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第十章3浮力的大小4沉与浮

发布时间:2014-01-04 16:47:55  

第十章流体的压强

3科学探究:浮力的大小4沉与浮

(一)浮力的大小

将溢水杯的水正好接到刚好要溢出的位置,然后将小桶放在溢水杯的溢水口处;将弹簧测力计挂着的小石块浸入水中,同时它排开的水通过溢水口进入小桶,这时读出弹簧测力计的读数G3,然后用弹簧测力计测出这个时候盛水的小桶的重力G4,G2-G3=G4-G1,小石块所受的浮力大小等于排开水的重力。由上面的探究,我们可以得出结论:

(1)阿基米德原理:浸在液体里的物体所受的浮力大小等于它排开的液体所受的重力。

(2)公式:F浮=G排=m液g=ρ液gV排

说明:“浸入液体的体积”就是“排开液体的体积”。

(二)沉浮条件

浸入液体里的物体同时受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力作用,所以物体的沉浮就取决于这两个力的大小关系,共有4种状态:

(1)下沉,F浮<G物

(2)悬浮在液体内部的任一位置, F浮=G物(V排=V物)

(3)上浮,F浮>G物

(4)物体漂浮在液面上,F浮=G物(V排<V物)

物体在下沉或上浮的过程中,所受的力不平衡;悬浮和漂浮时,物体才受平衡力。悬浮时物体全部浸没在液体中,而漂浮是物体上浮的最后结果,此时物体静止在液面上,一部分浸入液体,一部分露出液面。

把物体的浮沉条件改写为用密度表示的形式。因为ρ液gV排,物体的重力G=ρ物gV物,又因为物体全部浸入到液体中,所以V排=V物,于是我们可以看到:

(1)F浮<G物时, 必有ρ液<ρ物,物体下沉。

(2)F浮=G物时,必有ρ液=ρ物,物体悬浮。

(3)F浮>G物时,必有ρ液>ρ物,物体上浮。

(三)沉浮条件的应用

利用浮力的关键是调节重力和浮力的关系。若浮力不变,可改变自身的重力,实现沉浮。若保持重力不变,改变排开液体(或气体)的体积可改变所受浮力实现沉浮。

(1)轮船:钢铁制造的轮船是“空心”的,使它排开的体积增大,浮力增大,能浮于水面。

(2)潜水艇:钢铁制的潜水艇也是“空心”的。它的浮力不变,通过对水舱充水和排水达到改变自身重力的目的,实现上浮、悬浮和下沉。

【典型例题】

例1. 一个边长为a的正方体金属块,把它浸没在密度为ρ的液体中,求:

(1)金属块浸没在液体中所受的液体对它向上与向下的压力差。

(2)金属块浸没在液体中排开液体的重力。

(3)比较两个求解的问题你可以得到什么结论?

1

解答:题中对浸在液体中的物体流体对它的压力差的讨论。从图中可以看出浸在液体中的金属块六个面都受液体的压强,所以金属块浸没在液体中,前、后、左、右在同一深度液体,四个侧面的压力相等,并互相平衡,而金属块上下两个面处在液体中不同的深度处,它们受到的压强不相等,则液体对两表面的压力不相等,分别确定金属块上、下表面受到的压力,即可得到向上、向下的压力差。

(1)设定物体上表面距离液面的深度为h,则下表面距离液面的深度为(a+h),依题意有上下底面积均为s=a2,立方体的体积V=a3,故:正方体上表面所受液体的压力为:F向下=p

22向上S=ρgha,F向上=p向下S=ρg(h+a)a,上、下表面所受液体的压力差为F,则:F=F向

223上-F向下=ρg(h+a)a-ρgha=ρga。

(2)物体排开液体的重力,题意有V排=V物=a3浸没,则:G排=m排g=ρ液V排g=ρa3g

(3)比较上述结果,可以看出:浸没在液体中的物体排开液体的重力与液体对物体的向上跟向下的压力差相等。

例2. 漂浮在水面上的均匀木块,如图1所示,若沿虚线将下部截掉,剩余部分将( )

A. 上浮些 B. 下沉些 C. 保持原来位置静止不动 D. 全部漂浮在水面上

例3. 体积相同的铝球、铁块和木块,浸在液体中的情况如图2所示,则比较它们受到的浮力( )

A. 铝球受到的浮力最大 B. 铝球受到的浮力最小

C. 铁块受到的浮力最大 D. 它们受到的浮力一样大

考点分析:本题考查决定F浮大小的因素:一是液体的密度,二是排开液体的体积,浮力的大小与组成物质的物体的密度、物体的重力、物体的形态及在全部浸没时的深度无关。

【模拟试题】

一. 填空题:

1. 质量相等的实心铜块和铝块,没入水中时铜块所受的浮力将铝块从水中取出没入酒精中,此时铝块所受浮力 铜块所受的浮力。

2. 用同一支密度计先后放入酒精和盐水中,它都浮在液面上,所受浮力分别为F1和F2,F1F2,它在酒精中露出的体积 它在盐水露出的体积。

3. 重19.6牛、体积为5分米3的物体放入水中静止时,它受到的浮力是 牛,它露出水面的体积是 分米3。

4.用弹簧秤在空气中称一物块,测得重为20 N,当把这个物块的一部分浸在水中时,弹簧秤的示数为16 N,这时物块受到的浮力是_____ N.若将物块全部浸没在水中,物块所受浮力为15 N,这时弹簧秤的示数将变为_____ N.

5. 没入水中的潜水艇下潜的过程中,它受到的压强(填“变大”、“变小”或“不变”)

6. 两个体积相同的物体漂浮在液面上,甲浸在酒精中露出3/8,乙浸在水中露出1/4,比较它们所受的浮力:F甲 F乙;比较它们的密度:ρ甲 ρ乙。

7. 潜水艇的下潜和上浮是靠

二. 选择题:(有几个答案就选几个)

2

1. 如图所示三个体积,形状不同的实心物体在水中静止时,甲漂浮,乙悬浮,丙沉底,以下说法正确的是( )

A. F甲浮最小 B. F乙浮最小 C. F甲浮= F乙浮 D. F乙浮= F丙浮

1题图 11题图

2. 潜水艇由海面下10米深处潜至20米深处的过程中则( )

A. 它受到的压强增大,浮力不变。 B. 它受到的压强、浮力都不变。

C. 它受到压强、浮力都增大。 D. 它受到压强不变,浮力减小。

3. 以下说法正确的是( )

A. 只有上浮物体才受到浮力,下沉物体没有受到浮力。

B. 将体积不同的两物体浸入水中,体积大的物体受到的浮力一定大

C. 密度大于水的物质构成的物体也可以浮在液面上。

D. 潜水艇是靠改变自身重力来实现它的浮沉的。

4. 一个密度为0.55克/厘米3的圆柱体放入盛满水的溢水杯时,从杯中排出100克的水,把它竖直漂浮在密度为0.8克/厘米3的酒精里,则圆柱体下底面受到液体的压力为( )

A. 80克 B. 0.98牛 C. 0.78牛 D. 无法判断

5. 用甲、乙、丙三个完全相同的弹簧秤分别悬挂着三个质量相等的实心钢球,铜球和铝球。若将三金属球全部浸没水中,这时三个弹簧秤示数大小关系是( )

A. 甲的最大 B. 乙的最大 C. 丙的最大 D. 一样大

6. 用弹簧秤钩着甲物体,再把甲物体依次浸没入水中和酒精中时,弹簧秤的示数分别是8牛和10牛,若用这个弹簧秤钩着乙物体,再把乙物体依次浸没入水中和酒精中时,弹簧秤示数是5牛和7牛,则下列说法不正确的有( )

A. 甲、乙两物体体积一定相同 B. 甲、乙两物体密度一定相同

C. 甲、乙两物体在水中所受浮力一定相同 D. 甲物体重力一定比乙物体重力大3牛

7. 如图所示密度计,放在液体甲中,液面位于A处,放在液体乙中液面位于B处,则( )

A. 甲液体密度较大 B. 乙液体密度较大 C. 甲、乙液体密度一样大 D. 无法判断

四、实验题

⑥ ① ② ④ ③ ⑤

(1)若探究浮力大小与物体浸没深度的关系,应选用的操作是________(填序号)

3

(2)若选用的操作是②④⑥,可探究浮力的大小与__________是否有关。

(3)若探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,应选用的操作是 ________(填序号)

13. 小芳要探究金属圆柱受到水的浮力与浸在水中深度的关系,实验装置如图所示,将高为9cm的金属圆柱体缓慢浸入水中(水足够深),在金属圆柱体接触容器底之前,记下金属体

(1)第3次实验时,金属圆柱受到的浮力大小为:_________N.

(2)据实验数据,分析金属圆柱浸在水中受到的浮力大小与浸入水中深度的关系是_____

四. 计算题:

1. 一木块漂浮在水面时,露出水面部分是它总体积的2/5,放入另一种液体中露出液面部分是它总体积的1/3,求此液体的密度。

2. 质量是540克的铝球悬浮在水中,它的中空部分的体积是多少厘米3?

4

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