专题10 浮力及浮沉条件的应用（解析版）

主题二 力学 专题10 浮力及浮沉条件的应用 考情概览：理解课标要求，把握命题方向，总结出题角度。 真题透视：精选真题，归类设置，完整展现中考试题的考查形式。 中考新考法：从新情境、新设问、跨学科等方向设置新考法真题。 新题特训：选用最新优质题、创新题，巩固考点复习效果。 考点内容 课标要求 命题预测 浮力概念及弹 簧测力计测浮 力 通过实验，认 识浮力。探究并了 解浮力大小与哪些 因素有关。 主要考查浮力产生原因、浮力方向、弹簧测力计法测浮 力。题型主要是选择题、填空题、实验探究题。主要命题点 有：浮力的方向、判读物体是否受浮力、画浮力的示意图、弹 簧测力计法测浮力、探究影响浮力大小的因素等。 阿基米德原理 知道阿基米德 原理 阿基米德原理是中考浮力部分命题点较为集中的内容。阿 基米德原理主要考查利用阿基米德原理计算浮力。常见考题类 型是选择题、填空题、计算题，有事也会出现在综合题里。命 题点有：利用阿基米德原理比较浮力大小、利用阿基米德原理 计算浮力大小以及综合的分析与计算。 浮沉条件及应 用 能运用物体的 浮沉条件说明生产 生活中的有关现象 府城条件是浮力部分重要的知识内容，也是中考的常考 点。利用浮沉条件进行定性分析考查较多。题型基本上是选择 题、填空题两种。命题点有：利用浮沉条件定性比较、判断物 体的状态，以及轮船、潜水艇、气球飞艇、密度计的原理等。 ►考向一 浮力概念及弹簧测力计测浮力 1（2023·陕西）如图，用细线将一个质量为27g、体积为10m3的铝块系在电子测力计的挂钩上， 使铝块完全浸没在水中静止不动，此时，该铝块受到的浮力为 ，电子测力计的示数 。若使铝块 在水中继续下降，它所受的浮力将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。（ g 取10/kg，细线重力忽略不计） 【答】 01 017 不变 【解析】[1]铝块完全浸没在水中静止不动，则排开水的体积等于物体的体积，有 受到的浮力为 [2]根据称重法可得，铝块完全浸没时所受的浮力为 则电子测力计的示数为 [3]若使铝块在水中继续下降，根据 可知，它所受的浮力将保持不变。 2（2023·江西）【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关 【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后，还想知道浮力大小是否与 物体的形状有关。于是，该同学进行了如下探究。 【证据】该同学用一块橡皮泥（不吸水）、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线，按如下步骤进行实验。 ①如图所示，用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为 ； ②如图b 所示，将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ③如图所示，将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数； ④如图d 所示，将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中，读出弹簧测力计的示数。 【解释】 （1）图b 中橡皮泥受到的浮力大小为 ； （2）由以上实验可知，浮力大小与物体的形状 ； 【交流】 （3）本实验在其它因素都相同的前提下，只改变物体的形状来进行探究。在物理学中，这种研究方 法称为 ； （4）在第④步实验中，将橡皮泥从图d 位置向下移放到图e 位置时，深度增加，橡皮泥所受浮力大 小 （选填“变大”“变小”或“不变”），说明浮力大小与 无关； （5）若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计，能否完成本实验的探究？ 【答】 4 2 无关 控制变量法 不变 深度 能 【解析】[1]由图可知，弹簧测力计的所示是4，所以橡皮泥的重力为4。 （1）[2]由图b 可知，弹簧测力计的示数是2，橡皮泥受到的浮力F 浮=G-Fb=4-2=2 （2）[3]由实验现象可知，同一块橡皮泥捏成不同形状物体浸没在水中，弹簧测力计的示数相同，由 称重法可知浮力相同，说明浮力的大小与物体的形状无关。 （3）[4]探究浮力的大小与物体的形状的关系，保持其它因素都相同，只改变物体的形状，用到控制 变量法。 （4）[5][6]在第④步实验中，将橡皮泥从图d 位置向下移放到图e 位置时，深度增加，排开水的体 积不变，由阿基米德原理可知浮力大小不变，说明浮力大小与深度无关。 （5）[7]用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计，用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中，记录橡皮 筋的长度，比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小，从而比较浮力的大小，能完成本实验的探究。 3（2023·广东）在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中； （1）观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值；调零时，弹簧测力计应在 （选填“竖 直”或“水平”）方向上调零； （2）如题图甲所示，在弹簧测力计下悬挂一个高为6m 的长方体物块（可塑），测出重力，将它缓 慢浸入水中，记录悬停在、B、、D、E 这五个位置弹簧测力计的示数和深度，请根据实验数据，在图乙 中画出物块所受浮力F 浮随变化的图像； （3）分析图像可知：浸没前，增加，F 浮 ；浸没后，增加，F 浮 ；（均选填“变大” “变小”或“不变”） （4）若把此物块捏成高为6m 的圆锥体，重复上述实验。两次实验所得的F 浮随变化的图像 （选填“相同”或“不同”）； （5）若继续探究浮力的大小与液体密度的关系，还需添加一种材料： 。 【答】 量程 竖直 见解析 变大 不变 不同 酒精 【解析】（1）[1][2]使用弹簧测力计前，应该先观察弹簧测力计的零刻度线、量程和分度值；调零 时，应该在竖直方向下拉动弹簧测力计，防止卡壳。 （2）[3]由甲图可得，物块重力G=10，当物块慢慢浸入水中时，在竖直方向上只受竖直向上的拉力， 浮力和竖直向下的重力作用，即 当浸入水中深度为2m 时，此时弹簧测力计的示数为08，则浮力为 同理，当深度为4m 和6m 时，浮力分别为04 和06；当物块完全浸入水中后，根据 随着浸入水中的深度增加，排开水的体积保持不变，所以浮力大小保持不变，如图所示 （3）[4]分析图像可知，物块浸没前，根据 深度增加，物块排开水的体积增加，浮力变大。 [5]物块浸没后，根据 深度增加，物块排开水的体积等于物块的体积，此时排开水的体积保持不变，浮力大小不变。 （4）[6]若把此物块捏成高为6m 的圆锥体，物块的高度和体积不变，但物块在浸入水中的过程中， 排开水的体积增加的速率变小，最后浸没水中时浮力依然会保持不变，故两次实验所得的F 浮随变化的图 像会不相同。 （5）[7]若继续探究浮力的大小与液体密度的关系，只需要增加密度不等于水的液体，重复上述实验， 形成对比数据。 解题技巧 （1）浮力的方同是竖直向上的 （2）浮力是由于周围液体对物体上、下表面存在压力差而产生的。下表面所受的竖直向上的压力 大于上表面所受的竖直向下的压力，因而产生了浮力，所以浮力的方向总是竖直向上的，即 。上下同粗的物体的下表面如果和容器接触密合，则这个物体就不受浮力的作用。 （3）把物体挂在弹簧测力计上，记下弹簧测力计的示数G，再把物体浸入放体中，记下弹簧测力 计的示数F，则 。 ►考向二 阿基米德原理 4（2023·济南）把一块石头和一个西红柿同时放入水中，它们静止时西红柿漂在水面上，而石头沉 入了水底，如图所示。石头和西红柿在水中受到的浮力的大小相比较（ ） ．石头受到的浮力更大些 B．西红柿受到的浮力更大些 ．石头和西红柿受到的浮力一样大 D．无法比较石头和西红柿受到的浮力大小 【答】 【解析】把一块石头和一个西红柿同时放入水中，它们静止时西红柿漂在水面上，而石头沉入了水底， 西红柿排开的水的体积小于石头排开的水的体积，根据阿基米德原理F 浮=ρ 液gV 排可知，石头受到的浮力 大。 故选。 5（2023·牡丹江）学习了阿基米德原理，小明想到一种只用弹簧测力计测量金属块密度的方法。先 用弹簧测力计测出金属块的重力是 ，再把金属块浸没到水中，静止时，弹簧测力计的示数是 。 求： （1）金属块浸没在水中受到的浮力； （2）金属块的体积； （3）金属块的密度。 【答】（1）01；（2） ；（3） 【解析】（1）金属块受到的浮力 （2）根据阿基米德原理，金属块完全浸没在水中时，排开的水的体积 因金属块浸没在水中，故金属块的体积 （3）根据G=mg，金属块的质量 金属块的密度 6（2023·雅安）一棱长为 的正方体物块放在盛有40L 水的薄壁圆柱形容器中，容器重为10， 底面积为 。现用竖直向下大小为20 的力F 作用在物体上，物体刚好浸没于水中静止，如图所示（ ，g 取10/kg）。求： （1）物块下表面受到水的压强； （2）物块受到的浮力； （3）容器底部对水平地面的压强。 【答】（1）2000P；（2）80；（3）49×103P 【解析】（1）根据题意可知，水对物块下表面的压强为 （2）物块排开水的体积 物块受到的浮力为 （3）水的体积 水的质量 水的重力为 物块处于平衡状态，竖直方向上三力平衡，即有 所以 容器底部对水平地面的压力为 容器底部对水平地面的压强 解题技巧 （1）阿基米德原理所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体 里，即物体浸没在液体里；二是物体的一部分体积浸入液体里，另一部分露在液面以上。 （2） 是指被物体排开的液体所受的重力， 表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开 的液体的重力。 （3） 表示被物体排开液体的体积，当物体浸没在液体里时， ；当物体只有一部分浸入 液体里时，则 。 （4）由 可以看出，浮力的大小跟液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素 有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、液体的多少等因素无关。 （5）阿基米德原理也适用于气体，但公式中 应改为 。 ►考向三 浮沉条件及应用 7（2023·淄博）将兵乓球压入水底，松手后乒乓球上浮过程中经过位置1 和位置2，最终在位置3 静止，如图所示。则乒乓球（ ） ．在位置1 时处于悬浮状态，受到的浮力等于自身重力 B．从位置1 至位置2 的过程中，受到的浮力逐渐变大 ．从位置1 至位置2 的过程中，受到水的压强逐渐变大 D．在位置3 时受到的浮力小于在位置1 时受到的浮力 【答】D 【解析】BD．乒乓球在1、2 位置时排开的水的体积相同，所受的浮力相同，因为乒乓球最终漂浮， 所以浸没在水中时，所受的浮力大于重力，乒乓球在3 位置时漂浮，排开水的体积比1、2 位置小，所受 的浮力小于1、2 位置的浮力，故B 不符合题意，D 符合题意； ．从1 至2 位置，水的深度变浅，据 ，乒乓球受到水的压强变小，故不符合题意。 故选D。 8（2023·东营）用细线将两个半径相同的实心小球和B 连接在一起，放入水中，静止后的状态如图 所示，线已绷紧。下列判断正确的是（ ） ．F 浮=G B．F 浮=F 浮B ．G>GB D．ρ>ρ 水 【答】B 【解析】．小球受到重力、浮力和绳的拉力，处于静止状态，受到的力是平衡力，所以F 浮=G+F 故错误； B．两个小球的体积相同，都浸没水中，排开水的体积相同，由F 浮=ρgV 排可知B 小球受到的浮力相 等，即F 浮=F 浮B 小球B 受到重力、浮力和绳的拉力，B 处于静止状态，受到的力是平衡力，所以GB=F 浮B+FB 由可知的重力G=F 浮-F B 对的拉力和对B 的拉力是相互作用力，大小相等，即F=FB 所以G<GB 故错误，B 正确； D．由可知的重力G=F 浮-F 所以的重力小于浮力，即G<F 浮，mg<F 浮，ρVg<ρ 水Vg，ρ<ρ 水 故D 错误。 故选B。 9（2023·德州）水平桌面上老师用相同的烧杯盛放了相同体积的水和浓盐水，让同学们进行区分， 聪明的小李用吸管和橡皮泥自制了一个简易密度计，先后放入两液体中静止时如图甲、乙所示，下列说法 正确的是（ ） ．密度计在乙液体中受到的浮力更大 B．甲液体是浓盐水 ．两液体对容器底的压强相等 D．乙容器对桌面的压力更大 【答】D 【解析】．由图可知，密度计在水和浓盐水中均为漂浮状态，由物体的浮沉条件可知，密度计在水中 和浓盐水中受到的浮力大小均与密度计自身的重力大小相等，所以密度计在两液体中受到的浮力相等，故 错误； B．由图可知，密度计在甲液体中排开液体的体积更大，由密度计在两液体中受到的浮力相等和F 浮 =ρ 液gV 排可知，甲液体的密度更小，所以甲液体是水，故B 错误； ．两液体的深度相同，甲液体的密度更小，由p=ρg 可知，甲液体对容器底的压强更小，故错误； D．甲液体的密度小于乙，由图可知，甲液体的体积小于乙，由m=ρV 可知，甲液体的质量小于乙液 体，甲液体的重力小于乙液体。两容器中密度计的质量相同，所以甲容器对桌面的压力更小，乙容器对桌 面的压力更大，故D 正确。 故选D。 10（2023·武威）2023 年4 月，我国东部战区组织了环台岛军事演习，这是对“台独”分裂势力与 外部反华势力勾连挑衅的严重警告，是捍卫国家主权和领土完整的必要行动。如图所示为参加演习的我国 辽宁号航空母舰，当战斗机从军舰上起飞后（ ） ．舰体略上浮，受到浮力不变 B．舰体略上浮，受到浮力变小 ．舰体略下沉，受到浮力不变 D．舰体略下沉，受到浮力变大 【答】B 【解析】当战斗机从军舰上起飞后，航空母舰的重力减小，处于漂浮状态，浮力等于重力，所以舰体 受到的浮力减小，由 可知，液体的密度不变，排开液体的体积减小，舰体略上浮，故B 符合 题意，D 不符合题意。 故选B。 11（2023·泰州）用硬质塑料瓶、透明胶带、螺母、塑料管、容器和水等，制作如图所示的潜水艇 模型（不计进排气管体积），然后将模型放入水中，使其上浮或下沉。下列说法正确的是（ ） ．当模型漂浮于水面时，它受到的浮力小于重力 B．向瓶中充气时，瓶内气体压强变大，模型将下沉 ．从瓶中抽气时，模型会下沉，它受到的浮力将变小 D．让原本在较浅处悬浮的模型下潜至更深处悬浮，应使瓶内的水先增加后减少 【答】D 【解析】．当模型漂浮于水面时，由浮沉条件可知，它受到的浮力等于重力，故错误； B．向瓶中充气时，瓶内气体压强变大，瓶内水被排出来，模型重力将变小，小于浮力，模型将上浮， 故B 错误； ．从瓶中抽气时，瓶内气体压强变小，水进入瓶内，模型重力将变大，大于浮力，模型会下沉，此时 排开水的体积不变，根据阿基米德原理可知，它受到的浮力不变，故错误。 D．潜水艇是依靠改变自身重力实现浮沉的，让原本在较浅处悬浮的模型下潜至更深处悬浮，此时应 向外抽气，让水进入瓶中，是模型受到的重力大于浮力，实现下沉；然后停止抽气，接着适当充气，向外 排水，使模型的重力等于浮力而悬浮，所以瓶内气体是先减少后增加，瓶内的水先增加后减少，故D 正确。 故选D。 12（2023·巴中）在传统农耕文化中，劳动人民一般采用“盐水选种”的方法挑选种子，如图所示。 下列说法正确的是（ ） ．漂浮的种子受到的浮力小于自身重力 B．种子下沉过程中受到的浮力大于自身重力 ．下沉过程中盐水对种子的压强变大 D．沉底的种子只受到重力和支持力 【答】 【解析】．一部分种子漂浮在盐水中，受力平衡，受到的浮力大小等于其自身的重力，故错误； B．种子下沉过程中受力不平衡，由物体的浮沉条件可知，此时种子受到的重力大小大于浮力，故B 错误； ．种子在下沉过程中所处的深度不断增大，由 可知，种子受到的液体压强也在不断增大，故 正确； D．由物体的浮沉条件可知，沉底的种子受到的重力大小大于浮力，所以沉底的种子除了受重力和浮 力的作用，还受容器底对其的支持力，故D 错误。 故选。 13（2023·甘孜）如图所示，在我国“2022 巅峰使命”珠峰科考中，极目一号Ⅲ型浮空艇到达海拔 9032m 的高度，对珠峰地区气候进行数据测量。浮空艇能升空是因为内部充入了密度比空气密度 的 气体，在上升过程中，浮空艇受到的大气压强越来越 。（两空均选填“大”或“小”） 【答】 小 小 【解析】[1]浮空艇能升空是因为内部充入了密度比空气密度更小的气体，整个浮空艇的平均密度小于 空气密度，使浮空艇受到的浮力大于其重力，浮空艇就能上升。 [2]在上升过程中，空气越来越稀薄，气压逐渐减小，所以浮空艇受到的大气压强越来越小。 解题技巧 （1）实心物体的浮沉条件 上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底 处于动态(运动状态不断改变)，受非 平衡力作用 可以停留在液体 的任何深度处 是“上浮”过程的 最终状态 是“下沉”过 程的最 处于静态，受平衡力作用 （2）当轮船由河中驶入海中时，由 变形得 可知，海水密度大，因此 减 小，即轮船上浮一些；反之，由海中驶入河中，轮船将下沉一些。 （3）潜水艇下潜和上浮时是靠改变它自身的重力来实现的。 （4）密度计原理是物体漂浮在液面上的条件 ，即 （不变）， 增大时 减小，密度计在液面以上的体积增大。刻度线越靠下越密，密度值越大。 1．（新情境）（2023·常州）为拯救濒危物种中华鲟，生物学家在放养的中华鲟身上拴上定位硬壳 胶囊。数天后，胶囊与潜入水中的中华鲟脱离，最终漂浮于江面发射定位信号，脱离后，胶囊受到的浮力 随时间变化的关系为下列图中的（ ） ． B． ． D． 【答】D 【解析】当胶囊未离开水面时，排开水的体积不变，由阿基米德原理可知，该过程中胶囊受到的浮力 大小不变；当胶囊露出水面且稳定前，排开水的体积不断减小，由阿基米德原理可知，胶囊受到的浮力不 断减小；当胶囊最终漂浮在水面时，排开水的体积不再变化，由阿基米德原理可知，此时受到的浮力不再 变化。故B 不符合题意，D 符合题意。 故选D。 2．（跨学科）（2023·泰安）某同学受“怀丙打捞铁牛”故事的启发，设计了如下“打捞”过程： 如图甲，金属块部分陷入淤泥内，轻质小船装有18 的沙石，细绳将金属块和小船紧连，细绳对小船的拉 力为2，水面与船的上沿相平；将小船内所有沙石清除后，金属块被拉出淤泥静止在水中，如图乙所示。 已知金属块的体积为 ， ，g 取 ，小船的质量忽略不计，细绳的质量和体 积忽略不计。 （1）甲图中，金属块上表面距离水面50m，求金属块上表面受到的水的压强； （2）乙图中，小船有 体积露出水面，求金属块的密度。 【答】（1） ；（2） 【解析】（1）已知金属块上表面距离水面50m，即 由 可得，金属块上表面受到的水的压强为 （2）由题意知，小船装有18 沙石时，处于漂浮状态，小船的质量忽略不计，细绳的质量和体积忽略 不计，则小船此时受到得浮力为 由 得，船排开水的体积为