
(g=10N/kg)。
【答案】: ①. 漂浮 ②. 9
【解析】:[1]物块M的体积为
物块M的质量为物块M的密度为
即物块的密度小于水的密度,所以物块在水中最终会漂浮,由图象可知:当t=40s时,物块M刚好处于漂浮状态,
所以当t=100s时物块在水中将漂浮;
[2] 由图象分析可知,当t=40s时,物块M刚好处于漂浮状态,则F浮=G=9N
根据 可知,此时物块M排开水的体积为
由 可得,此时水的深度为
7. 如图甲所示,薄塑料袋中装有盐水(盐水的密度为1.2g/cm3),用细线扎紧袋口,用弹簧测力计测得其所受重力为
12N;再将这个装盐水的塑料袋浸入放在水平桌面上的烧杯内的水中(如图乙所示,水不溢出),不计塑料袋和细线
的重。当弹簧测力计示数为3N时,则:烧杯对水平桌面的压力增加了 N,袋内盐水面比烧杯中的水面 (选
填“高”或“低”)。
【答案】9 高
【解析】
[1]用弹簧测力计测得其所受重力为12N,塑料袋浸入烧杯内的水中时,弹簧测力计示数为3N,则装盐水的塑料袋
受到的浮力: ,
因塑料袋放入水中时排开的水没有溢出烧杯,所以烧杯里相当于增加9N的水,对杯底的压力增加了9N;
[2]盐水的体积: ,
排开的水的体积: ,
V >V ,即袋内盐水体积大于烧杯中排开的水的体积,所以袋内水面比烧杯中的水面高。
盐水 排
8. (2022湖北荆州)一个边长为10cm的实心正方体(不吸水)重15N,将其悬挂在弹簧测力计上并完全浸没在
水中静止时,烧杯内水的深度为25cm,如图所示。烧杯内的水对杯底的压强为_________Pa,弹簧测力计的示数
为_________N。(ρ =1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
水【答案】: ①. 2500 ②. 5
【解析】:[1]由题意可知,烧杯内水的深度h=25cm=0.25m
所以烧杯内水对杯底的压强为
[2]因为正方体的边长为10cm,所以该正方体的体积V=(10cm)3=1000cm3=1.0×10-3m3
因为正方体浸没在水中,所以正方体排开水的体积为V排=V=1.0×10-3m3
所以正方体浸没在水中时,受到的浮力为
由称重法可知,弹簧测力计的示数为F=G-F浮=15N-10N=5N
9. (2020·湖南湘潭市)某型号声呐,质量为 。其内部有两个完全相同的空腔,声呐每个空腔的侧上方都用轻
薄易腐蚀材料制成的密封盖密封,密封盖质量和体积均不计,当密封盖浸泡在海水中,将逐渐被海水腐蚀,海水
进入空腔导致声呐逐渐下沉。某次公海军事演习,反潜飞机向海中投入该声呐,声呐在海中静止后露出整个体积
的 。此时上下空腔均没有海水进入,如图甲所示;24小时后,声呐没入海中处于悬浮状态,声呐下空腔充满海
水而上空腔没有海水进入,如图乙所示;再经过24小时后,声时沉入海底,上下空腔均充满海水,如图丙所示。
(已知 ),
(1)图甲中,声呐所受浮力为__N;
(2)声呐整个体积为__m3;
(3)当声呐底部位于海面下 深度时(未沉入海底),所受海水的压强为__Pa;
(4)每个空腔的体积为多少m3?
【答案】66
【解析】(1)[1]图甲中,声呐在海中静止后处于漂浮状态,根据漂浮条件可知浮力
(2)[2]根据 可得图甲中,声呐浸没在水中的体积
已知声呐在海中静止后露出整个体积的 ,则声呐整个体积
(3)[3]当声呐底部位于海面下100m深度时所受的海水压强
(4)[4]图乙中,声呐受到的浮力
根据悬浮条件可知
声呐下空腔力的海水重力
根据 可知一个空腔的容积
10. (2022·福建厦门·一模)密度计是一种测量液体密度的工具。常用密度计由密封的玻璃管制成,玻璃管底部装
有小铅丸,如图。
(1)将密度计放入待测液体,处于_____状态时,它所受的浮力______自身重力。密度计排开液体的体积越大,
待测液体的密度______;
(2)实验室有一套密度计,其中甲、乙两支密度计所用玻璃管完全相同,量程却不同(甲量程0.9g/cm3~1.0g/
cm3,乙量程1.0g/cm3~1.1g/cm3),如图。
①测量甲密度计的质量,如图,为___________g;
②观察对比甲、乙密度计,推算乙的总质量为___________g。(3)若要制造一支比甲测量范围更大,量程为0.7g/cm3~1.0g/cm3的密度计,可行的方法有___________。(简要
说明方法,无需计算)
【答案】漂浮(静止) 等于 越小 14.4 16 增大玻璃管横截面积(增加玻璃管长度、增大玻璃管体积)
【解析】(1)[1][2]密度计放入待测液体中,漂浮在液面,处于平衡状态。密度计在竖直方向受到两个力的作用:
竖直向下的重力和竖直向上的浮力,是一对平衡力,所以所受的浮力等于自身的重力。
[3]密度计放入待测液体中处于漂浮状态,所受浮力等于自身重力,其重力保持不变,所受的浮力也不变,据阿基
米德原理知,浮力一定时,排开液体的体积越大,液体的密度越小。
(2)[4]由图示知,甲密度计的质量m =10g+4.4g=14.4g
甲
[5]甲密度计的重力G =m g=0.0144g×10N/kg=0.144N
甲 甲
由图示知,将甲密度计放入密度0.9g/cm3的液体中排开的体积与将乙密度计放入密度为1.0g/cm3的液体中排开的体
积相等,据阿基米德原理有 即
所以,乙密度计的重力
乙的质量
(3)[6]密度计的质量不变,则重力不变,密度计放入液体中所受的浮力也不变,而液体密度更小,密度计需要排
开液体的体积会更大,密度计浸入液体中的深度更深,所以可增加玻璃管的长度来达到目的。