专题11-1浮力阿基米德原理

第十一课浮力第1节浮力阿基米德原理基础知识过关一、浮力1.定义：一切浸在液体（或气体）中的物体受到竖直向上的力。2.产生原因：浸没在液体（或气体）中的物体，其上、下表面受到液体（或气体）对它的压力不同，压力差即为浮力，F浮=F向上F向下。3.施力物体：液或气体。4.称重法：F浮=GF。5.决定浮力大小的因素：。注意：浸在液体中的物体可能不受浮力。如：物体下表面和容器底部紧密接触的情况。二、阿基米德原理1.内容：浸在液体（或气体）中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体（或气体）所受的重力。2.公式：F浮=G排=m排g=ρ液V排g。注意：①由F浮=ρ液V排g可知：浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关；②阿基米德原理也适用于气体，浸没在气体中的物体受到的浮力大小等于它排开的气体所受到的重力。高频考点过关考点一：浮力产生原因1．（2022•鄂尔多斯）中国桥梁建设水平居于世界领先地位，下列和桥有关的表述中不正确的是（）A．行人对桥的压力是由鞋的形变产生的 B．浸在水中的桥墩受到水的浮力作用 C．行驶在大桥上的汽车以桥为参照物是运动的 D．行驶到桥上最高点的汽车，如果所有力消失，车将做匀速直线运动【答案】B【解答】解：A、行人对桥的压力是由于鞋的形变，要恢复原状而对地面产生的弹力，故A正确；B、浸在水中的桥墩由于底面埋在淤泥下，没有与水接触，因此桥墩没有受到水对其向上的压力，则桥墩不受浮力作用，故B错误；C、以桥为参照物，汽车的位置不断发生变化，所以汽车是运动的，故C正确；D、根据牛顿第一定律可知，行驶到桥上最高点的汽车，如果所受的力全部消失，汽车将做匀速直线运动，故D正确。故选：B。2．（2020•眉山）如图所示，物体悬浮在水中，水对物体向上、向下的压力分别为F2和F1，下列说法正确的是（）A．F1与F2是一对相互作用力 B．F2与F1的差等于物体的重力 C．由于物体静止不动，F1与F2是一对平衡力 D．因为物体上表面距液面的距离大于物体下表面距容器底的距离，所以F1＞F2。【答案】B【解答】解：物体悬浮在水中，物体受到三个力的作用：竖直向下的重力G、竖直向下的压力F1、竖直向上的压力F2；此时物体受力平衡，则：G＝F2﹣F1；根据浮力产生的原因可知，浮力等于物体上下表面的压力差，即浮力为：F2﹣F1，悬浮时，浮力等于重力，则F2与F1的差等于物体的重力；所以液体内部压强的大小与深度有关，深度越深，压强越大，根据F＝pS可知，F2＞F1，所以F1与F2既不是相互作用力，也不是平衡力；综上所述：B正确、ACD错误。故选：B。3．（2020•百色）下列物体中，不受浮力作用的是（）A．在水中下沉的铁块 B．在水中的桥墩 C．浮在水面上的轮船 D．空中上升的气球【答案】B【解答】解：ACD、在水中下沉的铁块、浮在水面上的轮船、空中上升的气球，都受到液体或气体向上的压力，由浮力的产生原因可知，它们都受到浮力作用，故ACD不符合题意；B、桥墩由于底面埋在地下，其底面不与水接触，因此桥墩没有受到水对其向上的压力，则桥墩不受浮力作用，故B符合题意；故选：B。考点二：浮力大小判断4．（2022•巴中）小刚在恒温游泳池中潜水时发现自己吐出的一个气泡在水中上升的过程中不断变大。关于该气泡在水中上升时的变化情况，下列说法正确的是（）A．密度不变，浮力变小 B．密度变小，浮力变大 C．密度和浮力都变小 D．密度和浮力都变大【答案】B【解答】解：该气泡在水中上升时，质量不变，体积变大，根据密度公式ρ＝可知，气体的密度变小；根据公式F浮＝ρ水gV排，ρ水不变，V排变大，则F浮变大，故ACD错误，B正确。故选：B。5．（2021•常州）2021年3月23日，巴拿马籍大型货轮“长赐号”在苏伊士运河搁浅，如图甲所示。28～29日，海水涨潮、运河水位持续上升，28日“长赐号”仍处于搁浅状态，29日“长赐号“脱离运河河底，随着水位上升船身逐渐升高，最终如图乙所示。28～29日，海水涨潮、运河水位持续上升过程中，“长赐号”受到的浮力（）A．一直变大 B．先变大后不变 C．一直不变 D．先不变后变大【答案】B【解答】解：图甲中“长赐号”搁浅时受力平衡，受到三个力的作用：竖直向下的重力、竖直向上的支持力和浮力，则受到的浮力小于重力；随着水位上升，在“长赐号“脱离运河河底漂浮前的过程中，长赐号排开的水的体积逐渐变大，根据阿基米德原理F浮＝ρgV排可知，受到的浮力逐渐变大；图乙中“长赐号“漂浮后，随着水位继续上升的过程中，船身逐渐升高，但排开水的体积不变，受到的浮力不变。故选：B。6．（2021•贵港）2020年11月28日上午8时30分许，随着一阵汽笛声响，在马里亚纳海沟结束科考任务的“探索一号”科考船，搭载成功实现10909米坐底纪录的“奋斗者”号胜利返航。若海水密度为1.03×10³kg/m³，“奋斗者”号在海面下下潜的过程中，下列说法正确的是（）A．“奋斗者”号受到的海水的压强不变，受到的海水的浮力不变 B．“奋斗者”号受到的海水的压强变大，受到的海水的浮力不变 C．“奋斗者”号受到的海水的压强变大，受到的海水的浮力变大 D．“奋斗者”号受到的海水的压强变小，受到的海水的浮力变小【答案】B【解答】解：AB、奋斗者下潜的过程中，所处深度h增大，水的密度ρ水不变，由p＝ρ水gh可知，它受到的压强变大，故B正确，A错误。CD、奋斗者没入海水中后，下潜的过程中，排开海水的体积V排不变，由于水的密度ρ水不变，则根据F浮＝ρ水gV排可知：受到的浮力不变，故CD错误。故选：B。7．（2021•衡阳）甲、乙、丙、丁是四个体积、形状相同而材质不同的小球，把它们放入水中静止后的情况如图所示，则它们在水中所受浮力相等的是（）A．甲和乙 B．乙和丙 C．丙和丁 D．甲和丁【答案】c【解答】解：因为4个小球的体积相等，根据图中的情况可知：4个小球排开水的体积关系为：V甲＜V乙＜V丙＝V丁；小球都浸在水中，根据阿基米德原理F浮＝ρ水V排g可知，丙和丁受到的浮力相等。故ABD错误，C正确。故选：C。8.（2022•岳阳）我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟万米深处多次成功坐底，标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在深水下潜过程中所受水的压强，浮力。（两空均选填“变大”、“变小”或“不变”，潜水器的体积不变）【解答】解：因为液体压强随深度的增加而增大，所以当潜水器完全入水后，随着潜水深度的增大，潜水器底部受到海水的压强将变大。当潜水器完全入水后，随着潜水深度的增大，排开液体的体积不变，根据F浮＝ρ水gV排可知，潜水器受到的浮力不变。故答案为：变大；不变。考点三：对阿基米德原理的理解与运用9．（2022•河池）某同学用石块、细线、弹簧测力计、烧杯、水和食盐等器材，进行如图所示的实验探究。下列说法正确的是（）A．石块在水中受到的浮力方向竖直向下 B．石块在水中受到的浮力大小为1.0N C．石块浸没在水中时，排开水的体积为1.2×10﹣4m3 D．丙图中盐水的密度为1.1×103kg/m3【答案】B【解答】解：A、石块在水中受到的浮力方向是竖直向上的，故A错误；B、由图甲可知，物体的重力G＝2N，由图乙可知，石块浸没在水中时弹簧测力计的示数F＝1N，则石块在水中受到的浮力F浮＝G﹣F＝2N﹣1N＝1N，故B正确；C、根据阿基米德原理F浮＝ρ液gV排可知，石块浸没在水中时，排开水的体积V排＝＝＝1×10﹣4m3，故C错误；D、石块浸没在水中时，石块的体积V石＝V排＝1×10﹣4m3，由图丙可知，石块浸没在盐水中时，弹簧测力计示数F′＝0.8N，则石块浸没在盐水中受到的浮力F浮′＝G﹣F′＝2N﹣0.8N＝1.2N；石块浸没在盐水中，排开盐水的体积等于石块的体积V排′＝V石＝1×10﹣4m3，根据阿基米德原理F浮＝ρ液gV排可知，盐水的密度ρ盐水＝＝＝1.2×103kg/m3，故D错误。故选：B。10．（2021•自贡）将重为7牛的物体放入盛水的容器中，物体漂浮在水面上且溢出3牛的水，物体受到的浮力（）A．一定等于3牛 B．一定等于7牛 C．可能等于3牛 D．可能等于4牛【答案】B【解答】解：物体的重力G＝7N，在水中静止时处于漂浮状态，由物体的浮沉条件可知，物体受到的浮力为：F浮＝G＝7N。故选：B。11．（2020•鄂尔多斯）水平桌面上放置足够高的柱形容器如图甲，容器底部放一个边长为10cm的均匀实心正方体M．现缓慢向容器中注入某液体，M对容器底部的压力随注入液体深度h的变化关系如图乙。则下列说法正确的是（取g＝10N/kg）（）A．M的密度是1.25×103kg/m3 B．注入液体的密度是0.7×103kg/m3 C．当h＝10cm时，M对容器底部的压力是2N D．当h＝10cm时，液体对容器底部的压强是1200Pa【答案】C【解答】解：A、由图乙可知，当注入液体深度h＝0cm，即还没有注入液体时，正方体M对容器底部的压力F压1＝G＝12N，M的质量：m＝＝＝1.2kg，M的体积：V＝（0.1m）3＝0.001m3，正方体M的密度：ρM＝＝＝1.2×103kg/m3，故A错误；B、由图乙可知，当注入液体深度h＝5cm，正方体M对容器底部的压力F压2＝G﹣F浮＝7N，此时M受到的浮力：F浮＝G﹣F压2＝12N﹣7N＝5N，V排＝（0.1m）2×0.05m＝0.0005m3，由F浮＝ρ液V排g可得液体的密度：ρ液＝＝＝1×103kg/m3，故B错误；C、当h＝10cm时，排开水的体积：V排′＝（0.1m）2×0.1m＝0.001m3，受到的浮力：F浮′＝ρ液V排′g＝1×103kg/m3×0.001m3×10N/kg＝10N，M对容器底部的压力：F压3＝G﹣F浮′＝12N﹣10N＝2N，故C正确；D、当h＝10cm＝0.1m时，液体对容器底部的压强：p＝ρ液gh＝1×103kg/m3×0.1m×10N/kg＝1000Pa，故D错误。故选：C。12．（2020•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．FA＜FBpA＜pB C．FA＞FBpA＞pB D．FA＞FBpA＝pB【答案】C【解答】解：由图知，乒乓球在A位置时是浸没，此时V排A＝V球；在B位置时是漂浮，此时V排B＜V球，所以V排A＞V排B，由F浮＝ρ液gV排可知乒乓球受到的浮力FA＞FB；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hA＞hB，根据p＝ρgh可知水对杯底的压强pA＞pB。故选：C。13．（2020•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．构件的密度为3×103kg/m3 C．浮力F1随h变化的图线是图乙中的①图线 D．当构件的下表面距江面4m深时，构件上表面受到江水的压强为4×104Pa【答案】B【解答】解：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；BC、由图可知，构件在浸入水的过程中排开水的体积逐渐变大，所以浮力也逐渐变大，则钢丝绳的拉力F2逐渐减小；当构件浸没后排开水的体积不变，所以浮力不变，钢丝绳的拉力F2也不变，因此反映钢丝绳拉力F2随h变化的图线是①，构件所受浮力随h变化的图线是②，故C错误；由图线知，构件完全淹没时，拉力F2＝1.6×105N，构件体积：V＝l3＝（2m）3＝8m3构件完全淹没时，V排＝V＝8m3，则有F浮＝G﹣F2，即：ρ水gV排＝ρgV﹣F2代入数值可得：1×103kg/m3×10N/kg×8m3＝ρ×10N/kg×8m3﹣1.6×105N则构件的密度为：ρ＝3×103kg/m3，故B正确；D、当构件的下表面距江面4m深时，构件上表面距江面4m﹣2m＝2m，构件上表面受到江水的压强为：p＝ρ水gh＝1×103kg/m3×10N/kg×2m＝2×104Pa，故D错误。故选：B。14．（2022•东营）池塘中有一块体积为450cm3的石头，浸没在水中时受到的浮力为N。（g取10N/kg，ρ水＝1.0×103kg/m3）【解答】解：石头浸没在水中时，排开水的体积等于石头的体积，所以受到的浮力为：F浮＝ρ水gV排＝ρ水gV＝1.0×103kg/m3×10N/kg×450×10﹣6m3＝4.5N。故答案为：4.5。15．（2022•沈阳）充入气体后的飞艇的体积是1500m3。飞艇悬浮在空中时，飞艇总重力和它受到空气的浮力是一对（选填“平衡力”或“相互作用力”）。空气密度按1.3kg/m3计算，飞艇受到空气的浮力大小为N。（g取10N/kg）【解答】解：（1）飞艇悬浮在空中时处于平衡状态，艇总重力和它受到空气的浮力是一对平衡力；（2）飞艇受到空气的浮力：F浮＝ρ空气gV排＝1.3kg/m3×10N/kg×1500m3＝1.95×104N。故答案为：平衡力；1.95×104。16．（2022•辽宁）2022年5月，全球首艘智能型无人系统航母船“珠海云”号（如图所示）在广州下水。“珠海云”号排水量为2000吨，满载时受到的浮力为N，船上的无人机起飞后船身受到的浮力（填“变大”“变小”或“不变”），无人机受到重力的方向。（g取10N/kg）【解答】解：（1）船满载时受到的浮力：F浮＝G排＝m排g＝2000×103kg×10N/kg＝2×107N；（2）船上的无人机起飞后，航母仍处于漂浮状态，浮力仍等于重力，由于重力减小，故船受到的浮力减小；（3）无人机受到的重力的方向总是竖直向下的。故答案为：2×107；变小；竖直向下。17．（2021•福建）如图，将一边长为10cm的正方体木块放入装有某液体的圆柱形容器中。木块静止时露出液面的高度为2cm，液面比放入前升高1cm，容器底部受到液体的压强变化了80Pa，则木块底部受到液体压强为Pa，木块受到的浮力为N。【解答】解：（1）液面比放入前升高1cm，即h＝0.01m，容器底部受到液体的压强变化了80Pa；由p＝ρgh得，液体的密度为：ρ＝＝＝800kg/m3；正方体木块的边长为10cm，木块静止时露出液面的高度为2cm，则木块下表面距水面的距离为：h浸＝10cm﹣2cm＝8cm＝0.08m；则木块底部受到液体压强为p木＝ρgh浸＝800kg/m3×10N/kg×0.08m＝640Pa；（2）木块排开液体的体积为：V排＝0.1m×0.1m×0.08m＝0.0008m3；木块受到的浮力为：F浮＝ρV排g＝800kg/m3×0.0008m3×10N/kg＝6.4N。故答案为：640；6.4。18．（2021•南京）如图所示，在透明密闭正方体塑料盒的上下左右四个面的中心处，挖出四个大小相同的圆孔，在孔的表面分别蒙上相同的橡皮膜a、c、b、d。抓住手柄将塑料盒竖直浸没到水中后静止。（1）通过观察橡皮膜（填字母）的形变可知，液体内部存在向上的压强。（2）支持液体内部同一深度处各个方向压强大小相等的现象是橡皮膜。（3）不断增大塑料盒浸没后的深度，其受到的浮力（选填“变大”“变小”或“不变”）。【解答】解：（1）实验中，我们通过观察橡皮膜的形变来反映液体内部向各个方向都有压强，当橡皮膜c向上凸起时，说明液体内部存在向上的压强；（2）橡皮膜b、d处于水中相同深度处，若橡皮膜b、d的形变程度相同，说明液体内部同一深度处各个方向压强大小相等；（3）不断增大塑料盒浸没后的深度，各橡皮膜受到的压强不断增大，形变程度不断增大，塑料盒的体积不断减小，在水的密度一定时，由公式F浮＝ρ液gV排可知，塑料盒受到的浮力变小。故答案为：（1）c；（2）b、d的形变程度相同；（3）变小。19．（2021•随州）下列甲、乙、丙、丁四幅图是某实验小组利用弹簧测力计、溢水杯、圆柱形物块、小桶和水“探究浸在液体中的物体所受浮力跟它排开液体所受重力的关系”的过程情景，其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4。（1）在实验操作前细心的明天同学指出：在情景甲中存在错误，该错误是溢水杯中水面。（2）纠正错误后，该探究实验的合理顺序为（用甲、乙、丙、丁表示）。（3）在情景乙的测量中，溢水口还在溢水过程中，义正同学便急忙把小杯移开，开始测量小杯和溢出水的总重力，这样会导致测得“排开液体所受重力”（选填“偏小”、“不变”或“偏大”）。（4）在完成实验之后，陶子同学发现实验桌上有一瓶用于测量密度的盐溶液，她思考之后建议：利用浮力来测量该液体的密度，经过组内一番讨论，仅增加了戊图（注意：戊图中是盐水，乙图中是水）所示情景，此时弹簧测力计示数为F5，则待测盐溶液的密度ρ液可表示为ρ水或ρ水，其中X＝（用F1、F5表示）。【解答】解：（1）要想测出物体排开的水的重力，溢水杯内水的液面必须到达溢水杯杯口，若达不到，则测得的排开的液体的重力会变小，故图甲中的错误为溢水杯内水面未到达溢水杯杯口；（2）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；故合理的顺序为丁、甲、乙、丙；（3）在情景乙的测量中，溢水口还在溢水过程中，把小杯移开，开始测量小杯和溢出水的总重力，此时测量的总重力会偏小，即测得“排开液体所受重力”偏小；（4）物体在水中时，根据阿基米德原理可知，物体受到的浮力等于其排开的液体的重力，即：F浮水＝F1﹣F2＝F3﹣F4；物体在液体中时，物体受到的浮力等于其排开的液体的重力，即：F浮液＝F1﹣F5；物体全部浸没在水和液体中时，物体的体积不变，排开的液体的体积是相同的；则：V＝V排水＝＝＝；V＝V排液＝＝；V排水＝V排液，即：＝，解得：ρ液＝ρ水或ρ水，所以X＝F1﹣F5。故答案为：（1）未到达溢水杯杯口；（2）丁、甲、乙、丙；（3）偏小；（4）F1﹣F5。考点四：探究影响浮力大小的因素20.（2022•青岛）小明在厨房帮妈妈煮饺子，发现饺子刚入锅时沉在水底，一段时间后饺子鼓起来，煮熟后漂浮在水面上。小明猜想，物体受到的浮力大小可能与它排开液体的体积有关，于是设计实验进行探究。他把适量砂子装入气球，并充入少量空气，制成一个“饺子”进行了如下实验。实验中充入“饺子”的空气质量忽略不计。（1）如图甲所示，用弹簧测力计测出“饺子”的重力G＝N。（2）如图乙所示，将“饺子”浸入水中，“饺子”沉底，它受到的浮力F乙与其重力G的大小关系为F乙G。（3）用测力计把“饺子”竖直拉离水底，在水中静止，测力计的示数如图丙所示，它受到的浮力F丙＝N。（4）向“饺子”中充入适量空气，体积变大，浸入水中，测力计的示数如图丁所示，此时它受到的浮力为F丁，则F丁与F丙的大小关系为F丁F丙。（5）向“饺子”中充入更多的空气，浸入水中，“饺子”排开水的体积更大，最终漂浮在水面上，如图戊所示。至此，小明验证了自己的猜想，即物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关，且排开液体的体积越大，浮力越。【解答】解：（1）由图甲可知：弹簧测力计的分度值为0.2N，读出“饺子”的重力G＝1.6N；（2）“饺子”沉底，由物体的浮沉条件可知，它受到的浮力F乙与其重力G的大小关系为F乙＜G；（3）由图丙读出F示丙＝1.0N，则F丙＝G﹣F示丙＝1.6N﹣1.0N＝0.6N；（4）由图丁读出F示丁＝0.7N，则F丁＝G﹣F示丁＝1.6N﹣0.7N＝0.9N；由此可知F丁＞F丙；（5）向“饺子”中充入更多的空气，浸入水中，“饺子”排开水的体积更大，浮力增大，由此可知，物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关，液体密度不变时，物体排开液体的体积越大，浮力越大。故答案为：（1）1.6；（2）＜；（3）0.6；（4）＞；（5）大。21．（2022•黔西南州）小明与同学一起利用弹簧测力计、玻璃杯、金属块、水、浓盐水等实验器材，探究浮力的大小与哪些因素有关。他们正确的进行了如图所示的实验操作：实验次数液体种类金属块的重力/N金属块浸入情况金属块在液体中时测力计的示数/N金属块所受浮力/N1——2.7——————2水2.7部分2.00