名師中考物理綜合複習之浮力

2022-09-23 02:57:05 字數 5048 閱讀 5226

(一)浮力

1. 浮力產生的原因:浸在液體中的物體,總要受到液體對它各個面的壓力(前後,左右兩側面受到的壓力相等),液體對物體向上和向下的壓力之差,就是液體對浸入的物體的浮力。

即。壓力差越大,物體所受浮力越大。當物體處於漂浮狀態時,浮力等於液體對物體向上的壓力,即。

2. 浮力的方向總是豎直向上的。

(二)阿基公尺德原理

1. 內容:浸在液體中的物體,受到向上的浮力,浮力大小等於它排開的液體受到的重力。即:。

2. 適用條件:各種液體和氣體。

(三)物體的浮沉條件

1. 物體的浮沉條件

(1)物體上浮條件:,對實心物體。

(2)物體下沉條件:,

(3)物體懸浮條件:,。

以上三點給我們指明判斷物體的沉浮或懸浮既可從力的角度,即重力的浮力的大小關係,也可以從密度角度,即物體密度和液體密度的大小關係來判斷。

2. 物體上浮的終止狀態是漂浮,物體處於漂浮狀態時,(物體部分露出液面),它與懸浮的區別是:物體懸浮時,物體漂浮時。

3. 物體浮沉條件的應用

(1)輪船的排水量:排水量就是輪船裝滿貨物時排開水的質量。因為輪船漂浮在水面上,所以此時船受的浮力等於船排開水的重力。即。

(2)氣球和飛艇的公升降靠調整氣囊中氣體的質量來實現。

(3)潛水艇的下潛和上浮靠改變自身受到的重力來實現。

(4)密度計是測量液體密度的儀器,根據物體漂浮時,物體浸入液體體積的大小與液體密度成反比的原理製成。

(四)求浮力的幾種常用方法

1. 阿基公尺德原理。當已知液體的密度和物體排開液體的體積,可根據求出浮力。

2. 壓力差法。如果已知或根據題給條件能求出浸在液體中的物體上下表面所受液體的壓力,要根據求出浮力。

3. 示重差法,就是物體在空氣中的重與物體在液體中的重的差值等於浮力。即。

4. 從平衡力的角度建立求浮力的方程。如果物體在液體中處於漂浮或懸浮狀態,則物體受重力和浮力作用,且此二力平衡,。

如果物體受三個力而處於平衡狀態。則要分析出重力和浮力以外的第三個力的方向,當第三個力方向與重力同向時,則,當第三個力方向與重力方向相反,則。

(五)物體排開液體的體積的幾種表達方法

1. 當物體部分浸入液體時,如果題中給出露出或浸入物體體積的幾分之幾,例如物體露出液面1/3,則。也就是用幾分之幾物體的體積來表達。

如果題中給出露出液面的具體體積值,則用來表達,即。

2. 當物體全部浸入液體時,物體排開液體的體積等於物體體積,則。如果物體是空心體可用表達。

【典型例題】

[例1] 有一金屬塊,在空氣中稱得重3.8n,將它浸沒在盛滿水的溢水杯中時,有50ml的水從溢水杯中流入量筒,求:(1)金屬塊的體積;(2)金屬塊在水中受到的浮力;(3)金屬塊在水中時彈簧秤的讀數;(4)金屬的密度是多少?

分析:首先應該知道金屬塊的密度大於水的密度,所以金屬塊浸沒在盛滿水的溢水杯中溢位水的體積等於金屬塊體積,即。根據阿基公尺德原理,可解得浮力。

再根據示重差法,可解得金屬塊在水中時彈簧秤的讀數,即。金屬塊的密度應根據解得。

解:(1)金屬塊的體積等於溢位水的體積。

(2)。

(3)(4)

[例2] 如圖1所示,物體漂浮在圓柱形容器的水面上,b物體上放著乙個物體a時,b排開水的體積為;若將a取下放入水中靜止後,a、b兩物體排開水的總體積為v2,且,,,求容器底對物體a的支援力的多少?

圖1分析:a、b分開之前漂浮在水面上,則有,將a取下投入水中靜止後,物體b仍漂浮在水面上,則有,而a沉入容器底部受三個力作用,即重力、支援力、浮力。則有,以上三個方程相減得:

可求出n。

解:原情況a、b疊放在一起時,漂浮在水面上,則有: ①

a、b分開後b仍漂浮,a沉入水底,則有: ②

③①-②-③得:,而

∴ [例3] 如圖2所示,一圓柱形容器底面積為,重為10n,把它放在水平桌面上。容器內放置一邊長為,密度為的立方體木塊,求:(1)桌面受的壓強;(2)向容器內慢慢注水,恰好使木塊對容器底的壓力為零,此時木塊下底面受到的壓強多大?

容器內水深多少?(。)

圖2分析:注水前,桌面受到的壓強,應等於桌面受到的壓力除以容器的底面積。即。

當慢慢向容器中注水,恰使木塊對容器底壓力為零時,說明木塊此時只受二個力:重力和浮力。物體處於漂浮狀態。。

而浮力又等於木塊底部所受水的壓力,進而根據可求出木塊底部受到的壓強,然後再根據求出此時水的深度。

解:(1)

。(2)當時,木塊對容器底壓力為0,此時,即:,所以

∴ [例4] 高為20cm的柱形容器內盛有10cm深的水,如圖3所示。現將一密度為,高為15cm的柱形物塊豎直放入水中,已知容器底面積為物塊底面積的3倍,則物塊靜止在水中時(與容器底不密合)物塊對容器底的壓強與水對容器底的壓強之比是多少?

圖3分析:將物塊投入水中後,水面要公升高,此時,即。進而求出,由於物塊對容器底有壓強,可分析出物塊受三個力作用。

即,因為物塊對容器底的壓力和容器底對物塊的支援力是相互作用力,它們等值反向,所以求出支援力即也就知道了壓力,然後根據求出物塊對容器底的壓強。而水對容器底的壓強,則可根據求出,最後再求出兩個壓強之比。

解:設木塊投入水中後,水面公升高,水深為

物塊對容器底的壓強為

水對容器底的壓強

[例5] 一邊長為的正方體懸浮在密度為的液體中,若上表面到液面的距離為,則正方體上、下表面受到的壓力多大?物體受到的浮力是多大?

解析:欲知正方體上下表面受到的壓力,先應根據液體的壓強公式求出壓強:,,然後據得即可求出壓力和浮力。

答案:物體上表面受到的壓力為:(方向向下)

物體下表面受到的壓力為:(方向向上)

物體受到的浮力:(浮力產生的原因)

方法提煉:此題用浮力產生的原因即壓力差法求浮力,可以加深對浸沒在液體裡的物體受到的浮力與深度無關的理解,亦可鞏固液體的壓強等知識。

[例6] 乙個密封的空心球浮在水面上時,露出水面的體積是總體積的2/5,若在空腔內注入100克水,空心球恰好可停在水中的任意位置,這個球的體積多大?

解析:根據題意可先畫出球的受力示意圖,根據已知條件,空球漂浮,裝水後懸浮,列出兩個等式進行計算。

答案:空球漂浮時。

。(1)

注入水後。 球懸浮,(2)

(2)-(1):

所以拓展延伸:解答物理習題,要了解物理過程,配以物體受力示意圖,會加深對題意的理解,本題亦可理解為潛水艇的工作原理,潛水艇在水中,當排出一點水後,因為潛水艇體積不變,受浮力不變,,潛水艇上浮,最後呈漂浮狀態,漂浮在水面時,逐漸向水艙中注水,潛水艇下沉,最後全部沒入水中。由此可見,同學們在做完題時,一定要學會思維的拓展與延伸,學會舉一反三。

[例7] 給你足夠的水,量筒乙隻,怎樣測定小瓷酒杯的密度(酒杯的直徑小於量筒的直徑)請寫出主要實驗步驟及密度表示式。

解析:測固體密度的方法有多種,有直接的方法:用天平測質量、量筒(量杯)測體積;有間接的方法:

利用物體漂浮時排開液體的重力等於物體的重力,求出物體的質量,再利用排水法測物體的體積,算出物體的密度,本題應使用間接方法測小瓷酒杯的密度。

答案:1. 在量筒裡倒入適量的水,記下水面到達的刻度

2. 把小酒杯漂浮在水面上,記下水面到達的刻度

3. 把小酒杯沉沒在水中,記下水面到達的刻度

4. 計算:

小酒杯漂浮在水面上

小酒杯沉沒在水中時,它排開水的體積為,即瓷杯自身瓷的體積。

拓展延伸:利用浮力測物質的密度,主要有兩類方法:

(1)用彈簧秤測出物體在空氣中的重力和浸沒在液體中的彈簧秤的示數,用算出物質密度。

(2)用漂浮在液面的方法,則學們可以設想,假如沒有量筒(量杯),能否用浮在液面的方法測出物質的密度?

【模擬試題】

一. 填空題:

1. 乙個2n的鉤碼,掛在彈簧秤上,當鉤碼浸沒在水中時彈簧示數1.2n,這個鉤碼受到的浮力是 n。

2. 把乙個木塊浸入水中,當木塊浮在水面不動時,浸入水中的體積是木塊體積的4/5,木塊的密度是 ,如果把它浸沒在煤油裡,煤油的密度是,這時木塊處於狀態。

3. 質量相同的甲乙兩球,它們的密度比是,若將甲球浸沒在液體a中,乙球浸沒在液體b中,已知,則甲、乙兩球所受浮力比是 。

4. 使體積為的長方形金屬塊全部沒入水中,當它受到向上的壓力是20n時,它受到水向下的壓力是 n,若此金屬塊投入水中的深度增加,它受到水向上的壓力為30n,則金屬塊受到的浮力為 n。

5. 如圖1所示,a是鐵塊,b是木塊,若將a取下直接投入水中,則容器中水面將

,此時水對容器底的壓強將 。

圖16. 一艘輪船的最大排水量為,它滿載貨物駛入港口,此時船受到的浮力為

n,卸下全部貨物後,排水量為,則船重 n。此時船受到的浮力為 n。

7. 一物體體積為,重29.4n。把它放入水中,則它浸入水的體積是 ,它受到的浮力是

8. 體積為的正方體木塊,浮在水面上,它受到的浮力是 n。如果放進裝滿水的水槽裡,它受到的浮力為 n。(,

)9. 為使質量為270g的鋁球懸浮於水中,它的體積應為 m3,球的空心部分體積為

m3()

10. 將密度計放入密度為的液體中,液面在刻度a處,放在密度為的液體中,液面在刻度b處,已知,則點在上方。

11. 密度為的木塊,體積是,放入水中露出水面的體積是 cm3,放入某液體中露出的體積為總體積的3/5,該木塊受到的浮力是 n,該液體的密度是

kg/m3。

12. 一艘潛水艇的艇殼體積為6000m3,其內部水箱的體積是2000m3,當它在水下航行時,水箱正好灌滿水,此時潛水艇受到的浮力是 n,當潛水艇排完水箱中水時,潛水艇航行時受到的浮力是 n,此時潛水艇殼有 m3露出水面。(海水密度為

)二. 選擇題:

13. 有一木塊漂浮在水面上,若在水中加一些食鹽,木塊仍漂浮在水面上,測它受到浮力將( )

a. 變大 b. 變小 c. 不變 d. 不能確定

14. 兩個體積相等的木球和鐵球,用細線繫住後放入水中時能懸浮在水中,如圖2所示,則木球和鐵球受到的浮力( )

a. 木球較大 b. 鐵球較大 c. 兩球一樣大 d. 無法確定

圖215. 把質量相等的鐵球和鋁球,分別掛在彈簧秤下,然後將它們分別全部浸入水中,比較彈簧秤示數則( )

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