为天地立心,为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平。
——张载
一、基本知识点:
要点一、物体的浮沉条件
浸没在液体中的物体受到竖直向下的重力G和竖直向上的浮力F浮。而物体的运动状态取决于受力情况,物体的浮沉就取决于它所受的浮力与重力的关系。
要点诠释:
1.当F浮G时,合力方向竖直向上 上浮
当F浮=G时,合力为零
悬浮
当F浮G时,合力方向竖直向下 下沉
2.对于实心的物体,
由,,
浸没时,
所以当时,
F浮G物体上浮;
当时,F浮=G,物体悬浮;
当,F浮G物体下沉。
3.物体上浮、下沉是运动过程,在此过程中受非平衡力作用,
下沉的最终状态是沉到液体底部;
上浮的最终状态是浮出液面,最后漂浮在液面,
漂浮和悬浮的共同特点都是浮力等于重力(F浮=G)。
在平衡力作用下静止不动,不同点是排开液体的体积不同,
漂浮时物体的体积大于排开液体的体积;
悬浮时,物体的体积等于排开液体的体积。
4.物体浮沉各种状态比较表
浮沉状况
物理现象
运动状态
条件
物液密度关系
与的关系
浮
上浮
在液体中向上运动
向上运动
漂浮
浮在液面上
静止在液面上
悬
悬浮
停留在液体中任何深度的地方
静止在液体中
沉
下沉
在液体中向下运动
向下运动
沉底
停留在容器底部
静止在容器底部
要点二、物体浮沉条件的应用
从浮力利用的角度看,采用“空心”的办法可以增加可利用的浮力。即使现代化的轮船,也采用的是这种古老的办法。
要点诠释:
1.轮船
①轮船浮于水面,它们受到的浮力等于船的总重。
②轮船的大小通常用排水量来表示,排水量是指轮船满载时排开的水的质量,根据漂浮条件知,
排水量=船自身的质量+满载时货物的质量。
2.潜水艇
潜水艇是靠改变自身的重力来实现浮沉的。
潜水艇为了实现升降,必须使浮力大小不等于重力,潜水艇在水下时,由于艇壳不能任意改变,因此浮力是不变的,要想控制上浮、下沉就只有改变自重,潜水艇两侧都有水舱,与高压气舱相连,高压气体能将水从水舱内排出,减小潜水艇重力,当其小于浮力时潜水艇就上浮;当浮力大小等于重力,潜水艇可在水中任一位置保持静止,即悬浮;关闭高压气舱使进水口打开,在水压作用下水舱进水,自重增大到大于浮力时,潜水艇开始下沉。
3.气球和飞艇
气球和飞艇是漂浮在空中的,内部所充气体的密度必须小于空气的密度,一般充有氢气或氦气,充气时体积增大,浮力增大,当浮力增大到大于其重力时,气球和飞艇就上升;反之,排出一部分氢气或氦气时,气球和飞艇就下降,因此它们是通过改变体积来实现上升和下降的。
热气球是通过加热的方式使气球内气体热膨胀,从而减小气体的密度,因此热气球只要停止加热,气球体积就会缩小,浮力减小,降回地面。
二、基本实验:
探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系
(1)实验装置:如图所示。
(2)实验设计
①图甲所示可测量出物体的力的大小。
②图乙中弹簧测力计的示数比图甲中弹簧测力计的示数(选填“大”或“小”),两次示数之差可以求出物体所受的浮力大小。
③图丙与图丁测力计示数之差可测出排开液体所受重力。
④比较浮力和物体排开液体所受的重力大小,可以得出结论:。
(3).实验方案评估
①如果溢水杯的水没装满,会导致本实验测量的F浮(选填“>”或“<”)G排。
②实验结束后老师提醒同学们再换用其他物体进行一次实验,这样操作的意义是。
答案:
(2)①重 ②小
④浸在液体中的物体所受浮力大小等于它排开的液体所受的重力(3)①>
②多次测量,寻找普遍规律
从近几年中考题中可以发现,浮力计算分小计算和大计算。小计算一般在填空题和选择题中出现,包括计算浮力的大小和利用浮力知识判断一些现象等;大计算则出现在计算大题中。
关于浮力的计算,常见考题的特点有:
1.利用浮力公式直接计算浮力的大小;
2.利用浮力公式判断液体(或物体)密度关系或沉浮情况等;
3.利用浮力公式进行计算的浮力综合题。
经典考题
小计算类:
1、体积为7×m3的潜水艇悬浮在海水中时,所受的浮力是N(g=10N/kg,ρ海水=1.03×kg/m3);把水舱中的水排出一部分后,潜水艇将上浮,在未露出水面之前,潜水艇所受的浮力(填“变大”“变小”或“不变”),潜水艇上浮的原因是。
由浮力的计算公式可求得潜水艇所受浮力;根据浮力公式可知潜水艇上浮时所受浮力的变化;由潜水艇的原理可知潜水艇上浮的原因。
7.21×;不变;排出水后,潜水艇的重力小于浮力。
潜水艇在海水中所受浮力
F=ρ海水gV=1.03×kg/m3×10N/kg×7×m3=7.21×N;
将水排出一部分后,由于潜水艇的重力减小,浮力大于重力,故潜水艇上浮;潜水艇之所以能上浮是因为将水舱内的水排出后,潜水艇自身的重力减小,浮力大于重力,故上浮。
潜水艇为物体浮沉条件的典型应用,应掌握其原理。
2、在远洋轮船的船舷上都漆着五条“吃水线”又称“载重线”,如图所示,其中标有W的是北大西洋载重线,标有S的是印度洋载重线。当船从北大西洋驶向印度洋时,轮船受到的浮力变化以及北大西洋与印度洋的海水密度和的关系有( )
A.浮力增大
B.浮力减小
C.浮力不变
D.浮力不变
轮船都漂浮,受到的浮力都等于轮船受到的重力;得出了受到浮力的大小关系,由载重线知道排开水的体积的大小关系,再根据阿基米德原理分析海水密度的大小关系。
C
轮船在北大西洋和印度洋中均漂浮在海水面上,满足F浮=G,轮船重力不变,从北大西洋驶向印度洋所受浮力相等。由图可知,北大西洋载重线W在印度洋载重线S下方,即轮船在北大西洋中排开海水的体积小于在印度洋中排开海水的体积。
由公式
,,
得。
解此题关键是从选项中知需要比较船在两种海水中浮力和密度大小。
两种情况都漂浮,都等于船重,故浮力不变。
根据知,
大的小,V1<V2,
故。
大计算类:
某地在湖面上修建一座大桥,下图甲是使用吊车向湖底投放圆柱形石料的示意图。在整个投放过程中,石料以恒定速度v=0.1m/s下降,图乙是钢丝绳的拉力F随时间t变化的图象(从t=0时刻开始投放到石料刚好接触湖底前)。忽略水的摩擦阻力,g取10N/kg。求:
(1)石料浸没水中时受到的浮力;
(2)石料的密度。
(1)分析钢绳拉力随时间t变化的图象,当石块没有浸入水中时,拉力等于重力,据此求出小石料的质量;当石块完全浸没后,拉力等于重力减去浮力,据此求出石料受到的浮力;
(2)根据阿基米德原理求石料排开水的体积(石料的体积),知道石料重,利用重力公式求石料的质量,最后利用密度公式求石料的密度。
N;2.8×kg∕m3
(1)由图可知,当石块没有浸入水中时,拉力等于重力,
即:F=G=N,石料的质量:
,
当石块浸没后,浮力等于重力减去拉力:
;
(2)根据阿基米德原理:
,得:
,
因为石料完全浸没,所以:
,
石料的密度:
。
这是一道图象信息题,解决本题的关键是,通过图乙确定石料的重力、钢丝绳受到的拉力。并会利用称重法计算出石料受到的浮力。
《送别》
词:李叔同
长亭外,古道边,芳草碧连天。
晚风拂柳笛声残,夕阳山外山。
天之涯,地之角,知交半零落。
一壶浊酒尽余欢,今宵别梦寒。
长亭外,古道边,芳草碧连天。
问君此去几时还,来时莫徘徊。
天之涯,地之角,知交半零落。
人生难得是欢聚,惟有别离多。
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