《浮力》復(fù)習(xí)提綱
一、浮力的定義:一切浸入液體(氣體)的物體都受到液體(氣體)對(duì)它豎直向上的力 叫浮力。
二、浮力方向:豎直向上,施力物體:液(氣)體
三、浮力產(chǎn)生的原因(實(shí)質(zhì)):液(氣)體對(duì)物體向上的壓力大于向下的壓力,向上、向下的壓力差 即浮力。
四、物體的浮沉條件:
1、前提條件:物體浸沒在液體中,且只受浮力和重力。
G F浮 G F浮
G F浮 G F浮
下沉 懸浮 上浮 漂浮
F浮 < G F浮 = G F浮 > G F浮 = G
ρ液<ρ物 ρ液 =ρ物 ρ液 >ρ物 ρ液 >ρ物
3、說明:
① 密度均勻的物體懸?。ɑ蚱。?/span>在某液體中,若把物體切成大小不等的兩塊,則大塊、小塊都懸?。ɑ蚱。?/u>。
F浮 G
分析:F浮 = G 則:ρ液V排g =ρ物Vg
③ 懸浮與漂浮的比較
相同: F浮 = G
不同:懸浮ρ液 =ρ物 ;V排=V物
漂浮ρ液 <ρ物;V排<V物
④判斷物體浮沉(狀態(tài))有兩種方法:比較F浮 與G或比較ρ液與ρ物 。
⑤ 物體吊在測(cè)力計(jì)上,在空中重力為G,浸在密度為ρ的液體中,示數(shù)為F則物體密度為:ρ物= Gρ/ (G-F)
⑥冰或冰中含有木塊、蠟塊、等密度小于水的物體,冰化為水后液面不變,冰中含有鐵塊、石塊等密大于水的物體,冰化為水后液面下降。
五、阿基米德原理:
1、內(nèi)容:浸入液體里的物體受到向上的浮力,浮力的大小等于它排開的液體受到的重力。
2、公式表示:F浮 = G排 =ρ液V排g 從公式中可以看出:液體對(duì)物體的浮力與液體的密度和物體排開液體的體積有關(guān),而與物體的質(zhì)量、體積、重力、形狀 、浸沒的深度等均無關(guān)。
3、適用條件:液體(或氣體)
練習(xí):☆請(qǐng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“浸沒在水中的石塊受到的浮力跟它排開水的重力有什么關(guān)系”。
答:①用測(cè)力計(jì)測(cè)出石塊在空氣中的重力G和空桶的重力G1 ;②在溢水杯中倒?jié)M水,把石塊浸沒在溢水杯中,讀出測(cè)力計(jì)示數(shù)F ;③用測(cè)力計(jì)測(cè)出桶和溢出水的總重G2 ;④浮力F浮=G-F ,G排=G2-G1 ⑤比較F浮和G排 。
☆請(qǐng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:浸沒在水中的石塊,它受到的浮力跟它在水中浸沒的深度無關(guān)。
答:用細(xì)線系石塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤上,把石塊浸沒在水中的幾個(gè)不同深度,觀察發(fā)現(xiàn)測(cè)力計(jì)示數(shù)看是否相同,如果相同,即驗(yàn)證了浸沒在水中的的石塊受到的浮力跟它在水中浸沒的深度無關(guān)。
六:漂浮問題“五規(guī)律”:(歷年中考頻率較高,)
規(guī)律一:物體漂浮在液體中,所受的浮力等于它受的重力;
規(guī)律二:同一物體在不同液體里,所受浮力相同;
規(guī)律三:同一物體在不同液體里漂浮,在密度大的液體里浸入的體積小;
規(guī)律四:漂浮物體浸入液體的體積是它總體積的幾分之幾,物體密度就是液體密度的幾分之幾;
規(guī)律五:將漂浮物體全部浸入液體里,需加的豎直向下的外力等于液體對(duì)物體增大的浮力。
七、浮力的利用:
1、輪船:
m ρ液
由排水量m 可計(jì)算出:排開液體的體積V排= ;排開液體的重力G排 = m g ;輪船受到的浮力F浮 = m g 輪船和貨物共重G=m g 。
2、潛水艇:
工作原理:潛水艇的下潛和上浮是靠改變自身重力來實(shí)現(xiàn)的。
3、氣球和飛艇:
氣球是利用空氣的浮力升空的。氣球里充的是密度小于空氣的氣體如:氫氣、氦氣或熱空氣。為了能定向航行而不隨風(fēng)飄蕩,人們把氣球發(fā)展成為飛艇。
4、密度計(jì):
構(gòu)造:下面的鋁粒能使密度計(jì)直立在液體中。
刻度:刻度線從上到下,對(duì)應(yīng)的液體密度越來越大
八、浮力計(jì)算題方法總結(jié):
1、確定研究對(duì)象,認(rèn)準(zhǔn)要研究的物體。
2、分析物體受力情況畫出受力示意圖,判斷物體在液體中所處的狀態(tài)(看是否靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng))。
3、選擇合適的方法列出等式(一般考慮平衡條件)。
計(jì)算浮力方法:
①讀數(shù)差法:F浮= G-F(用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)浮力)。
②壓力差法:F浮= F向上 - F向下(用浮力產(chǎn)生的原因求浮力)
③漂浮、懸浮時(shí),F浮=G (二力平衡求浮力;)
④F浮=G排 或F浮=ρ液V排g (阿基米德原理求浮力,知道物體排開液體的質(zhì)量或體積時(shí)常用)
⑤根據(jù)浮沉條件比較浮力(知道物體質(zhì)量時(shí)常用)
九.如何正確認(rèn)識(shí)液體壓強(qiáng)公式P=
靜止液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)是:
① 液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng);
② 壓強(qiáng)隨深度的增加而增大;
③ 在同一深度,液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等;
④ 液體的壓強(qiáng)還跟液體的密度有關(guān)。
液體內(nèi)部的壓強(qiáng)之所以有以上特點(diǎn),是因?yàn)橐后w受到重力且具有流動(dòng)性。
正是由于液體受到重力作用,因此在液體內(nèi)部就存在著由于本身重力而引起的壓強(qiáng)。推理和實(shí)驗(yàn)都可得出,液體內(nèi)部的壓強(qiáng)公式為P=
⑴公式P=
P=
深度有關(guān),而與所取的面積、液體的體積、液體的總重?zé)o關(guān)。
?、乒剑校?span lang="EN-US">
這個(gè)公式只適用于計(jì)算靜止液體的壓強(qiáng),不適用于計(jì)算固體的壓強(qiáng),盡管有時(shí)固體產(chǎn)生壓強(qiáng)恰好也等于
將一密度均勻,高為h的圓柱體放在水平桌面上,桌面受到的壓強(qiáng):
P=
但這只是一種特殊情況,不能由此認(rèn)為固體對(duì)支持物產(chǎn)生壓強(qiáng)都可以用P=
?、枪剑校?span lang="EN-US">
P=
⑷由于液體具有流動(dòng)性;則液體內(nèi)部的壓強(qiáng)表現(xiàn)出另一特點(diǎn):液體不但對(duì)容器底部有壓強(qiáng)而且對(duì)容器側(cè)壁也有壓強(qiáng),側(cè)壁某一點(diǎn)受到的壓強(qiáng)與同深度的液體的壓強(qiáng)是相等的,同樣是用P=
二.經(jīng)典例題
例1:封凍的江河水面能夠承受的最大壓強(qiáng)是
解:坦克對(duì)冰面的壓力F=G=mg=20
受力面積S=2
對(duì)冰面的壓強(qiáng)
P=
解:圓柱體對(duì)地面的壓強(qiáng): P=
從上式可知截面積不變的柱體對(duì)水平支承面的壓強(qiáng)與柱體的體積粗細(xì)、重量等無關(guān),只與柱體的高度、密度有關(guān):
甲、乙、丙是同種物質(zhì),密度相同,高度相同,由P=
例3:如圖所示的容器內(nèi)裝有水,試比較A、B、C各點(diǎn)由液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)p A、pB、pC的大小。
h4=15cm-5cm=10cm=0.1m
hB=15cm=0.15cm
hC=15cm-10cm=5cm=0.05m
故pB> p A>pC
例4:在馬德堡半球?qū)嶒?yàn)中,若每個(gè)半球的截面積S=
解:由公式P=
F=PS=N=
例5:在一個(gè)大氣壓下將一根玻璃管灌滿水銀后倒置在水銀槽中,管高出水銀面h=50cm,如圖所示,問:⑴管內(nèi)頂部受到多大的壓強(qiáng)?方向如何?⑵如果在管頂部開一個(gè)出現(xiàn)什么情況?(大氣壓為76cm汞柱)
方向是豎直向上。
⑵如果在管頂部開一個(gè)小孔,管內(nèi)外相通都為一個(gè)大氣壓,水銀柱下降到管內(nèi)外水銀面一樣高。
例6:如圖所示,密度為0.6×103kg/m3的正方體木塊,放入盛有水的容器中,此時(shí),木塊的下表面距水面3cm,請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí),至少計(jì)算出與木塊有關(guān)的8個(gè)物理量。(g取10N/kg)
解:⑴木塊下表面受到水的壓強(qiáng)
⑶木塊的底面積:
⑷木塊的體積:
⑸木塊排開水的體積:
⑹木塊受到的浮力
⑺木塊的物重:
⑻木塊的質(zhì)量:
例7:“曹沖稱象”運(yùn)用了等效替代的方法,巧妙地測(cè)出了大象的體重。下面是初中物理學(xué)習(xí)過程中遇到的幾個(gè)研究實(shí)例:①在研究物體受幾個(gè)力時(shí),引入合力;②在研究光時(shí),引入“光線”概念;③在研究多個(gè)電阻串聯(lián)或并聯(lián)時(shí),引入總電阻;④在研究磁現(xiàn)象時(shí),引入“磁感線”的概念。在上述幾個(gè)實(shí)例中,采用了等效法的是_______和______。(填序號(hào))
解:等效的意思是,等效后的物理量應(yīng)與等效前的物理量在性質(zhì)及效果上相同。光線和磁感線是想象的線,并非真實(shí)的等效。故填①、③。
例8:春天我們都喜歡放風(fēng)箏,請(qǐng)你找出放風(fēng)箏運(yùn)用我們所學(xué)過的物理知識(shí)的兩個(gè)地方,并分別說明這是哪個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用。
答:①浮力的知識(shí);②氣體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系的知識(shí)。
例9:海洋研究人員進(jìn)行水下探測(cè),當(dāng)他穿上潛水服浸沒入水中后,受到的浮力大小跟他下潛的深度有沒有關(guān)系?最好采用原理不同的方法檢驗(yàn)?zāi)愕姆桨浮?span lang="EN-US">
要求:⑴請(qǐng)用三種方法;⑵寫出實(shí)驗(yàn)所需器材并簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟。
解:方法一:平衡力。器材:彈簧、測(cè)力計(jì)、石塊、燒杯、水、細(xì)線。步驟:用彈簧、測(cè)力計(jì)測(cè)出石塊重G,讀出石塊浸沒在水中不同深度時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,則石塊的浮力
方法二:阿基米德原理。器材:溢水杯、彈簧測(cè)力計(jì)、量筒、小桶、石塊、燒杯、水、細(xì)線。步驟:將石塊浸沒在盛滿水的溢水杯中,用彈簧測(cè)力計(jì)稱出石塊在不同深度處排入小桶中的水重
方法三:物體間力的作用是相互的。器材:天平、石塊、水、燒杯、細(xì)線。步驟:用天平稱出裝有適量水的燒杯的質(zhì)量
例10:把一小球放入盛滿酒精(
A、大于8g B、等于8g C、小于8g D、無法判斷
解:小球放入酒精中沉入容器底部,它受酒精對(duì)它的浮力小于小球的重力,即
這是由于沒有正確分析出浮力關(guān)系所致。
解:選A。
例11:小明在一根均勻木桿的一端纏繞少許鉛絲,使得木桿放在液體中可以豎直漂浮,從而制成一支密度計(jì)。將它放入水中,液面到木桿下端的距離為16.5cm;再把它放到鹽水中,液面到木桿下端的距離為14.5cm。如果所用鉛絲的體積極小,可以忽略,小明測(cè)得到的鹽水密度是多少?
精析:本題看起來?xiàng)l件很少,似乎很難下手,但你一旦注意題目中的兩種情況皆為漂浮,立即抓最簡(jiǎn)單的力平衡式,再具體分析各力,問題即可迎刃而解。
解:設(shè)密度計(jì)的橫截面積為
例12:給你足夠的水,量筒一只,怎樣測(cè)定小瓷酒杯的密度(酒杯的直徑小于量筒的直徑)請(qǐng)寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟及密度表達(dá)式。
精析:測(cè)固體密度的方法有多種,有直接的方法:用天平測(cè)質(zhì)量、量筒(量杯)測(cè)體積;有間接的方法:利用物體漂浮時(shí)排開液體的重力等于物體的重力,求出物體的質(zhì)量,再利用排水法測(cè)物體的體積,算出物體的密度,本題應(yīng)使用間接方法測(cè)小瓷杯的密度。
解:1、在量筒里倒入適量的水,記下水面到達(dá)的刻度
2、把小酒杯漂浮在水面上,記下水面到達(dá)的刻度
3、把小酒杯沉沒在水中,記下水面到達(dá)的刻度
4、計(jì)算:小酒杯漂浮在水面上
小酒杯沉沒在水中時(shí),它排開水的體積為
三:練習(xí)
1.選擇
1.頂小底大的實(shí)心圓臺(tái)高為h,其密度為ρ,放置在水平桌面上,如圖1所示,它對(duì)桌面的壓強(qiáng)
A 圖1
C 大于ρgh。 D 條件不足,無法判斷。
2.三個(gè)實(shí)心正方體對(duì)水平地面的壓強(qiáng)相同,它們的密度分別為ρ1、ρ2、ρ3,且ρ1>ρ2>ρ3,則這三個(gè)正方體對(duì)水平地面的壓力F1、F2、F3的大小關(guān)系是
A F1=F2=F3。 B F1<F2<F3。 C F1>F2>F3。 D 不能確定。
3.甲、乙、丙三個(gè)實(shí)心立方體分別放在水平地面上,它們對(duì)水平地面的壓強(qiáng)相等,已知ρ甲<ρ乙<ρ丙。若在甲、乙、丙三個(gè)立方體上分別放一個(gè)質(zhì)量相等的銅塊,則三個(gè)立方體對(duì)水平地面的壓強(qiáng)大小關(guān)系為
A p甲>p乙>p丙。 B p甲=p乙=p丙。 C p甲<p乙<p丙。 D 無法判斷。
4.甲、乙兩個(gè)實(shí)心正方體金屬塊,放在水平桌面上,它們對(duì)桌面的壓強(qiáng)
A、
5、有一均勻正方體對(duì)水平地面的壓力是
A、F、P B、
6、(多選題)如圖所示為放在水平桌面上的質(zhì)量相等的圓柱形容器和底大口小的容器乙。分別倒入適量的同種液體,液面高度和液體上表面積都相等。設(shè)兩容器內(nèi)液體對(duì)容器底部的壓力分別為
A、
7.甲、乙、丙三個(gè)實(shí)心立方體分別放在水平地面上,它們對(duì)水平地面的壓強(qiáng)相等,已知
A、
8、水平桌面上的燒杯內(nèi)盛有濃鹽水,如果向燒杯內(nèi)加一定量的清水(未溢出),則( )
A、鹽水密度減小,燒杯底部受到的液體壓強(qiáng)減小
B、鹽水密度增大,燒杯底部受到的液體壓強(qiáng)增大
C、鹽水密度減小,燒杯底部受到的液體壓強(qiáng)增大
D、鹽水密度增大,燒杯底部受到的液體壓強(qiáng)減小
9、(多選題)夏天到了,偉偉在盛有涼開水的杯子中放入冰塊做冷飲如圖所示,當(dāng)冰塊熔化后,不發(fā)生變化的是( )
A、杯中水面的高度 B、杯子對(duì)桌面的壓力
C、水對(duì)杯底的壓強(qiáng) D、水對(duì)杯底的壓力
10.(多選題)潛水艇在海底航行時(shí)排水量為
A、它在海底航行時(shí)所受浮力等于
B、它在海底航行時(shí)所受的壓力差
C、當(dāng)潛艇在海面上航行時(shí),水中部分的體積為
D、要使?jié)撏撊牒K幸淙?span lang="EN-US">
2.填空
1.將一個(gè)體積為2m3,密度為0.5×103kg/m3的物體投入水中,當(dāng)物體在水中靜止時(shí),它受到的浮力為________N,若將此物體投入密度為0.4×103kg/m3的液體中,物體靜止時(shí)受到的浮力為________N。
2.在以下幾小題中的A、B兩個(gè)容器中分別盛有液體,液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)分別為pA和pB,液體對(duì)容器底部的壓力分別為FA和FB。
(1)如圖1所示的兩試管完全相同
①若兩試管內(nèi)裝有等高的同種液體,則pA______pB。
②若兩試管內(nèi)裝有相同質(zhì)量的不的同種液體,且它們的高度相同,則pA______pB。
③若將試管B由圖中的傾斜位置轉(zhuǎn)向豎直放置,則液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)將_______。
圖2 |
(2)在圖2所示的兩容器的底面積相同,容器的質(zhì)量也相同
①若兩容器中盛有相同質(zhì)量的同種液體,則液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)pA______pB,液體對(duì)容器底部的壓力FA______FB。容器對(duì)桌面的壓力F’A______F’B,容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)p’A______p’B。
②若兩容器中盛有相同質(zhì)量的不同液體,且液體在容器中的高度也相同,則A、B兩容器中可能分別裝有的液體可能是A__________,B__________。此時(shí)液體對(duì)兩容器底部的壓力的大小FA______FB。
③若兩容器中盛有同種液體,且液體對(duì)兩容器底的壓強(qiáng)相同,則液體對(duì)容器底部的壓力FA______FB。容器對(duì)桌面的壓力F’A______F’B,容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)p’A______p’B。
④若兩容器中盛有等高的不同液體,以下情況中不可能出現(xiàn)的是:
A pA>pB,mA>mB。 B pA<pB,mA<mB。 C pA>pB,mA<mB。 D pA<pB,mA>mB。
3.汽車如果空載和滿載時(shí)都以相同的速度行駛,空載時(shí)具有的動(dòng)能_______滿載時(shí)的動(dòng)能,停在山頂上的卡車具有的重力勢(shì)能_______該車在山下時(shí)具有的重力勢(shì)能.(填“大于”“等于”或“小于”)
4.把一個(gè)空杯子底朝上豎直按入水中,隨著杯子沒入水中深度的增加,杯中空氣的壓強(qiáng)_______體積_______.
5.甲、乙兩支完全相同的試管,內(nèi)裝密度相等的同種液體,甲管豎直放置,乙管傾斜放置,兩管液面相平,如圖所示,設(shè)液體對(duì)兩試管底的壓強(qiáng)分別為p甲和p乙,則p甲____p乙(填“大于”“等于”或“小于”)
6..用50 N的水平拉力拉著重為200 N的小車沿水平道路在1 min內(nèi)前進(jìn)60 m,則拉力做的功為_______J,拉力的功率為_______ W.
7.某高層樓房中,五樓水龍頭出水口的水的壓強(qiáng)是2.5×105 Pa,那么比它高12 m的九樓的出水口的水的壓強(qiáng)是_______,比它低12 m的底樓水龍頭出水口的壓強(qiáng)是_______Pa.(g=10 N/kg)
3.計(jì)算
小杰同學(xué)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)金屬塊,他想知道它的重力和密度.他手中只有一只量程較小的彈簧秤,當(dāng)他用此彈簧秤測(cè)量此金屬塊的重力時(shí).發(fā)現(xiàn)已超過彈簧秤的最大量程,于是他設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置去測(cè)量。圖中OA:OB=1:3,用細(xì)繩把金屬塊懸掛于A點(diǎn),用彈簧秤在B點(diǎn)施加一個(gè)豎直向上的力,當(dāng)OB杠桿水平靜止時(shí),彈簧秤讀數(shù)為1.8牛.當(dāng)向容器中加水,金屬塊浸沒于水中后,彈簧秤讀數(shù)為1.2N,g取10N/kg。
求(1)金屬塊的重力為多少?
(2)金屬塊浸沒于水中后所受到的浮力為多大?
(3)金屬塊的密度是多少?
2.底面積為1×10-2米2的薄壁圓柱形容器內(nèi)裝有水,放在水平桌面中央,水和容器受到的重力為18牛。求:(1)容器對(duì)桌面的壓強(qiáng);(2)若在容器中輕輕放下一個(gè)物塊,水不溢出來,物塊排開水的體積為2×10-4米3,容器底部受到水的壓強(qiáng)的增加量。
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