10.1 浮力（解析版）

课时101 浮力（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 知道什么是浮力和浮力产生原因； 2 熟悉浮力的概念； 3 了解生活中常见的浮力现象； 4 会测量（计算）浮力。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、浮力 1 感受浮力 图示 现象 原因 结论 放飞的氢气球飞向高 空 在空气中的氢气球受到 空气对其向上托举的力 浸没在液体或气体中 的物体会受到液体或 气体对其向上托的力 轮船在海面上航行 漂浮在海水中的轮船受 到海水对其向上托的力 在水中搬石头感觉轻 一些 浸没在水中的石头受到 水对其向上托的力 2 浮力的定义：浸在液体（或气体）中的物体受到竖直向上的力，这个力叫做浮力。 注意：“浸在”包括“部分浸入”和“全部浸入（即浸没）”两种情况，也就是说浸 没在液体内部和浮在液体表面的物体都受到浮力的作用。 3 浮力的方向：竖直向上。 无论物体的形状如何、是否运动，也无论液体（静止的液体）如何放置，浸在液体中 的物体受到的浮力的方向总是竖直向上的。 4 浮力的施力物体与施力物体 （1）浮力的施力物体：液体（或气体）。 （2）浮力的受力物体：浸在液体（或气体）中的物体。 5 浮力的测量-称重法 （1）称重法测浮力的原理 将物体浸在液体中静止时，对物体进行受力分析，如图所示，弹簧测力计拉力为F´， 物体重力为G，则F 浮=G-F´。因此，只要测出物体的重力G 和物体浸在液体中时弹簧测 力计的示数F´，即可由F 浮=G-F´求出物体在液体中时所受浮力的大小。 （2）称重法测浮力的步骤 ①用弹簧测力计测出物体的重力G； ②将挂在弹簧测力计下的物体浸在液体中，读出弹簧测力计的示数F´； ③物体在液体中所受浮力F 浮=G-F´。 注意：步骤①②若颠倒，会因物体沾带液体而产生误差。 6 浮力产生的原因 我们以浸在液体中的长方体为研究对象探究浮力产生的原因。浸没在液体中的长方体 的六个面分别受到液体对其的压力，如表所示。 位置 深度 压强 压力 图示 前、后六个 面 相等 相等 F 向后、F 向前是一 对平衡力，合力为 零 左、右六个 相等 相等 F 向左、F 向右是一 面 对平衡力，合力为 零 上、下两个 面 上表面深度小于 下表面深度 上表面所受压强 小于下表面所受 压强 F 向下（F1）<F 向上 （F2） F 浮=F 向上-F 向下 【总结归纳】浮力是因液体（或气体）对物体上、下表面压力不同产生的。 材深挖 不是所有浸在液体中的物体都受到浮力作用 若浸在液体中的柱状物体下表面和容器底部紧密接触（接触面间没有液体浸润），则液体对物体向 上的压力F 向上为零，物体将不受浮力作用。如图所示，和容器底紧密接触的蜡块、浸入河底的桥 墩，都不受浮力作用。 【典例1】一个重54 的金属球，在盛水的容器中静止，用弹簧测力计去拉金属球， 如图所示，此时弹簧测力计的示数为 20 ，那么此时金属球受到的浮力是（ ）。 ．54 B．2 ．20 D．条件不足，无法判断 【答】D。 【解析】根据题意知道，金属块受到竖直向下的重力，而此时金属块是否被拉起、运 动状态如何都不确定，所以，金属块除受浮力、拉力外，还可能受到底面的支持力的作用， 即条件不足，无法判断。 故选D。 知识点二、决定浮力大小的因素 1 实验探究：浮力的大小跟哪些因素有关 提出问题 浮力的大小跟哪些因素有关？ 猜想与假 设 （1）游泳池里越往深水区走，所受的浮力越大，由此猜想：浮力的大小可能与物体 浸在液体中的体积或浸没深度有关； （2）鸡蛋在纯水中会下沉，但在浓盐水中却能漂浮，由此猜想：浮力大小可能与液 体的密度有关； （3）木头在水中漂浮，但铁块在水中下沉，由此猜想：浮力的大小可能与浸没在液 体中的物体密度有关 进行实验 实验目的 变量控制 图示 现象及分析 探究结论 探究浮力的 大小与物体 浸没深度的 关系 同一物体浸在 同一液体中， 物体浸没的深 度不同 乙、丙两种情 况下弹簧测力 计的示数相 同，即浮力相 同 浮力的大小 与物体浸没 在液体中的 深度无关 探究浮力的 大小与物体 浸入液体的 体积的关系 液体的密度相 同，同一物体 浸入液体的体 积不同 乙、丙两种情 况下弹簧测力 计示数不同， 即浮力不同， F1>F2 物体受到的 浮力与物体 浸入液体的 体积有关 探究浮力的 大小与液体 密度的关系 同一物体浸在 液体中的体积 相同，液体密 度不同 乙、丙两种情 况下弹簧测力 计的示数不 同，即浮力不 同，F2>F1 物体受到的 浮力于液体 的密度有关 探究浮力的 大小与物体 密度的关系 两个体积相 同、质量不同 的物体，浸入 在同一液体中 甲、乙两种情 况下弹簧测力 计的示数差相 同，即浮力相 同 物体所受的 浮力与物体 的密度无关 探究归纳 浮力的大小只跟液体的密度和物体浸入液体的体积有关（与物体的形状、材料、浸没 的深度、液体的多少无关）。在液体密度相同时，浸入液体的体积越大，物体受到的 浮力越大；在浸入液体的体积相同时，液体的密度越大，物体受到的浮力越大。 2 实验中注意的问题 （1）在探究过程中，应注意沿竖直方向拉弹簧测力计，并且物体不能与容器底部或 侧壁相接触； （2）应等弹簧测力计示数稳定后再读数； （3）实验时烧杯内的液体体积要适中，应以能浸没物体又不溢出为准； （4）探究过程中，把物体浸入液体时要缓慢，以免溅出液体。 【典例2】小明与同学一起利用弹簧测力计、玻璃杯、金属块、水、浓盐水等实验器 材，探究浮力的大小与哪些因素有关。他们正确的进行了如图所示的实验操作： 实验次数 液体种类 金属块的重力/ 金属块浸 入情况 金属块在液体中时 测力计的示数/ 金属块所受 浮力/ 1 —— 27 —— —— —— 2 水 27 部分 20 07 3 水 27 全部 17 10 4 浓盐水 27 全部 15 ___________ （1）根据以上实验，把表中数据填写完整： （2）分析实验②③可得：液体密度相同，金属块排开液体的体积越大，浮力越_____ ______； （3）分析实验③④可得：金属块排开液体的体积相同，液体密度越大，浮力越_____ ______； （4）结论：浮力的大小与___________和___________有关； （5）用这种实验方法，还可以测量___________的密度； （6）小明完成上述实验后，找来合适的玻璃杯，倒入足够深的水，将挂在测力计上 的金属块逐渐下降，但不接触容器底。绘制出了实验中测力计的示数F 随物体下表面至水 面深度变化的F-图像（图⑤）。分析图像可知：当金属块浸没水中后继续下降过程中测力 计的示数___________，这表明：浸没在水中的物体受到的浮力跟浸没的深度___________。 【答】12；大；大；物体排开的液体的体积；液体密度；金属块（或浓盐水）；不变； 无关。 【解析】（1）[1]由图①④可知，金属块的重力为27，在浓盐水中弹簧测力计的示数 为15，则金属块在浓盐水中受到的浮力为F 浮=G-F 示=27-15=12 （2）[2]分析实验②③可知，物体浸入水中的体积越大，弹簧测力计的示数越小，则 物体受到的浮力越大，即液体密度相同，金属块排开液体的体积越大，浮力越大。 （3）[3]分析实验③④可知，物体排开的液体的体积相同，液体的密度不同，弹簧测 力计示数不同，液体密度越大，弹簧测力计示数越小，浮力越大，即金属块排开液体的体 积相同，液体密度越大，浮力越大。 （4）[4][5]由（2）、（3）可知，浮力的大小与物体排开的液体的体积和液体密度 有关。 （5）[6]根据表中第三次实验数据得到金属块的重力和浸没在水中的浮力，根据 G=mg 求出金属块的质量，根据阿基米德原理求出物体排开的水的体积，即是物体的体积； 利用密度公式算出金属块的密度；或根据表中第四次实验数据得到金属块浸没在浓盐水中 受到的浮力，而排开浓盐水的体积等于物体的体积，再利用F 浮=ρ 液gV 排求浓盐水的密度， 故用这种实验方法，还可以测量金属块（或浓盐水）的密度。 （6）[7][8]由F-图像可知，当金属块浸没水中后继续下降过程中测力计的示数不变， 说明当金属块完全浸没在水中后继续下降过程中浮力不变，即浸没在水中的物体受到的浮 力跟浸没的深度无关。 【方法帮】 题型一：对浮力的理解 【角度1】浮力的方向 浮力的方向总是竖直向上的，与重力方向相反。 【典例3】一个氢气球被风吹向一边，对于此气球所受浮力的示意图，正确的是（ ）。 ． B． ． D． 【答】B。 【解析】静止的气球受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力、水平向左风的作用力以 及沿绳子向下的拉力作用，但浮力的方向总是竖直向上的。 故选B。 【角度2】浮力产生的原因 ★易错警示 浮力是液体对物体向上和向下的压力差，如果物体下表面与液体不接触，没有受到向 上的压力，则物体不受浮力。 【典例4】如图所示，、B 是自由移动的物体，、D 是容器自身凸起的一部分，现往 容器里注入一些水。则一定不受浮力的是（ ）。 ． B．B ． D．D 【答】。 【解析】D．由图可知，水对、D 物体上、下表面都产生了压力差，故、D 物体都受 浮力的作用，故D 不符合题意； B．B 物体上表面没有受到水的压力，但下表面受到水的压力，因此水对B 物体上、 下表面产生了向上的压力差，故B 物体一定受浮力的作用，故B 不符合题意； ．物体上表面受到水的压力，但下表面没有受到水的压力，因此水对物体上、下表面 没有产生向上的压力差，故物体一定不受浮力的作用，故符合题意。 故选。 题型二：称重法测浮力 明确两点测浮力： （1）明确物体的重力G=mg； （2）明确物体浸在液体中时弹簧测力计的示数F。 物体受到的浮力F 浮=G-F。 【典例5】如图所示，甲为盛水的烧杯，将悬挂在弹簧测力计下的圆柱体从水面上方 缓慢浸入水中，弹簧测力计示数F 与圆柱体下表面下降高度变化关系如图乙所示。当圆柱 体逐渐浸入水中时F 逐渐减小，直到圆柱体浸没在水中后F 不变，这说明物体所受浮力的 大小跟物体_________有关。该圆柱体浸没在水中受到浮力的大小为_________。 【答】排开液体的体积；6。 【解析】[1]将悬挂在弹簧测力计下的圆柱体从水面上方缓慢浸入水中时，受到竖直向 上的浮力和弹簧测力计的拉力、竖直向下的重力作用处于平衡状态，则F 浮=G-F，当圆柱 体逐渐浸入水中，排开水的体积变大，由F 减小可知，受到的浮力变大，这说明物体所受 浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。 [2]由图乙可知，圆柱体在空中时弹簧测力计的示数F=9，由二力平衡条件可知，圆 柱体的重力 G=F=9 圆柱体浸没时弹簧测力计的示数F′=3，则该圆柱体浸没在水中时受到的浮力 F 浮=G-F′=9-3=6。 题型三：探究影响浮力大小的因素 【典例6】小李同学在探究“影响浮力大小的因素”时，依次做了如图甲所示实验。 观察并分别比较图中有关数据可知： （1）当物体浸没在水中时，受到的浮力为_________。 （2）分析图、、D 可得，物体在液体中所受浮力大小与_________有关。 （3）当物体从接触水面开始，到浸没于水中，直至浸没到更深位置（未触底），在 图乙中能表示出此过程物体所受浮力F 与浸入水中深度关系的图象是________（选填 “①”或“②”）。 （4）小李在实验中主要用到的科学探究方法是________。 【答】1；液体密度；②；控制变量法。 【解析】（1）由图，物体重力为42，浸没在水中时，测力计示数32，浮力为 F 浮=42-32=1 （2）分析图、、D，均完全浸没，水和酒精密度不同，测力计示数不同，浮力不同， 所以物体在液体中所受浮力大小与液体密度有关。 （3）当物体从接触水面开始，到浸没于水中，直至浸没到更深位置（未触底），排 开液体体积先增大后不变，根据F 浮=ρgV 排，浮力先增大后不变，所以为②。 （4）存在多个变量，所以采用了控制变量法。 【中考帮】 考点一：探究影响浮力大小的因素 【典例7】（2022·江苏苏州）兴趣小组探究影响浮力大小的因素。 （1）提出如下猜想 猜想1：与物体浸在液体中的深度有关 猜想2：与物体浸在液体中的体积有关 猜想3：与液体的密度有关 小组为验证上述猜想，用弹簧测力计、4 个相同的小长方体磁力块、2 个分别盛有水 和盐水的烧杯等，按图甲步骤进行实验： ①利用磁力将4 个磁力块组合成长方体物块； ②根据图、B、的测量结果，小明认为猜想1 是正确的，小华却认为不一定正确。你 觉得小华的理由是___________； ③小华为了证明自己的想法，利用上述器材设计实验D，根据、B、D 的测量结果， 可得：浮力大小与物体浸在液体中的深度无关，请在图D 中画出她实验时长方体物块的放 置图；___________ ④兴趣小组进一步研究得出浮力大小与物体浸在液体中的体积有关： ⑤根据、、E 的结果，得出浮力大小还与___________有关。 （2）小华把4 个磁力块组合成下图，她还能探究浮力大小与___________的关系。 （3）爱思考的小明又进一步研究水产生的浮力与水自身重力的关系，设计了如下实 验：取两个相同的容积均为300mL 的一次性塑料杯甲、乙（杯壁厚度和杯的质量不计）， 甲杯中装入50g 水，乙杯中装入100g 水，然后将乙杯放入甲杯中，发现乙杯浮在甲杯中。 这时甲杯中水产生的浮力为___________；这个实验说明，液体___________（能/不能）产 生比自身重力大的浮力。（g 取10/kg） 【答】 ①未控制物体浸在液体中的体积相同；②见解析； ③液体的密度；④物体形 状；⑤1； ⑥能。 【解析】（1）②[1]由图、B、可知，液体的密度相同，排开液体的体积和深度都不 同，没有控制物体浸在液体中的体积相同，不能得到浮力大小与物体浸在液体中的深度有 关。 [2] ③ 为了研究浮力大小与物体浸在液体中的深度无关，控制物体浸在液体中的体积相 同，图B 中物体被竖直吊起，排开液体的体积等于物体体积的一半，图D 中可以将物体水 平吊起，让物体的一半浸入液体中，这样可以保持物体排开液体的体积相同，浸入液体的 深度不同，如图所示： [3] ⑤ 由图、、E 可知，物体排开液体的体积相同，液体的密度不同，弹簧测力计的示 数不同，由称重法可知浮力大小不同，可以得到浮力大小与液体的密度有关。 （2）[4]把4 个磁力块进行不同的组合，可以改变物体的形状，将它们全部浸没在同 一液体中，排开液体的体积相同，改变物体的形状，可以探究浮力大小与物体形状的关系。 （3）[5]乙杯处于漂浮状态，所以甲杯中水产生的浮力F 浮=G 乙=m 乙 g=01kg×10/kg=1 [6]甲杯中液体的重力G 甲=m 甲g=005kg×10/kg=05 因为G 甲<F 浮 所以液体能产生比自身重力大的浮力。 中考考题要求同学们能通过探究过程，作出有依据的猜想；能够使用基 本的器材获得数据，并分析数据，发现其中的规律，形成合理的结论。这是物理核心素养 的科学探究的体现。 考点二：称重法测浮力 【典例8】（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 浮。则下列说法正确的是（ ）。 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 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】B。 【解析】B．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 浮之和等于重力G，则F+F 浮=G，所以F 浮=G-F，故错误，B 正确； ．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 浮=ρ 液gV 排可知，液体密度不变时，模型所受浮力大小不变，故错误； 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 浮=ρ 液gV 排 可知，液体密度不变时，模型所受浮力变小，而模型重力不变，由F+F 浮=G 可知，拉力 变大，故D 错误。 故选B。 中考考题要求同学们理解浮力的产生原因，知道称重法测浮力的原理， 这是物理核心素养的物理概念的体现。 【作业帮】 一、基础练（知识巩固） 1．“上能九天揽月，下可五洋捉鳖”，下列研究对象的浮力消失的是（ ）。 ． 地面课堂上压入水中的乒兵球； B． 太空空间站压入水中的乒兵球； ． 升上千米高空的热气球； D． 潜入万米海底的中国载人潜水器 【答】B。 【解析】．地面课堂上压入水中的乒乓球，排开水的体积越来越大，所受的浮力越来 越大，故不符合题意； B．因为太空中，物体都处于失重状态，所以太空站中，压入水中的乒乓球，没受到 水的压力的作用，那么乒乓球不受到浮力的作用，故B 符合题意； ．热气球能升到高空，是由于受到空气浮力的作用，故不符合题意； D．潜入万米海底的潜水器受到水的浮力的作用，故D 不符合题意。 故选B。 2．小陈泡脚时，双脚感受到水的浮力。不禁好奇，盆内起按摩作用的凸起物、B（如 图所示）是否也受浮力作用。则下列判断中正确的是（ ）。 ．、B 受到浮力作用； B．、B 不受浮力作用； ．受浮力作用，B 不受浮力作用； D．不受浮力作用，B 受浮力作用 【答】D。 【解析】浮力是由于物体上下表面的压力差形成的，由图可知，凸起物上表面受到水 的压力，但下表面没有受到水的压力，因此水对上下表面没有产生压力差，故不受浮力的 作用；水对凸起物B 上下表面产生了的压力差，故B 一定受浮力的作用。 故选D。 3．如图甲，弹簧测力计下挂一长方体物体，将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面 某一高度处缓缓下降，然后将其逐渐浸入水中，图乙是弹簧测力计示数F 与物体下降高度 变化关系的图像，则下列说法中错误的是（g 取10/kg）（ ）。 ．物体的重力是9； B．物体刚浸没时下表面受到水的压力时4； ．物体的体积是400m3； D．物体受到的最大浮力是5 【答】D。 【解析】．由图像可知，当＝0 时，弹簧测力计示数为9，此时物体在空气中，则 G＝F 拉＝9 故正确，不符合题意； ．由 可得物体的体积 故正确，不符合题意； D．由图像可知，物体完全浸没后排开水的体积不再改变，受到的浮力不再改变，此 时受到的浮力最大，物体浸没时拉力为5，物体受到的最大浮力F 浮＝G－F＝9－5＝4 故D 错误，符合题意； B．物体刚浸没时，上表面受到水的压力为0，则下表面受到水的压力