版块10 浮力 专题10-6　浮力应用 （教师版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题10-6 浮力应用 知识· 解读 一、轮船： 1、钢铁的密度比水大，可以把它做成空心，以使它能排开更多的水，增大可以利用 的浮力。 2、轮船的大小通常用 排水量 来表示。 排水量 就是 轮船装满货物时排开水 的质量 。 二、潜水艇： 由于潜水艇中两侧有水箱，它浸没在水中时受到的浮力不变，但是可以通过调节水箱 中的储水量来改变潜水艇的自重，从而改变浮力与重力的关系，而使它下沉、悬浮或 上浮 三、气球： 充入的是密度比空气小很多的气体，如氢气、氦气。空气对它的浮力大于它的重力， 所以气球可以升入高空 四、密度计： 1、利用物体的漂浮条件进行工作。同一密度计在不同的液体中漂浮时， 不同，但 浮力相同。 2、密度计上的刻度值“上小下大”且分布不均匀“上疏下密”：液体的密度越大， 对应的 越小，刻度越靠近密度计下部。 典例· 解读 类型一：轮船的浮力 第 1 页 / 共 13 页 例1 、如图所示，若“玉林号”导弹护卫舰从大海驶入珠江，下列分 析正确的是( ) 浮力变小，舰体上浮一些 B 浮力变大，舰体下沉一些 浮力不变，舰体下沉一些 D 浮力不变，舰体上浮一些 【答】． 【解析】当“玉林号”导弹护卫舰从大海驶入珠江后始终处于漂浮状态，则船受到的浮力F 浮＝G， 因为船受到的重力不变，所以船受到的浮力不变；由阿基米德原理F 浮＝ρ 液gV 排，ρ 江水<ρ 海水可知，排开江水的体积大于排开海水的体积，即船浸入江水中的体积大于浸入海水中的 体积，故船体下沉一些，正确．故选 类型二：浮力与图像 例2、小张看到鸡蛋浮在盐水面上，如图甲所示，他沿杯璧缓慢加入清水使鸡蛋下沉。在 此过程中，鸡蛋受到的浮力F 随时间t 的变化图像可能是图乙中的 ( ) 【答】D． 【解析】加清水过程中液体密度减小，鸡蛋开始时仍然漂浮，漂浮过程浮力不变，开始浸没后浮力逐 渐减小，但不会等于0 故选D 类型三：浮力与沉浮状态 第 2 页 / 共 13 页 例3 、在气球下面挂一金属块，放入水中处于悬浮状态，如图所示．若水 足够深，把气球和金属块往下移动一段距离，松开手，它们将（ ） ．静止不动 B ．上浮，静止时回到原来位置 ．上浮，最后浮在液面上 D ．下沉，最后沉在水下 【答】D． 【解析】原来金属块和小气球悬浮在水中，F 浮=G； 把系统的位置轻轻向下移动一些，所处的深度增加， 由公式p=ρg 知， 小气球受到水的压强增大，气球的体积变小， 所以气球排开水的体积减小， 由公式F 浮=ρ 液gV 排知， 气球受到的浮力减小，使得浮力小于自重而向下运动，最后沉在水下． 故选：D． 类型四：浮力与密度计 第 3 页 / 共 13 页 例4 、一个密度计如图所示，其刻度部分的、B 两点，分别是最上面和最下面的 刻度位置，这个密度计的测量范围是10×103kg/m3～16×103kg/m3，把 这个密度计放入某种液体中，液面的位置恰好在、B 的中点处，则这种液体 的密度是________g/m3。（计算结果保留两位小数） 【答】12． 【解析】这类题目较难，注意密度计上的刻度是不均匀的，不能根据刻度部分的、B 两点，分别是最 上面和最下面的刻度位置，测量范围是10×103kg/m3～16×103kg/m3，液面的位置恰好 在、B 的中点处就得出 的错误结论。 解此类题，一定要理解密度计的工作特点：密度计始终漂浮在被测液体中，浮力始终等于密 度计的重力。所以同一个密度计在不同的液体中，虽然排开液体的体积不同，但所受的浮力 是相同的。利用这一特点，结合受力分析和阿基米德原理，设未知数、列平衡方程即可求解。 下面看具体解题过程： 根据密度计的原理， 越大，被测液体的密度就越小。得出图中 设：B 点下方的体积为V，和B 之间的体积相等用V0表示 密度计在待测液体中始终漂浮，受力分析知，浮力始终等于密度计的重力。 得： ① ② 代入 的值得： 将其带入②式解得： 培优· 训练 一、选择题 1、以下实例中，不是利用浮力的是（ ） 第 4 页 / 共 13 页 、气球的升空 B、轮船浮在水面上 、潜水艇上浮 D、大型客机的升空 2、如图甲所示，把铁块放在空容器中，沿容器壁缓慢向容器中加水至图示位置。加水过 程中，铁块受到浮力。则在加水的全过程中，容器底对铁块的支持力F 与时间t 的关系 图像是 ( ) 3、将一半径为R 的实心金属球，用细线拉着，匀速缓慢地放入水深为2R 的盛水容器中， 直至容器底部，水未溢出。图能反映金属球从与水面刚接触处开始至容器底部过程中所 受浮力的是 ( ) 5、贵港是西南地区第一大的内河港口。若一艘轮船从贵港驶往澳门，当它从珠江口驶入 大海时( ) 它受到的浮力变大 B 它受到的浮力变小 它下沉了一些 D 它上浮了一些 6、关于潜水艇的上浮和下沉，下列说法正确的是( ) 潜水艇是通过改变自身重力达到上浮和下沉的 B 潜水艇是通过改变浮力达到上浮和下沉的 潜水艇下沉越深，所受浮力越大 D 潜水艇浮出水面的过程中，所受浮力不变 7、某潜水艇在海面下隐蔽跟踪某个目标，有时要上浮或下潜，但都未露出水面。若该潜 水艇下潜时所受的重力为G1，浮力为F1；上浮时所受的重力为G2，浮力为F2，下列对 第 5 页 / 共 13 页 4 、体积相同的三个小球分别放入同种液体中．所处状态如图所示，则下列说法正确的是（ ） ．小球受到的浮力F 甲＞F 乙＞F 丙 B ．小球受到的浮力F 甲＜F 乙=F 丙 ．小球受到的浮力F 甲=F 乙=F 丙 D ．小球受到的浮力F 甲＞F 乙=F 丙 力之间大小关系的判断，正确的是( ) F1= F2，G1> G2 B F1= F2，G1= G2 F1< F2，G1= G2 D F1> F2，F2< G2 二、填空题 1、轮船的排水量是指____________（填“体积”或“质量”），轮船从东海驶 入长江排水量________（填“增大”、“减小”或“不变”），会_______些。 （填“上浮”或“下沉”）。若轮船的排水量为10000t，轮船自身重 2000t，该轮船最多能载________t 货物。 2、潜水艇对保卫我国的南海起着重要的作用。如图所示，潜水艇在水中处于悬 浮状态，此时期所受浮力与重力的大小关系为：F________G(填“>”、“<”或“=”)， 当压缩空气将水舱中的水排出一部分时，潜水艇将________(填“上浮”、“下沉”或 “悬浮”)。 3、如图所示为一种自制简易密度计，它是在木棒的一端缠绕一些铜丝 做成的，用它来测量液体密度时，该密度计________在被测液体中 (选填“悬浮”、“漂浮”或“下沉”)。将其分别放入装有液体密 度为ρ1 和ρ2 的两个烧杯中,可以判断:ρ1________ρ2。若该密度计两 次测量中排开液体的质量分别为m1、m2，则m1________m2。(后 两空选“<”、“=”或“>”) 4、非非和柚柚利用吸管、细铁丝和石蜡各制作了一支简易密度计。非非的密 度计的质量为10g，放入液体中，漂浮在液面上，如图甲，密度计受到的 浮力________，排开的液体重力________。柚柚的密度计放入液体中，沉 到容器底，不好测量液体密度，如图乙，请提出一种改进方法________。 (g 取10/kg) 5、小明利用18m 长的吸管、细铜丝、石蜡等材料自制密度计。 (1)制作密度计的过程中，需要一个盛放液体的容器。现有250mL 的量筒和400mL 的烧 杯供选择，则小明应选择________。 (2)小明将自制的密度计放入水中，发现密度计不能直立漂浮，其原因可能________。实验 改进后，小明将密度计放入水中，用刻度尺测出吸管露出水面的长度是108m，则吸 管浸入水中的深度水=________m。小明将该密度计放入某液体中，吸管浸入液体的深 度为9m，则此液体的密度是多少?(ρ 水=10×103kg/m3) (3)小明的同学也用吸管制作了密度计，他发现密度计相邻两刻度线之间的距离太小，导致 用此密度计测量液体密度时误差较大，为此同学们提出了如下改进方，其中可行的是__ ______。 第 6 页 / 共 13 页 换大的容器做实验 B 换细的吸管制作密度计 换稍长的吸管制作密度计 D 适当减小密度计的配重 6、小明在完成“动手动脑学物理”时，认识了密度计。将其放入液体中，当它竖立静止 时，与液面相交的读数即为待测液体的密度。 (1)如图甲、乙所示，让同一支密度计分别静止在水和酒精中，密度计受到的浮力________ (选填“变大”、“变小”或“不变”)；装水的容器是________(选填“甲”或“乙”)。 (2)小明将一只铅笔的下端缠绕了适量铜丝，初步做成了一支密度计(如图丙)。为了给密度 计标上刻度，他进行了如下实验： 将其放入水中，竖立静止后，在密度计上与水面相平处标上水的密度值10g/m3; b 将其放入植物油中，用同样的方法在密度计上标上植物油的密度值09g/m3； 像标示弹簧测力计刻度的方法一样，他以两刻度线间的长度 表示01g/m3将整个铅笔均匀标上刻度； d 他将做好的密度计放入酒精中进行检验，发现液面明显不 在08g/m3刻度处。 ①如丙图所示，小明制作的密度计，你认为刻度09 应该在_ _______点(选填“p”或“q”)。 ②在实验步骤中，小明这样均匀标示刻度对不对?________ ③若被测液体的密度为ρ 液、密度计浸入被测液体的深度为(如图丁)、自制密度计的质量为 m、铅笔的横截面积为S，请你推导出与ρ 液的关系式。(用给定的字母表示推导结果) 7、学过浮力知识后，小波用一根粗细均匀的木棍和一些铁丝（不计铁丝体积），自己制 作了一个测量液体密度的“土密度计”，如图所示。他把密度计先后放入水和酒精（ρ 酒精=08g/m3）中，“土密度计”均处于漂浮状态。小波在密度计上面记下了两种液体 液面所在的位置和b，用刻度尺测量出和b 之间的距离是1m，但他忘记了刻线跟液体 的关系。请你告诉他，刻线b 对应的是______（填：“水”或“酒精”）。小波同学把 这个“土密度计”放入足够多的另一种液体中，在密度计上面记下了液体液面所在的位 置，用刻度尺测量出和b 之间的距离是15m，则这种液体的密度为________g/m3。 三、阅读题 1、阅读《福船》回答问题。 福 船 跨越遥远时空的海上丝绸之路上，一个名叫“福船”的文化符号历久弥新。福船作为 木质时代风帆动力远洋船只中的佼佼者，成就了明代郑和、戚继光、郑成功等人的伟大壮 举，为中国乃至世界航海史写下了璀璨的一页。 福船，福建沿海一带尖底古海船的统称，上阔下窄，首尖尾宽两头翘， 第 7 页 / 共 13 页 复原模型图如图所示。其甲板平坦，龙骨厚实，结构坚固；吃水深，容量多，善于装载， 稳定性好，抗风力强，适于远洋。 与指南针对航海贡献相媲美的“水密隔舱福船制造技艺”，是中国对世界航海发展史 产生深远影响的另一项伟大发明。 2010 年11 月15 日，《中国水密隔舱福船制造技艺》 被列入联合国科文组织“急需保护的非物质文化遗产名录”。所谓“水密隔舱”，就是用 厚实的隔舱板把船舱层层隔断，分隔成互不透水的一个一个舱区。在航行过程中，如果有 一个或两个舱意外破损，海水进不到其他舱中，从船整体看，仍然保持有足够的浮力，不 至沉没。“水密隔舱”技术大大提高了船舶的整体抗沉性。另外隔舱板与船壳板紧密连接， 使船体结构也更加坚固。分成隔舱，还便利货物存放管理。水密隔舱福船制造技术，对于 远洋航海史研究有着不可替代的重要学术价值。 南京静海寺《郑和残碑》记载：“永乐三年，将领官军乘驾二千料海船并八橹船…”。 经学术界考证，与北京天坛齐名的二千料海船就是福船。“料”是当时流行的用来表示舟 船大小的一种计量单位。二千料海船总长612 米，最大宽138 米，型深489 米；满载时， 水线长53 米，水线宽13 米，吃水39 米。帆装、给养、武器、人员、货物等及船自身质 量总共可达1170 吨。郑和下西洋是人类海洋文明史的重要组成部分，是世界航海史上时 间最早、规模最大的洲际航海活动。比哥伦布到达美洲大陆航海早了87 年，比达•伽马过 好望角到达印度的航海早了92 年，比麦哲伦的环球航海早了114 年。郑和下西洋时的中 国船舶制造、天文航海、地文航海、季风运用和航海气象预测等方面的技术和航海知识， 在当时均处于世界领先地位。 重启海上丝绸之路的今天，“福船”这个珍贵的文化符号成为新兴文创产业里重要的 创作灵感，依然在启迪人们不断去开拓创新。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）福船采用了________技术大大提高了船舶的整体抗沉性。请你展开想象，就福船的 这一技术设计理念，举例说明还可应用在哪些方面：_____________。 （2）排水量是衡量造船能力的重要指标。小辉查资料得知：哥伦布远航美洲时，最大的 那艘船的满载排水量为233t 后，他想知道郑和远洋时的二千料海船的排水量m。他根 据上文中二千料海船的信息计算出排水体积V=53m×13m×39m=26871m3，估算 出排水量约为2687t。请写出这种估算方法不合理的理由，并写出合理的估算方法。 第 8 页 / 共 13 页 2、如图甲，溢水杯中装满水(水的密度用ρ 水表示)，将一正方体木块(棱长为)轻轻放入溢 水杯中，木块静止时浸入水的深度为 ，现在用一根轻细钢针，对着木块上表面中心 竖直向下施加压力F，F 从0 慢慢增加，直到木块恰好完全浸没水中(解题时用ρ 水、、 g 表示相关量)。 (1)求木块恰好完全浸没水中时压力Fm。 (2)在F 从0 增至Fm过程中，木块浸没在水中的深度x 从 增到，推导出F 与x 间的函数关 系式。 (3)将F、x 的函数关系图像画在相应的坐标系中，并标出两端点的横、纵坐标。 第 9 页 / 共 13 页 专题10-6 浮力应用 典例· 解读 例1、【答】． 【解析】当“玉林号”导弹护卫舰从大海驶入珠江后始终处于漂浮状态，则船受到的浮力 F 浮＝G，因为船受到的重力不变，所以船受到的浮力不变；由阿基米德原理F 浮＝ρ 液gV 排， ρ 江水<ρ 海水可知，排开江水的体积大于排开海水的体积，即船浸入江水中的体积大于浸入 海水中的体积，故船体下沉一些，正确．故选 例2、【答】D． 【解析】加清水过程中液体密度减小，鸡蛋开始时仍然漂浮，漂浮过程浮力不变，开始浸 没后浮力逐渐减小，但不会等于0 故选D 例3、【答】D． 【解析】原来金属块和小气球悬浮在水中，F 浮=G； 把系统的位置轻轻向下移动一些，所处的深度增加， 由公式p=ρg 知， 小气球受到水的压强增大，气球的体积变小， 所以气球排开水的体积减小， 由公式F 浮=ρ 液gV 排知， 气球受到的浮力减小，使得浮力小于自重而向下运动，最后沉在水下． 故选：D． 例4、【答】12． 【解析】这类题目较难，注意密度计上的刻度是不均匀的，不能根据刻度部分的、B 两点， 分别是最上面和最下面的刻度位置，测量范围是10×103kg/m3～16×103kg/m3，液面的 位置恰好在、B 的中点处就得出 的错误结论。 解此类题，一定要理解密度计的工作特点：密度计始终漂浮在被测液体中，浮力始终等于 密度计的重力。所以同一个密度计在不同的液体中，虽然排开液体的体积不同，但所受的 浮力是相同的。利用这一特点，结合受力分析和阿基米德原理，设未知数、列平衡方程即 可求解。 下面看具体解题过程： 第 10 页 / 共 13 页 根据密度计的原理， 越大，被测液体的密度就越小。得出图中 设：B 点下方的体积为V，和B 之间的体积相等用V0表示 密度计在待测液体中始终漂浮，受力分析知，浮力始终等于密度计的重力。 得： ① ② 代入 的值得： 将其带入②式解得： 培优· 训练 一、选择题 1、D 2、 【解析】 随着倒入的水增多，铁块排开水的体积增大，浮力增大，对容器底的压力变小， 完全浸没后，浮力不变，对容器底压力不变。铁块对容器底的压力与容器底对铁块的支持 力是一对相互作用力。 3、 【解析】 浮力随着排开液体的体积增大而增大，随着金属球的缓慢浸入，排开液体的体积 与浸入的深度并不成正比，球的直径与液面相平时增大的V 排最块。 4、B 第 11 页 / 共 13 页 解：由图知，三个球排开水的体积： v 甲＜v 乙=v 丙， ∵F 浮=ρ 水v 排g， 三个球受到的浮力： F 甲＜F 乙=F 丙． 5、D 6、 7、 二、填空题 1、质量；不变；下沉；8000 【试题解析】本题考查轮船排水量这个概念。轮船的排水量指的是轮船满载时排开水的质 量。 反映了轮船所受的浮力 。轮船从东海驶入长江，始终处于漂浮状态，浮力始终 等于自身重力，故浮力不变，排水量不变。从东海驶入长江， 变小， 不变，依据 知 变大，故轮船会下沉些。 若轮船的排水量为10000t，则轮船满载时排开水的质量为10000t，所受浮力为 因为轮船漂浮 ，即 所以船满载时货物的总质量： 2、=；上浮 3、漂浮；<；= 4、 01；01；减少吸管下端的细铁丝 5、(1)250mL 的量筒 (2)重心偏上；78；08×103kg/m3 (3)B 6、（1）不变；乙；（2）p；不对； 7、水；16 【解析】（1）密度计是利用漂浮时浮力等于重力的原理制成的，则 ，因为 ，所以 ，所以刻线b 对应的是水的密度。 （2）密度计利用物体的漂浮条件进行工作。同一密度计在不同的液体中漂浮时， 不同， 但浮力相同。据此列平衡方程即可解得。 第 12 页 / 共 13 页 设密度计位置和底端之间的体积为V，、b 之间的体积为V0，则b、之间的体积为15V0 解得 三、阅读题 1、（1）水密隔舱；潜水艇的排水舱可以采用水密隔舱； （2）福船的船身不是长方体，不能使用长方体体积公式计算。可以根据船身及各类物质 的总质量估算排水量。 （2）根据材料可知，福船的船身不是长方体，不能使用长方体体积公式计算，可以根据 船身及各类物质的总重量估算排水量；根据材料还可知，帆装、给养、武器、人员、货物 等及船自身质量总共可达1170 吨。因为船漂浮，所以 ；根据阿基米德 原理可得 ，综合两式有 ，所以 。 2、答：(1) ρ 水g3 (2)F=ρ 水g2(x- ) (3)如图所示 【解析】(1)木块静止时，浸入水的深度为 ，压力F 为0，浮力等于木块的重力，G=F 浮 =ρ 水gV 排=ρ 水g·全部浸没时，Fm=F′浮-G=ρ 水g3-ρ 水g ρ 水g3 (2)木块从最初的状态到全部浸没在水中，是一个过程，深