2021_2021学年九年级物理寒假辅导讲义与练习专题12浮力讲义含解析.docx
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1、专题12浮力一、知识梳理一、浮力概念1.浮力:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上的力叫浮力。2.浮力方向:竖直向上,施力物体是液(气)体。3.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体向上的压力大于向下的压力,向上、向下的压力差就是浮力。4.影响浮力大小的因素:通过实验探究发现(控制变量法):浮力的大小跟物体浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大,液体的密度越大,浮力就越大。二、阿基米德原理1. 阿基米德原理:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。2. 公式表示:;从公式中可以看出:液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液
2、体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状 、浸没的深度等均无关。3. 适用条件:液体(或气体)。三、物体沉浮的条件物体沉浮的条件1.前提条件:物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。2.示意图:重力与浮力的关系如图所示:如图所示,(1)当时,物体上浮;。当时,物体悬浮;。当时,物体下沉;。当(物体未完全浸没液体)时,物体漂浮;。3. 说明:(1) 密度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都悬浮(或漂浮)。(2)物体漂浮在密度为的液体中,若露出体积为物体总体积的,则物体密度为。(3) 悬浮与漂浮的比较:相同点: ;不同点:悬浮时,;漂浮时,。(4)判断物
3、体浮沉(状态)有两种方法:比较与G或比较与。(5)物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸在密度为的液体中,示数为F,则物体密度为:。(6)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。4.漂浮问题“五规律”:规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体
4、增大的浮力。浮力的利用1. 轮船(1)工作原理:要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的,使它能够排开更多的水。排水量:轮船满载时排开水的质量。单位是t,由排水量m 可计算出:排开液体的体积;排开液体的重力;轮船受到的浮力,轮船和货物共重。2. 潜水艇工作原理:潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。3. 气球和飞艇工作原理:气球是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于空气的气体如:氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。4. 密度计原理:利用物体的漂浮条件来进行工作。构造:下面的金属粒能使密度计直立在液体中。刻度:刻度线从上到下
5、,对应的液体密度越来越大(上小下大)。二、重点与难点重点一:浮力的概念1.浮力的产生:液体具有流动性,在重力作用下,向容器壁、容器底流动而产生压力。由于力的作用是相互的,容器底和容器壁也对液体产生一个反作用力,作用力反作用力在液体之间相互作用,就产生了压强。压强大小相等、方向相反,并与深度成正比;同一水平面上,液体向各个方向产生的压强相同。在没有任何外力的情况下,液体保持静止状态。2.因为液体具有压强,它们之间才会相互支持,相互联系而形成一个有机的整体。液体中任何一点液体压强的变化,都会形成压强差,从而产生浮力。浮力的方向竖直向上。有人说一个位于容器底面上的物体,并和容器底面密切接触,那它就只
6、能受到向下作用于物体表面的液体压力下,所以这个物体不受浮力作用。这种说法并不是完全正确的,它成立需要两个条件:1.物体的侧表面必须是竖直方向的,不能倾斜;2.物体的下表面必须在技术上保证与容器底紧密接触,不能有液体渗入其间。沉在水底的物体实际上是受到三个力的作用:受的水的浮力,容器对它的支持力,以及自身重力,这时受力情况:F浮+F支=G物。重点二:浮力的计算1.示重差法(称重法):F浮=G-F拉(空气中重力减去弹簧测力计拉力)(用弹簧测力计)公式法:F浮=G排=m排g=液gV排漂浮法:F浮=G物(又叫平衡法)压力差法:F浮=F-F(向上与向下的压力差)。难点一:阿基米德原理1.阿基米德原理:浸
7、在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。这就是著名的阿基米德原理。即F浮=G排=液gV排。(V排表示物体排开液体的体积)。2浮力与压强(深度)的关系:物体受到浮力的大小与液体的深度有关?当船运载货物时,它的载重量越大,吃水就越深;载重量越小,吃水就越浅。而载重量大需要的浮力也会大,载重量小,需要的浮力也小。因此看来,浮力的大小与船只在水中的深度成正比,又正为水的压强也与它的深度成正比。所以,我们仔细研究会发现,船只产生的最大压强与它同深度的水压是一样的,载重量大的船吃水深就是因为它压强大的缘故。为什么我们做实验时,弹簧称的读数并不会随物体在液中位置的深浅而变化呢?其
8、实,弹簧称称量的物体在液中受到的浮力时,只要物体完全浸入液体中的体积不变,无论物体在液体中的深度怎样,物体受到液体对物体的压力差也不变,弹簧称的读数才不会随物体在液中位置的深浅而变化。难点二:物体沉浮的条件1.浸没在液体中的物体,当它受到的浮力大于所受的重力时,物体上浮;当它受到的浮力小于所受的重力时,物体下沉;当它受到的浮力等于所受的浮力等于所受的重力时,物体悬浮在液体中。即 F浮=G物时,物体悬浮或漂浮,当F浮G物,物体上浮,直至漂浮。如何调节浮力的大小:木头漂浮于水面是因为木材的密度小于水的密度。把树木挖成“空心”就成了独木舟,自身重力变小,可承载较多人,独木舟排开水的体积变大,增大了可
9、利用的浮力.牙膏卷成一团,沉于水底,而“空心”的牙膏皮可浮在水面上,说明“空心”可调节浮力与重力的关系。采用“空心”增大体积,从而增大浮力,使物体能漂浮在液面上.2轮船轮船能漂浮在水面的原理:钢铁制造的轮船,由于船体做成空心的,使它排开水的体积增大,受到的浮力增大,这时船受到的浮力等于自身的重力,所以能浮在水面上。它是利用物体漂浮在液面的条件F浮=G来工作的,只要船的重力不变,无论船在海里还是河里,它受到的浮力不变。(只是海水、河水密度不同,轮船的吃水线不同)根据阿基米德原理,F浮=液gV排,它在海里和河里浸入水中的体积不同。轮船的大小通常用它的排水量来表示。所谓排水量就是指轮船在满载时排开水
10、的质量。轮船满载时受到的浮力F浮=G排=m排g。而轮船是漂浮在液面上的,F浮=G船+G货=m船g+m货g,因此有m排=m船+m货。3潜水艇浸没在水中的潜水艇排开水的体积,无论下潜多深,始终不变,所以潜水艇所受的浮力始终不变。潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现的(改变自身重力:排水充水)。若要下沉,可充水,使F浮G.在潜水艇浮出海面的过程中,因为排开水的体积减小,所以浮力逐渐减小,当它在海面上行驶时,受到的浮力大小等于潜水艇的重力(漂浮)。4密度计密度计是利用物体浮在液面的条件来工作的,用密度计测量液体的密度时,它受到的浮力总等于它的重力,由于密度计制作好后它
11、的重力就确定了,所以它在不同液体中漂浮时所受到的浮力都相同,根据可知:待测液体的密度越大,密度计浸入液体中的体积则越小,露出部分的体积就越大;反之待测液体密度越小,密度计浸入液体中的体积则越大,露出部分的体积就越小,所以密度计上的刻度值是“上小下大”。5. 煮汤圆汤圆刚放入水中时,汤圆受到的浮力小于重力;汤圆煮熟时,它的体积增大,浮力也随之增大。汤圆刚放入水中时:6.汽艇和热气球(1) 气球和飞艇内充有密度小于空气的气体氢气、氦气、热空气等。(2)原理:利用空气的浮力,通过改变自身体积来实现上升和下降的。(3)气球上升过程中,空气的密度逐渐变小,当浮力等于重力时,气球就不再上升了。(4)气球上
12、升过程中,大气压逐渐减小,会导致气球内气压大于气球外气压,气球膨胀,若超过了气球外壳承受的能力,气球就要破裂。三、考查方向1.浮力的概念典例一:(2020四川南充)水平桌面上有甲乙两个质量和底面积均相同的容器,分别装有密度不同的液体,将两个完全相同的小球放入容器中,静止时两容器中液面高度相同,如图所示。下列说法正确的是()。A. 甲容器中液体的密度小于乙容器中液体的密度;B. 甲容器中小球受到的浮力大于乙容器中小球受到的浮力;C. 甲容器底部受到液体的压力大于乙容器底部受到液体的压力;D. 甲容器对桌面的压力一定大于乙容器对桌面的压力【答案】C。【解析】AB两个小球重力相等,甲图,小球漂浮,浮
13、力等于重力,即F甲=G乙图,小球悬浮,浮力等于重力,即F乙=G所以甲容器中小球受到的浮力等于乙容器中小球受到的浮力,根据F浮=液gV排,在浮力相同时,由图知,V甲排V乙排所以,甲乙;故AB错误;C两容器中液面高度相同,甲乙根据p=gh可知p甲p乙由F=pS可知,S相同,容器底受到液体的压力F甲F乙;故C正确;D放入球后,两容器液面相平,V甲排V乙排两个容器底面积相同,甲容器上下一样粗,乙容器底小口大,不能判断放入小球前,两个容器中液体体积的大小关系,所以两个液体的质量大小关系不能判断,容器对桌面的压力等于容器、液体和小球的总重力,它们的大小关系不能判断,故D错误。故选C。典例二:(2020四川
14、雅安)如图所示,当乒乓球从水里上浮到水面上,乒乓球在A位置时受到的浮力为FA,水对杯底的压强为pA,在B位置时受到的浮力为FB,水对杯底的压强为pB,则它们的大小关系是()。A. FA=FBpA=pB;B. FAFB pAFBpApB;D. FAFB pA=pB【答案】C。【解析】由图可知:乒乓球在A位置时是浸没,V排A=V球在B位置时是漂浮,V排BV排B由可知FAFB由于从水里上浮直至漂浮在水面上,排开水的体积减小,水面下降,则有hAhB根据可知pApB;故选C。典例三:(2020河南)(双选)将两个完全相同的木块放入盛有甲、乙种液体的相同容器中,木块静止时,两容器中液面相平,如图 7 所示
15、。下列说正确的是()。A.木块在甲、乙两种液体中所受浮力相等;B.木块在乙液体中排开液体的质量较大;C.两容器中木块下表面受到的液体压强相等;D.两容器底部受到的液体压强相等【答案】AC。【解析】 A 选项,两个木块均漂浮,所以浮力等于重力,且木块完全相同,重力相同,故浮力相同,A 正确;B 选项,根据阿基米德原理,两个木块浮力相等,所以排开液体重力相等,故排开液体质量也相等,B 错误;C 选项,两木块上表面均未浸没,故下表面压力等于浮力,且下表面底面积相等,故下表面液体压强相等,C 正确;D 选项,两木块浮力相等,但甲液体中木块浸体积小于乙液体,故甲液体密度大于乙液体,当液面高度相同时,甲液
16、体密度大,液体底部压强也大,故 D 错误。典例四:(2020岳阳)关于流体的力现象正确的是( )。A鸟翼获得向上的升力,是因为流体在流速大的地方压强大;B在水中上浮的物体受到浮力,下沉的物体不受浮力;C重力一定的轮船从长江驶入海洋,浮力不变;D石块没入水中越深,浮力越大【答案】C。【解析】流体在流速大的地方压强小;浸在液体中的物体受到液体对它竖直向上的浮力;浮力的大小只与物体排开液体的体积和液体的密度有关;漂浮在液面的物体受到的浮力等于物体的重力。故选C。2.浮力的计算典例五:(2020四川雅安)预计2020年通车的雨城区“大兴二桥”在施工时,要向江中沉放大量的施工构件。如图甲所示,假设一正方
17、体构件从江面被匀速吊入江水中,在沉入过程中,其下表面到水面的距离h逐渐增大,构件所受浮力F1、钢绳拉力F2随h的变化如图乙所示(g取10N/kg)。下列判断正确的是()。A. 构件的边长为4m;B. 构件密度为3103kg/m3;C. 浮力F1随h变化的图线是图乙中的图线;D. 当构件的下表面距江而4m深时,构件上表面受到江水的压强为4104Pa【答案】B。【解析】A从乙图中可以看出,当构件完全淹没时的高度为2m,则构件边长为2m,故A错误;B构件体积V=2m2m2m=8m3构件完全淹没时,V排=V=8m3,F2=1.6105N,则有F浮=GF2水gV排=gVF2代入数值可得:1103kg/m
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