专题10 浮力（原卷版）

专题10浮力【思维导图】【知识点回顾】知识点一、浮力1.当物体浸在液体或气体中时会受到一个竖直向上的托力，这个力就是浮力。2.浮力产生的原因：上、下表面受到液体对其的压力差，这就是浮力产生的原因。3.称重法测量浮力：浮力=物体重力-物体在液体中的弹簧秤读数，即F浮=G-F′4.决定浮力大小的因素：物体在液体中所受浮力的大小，跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关。与浸没在液体中的深度无关。知识点二、阿基米德原理1.阿基米德原理：浸在液体里的物体受的浮力，大小等于它排开的液体受的重力。公式：F浮=G排。(1)根据阿基米德原理可得出计算浮力大小的数学表达式；F浮=G排=m液g=液gV排。(2)阿基米德原理既适用于液体也适用于气体。2.正确理解阿基米德原理⑴阿基米德原理阐明了浮力的三要素：浮力作用点在浸在液体（或气体）的物体上，其方向是竖直向上，其大小等于物体所排开的液体（或气体）受到的重力，即F浮=G排液。⑵“浸在”既包括物体全部体积都没入液体里，也包括物体的一部分体积在液体里面而另一部分体积露出液面的情况；“浸没”指全部体积都在液体里，阿基米德原理对浸没和部分体积浸在液体中都适用。⑶“排开液体的体积”V排和物体的体积V物，它们在数值上不一定相等。当物体浸没在液体里时，V排=V物，此时，物体在这种液体中受到浮力最大。如果物体只有一部分体积浸在液体里，则V排＜V物，这时V物=V排+V露。⑷根据阿基米德原理公式F浮=ρ液gV排-。即F浮的大小只跟ρ液、V排有关，而与物体自身的重力、体积、密度、形状无关。浸没在液体里的物体受到的浮力不随物体在液体中的深度的变化而改变。⑸阿基米德原理也适用于气体：F浮=ρ气gV排，浸在大气里的物体，V排=V物。例如：热气球受到大气的浮力会上升。知识点三、物体的浮沉条件及应用1.浸在液体中物体的浮沉条件(1)物体上浮、下沉是运动过程，此时物体受非平衡力作用。下沉的结果是沉到液体底部，上浮的结果是浮出液面，最后漂浮在液面。(2)漂浮与悬浮的共同点都是浮力等于重力。但漂浮是物体在液面的平衡状态，物体的一部分浸入液体中。悬浮是物体浸没在液体内部的平衡状态，整个物体浸没在液体中。F浮与G物的关系ρ液与ρ物的关系漂浮F浮＝G物ρ液﹥ρ物上浮F浮﹥G物ρ液﹥ρ物悬浮F浮＝G物ρ液＝ρ物下沉F浮﹤G物ρ液﹤ρ物2.应用(1)轮船①原理：把密度大于水的钢铁制成空心的轮船，使它排开水的体积增大，从而来增大它所受的浮力，故轮船能漂浮在水面上。 ②排水量：轮船满载时排开的水的质量。m排＝m船+m满载时的货物(2)潜水艇原理：潜水艇体积一定，靠水舱充水或排水来改变自身重力，使重力小于、大于或等于浮力来实现上浮、下潜或悬浮的。(3)气球和气艇原理：气球和飞艇体内充有密度小于空气的气体(氢气、氨气、热空气)，通过改变气囊里的气体质量来改变自身体积，从而改变所受浮力大小。3.浮力大小的计算方法：①称量法：F浮=G-F拉；②压力差法：F浮=F向上-F向下；③阿基米德原理法：F浮=G排=m排g=ρ液gV排；④平衡法：F浮=G物（悬浮或漂浮）【例题精析】（2022•淄博）小明洗碗时发现，同一只碗可以漂浮在水面上，也可以沉入水底，如图所示。下列说法正确的是（）A．碗漂浮时所受的浮力大于它所受的重力 B．碗漂浮时所受的浮力等于它排开的水所受的重力 C．碗沉底时所受的浮力大于它漂浮时所受的浮力 D．碗沉底时排开水的体积等于它漂浮时排开水的体积（2022•东营）两个完全相同的圆柱形容器放在水平桌面上，分别装有甲、乙两种不同的液体。将体积相同、密度不同的实心小球A、B分别放入容器中静止，A球沉底，B球漂浮，如图所示，h1＜h2，且两种液体对容器底的压强相等，则（）A．两个小球的重力：GA＜GB B．两个小球的浮力：F浮A＞F浮B C．两种液体的密度：ρ甲＜ρ乙 D．两个容器对桌面的压强：p甲＝p乙（2022•赤峰）放在水平桌面上的两个相同的烧杯中装有不同浓度的盐水，其中一杯是饱和的。盐水中的实心小球是用同种材料制作的。小球静止时情况如图所示，此时小球1、小球2受到的浮力分别记为F1、F2。向两个烧杯中分别加入少许质量相等的盐后（盐的体积忽略不计），发现小球1依然静止在烧杯底，小球2还是处于漂浮状态。此时小球1、小球2两个小球受到的浮力分别记为F1'、F2'。整个过程温度不变，可推断出（）A．F1'＞F1，F2'＞F2，F1'＜F2' B．F1'＞F1，F2'＝F2，F1'＝F2' C．F1'＞F1，F2'＝F2，F1'＜F2' D．F1'＝F1，F2'＝F2，F1'＜F2'（2022•无锡）如图是我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇示意图，艇体采用轻质的复合织物材料制成，外观呈白色，囊体上层装有压缩氦气。通过向艇外排出下层部分的空气而实现上升，高度达到9032m，高度越高大气越稀薄，上升过程中艇体体积不变。关于浮空艇，以下说法中正确的是（）A．艇体材料的密度较大 B．白色外观可以吸收各种色光 C．上升过程中，浮空艇所受的浮力变小 D．上升过程中，浮空艇所受的重力不变（2022•常德）甲、乙两相同的容器中装有体积相等的两种液体，静止放置在水平桌面上。将同种材料制作的实心物体A、B分别放入两容器中，静止时液面等高，如图所示，则（）A．A的重力小于B的重力 B．A受的浮力大于B受到的浮力 C．甲杯中液体的密度小于乙杯中液体的密度 D．甲杯和乙杯的底部受到的压强相等（2022•湖州）两个边长相同、材料不同的实心正方体甲和乙，用质量不计的细线连接，轻轻放入某液体中，静止后悬浮，细线处于绷紧状态，如图所示。则（）A．甲受到的浮力比乙受到的浮力大 B．甲的密度与液体的密度相等 C．如果将细线剪断，甲、乙再次静止后，容器底部受到的压力大小不变 D．如果将细线剪断，甲、乙再次静止后，容器底部受到液体的压强不变（2022•泰安）两个相同的容器放在同一水平桌面上，分别装有甲、乙两种密度不同的液体，且ρ甲＞ρ乙；两个体积相同的实心小球a和b在甲、乙两种液体中静止时的状态如图所示；两容器内c、d两点到容器底部的距离相等。设小球a和b的密度分别为ρa和ρb，质量分别为ma和mb，受到的浮力分别为Fa和Fb，c、d两处的液体压强分别为pc和pd。下列说法中（）①ρa＞ρb②ma＜mb③Fa＞Fb④pc＞pdA．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有①④正确 D．只有①③④正确（2022•盘锦）放在水平桌面上的两个相同的容器中盛有高度相同的不同液体，将A、B两个小球分别放入两个容器中，静止后如图所示。已知两个小球排开液体的质量相同，下列判断正确的是（）A．两个小球受到的浮力相等 B．甲容器中液体的密度大于乙容器中液体的密度 C．放入小球后甲容器对桌面的压力小于乙容器对桌面的压力 D．放入小球后甲容器中液体对容器底的压强大于乙容器中液体对容器底的压强（2022•齐齐哈尔）如图所示，将两个完全相同的木块分别放入盛有甲、乙两种不同液体的相同烧杯中，木块静止时两容器中液面相平。以下说法正确的是（）A．木块在乙液体中排开液体的质量较大 B．木块在甲、乙两种液体中所受浮力相同 C．两木块下表面所受液体的压强不相同 D．两烧杯底部所受液体的压强不相同（2022•天津）小明在研究物体的浮沉问题时，制作了一个空腔“浮沉子”，将其放入一个底面积为S、水深为h0的薄壁柱形容器内。刚放入水中时，浮沉子恰好悬浮，此时水深为h1，如图所示；一段时间后，由于渗漏空腔内开始进水，最后空腔充满了水，浮沉子沉底且完全浸没，此时水的深度降为h2。已知水的密度为ρ0，则所制作的浮沉子（）A．质量为ρ0（h1﹣h0）S B．质量为ρ0（h2﹣h0）S C．材料的密度为h2-hD．材料的密度为h1-（2022•大连）如图所示，水平桌面上放置两个溢水杯，分别装满甲、乙两种液体。将一个密度为ρ0的小球放入甲液体中，小球静止时，溢出液体的质量为m甲；再将小球放入乙液体中，小球静止时，溢出液体的质量为m乙。则m甲m乙（选填“＞”“＝”或“＜”）；乙液体的密度ρ乙＝（用已知条件所给的字母表示）。（2022•娄底）如图甲所示，一个棱长为10cm、重为9N的正方体物块M，水平放置在一个方形容器中，M与容器底部不密合。以恒定水流向容器内注水，容器中水的深度h随时间t的变化关系如图乙所示，当t＝100s时，物块M在水中处于（选填“沉底”、“悬浮”或“漂浮”）状态，图乙中a的值为cm（g＝10N/kg）。（2022•陕西）在“天宫课堂”中，航天员王亚平用吸管把乒乓球轻轻压入水中，取出吸管后，观察到乒乓球悬停在水中，如图﹣1所示，这是由于在中国空间站中，乒乓球不再受到重力和力的原因而悬停不动。在地面课堂的同学们也做同样的实验：用吸管把乒乓球轻轻压入水中，取出吸管后，观察到乒乓球会迅速上浮直至漂浮，如图﹣2所示。乒乓球露出水面前，浮力重力且浮力大小。（2022•朝阳）小文利用如图所示的实验装置，进行了如下实验：（1）通过三个图进行比较，说明浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关。（2）物体A浸没在水中时受到的浮力是N，物体A的体积是m3。（3）由图示实验数据得出盐水的密度是kg/m3。（4）他还想探究“物体受到的浮力大小与其形状是否有关”，于是找来薄铁片、烧杯和水进行实验，实验步骤如下：步骤一，将铁片放入盛水的烧杯中，铁片下沉至杯底。步骤二，将铁片弯成“碗状”再放入盛水的烧杯中，让它漂浮在水面上。①通过分析可知，第一次铁片受到的浮力（选填“大于”、“小于”或“等于”）第二次铁片受到的浮力。②小文得到的结论是：物体受到的浮力大小与其形状有关，他得出错误结论的原因是。（2022•呼和浩特）浮筒法，是海洋沉船打捞技术中常用的方法之一。先让浮筒灌满海水，靠自重自由下沉。到达海底沉船处，将若干个浮筒与沉船固定。给浮筒充气，排出筒内海水，产生向上的上举力，让沉船上浮。已知，每个浮筒质量为4.8×103kg，体积为160m3，海水密度为1.03×103kg/m3。求：（1）每个浮筒在海底沉船处，充气，海水全部排出后，受到的浮力大小和产生的上举力大小；（2）若沉船在海平面下方200m处，海平面大气压为1.0×105Pa，浮筒排出海水时，充气压强的最小值；（3）若沉船需要受到向上4.1×107N的上举力，才能上浮，则至少需要多少个浮筒与沉船固定。（2022•随州）2022年5月15日新闻，“巅峰使命”珠峰科考项目组成功将自主研发的浮空艇从海拔4300米的营地升空到9000米，创造了浮空艇大气科学观测世界纪录。假设在此前的一次实验中，浮空艇（表皮很薄的气囊）体积为9000m3，内部充有氦气和空气的混合气体，其密度为0.2kg/m3，浮空艇的表皮及外壁仪器舱总质量为2×103kg，浮空艇用缆绳系在一辆锚泊车上（如图），该浮空艇周围空气的密度为1.2kg/m3，g取10N/kg，缆绳的重力不计，仪器舱体积可忽略不计。求：（1）浮空艇内气体的质量；（2）浮空艇所受到的浮力；（3）为了有效控制浮空艇，要求锚泊车的重力是缆绳拉力的三倍，则锚泊车的质量是多少？【习题巩固】一．选择题（共13小题）1．（2022•临清市三模）在木棒的一端缠绕几圈细铜丝，制成一支简易液体密度计，将其先后放入盛有甲、乙两种液体的相同烧杯中，处于静止状态，且放入密度计后液面高度相同，如图所示。若密度计在甲、乙液体中所受浮力分别是F甲、F乙，甲、乙两种液体的密度分别是ρ甲、ρ乙，甲、乙两种液体对容器底部产生的压强分别是p甲、p乙，则（）A．ρ甲＞ρ乙 B．p甲＜p乙 C．F甲＜F乙 D．F甲＞F乙2．（2022•眉山模拟）底面积为100cm2的容器中装有适量的水，用同种合金材料制成的质量相等的金属盒和实心金属球，若把球放在盒内密封后，它们恰能悬浮在水中，此时球对盒底的压力为30N，如图甲所示。若把球和盒用细绳相连，放入水中静止后。盒有56体积浸在水中（ρ水＝1.0×103kg/m3A．这种合金的密度为2.0×103kg/m3 B．图乙中细绳对球的拉力为15N C．图乙中若剪断细绳，盒静止时有三分之一体积露出水面 D．图乙中若剪断细绳，水对容器底的压强减少了2000Pa3．（2022•丹阳市二模）在学习了密度计的知识后，小明同学自制了一支密度计，通过实验比较自制密度计B与实验室用密度计A的异同，他将两支密度计A、B（两支密度计的重力相同）分别放入甲、乙两种液体中，观察到密度计静止后的现象如图（a）、（b）、（c）和（d）所示，下列说法错误的是（）A．观察比较图（a）、（b）可以判断：液体甲密度大 B．A密度计的刻度是不均匀的 C．B密度计是圆柱体，所以刻度是均匀的 D．比较图（a）、（c）可以判断：A和B密度计在甲液体中排开液体的体积是相等的4．（2022•湛江三模）水平地面上有底面积为300cm2、不计质量的薄壁盛水柱形容器A，内有质量为400g、边长为10cm、质量分布均匀的正方体物块B，通过一根长10cm的细线与容器底部相连。此时水面距容器底30cm，计算可得出（）A．绳子受到的拉力为14N B．容器对水平地面的压强是3000Pa C．剪断绳子，待物块静止后水平地面受到的压强变化了200Pa D．剪断绳子，待物块静止后水对容器底的压强变化了200Pa5．（2022•自贡模拟）三个相同的轻质弹簧，一端固定在容器底部，另一端分别与甲、乙、丙三个体积相同的实心球相连。向容器内倒入水，待水和球都稳定后，观察到如图所示的情况，此时乙球下方弹簧长度等于原长。下列判断正确的是（）A．丙球的重力与它受到的浮力相等 B．甲球的重力大于它受到的浮力 C．甲、乙、丙三个球的密度大小关系为ρ甲＜ρ乙＜ρ丙 D．甲、乙、丙三个球受到的浮力大小关系为F甲＞F乙＞F丙6．（2022•大连模拟）如图所示，质量相等的实心均匀长方形A和B用一根不可伸长的轻质细绳连接后，放入水中，细线拉直，B物体沉入水底且A物体有部分体积露出水面，下列说法正确的是（）A．A的密度比B物体和水的密度都大 B．A受到浮力大小等于A的重力和绳拉力之和 C．剪断细绳，静止后A物体受浮力大小不变 D．剪断细绳，静止后B物体受杯底支持力大小不变7．（2022•临沂二模）放在水平桌面上的两个相同的烧杯中盛有同种液体，甲、乙两个体积相同的小球在液体中静止时，两烧杯中的液面相平，如图所示。则（）A．甲球的密度大于乙球的密度 B．甲球受到的浮力比乙球的大 C．左侧烧杯底部受到的压强大 D．两烧杯对桌面的压强一样大8．（2022•沙坪坝区校级二模）如图所示，水平地面上有一个底面积为200cm2，高为15cm，重为2N的圆柱形薄壁容器，容器中装有质量为2.5kg的水。现将一个质量分布均匀，底面积为100cm2，体积为600cm3的长方体物体A（不吸水）放入容器中，物体A漂浮在水面上，A浸入水中的体积为总体积的一半。再在物体A的正上方放一个物体B，使物体A刚好能浸没于水中，则下列说法正确的是（）A．物体B的质量为100g B．物体A从漂浮到刚好浸没，物体A下降的距离是3cm C．物体A从漂浮到刚好浸没，水对容器底部增大的压力为1N D．物体A和B静止在水面时，容器对桌面的压强为1600Pa9．（2022•徐汇区二模）体积相同、密度不同的甲、乙两个物体分别挂在测力计A、B下方，将它们浸入液体后甲、乙两物体如图所示保持静止。则关于甲、乙的密度ρ甲、ρ乙和测力计A、B示数FA、FB大小的判断，正确的是（）A．若ρ甲大于ρ乙，FA可能大于FB B．若ρ甲大于ρ乙，FA一定大于FB C．若ρ甲小于ρ乙，FA可能大于FB D．若ρ甲小于ρ乙，FA一定大于FB10．（2022•五华区校级三模）如图所示，底面积相同的甲、乙两个容器放在水平桌面上，容器内的水面相平。现将a、b两个体积相同的实心物体分别放入甲、乙两个容器内，静止时a沉在甲容器底部，b悬浮在乙容器的水中。下列说法正确的是（）′A．a、b两物体的密度ρa＝ρb B．a、b两物体所受的浮力Fa＞Fb C．放入a、b两物体前，甲、乙容器底部所受水的压强p甲＜p乙 D．放入a、b两物体后，甲、乙容器底部所受水的压强p甲′＞p乙′11．（2022•平邑县二模）如图所示，M、N是两个质量相等的正方体，VM＜VN，水平桌面上两个相同的柱状容器分别装有甲、乙两种液体。M在甲液面漂浮，N用细线吊着静止在乙液体中（细线对N有拉力）。两容器液面相平，M、N露出液面的高度相同。下列说法正确的是（）A．M受到的浮力小于N受到的浮力 B．甲液体的密度小于乙液体的密度 C．左侧容器对桌面的压强大于右侧容器对桌面的压强 D．若剪断细线，N静止时，乙液体对容器底的压强不变12．（2022•重庆三模）如图所示，在水平桌面上有两个相同的柱形容器，其高度为40cm，现将两个完全相同的正方体物块放入其中，甲图中的物块与容器底部之间用少量蜡密封（不计蜡的质量），乙图中的物块直接置于容器底部，丙图为向乙图中容器加水时物块对容器底部压力F随容器A液面高度h变化的图像，下列说法正确的是（）A．向甲容器内加水10cm时，物块所受的浮力为40N B．物块的重力80N C．向乙容器内加水10cm时，物块对容器底部的压强是3×103Pa D．物块的密度为1.5×103kg/m313．（2022•永川区模拟）如图所示，水平桌面上有甲、乙两个完全相同的容器，分别装有两种不同的液体，将两个相同的物块A、B分别放入两种液体中，物块静止时两容器中液面相平。则下列说法正确的是（）①物体所受浮力FA＜FB②容器中所装液体密度ρ甲＜ρ乙③液体对容器底的压力F甲＞F乙④容器对桌面的压强p甲＜p乙A．①②③ B．①②④ C．①③④ D．②③④二．实验探究题（共4小题）14．（2022•立山区一模）在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中（如图所示），小田先用弹簧测力计测出金属块的重力，然后将金属块缓慢浸入液体中不同深度，步骤如图B、C、D、E、F所示（液体均未溢出），并将其示数记录在表中（弹簧测力计的示数为2.7N）。实验步骤BCDEF弹簧测力计示数/N2.22.01.71.71.9（1）小田进行了如图所示的实验：A步骤所示，用弹簧测力计挂着金属块缓慢地浸入液体中不同深度，步骤如图B、C、D、E、F（液体均未溢出），并将其示数记录在上表中；（2）在实验步骤B中金属块所受浮力F浮＝N；（3）分析实验步骤A、B、C、D，可以说明浮力大小跟排开液体的有关；分析实验步骤A、E、F，可以说明浮力大小跟液体的有关；（4）小田用表格中的数据算出了某种液体的密度是kg/m3，金属块a的密度为kg/m3，若将A放至最后一步，则会使得金属块a的密度的测量值（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。15．（2022•新会区模拟）在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，小杰利用弹簧测力计一把、实心圆柱体一个、两个装有适量水和盐水的同样的烧杯等器材，对浸在液体中的圆柱体所受的浮力进行了探究，实验装置和每次实验中弹簧测力计的示数如图所示。请你回答下列问题：①比较图甲、乙可知：乙图中圆柱体受到的浮力的大小为N。②比较图乙、丙，说明浮力的大小与有关。③本实验不仅可以探究浮力的大小跟哪些因素有关，从上面的实验数据还可以求出该实心圆柱体的密度为kg/m3。（已知ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/g）16．（2022•璧山区一模）小楷同学在探究“影响浮力大小的因素”时，做了如图甲所示的实验。请你根据小楷的实验探究回答下列问题：（1）弹簧测力计在使用之前应该在（填“竖直”或“水平”）方向调零；（2）D图中金属块完全浸没在水中时所受浮力F浮＝N；（3）分析实验步骤A、B、C、D，可以说明浮力大小跟排开液体的有关；（4）为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系，可选步骤A和步骤进行分析；（5）小楷算出了某种液体的密度是kg/m3，金属块的密度为kg/m3；（6）完成以上实验后小楷想到一个问题：怎样利用浮力测出比水密度小的物体的密度呢？于是小楷找来实验器材：木块、弹簧测力计（0～5N）、底部固定有滑轮的水槽、细线及足量的水。①如图乙所示，小楷用弹簧测力计测出木块的重力，再用细线绕过滑轮将木块与测力计连接起来，往水槽中倒入适量的水，使木块浸没在水中，木块在水中静止时测力计示数为1.6N。他利用定滑轮改变力的方向的作用，巧妙的得到了木块的密度为kg/m3；②如果考虑木块要吸水（不考虑吸水后木块体积的变化），小楷同学测得的木块密度与真实值相比（填“偏大”“不变”或“偏小”）。17．（2022•长安区二模）如图所示是探究浮力大小与哪些因素有关的实验装置。（1）物块的重力为N，物块完全浸没在水中时受到的浮力是N。（2）由图（1）、（2）、（3）、（4）可得：当液体密度一定时，物体越大，所受浮力越大；（3）由图（1）、（4）、（5）三次实验可得出结论：。（4）如图（6），溢水杯中装满水，电子秤测出空烧杯质量为m1，将物块缓慢浸入水中，测得烧杯和水的总质量为m2，物块浸入水中前后弹簧测力计示数变化为ΔF，若ΔF＝（用已