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(二)光学重难点瓶颈突破专题
专题 16 巧用阿基米德原理解决浮力问题
【考查重难点剖析】
1、考点定位:
1)浮力是实际生活中一种常见现象,浮力问题复杂而多变,早几年,在全国各省市中考物理试题
中,对待浮力问题都比较谨慎,原因就是浮力是初中力学的难点,也是初中物理的难点。但是近年
来,浮力的参考逐渐进入成熟,以阿基米德定律应用为主的考查,各省市达成考查共识,成为中考
的一个常考点,考查地位明显增强。浮力压强的综合类考题更是中考物理难点,也常常见之于中考
试题。考查频次明显有加强的趋势,地位不容忽视。
2)浮力问题的考查题型,一般以选择题、填空题为主,作图题次之,实验探究题、计算题等题型
也有出现,可谓题型多样复杂,难度深浅不一,应该足够重视。
2、考点剖析:
考点整合 浮力
定义 浸在液体中的物体受到液体向上托的力,叫做浮力。
产生原因 液体上下表明的压力差
方向特点 竖直向上
本质 上下表明所受压力的合力
①液体的密度
影响因素
②物体排开液体的体积
浮力的
两个
影响因素
探究
探究
因素一“V ”:比较①②③可得,ρ 一定,V 越大,F 越大;
排 液 排 浮
因素一“ρ ”:比较③④,V 一定,ρ 越大,F 越大;
液 排 液 浮阿基米德
原理实验
(1)分析比较①与②可得,F =②-①=4N-3N=1N;
浮
(2)分析比较①③④可得,G =④-③=1.5N-0.5N=1N
排
分析比较(1)(2)可得结论:F =G
浮 排
F = G - F
浮 物 示
测力差法
适用于:“固体”且 ρ > ρ
物 液
F = F - F
浮 向上 向下
压力差法
测算 适用于:“规则体”且已知压力或压强
方法
F = G = m g = ρ g v
浮 物 物 物 物
悬、漂法
适用于:物体出现“悬浮”“漂浮”的现象
F = G = m g = ρ g v
浮 排 排 液 排
原理法
适用于:“所有物体”的“所有浮力问题”
①F >G 上浮 漂浮⑤
浮 物
②F =G 悬浮
浮 物
比较
③F <G 下沉 沉底④
浮 物
F 与G
浮 物
④ G =F +F
物 浮 支
浮沉
“三条件”——“五现象”
条件
①ρ >ρ 上浮 漂浮⑤
液 物
比较 ②ρ =ρ 悬浮
液 物
ρ 液 与ρ 物 ③ρ 液 <ρ 物 下沉 沉底④
“三条件”——“五现象”
1、轮船——①原理:空心可以增大浮力
②排水量:表示“轮船的大小”。
“排水量”——即,轮船“满载”时“排开水的质量”。
如:一艘轮船的排水量为1×104t。
表明此船“满载”时,货物质量和船身质量之和为
实际 液体浮力 1×104t。
应用 的应用
2、潜水艇——①特殊构造:两侧有“水舱”
②浮沉:水舱“充水”——潜水艇逐渐加重——就逐渐“下潜”。
水舱“充水”——“潜水艇重”=G ——就“悬浮”。
排
水舱“排水”——潜水艇逐渐变轻——就逐渐“上浮”。
③注意:“上浮”或“下潜”时——利用“推进器”加快上浮和下潜的速度。
1、气球——
①条件特点:“充气密度”<“空气的密度”
②常用充气:“氢气”——节日放飞气球;
“氦气”——气象探测气球
空气浮力 “燃烧器”加热“空气”——体育、娱乐活动用“热气球”
的应用
2、飞艇——
①优势特点:能“定向航行”,不会“随风飘荡”;
②结构特点:“大气囊”;“带螺旋桨的发动机”;“载人、装货的吊
篮”
③用 途:“军事侦查”;“目标轰炸”;“空中交通”
【突破技巧】
1、浮力问题是初中物理中,应用公式最复杂的问题。但,在实际生活中,浮力现象非常普遍。应
用浮力知识解释生活中浮力相关问题也就非常重要。在全国各省市中考物理试题中,浮力考查的深
浅度不一,但总体趋势向应用性,综合性发展。解答难度有加大的现象。
2、难点:
①所学知识与生活中现象对应不起来,是难点之一;
②知识不会应用,是难点之一;
③不会分析实际情境,及相关现象;
④浮力问题本身的复杂性也是难点之一。
⑤在浮力计算中,尤其是综合计算,数学关系的变形是难点。
3、难点原因分析:
①死学知识,死记硬背,不联系实际,是造成不会对应现象的原因;
②知识掌握不够,也是应用知识解决实际问题的障碍原因;
③浮力问题的复杂多变,也是学生难点形成的一个原因;
④数学基础差,不会公式变形,导致应用公式失误,甚至不会应用;
4、“难点”突破技巧:
【技巧一】——情境法
要点:此法的关键是“情境”的识别,然后对应相关知识即可。
①“情境”——题中有“液体中测力计的示数”
方法——“测力差法”——应用“F = G - F ”分析、判断、计算。
浮 物 示
②“情境”——题中有“压力或压强信息”
方法——“压力差法”——应用“F = F - F ”分析、判断、计算。
浮 向上 向下③“情境”——题中有“悬浮”“漂浮”字样信息
方法——“悬漂法”——应用“F = G = m g = ρ g v ”分析、判断、计算。
浮 物 物 物 物
④“情境”——题中有“上浮”“下沉”等“浮沉”信息
方法——“浮沉条件”——根据题意选择比较“F 与G ”或比较“ρ 与ρ ”,进行分
浮 物 液 物
析、判断、计算。
⑤“情境”——没有“特别情境”的浮力问题,或没有“思路”的浮力问题
方法——“原理法”——应用“F = G = m g = ρ g v ”分析、判断、计算。
浮 排 排 液 排
【技巧二】——得液法
要点:此法专用于判断物体是否受“浮力”。
方法:
①找到与液体发生关系的“物体”
②找到该物体的“底部位置”
③看“底部位置”有没有液体。——若“底部位置”有液体,物体一定受浮力;
若“底部位置”没有液体,物体一定不受浮力。
5、例析:
例:(2022 北京)甲、乙、丙三个小球的质量m和体积V如下表所示。将它们浸没在水中释放,
在其稳定后,三个小球所受的浮力分别为F 、F 和F 。下列判断正确的是( )
甲 乙 丙
小球 甲 乙 丙
m/g 30 40 54
V/cm3 60 50 20
A.F >F >F B.F >F >F
甲 乙 丙 乙 甲 丙
C.F >F >F D.F >F >F
丙 乙 甲 甲 丙 乙
【考场试手】
1、(2022 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,模型所受的浮力为F 。则下列说法正确
浮
的是( )A. 拉力F与重力G是一对平衡力
B. 模型所受浮力大小F浮=G - F
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
2、(2022 武汉)如图所示,三个相同的柱形容器中盛有体积相同的水或盐水,将重为 3.0N的圆
柱体依次放入这三个容器中。下列说法错误的是( )
A. 图乙和图甲中圆柱体下表面受到水的压力之差大于0.7N
B. 图丙和图乙中容器底上表面受到的压力之差等于0.1N
C. 图丙中盐水的密度是1.1×103kg/m3
D. 圆柱体的密度是3.0×103kg/m3
3、 (2021 龙东)质量相等的A、B两实心物块,密度之比ρ ∶ρ =3∶2,分别放入足够多的水中,物
A B
块所受浮力分别为F 和F ,当两物块静止时所受浮力F 与F 之比不可能的是( )
A B A B
A. 1∶1 B. 2∶3 C. ρ ∶ρ D. ρ ∶ρ
水 A 水 B
4、(2022 天津)小明在研究物体的浮沉问题时,制作了一个空腔“浮沉子”,将其放入一个底
面积为S、水深为h 的薄壁柱形容器内。刚放入水中时,浮沉子恰好悬浮,此时水深为 h ,如图所
0 1
示;一段时间后,由于渗漏空腔内开始进水,最后空腔充满了水,浮沉子沉底且完全浸没,此时水
的深度降为h。已知水的密度为ρ,则所制作的浮沉子( )
2 0A. 质量为 B. 质量为
C. 材料的密度为 D. 材料的密度
5、(2021 淄博)课外实践活动中,小雨用橡皮泥造“船”并放入水中,往所造小船中装入豆粒
来观察它的承载量,如图.在逐渐装入豆粒的过程中(船未沉底)( )
A. 小船受的浮力不变
B. 小船排开水的质量变大
C. 小船浸在水中的体积变小
D. 小船受的浮力大于它和豆粒的总重
6、(2022 苏州)洗水果时,发现芒果比油桃大,放入水中后芒果沉底、油桃漂浮,如图甲所示。
它们受到的浮力大小关系为F F ;用天平正确测量油桃的质量,所放砝码及游码位置如
浮芒 浮桃
图乙所示,则油桃的质量是 g;芒果的体积一定 (>/=)82.4cm3。
7、(2021 济宁)重为0.5 N、体积为300 cm3的小球浸没在水中受到的浮力为____N,水面下20
cm深度处水的压强为________Pa.(g取10 N/kg)
8、(2022 哈尔滨)将重3.8N的物体浸没水中后,弹簧测力计的示数如图所示,水对物体浮力大
小是___________N。若实验前溢水杯未装满水,则溢出水的重力___________(选填“大于”“小
于”或“等于”)物体受到的浮力。9、(2021 宜昌)端午节家庭聚会后,小鹏的父亲将喝剩的白酒交给他,要他利用所学的物理知
识测出白酒的密度.家中没有量筒,只找到了一个弹簧测力计和一个废旧的铁块,于是他在两只玻
璃杯中分别装入水和白酒,进行了如下操作:
①将铁块悬挂在弹簧测力计下方,读出测力计的示数F,如图甲所示;
1
②把铁块浸没在水中,读出测力计示数F;
2
③把铁块浸在白酒中,读出测力计示数F。
3
请你回答下列问题:
(1)弹簧测力计示数F=________N;
1
(2)图中他有操作错误的是图_______(选填“甲”“乙”或“丙”),请指出错误之处
______________;
(3)更正错误操作后,测力计的示数变成F,请你帮小鹏推导出白酒密度的表达式ρ酒=________.
4
(用字母符号表示,水的密度为ρ )
水
10、 (2021 杭州) 小金把家里景观水池底部的鹅卵石取出清洗.他先将一个重为 10 N的空桶漂
浮在水面上,然后将池底的鹅卵石捞出放置在桶内,桶仍漂浮在水面。(不考虑捞出过程中带出的
水,ρ =1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
水
(1)求空桶漂浮在水面时所受浮力大小。
(2)鹅卵石捞出放置在桶内时,水池水面高度与鹅卵石未捞出时相比会________(选填“上升”“下降”或“不变”)。若此时桶排开水的体积为6.0×10-3 m3,求桶内鹅卵石的质量。
【原创预测】
1. (学科网原创预测)小明上网查得,生鸡蛋的密度约为1.1g/cm3,食用盐的密度约为生鸡蛋的2倍。
他将生鸡蛋放入盛有足量水的玻璃杯中,静止时鸡蛋会 (填“浮沉状态”);他想改变鸡
蛋的浮沉状态,可能实现的浮沉状态为 ;操作建议: 。(浮
沉状态与建议一条即可)
2.(学科网原创预测)小丽在帮妈妈做家务时,发现妈妈将面条下到开水锅里时,面条会沉在锅底,
即使妈妈用筷子搅动过,还是沉在锅底,煮一会面条才会漂在水面上,下面是小丽的理解,其中正
确的是( )
A. 面条沉在锅底是因为面条受到的重力太大了
B. 面条漂起来主要是因为清水变面汤浮力变大了
C. 煮面条过程中,面条一定会经历一段悬浮状态
D. 煮面条过程中,面条的密度始终保持不变