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文档简介
学而优教有方·第.2阿基米德原理【教学目标】知识与技能:知道阿基米德原理,会用阿基米德原理进行有关的简单计算。过程与方法:经历探究阿基米德原理实验过程,进一步练习使用弹簧测力计测浮力。情感态度与价值观:通过阿基米德原理的探究活动,体会科学探究的乐趣;通过运用阿基米德原理解决实际问题,意识到物理与生活的密切联系。教学重点:阿基米德原理及其探究过程。教学难点:正确理解阿基米德原理的内容。教学方法:观察、讨论、实验探究为主。【学习目标】1.知道浮力的大小跟排开液体所受重力的关系;2.理解阿基米德原理;3.能利用阿基米德原理求浮力、体积、密度。【要点梳理】要点一、浮力的大小探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系(1)实验器材:溢水杯、弹簧测力计、金属块、水、小桶(2)实验步骤:①如图甲所示,用测力计测出金属块的重力;②如图乙所示,把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出这时测力计的示数。同时,用小桶收集物体排开的水;③如图丙所示,测出小桶和物体排开的水所受的总重力;④如图丁所示,测量出小桶所受的重力。⑤把测量的实验数据记录在下面的表格中:次数物体所受的重力/N物体在水中时测力计的读数/N浮力/N小桶和排开的水所受的总重力/N小桶所受的重力/N排开水所受的重力/N123…结论:金属块所受的浮力跟它排开的水所受重力相等。要点二、阿基米德原理1.内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
2.公式:
要点诠释:
①“浸在”包含两种情况:一是物体有一部分浸在液体中,此时;二是物体全部没入液体中,此时。
②“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”,这里要注意浮力本身是力,只能和力相等,很多同学常把这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。力和体积不是同一物理量,不具有可比性;这里所受的重力,不是物体所受的重力,而是被排开液体所受的重力。
③由,可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关,而跟物体本身的体积、密度、形状,与在液体中是否运动,液体的多少等因素无关。
④阿基米德原理也适用于气体。浸没在气体里的物体受到浮力的大小,等于它排开的气体所受的重力。即。
【典型例题】类型一、浮力的大小1.质量相同的实心铁球、铝球和木块,浸在液体中的情况如图所示,则比较它们受到的浮力()
A.铁球受到的浮力最大B.铝球受到的浮力最大C.木块受到的浮力最大D.它们受到的浮力一样大【思路点拨】已知三球的质量相同,根据公式可知,密度越大体积越小,根据阿基米德原理判断受到水的浮力大小关系。【答案】C【解析】∵,∴,∵实心铁球、铝球和木块的质量相同,,∴,由图知,三物体浸没水中,木块排开水的体积最大,∵,
∴木块受到水的浮力最大。【总结升华】本题考查了学生对密度公式、阿基米德原理的掌握和运用,关键是三物体排开水的体积大小的判断。举一反三:
【变式1】夏天人们游泳时,从岸边走向水深处的过程中,他受到的浮力变化情况是()A.浮力增大B.浮力不变C.浮力减小D.先增大后减小【答案】A【变式2】物块重20N,体积为4104m3,将它浸没在盛满水的溢水杯中,从杯中排出的水重为G,此时物块受到的浮力为F,比较它们的大小可知()A.G=FB.G>FC.G<F D.无法判断【答案】A类型二、综合应用2.有一个实心球形物体,用弹簧测力计在空气中称重时,测力计的示数为12N;当把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为5N。把物体从弹簧测力计上取下投入水中静止时,物体受到的浮力是()A.5NB.7NC.12ND.14N【答案】C
【解析】把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为5N,浮力F浮=G-F=12N-5N=7N;根据阿基米德原理F液=ρ水gV排可知,物体全部浸没水中时浮力F′浮=2F浮=2×7N=14N;浮力F浮大于物体的重力G,故物体上浮,直至漂浮,物体此时受到的浮力:F′浮=G=12N。故选C。【总结升华】本题考查了浮力的计算方法(阿基米德原理),涉及到用称重法测量物体受到的浮力,知识点多,要能熟练解答。举一反三:【变式】如图所示,将一边长为10cm的实心正方体木块轻轻放入装满水的溢水杯中。木块静止时,从杯中溢出水的质量为0.6㎏。(g取10N/㎏)
求:(1)木块所受的浮力F浮;
(2)木块排开水的体积V排;
(3)木块下表面所受水的压强P。【答案】6N;6×10-4m3;600Pa3.如图所示,一个重力为8牛的实心金属块,挂在测力计下并浸入煤油中(测力计未画出),当金属块体积的三分之一浸入煤油中静止时,测力计的示数为6牛。若把金属块全部浸入煤油中且未碰到容器底部时,则测力计的示数将变为()A.2牛B.4牛C.6牛D.8牛【思路点拨】(1)金属块所受浮力等于物体在空气中的重力减去在煤油中弹簧秤的拉力(称重法测浮力);
(2)利用阿基米德原理求出金属块排开煤油的体积(金属块的体积),再利用F浮=ρgV排求出金属块全部浸入煤油中时受到的浮力;再利用称重法求得测力计的示数。【答案】A【解析】(1)由图知,金属块受到的浮力:,
(2)∵金属块体积的三分之一浸入煤油中静止:,∴金属块的体积:,
解得:,
当金属块全部浸入煤油中且未碰到容器底部时,
所受浮力为:,则测力计的示数:。【总结升华】本题考查了学生对密度公式、阿基米德原理的掌握和运用,考查了称重法测浮力,关键是利用阿基米德原理求物体的体积,这是本题的难点。举一反三:
【变式】弹簧测力计下挂一个物体,弹簧测力计的示数为G。把物体浸没在水中,弹簧测力计的示数为G/3,则此物体的密度是kg/m3。【答案】1.5×103类型三、实验探究4.在探究有关浮力的实验中:
(1)如图甲所示,小明做了这样一个小实验:在水桶中装多半桶水,用手把空的饮料罐按入水中,体会饮料罐所受浮力及其变化,同时观察水面高度的变化。依据这个小实验,对“浮力的大小与什么因素有关?”这一问题,你做出的猜想是____________________________。
(2)为验证阿基米德原理,实验需要比较的物理量是____________________________。(3)如图是验证阿基米德原理的一个实验过程图,通过图中_____________两个步骤测出了浮力(选填代号即可)。(4)小明同学利用上面实验中的器材和木块,进一步探究了漂浮在水面上的物体所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理。但实验过程中有一个步骤与乙图不同,这个步骤是_____(选填代号即可)【答案】(1)浮力的大小与物体排开液体的体积有关;(2)浮力和物体排开液体的重力;(3)B和C;(4)C【解析】(1)用手把空的饮料罐按入水中,手就会感受到竖直向上的浮力,越往下按,浮力越大;空饮料罐向下按入的过程中,水面会升高,空饮料罐排开水的体积比较大;由此得出猜想:浮力的大小与物体排开液体的体积有关;
(2)浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力,大小等于它排开液体的重力,要验证阿基米德原理就要测量物体受到的浮力和物体排开液体的重力;
(3)先测出物体的重力,然后将物体浸入水中,弹簧测力计的示数就会减小,减小的示数就是物体受到的浮力,根据B和C两个步骤就可以测出浮力;
(4)物体漂浮在水面上,只有部分浸入水中,我们要测量漂浮在木块上的浮力,就要让木块漂浮在水面上,而不是浸没。【总结升华】这是一道实验探究题,阿基米德原理的实验探究是这节的重点内容,需要学生掌握。9.2阿基米德原理练习题一、选择题1.将木块轻轻放入盛满水的容器中,木块漂浮在水面上,溢出的水重0.2N,则木块受到的浮力大小为()A.大于0.2NB.等于0.2NC.小于0.2ND.无法确定2.某同学在实验室里探究“影响浮力大小的因素”的实验,如图是其中的一次实验情景.根据图示可以知道,该同学这次操作的目的是()A.探究物体所受浮力大小与其浸入深度的关系B.说明物体所受浮力的大小跟排开液体的体积大小有关C.探究物体所受浮力大小与液体密度的关系D.验证阿基米德原理F浮=G排3.一个很薄的塑料袋装满水,袋口扎紧后挂在弹簧测力计下,读数是6N,若使塑料袋体积的浸在水中称,弹簧测力计的读数接近于()A.0NB.6NC.4ND.2N4.跳水运动员入水的过程中,他所受浮力F随深度h变化的关系如图所示,其中正确的是()A.B.C.D.5.小华用如图甲所示进行实验“探究影响浮力大小的因素”,A是实心圆柱体,根据数据作出的弹簧测力计示数F与物体浸入水中的深度h的关系图象如图乙,从图乙可知()
A.物体受到的重力为2NB.当物体浸没在水中时受到的浮力为2NC.该物体的密度为1.0×103kg/m3D.浸入液体的物体所受的浮力大小与深度成正比6.小华同学在探究“浮力的大小等于什么(阿基米德原理)”时,做了如图所示的实验,四步实验中弹簧测力计的示数F1.F2.F3.F4之间的大小关系是()
A.F2-F3=F4-F1B.F1=F4
F2=F3C.F1=F2=F3=F4D.上述结论都不正确7.如图所示,悬吊的实心金属球缓慢浸没于倾斜的盛满水的大烧杯中,则从大烧杯溢出流入小烧杯中的水和此金属球的关系,下列说法正确的是()A.两者体积相等,小烧杯中水的质量较小B.两者体积相等,小烧杯中水的质量较大C.金属球受到的浮力小于小烧杯中水的重力D.金属球受到的浮力大于小烧杯中水的重力8.小明是一位物理爱好者,他在学习浮力时,为了探究浮力与物体形状的关系,他设计了如下实验,他先将一橡皮泥捏成锥体,用细线挂在弹簧测力计下并浸没于水中,读出弹簧测力计的示数F1,再将橡皮泥捏成立方体,重复上述过程,并读出示数F2,请你猜想F1与F2的大小关系()A.F1=F2B.F1<F2C.F1>F2D.条件不足,无法判断9.如图,某同学做实验研究物体在水中所受浮力是否与深度有关,他将一块长方体金属块挂在弹簧测力计下,将金属块缓慢浸入水中(水足够深),记录金属块下表面所处的深度h和相应的弹簧测力计示数F,在金属块接触容器底之前,实验数据如下表,则(ρ酒精=0.8×103kg/m3)()h/cm02468101214F/N8.157.657.156.656.156.156.156.15A.由上述实验数据可知金属块在水中所受浮力与金属块在水中的深度有关B.当h是8cm时,金属块受到的浮力是6.15NC.该金属块重2ND.如果将该金属块完全浸没在酒精液体里,则它受到的浮力减小0.4N10.小民在学习浮力时用同一装置做了图所示的实验,目的是()A.探究浮力与物体的质量的关系B.探究浮力与物体的体积的关系C.探究浮力与物体的密度的关系D.探究浮力与物体的深度的关系11.如图,鱼缸中小金鱼吐出的气泡,在水中上升的过程体积逐渐变大,则气泡所受压强和浮力的变化情况是() A.压强变小,浮力变小 B.压强变小,浮力变大 C.压强变大,浮力不变 D.压强不变,浮力不变12.有一个实心球形物体,用弹簧测力计在空气中称重时,测力计的示数为12N;当把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为5N.把物体从弹簧测力计上取下投入水中静止时,物体受到的浮力是() A.5N B.7N C.14N D.12N13.将金属块挂在弹簧测力计下端,先后浸没在水和酒精中,金属块静止时弹簧测力计的示数如图7中甲.乙所示。则下列关于金属块的几个物理量计算正确的是()A.在水中受到的浮力为2NB.质量为3kgC.体积为10cm3D.密度为3.0×103kg/m314.如图所示,将同一个小球分别放入甲.乙.丙三种液体中,静止时小球漂浮在甲液面上,小球悬浮在乙液体里,小球则沉入丙液体的底部,则小球在三种液体中所受浮力的关系,正确的是()A.F甲>F乙>F丙 B.F甲=F乙>F丙C.F甲>F乙=F丙 D.F甲<F乙<F丙15.如图3所示,向盛水的烧杯中陆续加盐,并轻轻搅拌,鸡蛋将()A.下沉,浮力不变B.上浮,浮力不变C.下沉,浮力变小D.上浮,浮力变大二、填空题16.小明在家探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关,如图所示,鸡蛋浸没在水中时,所受到的浮力为_____________N.17.在“探究影响浮力大小的因素”实验中,物体A静止时,弹簧测力计示数分别如图所示,试回答下列问题:
(1)物体A所受浮力大小与_____________和______________有关.(2)物体A浸没在水.盐水中所受浮力大小之比为___________________。.18.如图(甲),逐渐把物块往下放,在物块全部浸没到液体中之前,弹簧测力计的示数是逐渐变小的,这说明物体浸入液体中越多,受到的浮力就__________;当物块全部浸没到液体中后(见图乙),让物块在液体中缓慢地平移或上下移动,弹簧测力计的示数不发生变化,这一现象所说明的问题是:_________________________.19.在探究“阿基米德原理”时,某同学按下图所示的顺序进行实验:(1)你觉得最合理的实验顺序是________________.(2)图乙所示的步骤中.石块部分浸入水中时所受的浮力___________该时刻桶中水所受的重力(填“大于”.“等于”或“小于”)(3)他紧接着探究漂浮物体所受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系,为了完成该实验,他至少还要使用______次弹簧测力计.20.小华同学用一个弹簧测力计.一个金属块.两个相同的烧杯分别装有体积相等的水和煤油.对浸在液体中的物体所受的浮力进行探究.(1)由图的实验过程可知,金属块在煤油中受到的浮力是________N;(2)金属块的体积_____________m3;
(3)三图_________对杯底压强最大.21.小强观察到:两个体积相同的正方体A和B,在水中均漂浮,物块A露出水面的体积较大.于是他认为:物块A所受浮力较大.请你借助弹簧测力计及细线,设计一个简单实验,证明小强的观点是错误的.要求:简述实验步骤.实验现象并简要说明.22.小王同学在游泳时感到水越深,浮力越大.请你设计一个实验说明他的感觉是不科学的.要求写明实验器材.实验步骤.23.如图1所示,在弹簧测力计下挂一圆柱体,从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降,圆柱体浸没后继续下降,直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止,如图2所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计读数F随圆柱体下降高度h变化的图象.根据题目条件,试求下列问题:
(1)圆柱体重力是多少?12当弹簧测力计读数为9N时,受到的浮力是多大?3圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是多大?(2)根据图象BC段,可得出什么结论?(3)根据图象CD段,可得出什么结论?三、解答题24.2014年4月14日,为寻找失联的MH370航班,启用了“蓝鳍金枪鱼﹣21”(简称“金枪鱼”)自主水下航行器进行深海搜寻.其外形与潜艇相似(如图甲所示),相关标准参数为:体积1m3.质量750kg,最大潜水深度4500m,最大航速7.4km/h(不考虑海水密度变化,密度ρ取1.0×103kg/m3,g取10N/kg).(1)假设“金枪鱼”上有面积为20cm2的探测窗口,当它由海水中2000m处下潜至最大潜水深度处,问该探测窗口承受海水的压力增加了多少?(2)“金枪鱼”搜寻任务完成后,变为自重时恰能静止漂浮在海面上,此时露出海面体积为多大?(3)若上述漂浮在海面的“金枪鱼”,由起重装置将其匀速竖直吊离海面.起重装置拉力的功率随时间变化的图象如图乙所示,图中P3=3P1.求t1时刻起重装置对“金枪鱼”的拉力(不考虑水的阻力).25.一个圆柱形容器的底面积是10dm2,装入一定量的水.现将一个方木块放入容器中,木块漂浮在水面上,水未溢出,木块浸入水中的体积是6dm3,这时水的深度为8dm.(g取10N/kg,p水=1.0×103kg/m3)求:(1)木块受到的浮力是多大?(2)放入木块后,容器底部受到水的压力是多大?浮力大小与物体浸没的深度无关 参考答案及解析一、选择题1.将木块轻轻放入盛满水的容器中,木块漂浮在水面上,溢出的水重0.2N,则木块受到的浮力大小为()A.大于0.2NB.等于0.2NC.小于0.2ND.无法确定答案:B知识点:阿基米德原理解析:解答:容器盛满水,所以木块排开的水与溢出的水相同,其重力为0.2N,根据阿基米德原理,浮力就等于它排开的水的重力,因此,浮力也等于0.2N.故选B.分析:因为容器盛满水,因此,木块排开水的重力就是溢出的水重,再根据阿基米德原理可判断其浮力的大小.2.某同学在实验室里探究“影响浮力大小的因素”的实验,如图是其中的一次实验情景.根据图示可以知道,该同学这次操作的目的是()A.探究物体所受浮力大小与其浸入深度的关系B.说明物体所受浮力的大小跟排开液体的体积大小有关C.探究物体所受浮力大小与液体密度的关系D.验证阿基米德原理F浮=G排答案:C知识点:探究浮力大小的实验解析:解答:根据图示可以知道A物体都完全浸没在液体中,所以排开的液体体积相同,而一种液体是水.另一种是盐水,两个液体的密度不同,它们所受的浮力不同,所以该同学这次操作的目的是:探究物体所受浮力大小与液体的密度的关系.
故选C.分析:浮力的大小等于排开液体的重力,它与液体的密度及排开液体的体积有关.通过实验操作图示,根据控制变量法,找出相同量和不同量,即可知道研究的目的.3.一个很薄的塑料袋装满水,袋口扎紧后挂在弹簧测力计下,读数是6N,若使塑料袋体积的浸在水中称,弹簧测力计的读数接近于()A.0NB.6NC.4ND.2N答案:D知识点:阿基米德原理解析:解答:6N水的体积是:水的体积浸入水中,受到的浮力是:F浮=ρgV排=1.0×103kg/m3×9.8N/kg××6×10-4m3=4N.所以弹簧测力计的示数为F=G-F浮=6N-4N=2N.
故选D.分析:首先求出6N水的体积,再根据阿基米德原理求出塑料袋浸入水时受到的浮力,然后根据F=G-F浮求出弹簧测力计的示数.4.跳水运动员入水的过程中,他所受浮力F随深度h变化的关系如图所示,其中正确的是()A.B.C.D.答案:A知识点:阿基米德原理解析:解答:在运动员入水的过程中,排开水的体积V排先增大后不变,∵F浮=ρ水gV排,∴运动员受到的浮力先增大.后不变.故选A.分析:分两个过程分析:①全浸入水之前:运动员排开水的体积逐渐变大,根据阿基米德原理分析受到的浮力变化情况;②全浸入水之后:运动员排开水的体积不变,根据阿基米德原理分析受到的浮力变化情况.5.小华用如图甲所示进行实验“探究影响浮力大小的因素”,A是实心圆柱体,根据数据作出的弹簧测力计示数F与物体浸入水中的深度h的关系图象如图乙,从图乙可知()
A.物体受到的重力为2NB.当物体浸没在水中时受到的浮力为2NC.该物体的密度为1.0×103kg/m3D.浸入液体的物体所受的浮力大小与深度成正比答案:B知识点:阿基米德原理解析:解答:A.由图示图象可知,物体没有浸入液体时测力计示数为4N,则物体重力:G=4N,故A错误;B.由图示图象可知,物体完全浸没在水中时受到的浮力:F浮=G-F=4N-2N=2N,故B正确;C.由浮力公式:F浮=ρgV排可知,物体的体积:V=V排==2×10-4m3,由G=mg可知,物体的质量:m==0.4kg,物体的密度:ρ物体==2×103kg/m3,故C错误;D.由图示图象可知,物体没有完全浸没在液体中前受到的浮力与物体浸入液体的深度成正比,物体完全进入液体后受到的浮力不变,故D错误;故选B.分析:根据图示图象可知:物体没有浸入液体时测力计的示数为物体的重力;物体的重力与测力计示数之差是物体受到的浮力;根据物体受到的浮力,应用浮力公式可以求出物体的密度.6.小华同学在探究“浮力的大小等于什么(阿基米德原理)”时,做了如图所示的实验,四步实验中弹簧测力计的示数F1.F2.F3.F4之间的大小关系是()
A.F2-F3=F4-F1B.F1=F4
F2=F3C.F1=F2=F3=F4D.上述结论都不正确答案:A知识点:阿基米德原理解析:解答:A.石块浸在水中,石块受到浮力作用,受到的浮力为F2-F3,石块浸在在水中,有F4-F1的水排出盛满水的烧杯.根据浸在液体中的物体受到向上的浮力作用,浮力大小等于物体排开液体受到的重力.所以F2-F3=F4-F1.选项正确.B.C.空桶中流入了水,空桶和水的重一定大于空桶的重,故F1<F4.石块浸在水中受到水的浮力作用,故F2>F3.选项B和C错误.D.由于选项A正确,所以选项D错误.故选A.分析:根据阿基米德原理进行判断:浸在液体中的物体受到向上的浮力作用,浮力大小等于物体排开液体受到的重力.7.如图所示,悬吊的实心金属球缓慢浸没于倾斜的盛满水的大烧杯中,则从大烧杯溢出流入小烧杯中的水和此金属球的关系,下列说法正确的是()A.两者体积相等,小烧杯中水的质量较小B.两者体积相等,小烧杯中水的质量较大C.金属球受到的浮力小于小烧杯中水的重力D.金属球受到的浮力大于小烧杯中水的重力答案:A知识点:阿基米德原理解析:解答:(1)实心金属球浸没在水中,金属球的体积等于排开水的体积,所以金属球的体积等于溢出水的体积.金属球和溢出水的体积相等,实心金属球的密度大于水的密度,根据m=ρV,所以金属球的质量大于溢出水的质量.(2)金属球浸没在水中,金属球受到的浮力等于金属球排开水的重力,所以金属球受到的浮力等于小烧杯中水的重力.故选A.分析:(1)大烧杯内盛满水,当实心金属球浸没在水中时,盛满水的大烧杯中的水溢出,溢出水的体积等于金属块的体积.根据m=ρV,判断金属球和溢出水质量的大小.(2)根据阿基米德原理,浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力作用,浮力大小等于物体排开液体的重力.8.小明是一位物理爱好者,他在学习浮力时,为了探究浮力与物体形状的关系,他设计了如下实验,他先将一橡皮泥捏成锥体,用细线挂在弹簧测力计下并浸没于水中,读出弹簧测力计的示数F1,再将橡皮泥捏成立方体,重复上述过程,并读出示数F2,请你猜想F1与F2的大小关系()A.F1=F2B.F1<F2C.F1>F2D.条件不足,无法判断答案:A知识点:阿基米德原理解析:解答:探究浮力与物体形状的关系,需控制液体密度和排开液体的体积不变,所以要将橡皮泥浸没在水中,改变橡皮泥的形状,分别记下测力计的示数;比较两次测力计的示数,若相等,则与形状无关,若不相等,则与形状有关.实验证明:物体所受的浮力与物体形状无关.故选A.分析:根据F浮=ρ液gV排,所以要探究浮力与物体的形状的关系,需控制“液体密度”和“被物体排开的液体体积(物体体积)”两个因素不变,只改变橡皮泥的形状,根据F浮=G-F求出橡皮泥在不同形状下所受到的浮力,若浮力是相等的,说明浮力的大小和物体形状无关;若浮力不相等,说明浮力的大小和物体形状有关.9.如图,某同学做实验研究物体在水中所受浮力是否与深度有关,他将一块长方体金属块挂在弹簧测力计下,将金属块缓慢浸入水中(水足够深),记录金属块下表面所处的深度h和相应的弹簧测力计示数F,在金属块接触容器底之前,实验数据如下表,则(ρ酒精=0.8×103kg/m3)()h/cm02468101214F/N8.157.657.156.656.156.156.156.15A.由上述实验数据可知金属块在水中所受浮力与金属块在水中的深度有关B.当h是8cm时,金属块受到的浮力是6.15NC.该金属块重2ND.如果将该金属块完全浸没在酒精液体里,则它受到的浮力减小0.4N答案:D知识点:阿基米德原理解析:解答:A.分析表格中的数据可知,当h为0到6cm时,金属块排开水的体积逐渐增大,因此,弹簧测力计的示数逐渐减小,而我们要研究金属块所受浮力与其浸没深度的关系,应选择在金属块完全浸没时,只改变深度的大小,故应比较6cm-14cm时弹簧测力计的示数.从表中可以看出,在这一过程中,深度增大,弹簧测力计的示数不变,即浮力不变,故二者是无关的,故A错误;
B.该金属块的重力就是表中h=0时,测力计示数F的大小,即G=8.15N.当h为8cm时,F=6.15N,∴浮力F浮=G-F拉=8.15N-6.15N=2N,即当h是8cm时,金属块受到的浮力是2N,故B错误;
C.由B分析可知,金属块的重力是8.15N,故C错误;
D.∵F浮=ρ水gV排,∴金属块的体积金属块完全浸没在酒精中时受到的浮力F浮′=ρ酒精gV=0.8×103kg/m3×10N/kg×2×10-4m3=1.6N,如果将该金属块完全浸没在酒精液体里,则它受到的浮力减小F浮-F浮′=2N-1.6N=0.4N,故D正确;
故选D.分析:(1)如果单独研究浮力大小与金属块在水中的深度的关系,应保证金属块排开水的体积相同,即完全浸没才行,因此,应分析表中h≥6cm时的数据;
(2)金属块的重就是h为0时弹簧测力计的示数,从表中第一列数据可以读出;读出h是8cm时拉力F的大小,利用称重法的表达式可求出浮力的大小;
(3)根据金属块在水中受到的浮力,可求出金属块排开水的体积,即金属块的体积,再利用公式F浮=ρgV排,可求出金属块浸没在酒精里时受到的浮力,然后求出金属块在水与酒精中所示浮力的差值.10.小民在学习浮力时用同一装置做了图所示的实验,目的是()A.探究浮力与物体的质量的关系B.探究浮力与物体的体积的关系C.探究浮力与物体的密度的关系D.探究浮力与物体的深度的关系答案:D知识点:阿基米德原理解析:解答:由图可知,物体所处的深度不同,弹簧测力计的示数不变,从而推知物体的体积和液体的密度应相同,是探究浮力与物体的深度的关系.故选D.分析:分析三幅图中相同的量和不同的量得出实验探究的目的.11.如图,鱼缸中小金鱼吐出的气泡,在水中上升的过程体积逐渐变大,则气泡所受压强和浮力的变化情况是() A.压强变小,浮力变小 B.压强变小,浮力变大 C.压强变大,浮力不变 D.压强不变,浮力不变答案:B知识点:阿基米德原理解析:解答:气泡在上升过程中,体积会逐渐变大,所处的深度变小,∵p=ρgh,∴气泡受到的压强在不断减小;∵F浮=ρgV排,气泡排开液体的体积变大,∴气泡受到的浮力在不断变大.故选B.分析:气泡在上升过程中,体积会逐渐变大即排开液体的体积变大,所处的深度变小;根据公式p=ρgh可知气泡所受压强的变化,根据公式F浮=ρgV排可知气泡所受浮力的大小变化.12.有一个实心球形物体,用弹簧测力计在空气中称重时,测力计的示数为12N;当把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为5N.把物体从弹簧测力计上取下投入水中静止时,物体受到的浮力是() A.5N B.7N C.14N D.12N答案:D知识点:阿基米德原理解析:解答:把物体一半体积浸入水中时,测力计的示数为5N,浮力F浮=G﹣F=12N﹣5N=7N;根据阿基米德原理F液=ρ水gV排可知,物体全部浸没水中时浮力F’浮=2F浮=2×7N=14N;浮力F浮大于物体的重力G,故物体上浮,直至漂浮,物体此时受到的浮力:F’’浮=G=12N.故选:D.分析:本题考查了浮力的计算方法(漂浮条件.阿基米德原理),涉及到用称重法测量物体受到的浮力,知识点多,要能熟练解答13.将金属块挂在弹簧测力计下端,先后浸没在水和酒精中,金属块静止时弹簧测力计的示数如图7中甲.乙所示。则下列关于金属块的几个物理量计算正确的是()A.在水中受到的浮力为2NB.质量为3kgC.体积为10cm3D.密度为3.0×103kg/m3答案:D知识点:阿基米德原理解析:解答:A.图甲的求数为2N,是金属块的重力和所受水对它的浮力的差值,而非水中所受浮力,故A错;根据题甲乙图可得F’水=2N,F’酒精=2.2N,对甲乙两图中的金属块受力分析可得两式:①G=F’水+F水和②G=F’酒精+F酒精;两式相减可得F水-F酒精=0.2N,由此事可得:V=V排==10-4m3(可知C错).由①式可得:G=F’水+F水=F’水+ρ水gV排=3N,则m=G/g=0.3Kg(可知B错).根据密度公式:ρ物==3×103Kg/m3(可知D正确).分析:此题要求熟知称重法测浮力的道理,熟练运用阿基米德原理进行计算,同时要根据物理的受力分析,找出平衡状态下的力之间的关系,列出方程式,求出相关物理量.14.如图所示,将同一个小球分别放入甲.乙.丙三种液体中,静止时小球漂浮在甲液面上,小球悬浮在乙液体里,小球则沉入丙液体的底部,则小球在三种液体中所受浮力的关系,正确的是() A.F甲>F乙>F丙 B.F甲=F乙>F丙 C.F甲>F乙=F丙 D.F甲<F乙<F丙答案:B知识点:阿基米德原理解析:解答:∵甲球漂浮,∴F浮甲=G甲,∵乙球悬浮,∴F浮乙=G乙,∵丙球下沉,∴F浮丙<G丙.由题,三球的质量相等,所以三球重力相等,即G甲=G乙=G丙,∴F甲=F乙>F丙.故选B分析:知道甲球漂浮.乙球悬浮.C丙球沉底(三球的质量相等.重力相等),根据物体的浮沉条件判断三球受到的浮力大小关系;由甲乙丙三个球排开水的体积大小关系,利用阿基米德原理的推导公式F浮=ρ水v排g比较受浮力的大小关系.15.如图3所示,向盛水的烧杯中陆续加盐,并轻轻搅拌,鸡蛋将()A.下沉,浮力不变B.上浮,浮力不变C.下沉,浮力变小D.上浮,浮力变大答案:D知识点:阿基米德原理探究浮力大小的实验解析:解答:本题考查的是物体的浮沉条件和阿基米德原理.盛水的烧杯中加入盐,导致水的密度变大,当鸡蛋的密度小于盐水的密度时,鸡蛋将会逐渐上浮.原来在水中沉底时,F浮<G,逐渐上浮时,F浮<G,鸡蛋的重力不变,因此浮力变大,故本题答案选D.分析:根据阿基米德原理可知,影响浮力大小的因素是排开液体的体积和液体的密度,本题中排开的体积无法改变,但通过加盐的方式改变了液体的密度,增大了液体对鸡蛋的浮力大小,使之符合上浮的条件.二、填空题16.小明在家探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关,如图所示,鸡蛋浸没在水中时,所受到的浮力为N.答案:0.5知识点:阿基米德原理解析:解答:由图可知,G=0.6N,F′=0.1N,鸡蛋浸没在水中时,所受到的浮力:F浮=G-F′=0.6N-0.1N=0.5N;分析:由图可知鸡蛋的重力和浸没水中时弹簧测力计的示数,根据称重法求出鸡蛋浸没在水中时受到的浮力17.在“探究影响浮力大小的因素”实验中,物体A静止时,弹簧测力计示数分别如图所示,试回答下列问题:
(1)物体A所受浮力大小与和有关.答案:物体排开液体的体积|液体的密度;(2)物体A浸没在水.盐水中所受浮力大小之比为.答案:5:6知识点:阿基米德原理解析:解答:(1)由前三幅图示实验可知,当物体A浸入同种液体水中时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越大,由此可知,物体受到的浮力与物体排开液体的体积有关;由第1.第3.第4幅图示实验可知,当物体排开液体的体积相同而液体密度不同时,物体受到的浮力不同,由此可知,物体受到的浮力与物体排开液体的密度有关.(2)由图示实验可知,物体A浸没在水中时受到的浮力:F浮水=G-F水=10N-7N=3N,物体A浸没在盐水中时受到的浮力:F浮盐水=G-F盐水=10N-6.4N=3.6N,浮力之比:F浮水:F浮盐水=3N:3.6N=5:6;故答案为:(1)物体排开液体的体积;液体的密度;(2)5:6.分析:(1)分析图示实验,根据实验控制的变量与实验现象得出实验结论.(2)物体浸入液体时受到的浮力等于物体的重力与测力计示数之差.18.如图(甲),逐渐把物块往下放,在物块全部浸没到液体中之前,弹簧测力计的示数是逐渐变小的,这说明物体浸入液体中越多,受到的浮力就;当物块全部浸没到液体中后(见图乙),让物块在液体中缓慢地平移或上下移动,弹簧测力计的示数不发生变化,这一现象所说明的问题是:.答案:越大|浸没在液体中的物体,受到的浮力大小与所处的位置无关知识点:阿基米德原理解析:解答:(1)图甲,物体没入水中之前,受到重力.浮力.拉力,满足F浮+F拉=G,其中G不变,F拉逐渐减小,F浮会逐渐变大.
故答案为:越大.
(2)图乙,让物块在液体中缓慢地平移或上下移动,弹簧测力计的示数不发生变化,也就说明拉力不变,重力不变,故浮力不会变化,浮力与物体在液体中的位置无关.
故答案为:浸没在液体中的物体,受到的浮力大小与所处的位置无关.分析:物体没入水中时,弹簧测力计示数会变小,变小的值就等于物体在水中受到的浮力.19.在探究“阿基米德原理”时,某同学按下图所示的顺序进行实验:(1)你觉得最合理的实验顺序是.答案:丁甲乙丙(2)图乙所示的步骤中.石块部分浸入水中时所受的浮力该时刻桶中水所受的重力(填“大于”.“等于”或“小于”)答案:等于(3)他紧接着探究漂浮物体所受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系,为了完成该实验,他至少还要使用次弹簧测力计.答案:2知识点:阿基米德原理解析:解答:(1)合理的实验顺序是:
丁.测出空桶所受的重力;
甲.测出实心合金块所受的重力;
乙.把合金块浸没在装满水的溢水杯中,测出合金块所受的浮力,收集合金块排开的水;
丙.测出桶和排开的水所受的重力.
故答案为:丁甲乙丙.
(2)结合阿基米德原理可知,浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于它排开液体所受的重力.
故答案为:等于.
(3)要探究漂浮物体受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系,按照(1)中实验步骤进行,只是空桶的重力不需要测量,因此需要使用弹簧测力计2次.
故答案为:2.分析:(1)要先测石块的重力和空桶的重力,然后再把石块没入水中,测出石块受到的拉力,根据称重法求出浮力;最后再测出桶和溢出水的重力得出排开水的重力;(2)根据阿基米德原理,浸在液体中的物体受到的浮力等于排开的液体受到的重力;(3)探究漂浮物体所受浮力的大小与排开水所受重力的大小的关系,按照(1)中实验步骤进行.20.小华同学用一个弹簧测力计.一个金属块.两个相同的烧杯分别装有体积相等的水和煤油.对浸在液体中的物体所受的浮力进行探究.(1)由图的实验过程可知,金属块在煤油中受到的浮力是N;答案:2.4(2)金属块的体积为m3;答案:3.1×10-4;
(3)三图中对杯底压强最大.答案:第三幅图.知识点:阿基米德原理解析:解答:(1)由图得知,物体的重力G=10N,在煤油中弹簧测力计的拉力F拉=7.6N,所以,金属块在煤油中所受的浮力F浮=G-F拉=10N-7.6N=2.4N;(2)在水中弹簧测力计的拉力F拉′=7N,所以,金属块在水中所受的浮力F浮′=G-F拉′=10N-7N=3N,∵F浮=ρ水gV排∴金属块的体积V=V排=≈3.1×10-4m3;(3)第二.三幅图中放入了金属块,液面会升高,所以第二.三福图中液体对容器底的压强会比第一幅图压强大;放入金属块后,金属块排开水和煤油的体积是相同的,因为烧杯的底面积相同,所以液面升高的高度也相同,即放入金属块后第二.三图中两液面的高度仍是相同的,根据p=ρgh可知,液体的深度相同,液体密度越大,压强越大,水的密度大于煤油的密度,所以放水的第三幅图中液体对杯底的压强最大.故答案为:(1)2.4;(2)3.1×10-4;(3)第三幅图.分析(1)根据F浮=G-F拉求出在煤油中受的浮力大小;(2)根据F浮=G-F拉求出在水中受的浮力大小,再根据F浮=ρ水gV排求出金属块排开水的体积,即为金属块的体积;(3)两个相同的烧杯分别装有体积相等的水和煤油,所以水和煤油一开始的深度是相同的,但是放入金属块后,排开水和煤油的体积是相同的,所以液面升高的高度也相同,即放入金属块后两液面的高度仍是相同的,根据p=ρgh分析压强的大小关系.21.小强观察到:两个体积相同的正方体A和B,在水中均漂浮,物块A露出水面的体积较大.于是他认为:物块A所受浮力较大.请你借助弹簧测力计及细线,设计一个简单实验,证明小强的观点是错误的.要求:简述实验步骤.实验现象并简要说明.答案:步骤:
a.用弹簧测力计分别测出A.B的重力GA.GB;
b.比较A.B的重力大小;
现象:GA<GB,说明F浮A<F浮B,故小强的观点错误.知识点:阿基米德原理解析:解答:物体A.B均漂浮在水面上,所以F浮A=GA,F浮B=GB,测出物体A.B的重力比较便可得出浮力的大小关系.步骤:a.用弹簧测力计分别测出A.B的重力GA.GB;b.比较A.B的重力大小;现象:GA<GB,说明F浮A<F浮B,故小强的观点错误.分析根据漂浮时,浮力与重力相等的特点进行分析,根据题目要求只要能够判断出A所受的浮力大小关系即可.22.小王同学在游泳时感到水越深,浮力越大.请你设计一个实验说明他的感觉是不科学的.要求写明实验器材.实验步骤.答案:实验器材:弹簧测力计.石块.细线.烧杯.水.
实验步骤:把石块栓到细线上,把细线绑在弹簧测力计上,让石块完全浸没在水中,并上下移动,发现弹簧测力计的示数不变,则说明浮力的大小与石块浸没的深度无关.知识点:阿基米德原理解析:解答:实验器材:弹簧测力计.石块.细线.烧杯.水.
实验步骤:把石块栓到细线上,把细线绑在弹簧测力计上,让石块完全浸没在水中,并上下移动,发现弹簧测力计的示数不变,则说明浮力的大小与石块浸没的深度无关.分析:浮力大小和液体密度.浸在液体中的体积大小有关,实验中需要用到控制变量法.23.如图1所示,在弹簧测力计下挂一圆柱体,从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降,圆柱体浸没后继续下降,直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止,如图2所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计读数F随圆柱体下降高度h变化的图象.根据题目条件,试求下列问题:
(1)圆柱体重力是多少?当弹簧测力计读数为9N时,受到的浮力是多大?圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是多大?答案:分析图象可知,圆柱体重力是12N;当弹簧测力计读数为9N时,受到的浮力是3N;圆柱体浸没在水中时,受到的浮力是4N;(2)根据图象BC段,可得出什么结论?答案:分析图象BC段,可得结论:物体浸没液体之前,浸入液体的深度越深,受到的浮力越大;(3)根据图象CD段,可得出什么结论?答案:分析图象CD段,可得结论:浮力大小与物体浸没的深度无关.知识点:阿基米德原理解析:解答:(1)由图象可知,当h=0时,弹簧测力计示数为12N,此时圆柱体在空气中,根据二力平衡条件可知,G=F示=12N;当弹簧测力计读数为9N时,受到的浮力是F浮=G-F=12N-9N=3N;由CD段知,当物体完全浸没时测力计的示数为4N,则F浮′=G-F′=12N-4N=8N;(2)从h=7cm开始,弹簧测力计示数不变,说明此时圆柱体已经浸没在水中,对圆柱体受力分析可知,F浮=G-F示=12N-4N=8N,故B正确;(2)分析图象BC段,物体完全浸没前,物体在液体中的深度逐渐增加,测力计读数在减小,说明受到的浮力增大.
(3)分析CD,物体完全浸没,浸没的深度变化,测力计的示数不变,可知浮力大小不变,可得浮力大小与物体浸没的深度无关.
故答案为:(1)12;3;4;(2)大;(3)浮力大小与
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