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文档简介
专题11浮力基础
密度计的工作原理是什么?
【方法技巧】密度计是用来测定液体密度的仪器,它是根据物体漂浮时浮力等于物体自身重力(尸浮=G)
这一原理而制成的。密度计在任何液体里都呈漂浮状态,据浮力公式,尸浮=;>液8%排=6计,显然〃浪大
时,厂排小,密度计露出部分大,反之〃液小时,k排大,密度计露出部分就小。因此密度计的刻度是不均
匀的,下密上疏,刻度值是自上而下增加的,密度计上的数值表示待测液体的密度是水密度的倍数。如
“0.8”表示该液体密度是O.8xlO3kg/m3。
【典例剖析】如图所示,在制作简易密度计的活动中。
(1)在制作简易密度计时选择一根饮料吸管,在其下端加适当的配重,并将这一端封闭,是为了使吸管
能漂浮在液体中;
(2)测出吸管漂浮在水中时,浸入水中的深度X,水的密度用p次表示;若漂浮在其他液体中时,浸入液
体的深度为〃,则该液体的密度的表达式°行_______;
(3)在使用简易密度计测量可乐的密度时,发现其浸入可乐中后,会有部分气泡附着在吸管下端,此时
测出的可乐密度将(填“偏大”、“偏小”或“无影响”);
(4)正确测量出可乐密度后,发现水与可乐密度所对刻度线距离太小,不易观察。如果想让简易密度计
上两条刻度线之间的距离大一些,测量结果更精确,请你提出一条合理的改进措施:o
H
--P/k
【答案】竖直h偏大选择更细的吸管
【解析】
(1)[1]在制作简易密度计时选择一根饮料吸管,在其下端加适当的配重,并将这一端封闭,可以使吸管
的重心降低,从而使吸管能竖直漂浮在液体中。
(2)[2]设吸管的横截面积为S,由题意可知,吸管排开水的体积为
V排犷SH
因吸管漂浮在水中,故由物体的浮沉条件可得
F浮,次=G=G排犷m排水Qp水V排水g=p水SHg
当吸管漂浮在其它液体中时,所受浮力仍等于重力不变,故可得
F浮忙G=F浮犷G排液=p水SHg=p液Shg
解得液体的密度为
H
夕液齐了夕
(3)[3]在使用简易密度计测量可乐的密度时,发现其浸入可乐中后,会有部分气泡附着在吸管下端,则
—_H_P
此时测得的吸管排开可乐的体积会偏大,即浸入可乐的深度〃会偏小,故由液水可得,此时测出的
可乐密度将偏大。
(4)[4]由A%可知,在吸管排开液体的体积不变时,吸管的横截面积越小,两条刻度线之间的距离
A力就越大,故想要使密度计的测量结果更精确,应选择更细的吸管。
如何定性比较浮力的大小?
【方法技巧】方法一:若已知液体密度及排开液体的体积关系,用阿基米德原理判断。
方法二:若已知不同物体的质量或重力大小关系,并明确物体的浮沉状态,通过比较浮力与重力的大小判
断。
注意:挖掘题意中的隐含条件,若已知不同物体的体积相同,则用阿基米德原理判断;若已知不同物体的
质量相等,则用浮沉条件判断。
【典例剖析】
1.如图是小明在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验①②和③中,弹簧测力计的示
数分别为2.2N、1.4N和1.5N,下列说法错误的是()
①②③
A.物体A的密度为2.75xl03kg/m3
B.实验中酒精的密度是0.875g/cm3
C.实验②中物体A上下表面受到水施加的压力差为1.4N
D.实验③物体A全部没入酒精中后烧杯底部所受的压力增大了0.7N
【答案】C
【解析】
A.实验①、②中,弹簧测力计的示数分别为2.2N、1.4N,物体在水中受到的浮力为
7^=G-F=2.2N-1.4N=0.8N
根据阿基米德原理4斤°g。知,物体的体积为
___________0.8N___________=8x10一5m3
1.0xl03kg/m3xl0N/kg
根据G=,〃g知,物体A的质量为
G2.2N
=0.22kg
J-ION/kg
物体A的密度为
m0.22kg
=2.75xl03kg/m3
F-8X10-5m3
故A正确,不符合题意;
B.物体在酒精中受到的浮力为
瑁=G-尸'=2.2N—1.5N=0.7N
由阿基米德原理七斤"g小知,酒精的密度为
耳孚0.7N
=0.875xIf13kg/m3=0.875g/cm3
~gV^-10N/kgx8xl0-5m3
故B正确,不符合题意;
C.浮力产生的原因为上下表面受到水施加的压力差,由A知实验②中物体A受到的浮力为0.8N,所以
实验②中物体A上下表面受到水施加的压力差为0.8N,故C错误,符合题意;
D.由A知实验③物体A全部没入酒精中受到的浮力为0.7N,即水给物体A向上的浮力,根据力的作用
是相互的可知,物体也会给水向下的压力,所以烧杯中的酒精对烧杯底部增大的压力
==G-F'=0.7N
故D正确,不符合题意。
故选C。
2.在水平桌面上的两个完全相同的甲、乙容器中,装有一定量的水。向其中分别投放由不同材料制成的
体积相等的小球A、B,稳定后两容器中水面高度相同,如图所示。则下列说法正确的是()
甲乙
A.小球A的密度小于小球B的密度
B.小球A所受的浮力等于小球B所受的浮力
C.放入小球前,甲容器对桌面的压强小于乙容器对桌面的压强
D.放人小球后,甲容器底部受到水的压力大于乙容器底部受到水的压力
【答案】A
【解析】
A.小球A在水中是漂浮的,说明4<°水;小球B在水中是悬浮的,说明/=夕水,所以。A<PB,故A
正确;
B,由图得,%排<'B,根据/=「波等"可知,/A<4?B,故B错误;
C.放入小球前,容器内水的体积为
—
故嗫甲祓,由〃?二夕修可知,放入小球前,容器内水的质量关系为,加前甲血机;容器对桌面的压强为
:G容,限“mg
S容容S
而甲乙容器完全相同,故0前甲进,故C错误;
D.放人小球后,两容器中水面高度相同,根据。=Qg〃可得,甲乙容器底部受到的压强相等,由于甲乙容
器完全相同,底面积也相同,根据尸=〃S可得,甲乙容器底部受到水的压力大小相等,故D错误。
故选Ao
三.如何判断物体的浮沉?
【方法技巧】方法一:比较物体的重力与所受浮力的大小关系。利用阿基米德原理先求出物体完全浸没时
受到的浮力大小,然后与物重比较。
方法二:比较物体密度与液体密度的大小关系。利用密度公式先求出实心物体(若是空心物体可假设为实
心)的密度,然后与液体密度比较。
【典例剖析】
1.如图所示,两个完全相同的容器甲、乙,左为甲,右为乙。原来都装有同样多的水,放置在水平桌面
上,将体积相等的不同物体A、B放入甲乙中,如图所示,A处于漂浮状态,B处于悬浮状态。下列判断
不正确的是()
A.A物体的密度小于B物体的密度
B.A物体的浮力小于B物体的浮力
C.甲乙中水对容器底的压强相等
D.甲对桌面的压强小于乙对桌面的压强
【答案】C
【解析】
A.因A漂浮,B悬浮,根据物体沉浮条件可知
PA<0k
0B=P*
所以
PA<PB
故A正确,A不符合题意;
B.已知A、B体积相等,由图可知
以排〈以
*=除
所以
以排出及
由于A、B都是放入水中,所以根据心标°g七可知
F浮4<4孚B
故B正确,B不符合题意;
C.由于甲、乙都装有同样多的水,/排筋%,则甲容器水上升的高度小于乙容器上升的高度,由
P=P液g'可知,两容器中水对底部的压强关系两云P,故C错误,C符合题意;
D.因必<必,且两物体的体积相同,则根据
G=mg=pVg
可知两物体所受重力关系为
GA<GB
又因两相同的容器中装有相同质量的水,则水和容器的总重力相同,所以,容器对桌面的压力关系为
F
P——
由于两容器的底面积相同,则由S可知,容器对桌面的压强关系
p/<P乙'
故D正确,D不符合题意。
故选C。
2.如图,薄壁圆柱形容器A、B放在水平桌面上,分别盛有不同的液体。A、B的底面积之比
SA:SB=2:1,液面的高度之比心:坛=32液体对两个容器底部的压力大小相等。现将完全相同的小球分别
放入A、B,液面未溢出,静止时,A中的小球悬浮,B中的小球(选填“漂浮”、“悬浮”或“沉
底”),此时A、B容器底部受到液体的压强之比PA:PB=。
///////////////////////////////
AB
【答案】漂浮1:2
【解析】
[1]已知薄壁圆柱形容器A、B分别盛有不同的液体,由液体压强公式P=0g“可得A、B容器底所受到的
液体压强分别为
0A=0Ag为A,0B=0Bg〃B
则A、B容器底部所受到的压力分别为
4=PA$A=0Ag公&
纬=0B$B=
液体对两个容器底部的压力大小相等,可知
则两个球的密度之比
〃
QA_BSB_j_=J_
PB,A鼠323
即3"A=0B,将完全相同的小球分别放入A、B,静止时,A中的小球悬浮,由沉浮条件可得qA=夕球,综
上所述,可知°球<外,由沉浮条件可得B中的小球漂浮。
[2]已知液体对两个容器底部的压力大小相等,将完全相同的小球分别放入A、B,液面未溢出,静止时,
F
p=—
A中的小球悬浮,B中的小球漂浮,则两容器底所受到的压力仍然相等,根据压强公式S可知
区=生=色」
PB至2
又
四、浮力的计算方法有哪些?如何进行选择?
【方法技巧】(1)阿基米德原理法:尸浮=6排=。液g/排,这是计算浮力的最基本、最常用的公式。若已
知物体排开液体的重力(或质量),用产浮=6排=加排g求浮力;若已知液体的密度〃液和排开液体的体积
%排,则用下浮=夕液g厂排求浮力。
(2)称重法:尸浮=G孑拉。如果空气中测得某物体的重力为G,将物体浸在某种液体中测得拉力尸拉,则
该物体在液体中所受的浮力为尸浮=G-尸拉。
(3)漂浮、悬浮条件法:尸浮=G物,适用于漂浮和悬浮的物体。若已知漂浮体或悬浮体的重力(或质量)
则用此法求浮力。
(4)浮力产生的原因法:尸浮=尸向上了向下。对于形状规则的物体(如长方体),它所受的浮力可用液体对物
体向上和向下的压力差来求。
可见,计算浮力时,可以依据物体所处状态和题目已知条件选择适当的方法来计算。
【典例剖析】
1.如图所示,在水平桌面上放置一长方体玻璃缸,已知其底面积为100cm2,高为20cm。缸内装满水,
将一质量为50g的玩具鸭子轻轻地放入缸中后,鸭子漂浮在水面上。(g取10N/kg)求:
(1)鸭子受到的浮力;
(2)鸭子排开水的体积;
(3)鸭子漂浮在玻璃缸中时,水对缸底的压力。
【答案】(1)0,5N;(2)5xl0-5m3;(3)20N
【解析】
解:(1)鸭子的重力
G=wg=0.05gx10N/kg=0.5N
鸭子漂浮在水面上,则所受的浮力等于自身的重力为0.5N。
(2)据阿基米德原理知,鸭子排开水的体积
p^gl.OxlO3kg/m3xlON/kg
(3)鸭子放进装满水的缸内,有部分水排出,据阿基米德原理知,排开水的重力等于鸭子所受的浮力,
即等于鸭子的重力,所以此时水对缸底的压力等于未放入鸭子时水的重力。未放入鸭子前,水的质量
m/『pK=1.Ox103kg/m3x100x20x10-6m3=2kg
水对缸底的压力
F=G水="1^tg=2kgx10N/kg=20N
(1)鸭子受到的浮力为0.5N;
(2)鸭子排开水的体积为5xl0-5m3;
(3)水对缸底的压力为20N。
2.某科研小组为了找到制造军工产品的材料,首先需要研究某种物质的属性于是将由该物质制成的体积
为2Qxl()-3m3、重12N的物体用细线系在盛有水、底面积为500cm2
的圆柱形容器的底部,使其浸没在水中,如图所示。(已知M=L0xl03kg/m1细线的质量不计)求:
(1)该物体的密度是多大?
(2)物体浸没在水中时细线的拉力大小?
(3)剪断细线,待物体静止后水对容器底的压强变化了多少?
【答案】(1)0.6x103kg/m3;(2)8N;(3)160Pa
【解析】
解:(1)由Gfg知道,物体的质量
G12N
m=—=1.2kg
g10Nkg
该物体的密度
mL2kg
p=—=0.6xl03kg/m3
V2.0xl0-3m3
(2)物体浸没在水中时,受到重力、浮力和绳子竖直竖直向下的拉力,处于平衡态,即
与=尸+G
由阿基米德原理知道,受到的浮力
。=意。=1*1()3kg/n?x1ON/kgx2.0x10-3m3=20N
故解得物体浸没在水中时细线的拉力大小
"F-G=20N-12N=8N
(3)当剪断后,由于物体的密度小于水的密度,所以物体静止后处于漂浮状态,此时
耳'=G=12N
由/=「液〃g知道,排开水的体积
2KxlO-VlON/kg心Xi*
则排开水的变化量
A=2x10-3m3-1.2x10-3m3=0.8x10-3m3
水面下降高度
AK0.8xl0-3m3
\h=―-=0.016m
s500xl0^m2
压强变化量
NP=pgMi=1.0xl03kg/m3x1ON/kgx0.016m=l60Pa
答:(1)该物体的密度是0.6xl03kg/m3;
(2)物体浸没在水中时细线的拉力0.8N;
(3)剪断细线,待物体静止后水对容器底的压强变化了160Pao
3.如图所示,一个底面积为3s。的薄壁圆柱形容器放在水平桌面上,将一横截面积为义,高度为心的均
匀实心圆柱体A竖直放在容器底部。现向容器内缓慢注入某种液体,圆柱体始终直立,圆柱体对容器底部
的压力与注入液体质量的关系如图所示。求:
(1)液体的密度;
(2)圆柱体受到的最大浮力;
(3)圆柱体对容器底的最小压强。
【答案】(1)2S。"。;(2)2°.(3)
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