10.1 浮力（原卷版）

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 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 同一物体浸在 同一液体中， 物体浸没的深 乙、丙两种情 况下弹簧测力 计的示数相 浮力的大小 与物体浸没 在液体中的 关系 度不同 同，即浮力相 同 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 金属块在液体中时 金属块所受 入情况 测力计的示数/ 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___________。 【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． 【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 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_________。 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________。 【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） 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 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 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 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 4．如图，一个放在斜面上杯子里的铁球，所受到的浮力的方向为（ ）。 ．竖直向上 B．竖直向下 ．垂直于斜面向上 D．垂直于斜面向下 5．如图甲所示，长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下，从水中开始一直竖直向 上做匀速直线运动。上升到离水面一定的高度处，图乙是绳子拉力F 随时间t 变化的图象。 根据图象信息，下列判断正确的是（ ）。 ．该金属块重力的大小为136； B．在t1至t2时间段金属块不受浮力作用； ．浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20 ； D．在t1至t2 时间段金属块在水中受到的浮力逐渐增大 6．弹簧测力计拉着一个长方体竖直浸没在水中的，其上表面受到水的压力为 ，下 表面受到水的压力为 ，这个物体受到水的浮力为___________，该长方体浸没时所受拉 力如图所示，则该物体所受重力为___________。 7．弹簧秤下吊着重为 的正方体金属块，当它完全浸没在水中时，弹簧测力计的 示数为 ，该物体受到的浮力大小为______ ；若金属块上表面所受水的压力为 ， 则金属块下表面所受水的压力为______ 。 二、综合练（能力提升） 8．如图所示的甲、乙、丙三个物体，底部均与容器底密切接触，向容器内逐渐注水， 则受到水的浮力的物体是（ ）。 ．甲、乙、丙三个物体 B．甲物体 ．乙物体 D．丙物体 9．在一个底面积为 150m2足够深的容器内有一定量的水，将一个高14m、横截面 积 50m2的圆柱形实心塑料块挂在一条橡皮筋上，此时圆柱体的下表面刚好与水面接触， 如图，当每次向容器中注入100g 水时，橡皮筋收缩 02m，要想把圆柱体刚好淹没，需 要向容器中注入水的质量为（ ）。 ．2000g B．200g ．1750g D．1800g 10．如图，一边长为10m 的实心正方体悬浮在某液体中，已知1＝10m，其上表面 受到液体向下的压力F1＝8，则以下说法正确的是（ ）。 ．正方体的密度为08×103g/m3； B．正方体受到的重力为10； ．正方体受到的浮力8； D．正方体下表面受到液体的压强为2×103P 11．如图所示，水平面上放置一个装满水的溢水杯，总重为8。物体悬挂在弹簧测力 计上，缓慢将其浸没在水中静止时，溢水杯溢出水的体积为200m3。物体的密度为 27×103kg/m3，水的密度为10×103kg/m3，g 取10/kg。求： （1）如图所示，画出物体受力示意图； （2）物体受到的浮力F 浮； （3）弹簧测力计示数F； （4）溢水杯对水平桌面的压力。 三、培优练（挑战自我） 12 一个盛满水的溢水杯对桌面的压力为 ，将一重物挂在测力计上从高处缓慢放 入溢水杯中，直至重物完全浸入水中，但不触底。如图所示，是测力计的示数关于时间的 图象，则最终物体所受浮力 以及溢水杯对桌面压力 大小分别是（ ）。 ． B． ． D． 13．探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示，其中所用金属块和塑料块 b 的密度不同，但重力均为16。下列分析正确的是（ ）。 ．金属块浸没在水中时，受到浮力的大小为03； B．利用甲、乙，可以探究浮力的大小与物体体积的关系； ．利用乙、丙，可以探究浮力的大小与物体密度的关系； D．利用丙、丁，可以探究浮力的大小与液体密度的关系 14．在水平桌面中央有一个重为7、底面积为2×10-2m2的薄壁容器，该容器内盛有 重为49 的水，且水对容器底部的压力为53。 ①求：容器对桌面的压力F 和压强p？_______ ________ ②求：容器内水的质量m 水与体积V 水？_________ _______ ③在分析本题“水对容器底部的压强p 水”的过程中，小明和小华两位同学有各自不 同想法，如下表记： （）请判断：小明的分析过程是____；小华的分析过程是____。（均选填“正确”或 “错误”） （b）若能求水对容器底部的压强p 水，请计算并得出结果；若不能求水对容器底部的 压强p 水，请简要说明理由。____________