10.1 浮力（知识解读）（解析版）

101 浮力（知识解读）（解析版） •知识点1 浮力产生的原因 •知识点2 探究影响浮力大小因素的实验 •作业 巩固训练 1、浮力：浸在液体或气体里的物体受到液体或气体竖直向上的托力叫做浮力。 2、浮力的产生原因：物体下表面受到向上的压力大于物体上表面受到的向下的压力。 3、浮力方向：竖直向上，施力物体是液（气）体。 【典例1-1】（2023 秋•黄浦区期末）如图所示，用细绳吊着柱体浸没在水中，柱体所受浮 力为F 浮，柱体上、下表面受到水的压力分别为F 向下、F 向上，下列关系式一定成立的是 （ ） ．F 浮＜F 向下 B．F 浮＜F 向上 ．F 浮＞F 向下 D．F 浮＞F 向上 【答】B 【解答】解：物体浸在液体中时，上、下两个表面的压力差即物体所受浮力，所以柱体 受到水的浮力为：F 浮＝F 向上﹣F 向下， 则F 浮一定小于F 向上，可能大于，也可能等于或小于F 向下。 故选：B。 浮力产生的原因 知识点1 【典例1-2】（2023 春•浑南区月考）（多选）下列情形与其对应的解释正确的是（ ） ．图甲中高原地区要用高压锅煮饭，是因为高原地区气压高，水的沸点高 B．图乙中乒乓球浸没在水中，不能向上浮，是因为它不受浮力 ．将图丙中的自制气压计，从山脚拿到山顶的过程中，玻璃管中液面会上升 D．如图丁所示，水对点的压强小于水对B 点的压强 【答】BD 【解答】解：．高原地区的人们要用高压锅煮饭，是因为海拔越高，大气压强越小，水 的沸点越低，故错误； B．浮力产生的原因是由于浸入液体中的物体受到上下表面的压力差，图中乒乓球下表 面没有受到水的压力，所以乒乓球不受浮力，故B 正确； ．从山脚到山顶的过程中，瓶内气体压强不变，而外界大气压随着高度的增加而减小， 液柱会在内部气压的作用下被压高，即玻璃管中水柱升高，故正确； D．的深度小于B 的深度，B 点水喷的比较远，所以水对点的压强小于水对B 点的压强， 故D 正确。 故选：BD。 【典例1-3】（2023 秋•长宁区期末）用细绳吊着某金属块并将其浸在水中，分别在图（）、 （b）、（）所示位置保持静止，若金属块所受的拉力分别为F1、F2 和F3，则F1 ＝ F2 ＜ F3，若液体对其上、下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2 和ΔF3，则ΔF1 ＝ ΔF2。（均选填“＞”“＝”或“＜”） 【答】＝；＜；＝。 【解答】解：用细绳吊着某金属块并将其浸在水中，分别在图（）、（b）所示位置保 持静止，排开液体的体积不变，液体密度不变，根据F 浮＝ρ 水gV 排知，浮力大小不变， 根据称重法，拉力大小相等，若液体对其上、下表面的压力差分别为ΔF1、ΔF2 即为浮 力，因浮力相等，ΔF1＝ΔF2。 由于图中部分浸入，排开液体的体积减小，受到的浮力减小，因而需要的拉力变大，故 F1＝F2＜F3 故答为：＝；＜；＝。 【变式1-1】（2023 春•江汉区月考）如图所示，有一个重力为G 的长方体浸没在液体中， 其受到的浮力为F 浮，液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2，下列说法不正确 的是（ ） ．长方体所有表面都受到液体压力 B．长方体相对侧面所受液体的压力相互平衡 ．F1、F2和F 浮的大小关系是F1 F ﹣ 2＝F 浮 D．若物体浸没于更深的位置，与图示位置相比，F1、F2之差不变 【答】 【解答】解：、因为液体内部存在压强，所以长方体各表面都受到液体的压力，故正确。 B、根据相同深度液体向各个方向的压强相等的特点可知，长方体浸没在液体中时，它 的侧面受到的各个方向液体的压力相互平衡，则长方体两个相对的侧面所受液体的压力 同时作用在长方体上，且大小相等、方向相反、作用在同一条直线上是一对平衡力，故 B 正确。 、根据浮力产生的原因可知，浮力等于物体上下表面的压力差，即浮力为：F2 F ﹣ 1＝F 浮， 故错误。 D、若物体浸没于更深的位置，但上下表面的深度差不变，所以受到的压强差不变，受 力面积不变，受到的压力差不变，即F1、F2之差不变，故D 正确。 故选：。 【变式1-2】（2023 春•高唐县期末）如图所示，取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的雪碧 瓶，去掉其底部，把一只乒乓球放到瓶口处，然后向瓶里注水，会发现水从瓶口流出， 乒乓球不上浮。若用手指堵住瓶口，不久就可观察到乒乓球上浮起来。此实验说明了浮 力的方向 竖直向上 ，浮力产生的原因是物体上下表面受到的 压力差 。 【答】竖直向上；压力差 【解答】解：开始时乒乓球受到上面液体压强和大气压的作用，下部没有液体只受大气 压的作用，向上的压强小于向下的压强，向上的压力小于向下的压力，乒乓球不能上浮。 当用手堵住瓶口，乒乓球下面有水，乒乓球下面也受到液体压强和大气压的作用。向上 的液体压强大于向下的液体压强，根据F＝pS，产生了一个竖直向上的压力差，所以乒 乓球上浮，故此实验说明了浮力产生的原因，浮力的方向是竖直向上的。 故答为：竖直向上；压力差。 【变式1-3】如图所示，游泳时手和脚向后划水，人会向前运动。推动人向前运动的力的施 力物体是 水 ，此现象说明力的作用是 相互的 ，人在水中 受 （不受/受）浮 力。 【答】见试题解答内容 【解答】解：①推动人向前运动的力的施力物体是水。人和水之间发生相互作用，此 现象说明力的作用是相互的。 ②人在水中受到水对人竖直向上的托力，这个力是浮力。 故答为：水；相互的；受。 1、实验目的、原理、方法 （1）实验目的：探究影响浮力大小的因素。 （2）实验原理：F 浮=G-F 读。 （3）实验方法：称重法、控制变量法。 2、实验器材：弹簧测力计、水、盐水、细线、烧杯、小石块。 （1）弹簧测力计：测量拉力。 （2）细线：连接实验器材。 （3）小石块、金属块：实验对象。 （4）水、盐水：改变液体密度。 （5）烧杯：盛装液体。 3、实验步骤 步骤①用弹簧测力计测量石块在空气中的重力。 步骤②把石块慢慢浸入水中，直至石块完全没入水中，并观察弹簧测力计读数变化。 步骤③把水换成盐水，重复步骤②。 步骤④把小石块换成金属块重复上面三个步骤。 步骤⑤记录数据，整理器材。 4、实验结论及应用 （1）浮力大小跟浸入液体（水）中的体积有关。 （2）浸入液体中的体积一定时，浮力大小跟物体所在深度无关。 （3）比较步骤二、三可知，浸入液体中的体积一定时，浮力大小跟液体密度有关，密度 大的浮力大。 【典例2-1】（2023•东西湖区模拟）如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几 探究影响浮力大小因素的实验 知识点2 个实验情景，实验甲、丙和丁中，弹簧测力计的示数分别为40、28 和25，若盐水的密 度为12×103kg/m3，则下列结论正确的是（ ） ．物体的密度为32×103kg/m3 B．实验乙中，物体受到的拉力为10 ．实验丙中，弹簧测力计的示数比乙中小05 D．实验丁中，容器底部受到物体的压力等于03 【答】D 【解答】解：、比较甲和丙两图可知，物体受到的浮力：F 浮＝G F ﹣ 拉＝4 28 ﹣ ＝12， 物体的体积：V＝ ＝ ＝10 4 ﹣m3 物体的密度： ＝ ＝4×103kg/m3，故错误。 B、在实验乙中，物体受到的浮力F 浮′＝ρ 水gV 排＝1×103kg/m3×10/kg×10 4 ﹣m3＝1， 物体受到的拉力F 拉＝G F ﹣ 浮′＝4 1 ﹣＝3，故B 错误。 、实验丙中，弹簧测力计的示数比乙中小：3 28 ﹣ ＝02，故错误。 D、实验丁中容器底部受到物体的压力：F 压＝G F ﹣ 浮﹣F 拉＝4 12 25 ﹣ ﹣ ＝03，故D 正 确。 故选：D。 【典例2-2】（2023 春•宁国市期中）小芳同学在探究“浮力大小的影响因素”时，用弹簧 测力计、小石块、烧杯、小桶等进行实验操作，如图所示、b、、d 是四个步骤示意图。 设四个图中弹簧测力计的读数分别是F1、F2、F3、F4，由四个图中 、 两个图的弹簧 测力计的读数可以求出小石块受到的浮力为 F 1 F ﹣ 3 ；如果关系式 F 4 F ﹣ 2＝ F 1 F ﹣ 3 成立，就可以得到著名的阿基米德原理。 【答】、；F1 F ﹣ 3；F4 F ﹣ 2＝F1 F ﹣ 3。 【解答】解：根据F 浮＝G F′ ﹣可知，小石块受到的浮力等于小石块的重力F1 减掉小石 块在水中弹簧测力计的示数F3；故应选、，可以求出小石块受到的浮力为F1 F ﹣ 3； d 弹簧测力计的示数F4（即桶和排开水的重力之和）减掉b 中弹簧测力计的示数F2（即 空桶的重力）等于被排开液体的重力；故G 排＝F4 F ﹣ 2；如果关系式F4 F ﹣ 2＝F1 F ﹣ 3 成 立，就可以得到著名的阿基米德原理。 故答为：、；F1 F ﹣ 3；F4 F ﹣ 2＝F1 F ﹣ 3。 【典例2-3】（2023 春•胶州市月考）如图示，小海在做“探究影响浮力大小因素”实验。 （1）分析、b、，说明浮力大小与 排开液体的体积 有关。 （2）为探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系，可选用图 、、 d 的装 置来进行操作。 （3）物体浸没在盐水中所受浮力的大小为 11 。 （4）物体的密度为 8×10 3 kg/m3，盐水的密度是 11×10 3 kg/m3。（g＝10/kg） （5）如图，溢水杯盛满密度为ρ1的液体时，把实心物块放入杯中，物块漂浮，溢出的 液体质量为m1；溢水杯盛满密度为ρ2的液体时，把同一物块放入杯中，物块沉底，溢 出的液体质量为m2。物块的密度为 。 【答】（1）排开液体的体积； （2）、、d； （3）11； （4）8×103；11×103； （5） 【解答】解：（1）由图、b、可知，弹簧测力计示数不同，即物体所受浮力不同，物体 密度相同，排开液体体积不同， 说明浮力大小与排开液体体积有关； （2）探究浮力与物体浸入液体深度的关系，应控制液体密度与物体排开液体的体积相 同而物体浸没在液体中的深度不同，由图示实验可知，图、、d 实验中物体排开液体的 密度、物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同，可以选用图、、d 所 示实验探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系； （3）由图、e 所示实验可知，圆柱体浸没在盐水中时受到的浮力：F 盐浮＝G Fe ﹣ ＝8﹣ 69＝11； （4）物体浸没时，V 物＝V 水排＝V 盐排，由图可知，物体浸没时，F 水浮＝ρ 水gV 水排＝G F ﹣＝8 7 ﹣＝1﹣﹣﹣﹣﹣①， F 盐浮＝ρ 盐gV 盐排＝G F ﹣ 盐＝8 69 ﹣ ＝11﹣﹣﹣﹣﹣②，G 物＝ρ 物gV 物＝F＝8﹣﹣﹣﹣ ﹣③，由 得，ρ 盐＝11ρ 水＝11×103kg/m3，由 得，ρ 物＝8ρ 水＝8×103kg/m3； （5）设物块重力为G0，密度为ρ0，体积为V0，把实心物块放入密度为ρ1的液体时， 物块漂浮，由阿基米德原理可得，物块所受浮力F 浮1＝m1g，由二力平衡可得，F 浮1＝ G0，即m1g＝G0＝ρ0gV0，得ρ0＝ ﹣﹣﹣﹣﹣①， 当溢水杯盛满密度为ρ2 的液体时，物块沉底，即F 浮2＝ρ2gV 排＝ρ2gV0，得V0＝ ﹣﹣﹣﹣﹣②，将②代入①可得，ρ0＝ 。 故答为：（1）排开液体的体积； （2）、、d； （3）11； （4）8×103；11×103； （5） 。 【变式2-1】（2023 春•安乡县期末）如图所示，小聪用一个长方体铝块探究影响浮力大小 的因素。他先后将该铝块会平放、侧放和竖放，使其部分浸入同一杯水中，保证每次水 面到达同一标记处，比较弹簧测力计示数大小。该实验探究的是下列哪个因素对浮力大 小的影响（ ） ．液体的密度 B．物体的形状 ．物体排开液体的体积 D．物体浸入液体的深度 【答】D 【解答】解：他先后将该铝块平放、侧放和竖放，使其部分浸入同一杯水中，液体的密 度相同，每次水面到达同一标记处，说明物体排开水的体积相同，物体浸入水的深度不 同，比较弹簧测力计示数大小，可以探究浮力与物体浸入液体的深度的关系，故D 正确。 故选：D。 【变式2-2】（2023 秋•长宁区校级期中）如图所示是小李同学做“验证阿基米德原理”实 验的情景，该实验的目的是为了定量研究浸没在水中的物体所受浮力大小与 物体排 开液体重力 的关系。实验过程中用 F 1 F ﹣ 2 来表示物体所受浮力大小，用量筒中液 面的两次示数差（V2 V ﹣ 1）来表示 物体排开液体的体积 。若阿基米德原理成立， 则实验中各物理量之间应满足的关系式为 F 1 F ﹣ 2＝ ρ 水 g （ V 2 V ﹣ 1） （ρ 水表示水的 密度，各物理量用符号表示）。 【答】物体排开液体重力；F1 F ﹣ 2；物体排开液体的体积；F1 F ﹣ 2＝ρ 水g（V2 V ﹣ 1）。 【解答】解：阿基米德原理的内容为：当物体全部或部分浸在液体中时，它会受到向上 的浮力，浮力大小等于它所排开这部分液体所受的重力大小，即F 浮＝G 排； 由实验目的可知需要验证的是浮力与物体排开液体重力的关系，因此我们需要比较浸在 液体中的物体所受浮力大小和排开液体的重力的大小数量关系； 由图可知弹簧测力计的示数F1表示物体的重力，实验中弹簧测力计的两次示数差（F1﹣ F2）表明了物体受到的浮力，量筒中液面的两次示数差（V2 V ﹣ 1）来表示物体排开液体 的体积； 若阿基米德原理成立，则实验中各物理量之间应满足的关系式为F1 F ﹣ 2＝ρ 水g（V2﹣ V1）。 故答为：物体排开液体重力；F1 F ﹣ 2；物体排开液体的体积；F1 F ﹣ 2＝ρ 水g（V2﹣ V1）。 【变式2-3】（2023 秋•昌平区期末）小京同学想探究浮力大小与液体密度、排开液体的体 积是否有关，做了如甲、乙、丙、丁图所示的实验。请根据图中给出的信息，回答下列 问题： （1）物体浸没在水中所受浮力为 1 。 （2）根据图甲、图 丙 和图丁可知，浮力的大小与液体密度有关。完成实验之后， 小京发现根据这些实验及数据，还可以测出盐水的密度。 （3）已知水的密度为10×103kg/m3，则丁图中所用盐水的密度是 11×10 3 kg/m3。 【答】（1）1；（2）丙；（3）11×103。 【解答】解：（1）由图甲知：G＝4， 由图丙知，F＝3，所以F 浮＝G F ﹣＝4 3 ﹣＝1； （2）图丙中液体是水，图丁中的液体是盐水，根据图丙和图丁可知，物体受到的浮力 不同，所以说浮力的大小与液体密度有关； （3）物体浸没在盐水中时受到的浮力F 浮盐水＝G F″ ﹣ ＝4 29 ﹣ ＝11， 根据F 浮＝ρ 液gV 排知物体的体积为： V＝V 排＝ ＝1×10 4 ﹣m3； 因物体在水和盐水中排开液体的体积和自身的体积相等， 所以，由F 浮＝ρgV 排可得盐水的密度为： ρ 盐水＝ ＝11×103kg/m3。 故答为：（1）1；（2）丙；（3）11×103。 1．（2023 春•秀英区月考）以下情景中没有受到浮力的物体是（ ） ．遨游太空的“天宫一号” B．空中上升的热气球 ．海上航行的“辽宁号” D．海中下潜的“蛟龙”号 【答】 【解答】解： 、太空中没有空气，故遨游太空的“天宫一号”不受到浮力作用，故符合题意； B、空中上升的热气球排开一定体积的气体，受到空气的浮力，故B 不符合题意； 、在海上航行的“辽宁号”航空母舰，漂浮在水面上，受到水的向上托起的力，即受到 浮力，故不符合题意； D、下潜的“蛟龙”号在水中尽管下沉，但仍然受到浮力，故D 不符合题意。 故选：。 2．（2023 春•江油市期中）下列关于浮力的说法正确的是（ ） ．浮力都是由水产生的 B．在不同的液体中，浮力的方向会不同 ．只有固体才能受到浮力的作用 D．浮力的方向与重力的方向相反 【答】D 【解答】解：、浮力产生的原因是液体对物体的压力差产生的，是物体浸入的液体产生 的，物体不一定是浸入水中，其它的液体（如煤油、酒精灯）都可以，故项说法不正确。 B、浮力是液体对物体的向上和向下的压力差，方向总是与物体受到的竖直向上的压力 方向一致，浮力方向不会变化，故B 项说法不正确。 、浮力是对浸在液体中的物体产生的，物体不一定只是固体，其它的物体如水面上的油、 水中的水银也一样受到浮力的作用，故项说法不正确。 D、浮力是液体对物体的向上和向下的压力差，方向与物体受到的向上的压力方向一致， 总是竖直向上的，这与竖直向下的重力方向相反，故D 项说法正确。 故选：D。 3．（2023 春•思明区校级期中）某天，晓琳用细线绑住一个近似于长方形的小石块，并将 它竖直悬置于一桶水中。当小石块浸没在水中时，她发现手受到的绳子的拉力变小了， 这是因为（ ） ．小石块的质量变小了 B．小石块所受到的重力消失了 ．小石块的上下表面存在压力差 D．小石块对水有压力 【答】 【解答】解：当小石块浸没在水中时，由于小石块的上下表面存在压力差即小石块受到 水的浮力，所以手受到的绳子的拉力变小了。 故选：。 4．（2023 春•西乡塘区校级月考）如图所示，一个边长为10m 的正方体竖直悬浮在某液体 中，浮力为8，上表面受到液体的压力为5。下列说法正确的是（ ） ．上表面所在深度为5m B．下表面受到液体的压力为13 ．正方体上下表面受到液体的压强差一定为零 D．将液体换成水，正方体最终漂浮，其上下表面受到水的压力差变大 【答】B 【解答】解：、因物体悬浮时排开液体的体积和自身的体积相等，所以物体排开液体的 体积V 排＝V＝L3＝（10m）3＝1000m3＝1×10 3 ﹣m3， 由F 浮＝ρ 液gV 排可得，液体的密度ρ 液＝ ＝ ＝ 08×103kg/m3， 物体上表面受到液体的压力F1＝5，正方体的上表面积S＝L2＝（10m）2＝100m2＝1×10 2 ﹣m2， 正方体上表面受到的压强p1＝ ＝ ＝500P， 由p＝ρ 液g 可得，正方体上表面所处的深度1＝ ＝ ＝00625m＝625m，故错误； B、根据浮力产生的原因可得，物体下表面受到液体的压力F1＝F 浮+F1＝8+5＝13，故B 正确； 、物体受到了浮力，则正方体上下表面受到压力的合力一定不为零，则正方体上下表面 受到液体的压强差一定为零，故错误； D、物体漂浮和悬浮时受到的浮力都等于其自身重力，也就是说两种情况下物体受到的 浮力相等，故根据浮力产生的原因可知，将液体换成水，正方体最终漂浮，其上下表面 受到水的压力差不变，故D 错误。 故选：B。 5．（2023 春•香坊区校级月考）如图所示，洗手盆底部的出水口寒着橡胶制成的水堵头， 则正确的是（ ） ．水堵头不受水的压力作用，但受到水的浮力作用 B．水堵头不受水的压力作用，也不受水的浮力作用 ．水堵头受水的压力作用，不受水的浮力作用 D．此时水堵头受到非平衡力的作用 【答】 【解答】解：B、洗手