四川省达州市2020年中考物理一轮复习第13讲压强和浮力第2课时浮力课件

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四川省达州市2020年中考物理一轮复习第13讲压强和浮力第2课时浮力课件

第 13 讲 压强和浮力 第2课时 浮力 考点 · 梳理知识点 一、浮力 1. 定义 :浸在液体(或气体)中的物体受到向 ___ 的力,这个力叫做浮力。 2. 方向 : _________ 。 3. 产生原因 :由于液体(或气体)对物体有向上和向下的 ________ 。 4. 影响因素 :物体浸在液体中的 ______ 越大、液体的 _____ 越大,所受浮力越大。跟物体的密度和物体浸没在液体中的深度等无关。 知识点一 浮力 上 竖直向上 压力差 体积 密度 二、阿基米德原理 1. 内容 :浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小 _____ 它排开的液体所受到的重力。 2. 公式 :F 浮 = _____ = ________ 。(适用于求一切物体所受的浮力) 等于 G 排 ρ 液 gV 排 v=s / t 1. 对浮力的理解 :浸在液体中的物体不一定都受到浮力。如:桥墩、拦河坝等因其下底面同河床紧密黏合,水对它向上的压力F向上=0,故物体不受浮力作用。 2. 浸入 :包括两种情形: ①全部浸入,又称 浸没 ,V物=V排,如物体悬浮或下沉; ② 部分浸入 ,V物>V排,如物体漂浮。 夺分点拨 示例1 如图所示,体积为1dm 3 的正方体浸没在水中,上表面跟水面之间距离为5cm,且与水面平行,则立方体受到水对它的浮力有多大?(ρ 水 =1.0×10 3 kg/m 3 ,g取10N/kg) 双基突破 解:方法一,由阿基米德原理得, F 浮 =ρ 水 gV 排 =1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×(0.1m) 3 =10N。 方法二,物体上表面受到水对它向下的压力: F 1 =ρ 水 ghS=1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×0.05m×(0.1m) 2 =5N,物体下表面受到水对它向上的压力: F 2 =ρ 水 g(h+0.1m)S=1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×0.15m×(0.1m) 2 =15N, F 浮 =F 2 -F 1 =15N-5N=10N。 知识点二 物体的浮沉条件及其应用 一、物体的浮沉条件 上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底 F 浮 ___ G F 浮 ___ G F 浮 ___ G F 浮 ___ G F 浮 +F N ___ G ρ 液 ___ ρ 物 ρ 液 ___ ρ 物 ρ 液 ___ ρ 物 ρ 液 ___ ρ 物 ρ 液 ___ ρ 物 物体的运动状态不断改变,受非平衡力作用 物体可以停留在液体内部任何深度处 是上浮的最终状态,物体静止在液面上 是下沉的最终状态,物体下沉到容器底部静止 物体均处于静止状态,受力平衡 > < > > < < = = = = 二、浮力的应用 1. 密度计 :在任何液体中都处于 _____ 状态,浸入液体的体积越大,液体的密度越 ___ ,因此,密度计的刻度值是上 ___ 下 ___ 。 2. 轮船 :利用 “空心法”来 增大可利用的浮力实现漂浮。轮船在不同的水域中处于漂浮状态时所受的浮力相等,均等于自身的重力。 3. 潜水艇 :通过改变 _________ 来实现上浮与下沉。(潜水艇在水下时所受的浮力不变) 4. 气球和飞艇 :通过改变气囊里气体的密度,从而改变所受浮力的大小,来实现升降。 漂浮 小 小 大 自身重力 漂浮“四规律” (1) 规律一 :物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它所受的重力; (2) 规律二 :同一物体在不同液体中漂浮,所受浮力相同,且在密度大的液体中浸入的体积小; (3) 规律三 :漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几; (4) 规律四 :将漂浮物体全部浸入液体中,需施加的竖直向下的外力等于液体对物体增大 的浮力。 夺分点拨 示例 2 把重10N,密度为0.9×10 3 kg/m 3 的实心物体投入水中。当物体静止时,物体处于 ______ (选填 “漂浮”“悬浮”或“沉底”) 状态,物体所受浮力为 ___ N,排开水的体积是 ______ m 3 。(ρ 水 =1.0×10 3 kg/m 3 ,g取10N/kg) 双基突破 漂浮 10 1×10 -3 考法 · 聚焦重难点 焦点 1 物体的浮沉条件及其应用(重点、难点) 指点迷津 浮力的计算方法 压力差法 F 浮 =F 向上 -F 向下 (一般应用于计算形状规则的物体受到的浮力) 称重法 F 浮 =G 物 -F 示 (F 示 为物体浸在液体中时弹簧测力计的示数) 阿基米德 原理法 F 浮 =G 排 =ρ 液 gV 排 (注意ρ 液 为液体的密度;只有当物体浸没在液体中时,才有V 排 =V 物 ) 二力平衡法 F 浮 =G 物 (适用于物体漂浮于液体表面或悬浮于液体中) 样题1 (2014·达州)用弹簧测力计竖直挂一物体,当物体浸入水中13体积时,弹簧测力计示数为4N;当物体浸入水中12体积时,弹簧测力计示数为1N。取下该物体放入水中,物体静止时受到的浮力是( ) A.18N B.14N C.10N D.8N C [解析] 当物体浸入水中1 / 3体积时,有:F 浮1 =G-F 拉1 ,即ρ 水 g·1 / 3V=G-4N①;当物体浸入水中1 / 2体积时,有:ρ 水 g·1 / 2V=G-1N②;由①-②,解得:V=18N / ρ 水 g。当从弹簧测力计上取下物体将其缓慢地放入水中,假设其全部浸没,那么它受到的浮力:F 浮 =ρ 水 gV 排 =ρ 水 gV=ρ 水 g×18N / ρ 水 g=18N,将V=18N / ρ 水 g代入①,解得:G=10N,由于F 浮 >G,则物体漂浮,受到的浮力:F 浮 ′=G=10N。故选C。 1.A、B是两个不溶于水的物块,用一根细线连接在一起,先后以两种不同方式放入同一个装有水的烧杯中,处于如图甲、乙所示的静止状态。试判断两种情况下,烧杯中水面的高度h 甲 、h 乙 的大小关系为( ) A.h 甲 h 乙 C.h 甲 =h 乙 D.无法判断 对应训练 C [解析] 把A、B当做一个物体进行受力分析:甲图物体受到的浮力:F 甲 =G A +G B ;乙图物体受到的浮力:F 乙 =G A +G B ,故两种情况下,F 甲 =F 乙 。根据F 浮 =ρ 水 gV 排 可知,排开液体的体积也相同,因为h=V / S,所以h 甲 =h 乙 。故选C。 2.如图甲所示,用弹簧测力计将一长方体物体从装有水的杯子中匀速拉出,物体的底面积为20cm 2 ,杯子的底面积为100cm 2 ,拉力随时间的变化关系如图乙所示,(ρ 水 =1.0×10 3 kg/m 3 ,g取10N/kg)则下列说法错误的是( ) A.物体的密度为2.5g/cm 3 B.当物体有一半露出水面时,受到的浮力为1N C.物体上升的速度为8cm/s D.t=1s时,水对杯底的压力为24N D [解析] 由图乙可知,露出水面后绳子的拉力,即物体的重力G=5N,未露出水面时,物体受到的拉力F=3N,所以浸没时物体受到的浮力:F 浮 =G-F=5N-3N=2N,由F 浮 =ρ 水 gV 排 得,物体的体积:V=V 排 =F 浮 ρ 水 g=2N /( 1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg ) =2×10 -4 m 3 ,物体的质量:m=G / g=5N / 10N/kg=0.5kg,则物体的密度:ρ=m / V=0.5kg /( 2×10 -4 m 3 ) =2.5×10 3 kg/m 3 =2.5g/cm 3 ,故A正确;当物体有一半露出水面时,物体受到的浮力:F 浮 ′=1 / 2F 浮 =1 / 2×2N=1N,故B正确; [解析] t=0s时长方体物体沉在杯底,t=2s时长方体物体上表面到达水面,t=3s时长方体物体下表面离开水面,由图像可知,物体露出水面的整个过程用时t′=1s,由于物体的体积:V=2×10 -4 m 3 =200cm3,则物体的高度:h=V / S 物 =200cm 3 / 100cm 2 =10cm,此时,由于长方体物体离开水面,水面下降的高度:Δh=V 排 / S 杯 =200cm 3 / 100cm 2 =2cm,以物体上表面为标准,物体露出水面的整个过程升高的距离:s=h-Δh=10cm-2cm=8cm,所以物体的运动速度:v=s / t=8cm / 1s=8cm/s,故C正确; [解析] 物体从杯底到上表面到达水面时运动的距离:s′=vt 2 =8cm/s×2s=16cm,则最初水的深度:h′=s′+h=16cm+10cm=26cm=0.26m,当t=1s时,长方体物体处于浸没状态,水的深度不变,所以水对容器底的压强:p=ρgh′=1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×0.26m=2.6×10 3 Pa,由p=F / S可得,水对容器底的压力:F=pS=2.6×10 3 Pa×100×10 -4 m 2 =26N,故D错误。故选D。 焦点 2 压强与浮力大小的判断(重点、难点) 样题 2 水平桌面上两个底面积相同的容器中,分别盛有甲、乙两种液体。将两个完全相同的小球M、N分别放入两个容器中,静止时两球状态如图所示,两容器内液面相平。下列分析正确的是( ) A.两小球所受浮力:F M F 乙 D [解析] 小球M在甲液体中漂浮,则浮力F M =G M ,小球N在乙液体中悬浮,则浮力F N =G N ,由于小球M、N完全相同,即G M =G N ,则F M =F N ,故A错误;小球M在甲液体中漂浮,密度ρ M <ρ 甲 ,小球N在乙液体中悬浮,密度ρ N =ρ 乙 ,由于ρ M =ρ N ,则ρ 甲 >ρ 乙 ,故B错误;两容器内液面相平,根据p=ρgh可知,p 甲 >p 乙 ,故C错误;两容器底面积相同,由F=pS可知,容器底部受到液体压力F 甲 >F 乙 ,故D正确。故选D。 3.如图所示,水平桌面上三个完全相同的容器内装有适量的水,将A、B、C三个体积相同的小球分别放入容器内,待小球静止后,A漂浮、B悬浮、C沉底,此时三个容器内水面高度相同。下列判断正确的是( ) A.容器底部受到水的压强:p 甲 =p 乙 =p 丙 B.小球受到的浮力:F A >F B >F C C.容器对桌面的压力:F 甲 F C ,根据阿基米德原理有F C =G C排 ,所以G C >G C排 ,故丙容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力,即F 乙 F C ,由于F A ρ 水 >ρ 乙 ,所以a沉底,b漂浮,故A、D错误;设a、b物体的体积为V,则F 浮a =ρ 水 gV 排 =ρ 水 gV,F 浮b =G b =m b g=ρ 乙 Vg,因为ρ 水 >ρ 乙 ,所以F 浮a >F 浮b ,故B错误,C正确。故选C。 5.(2014·达州)一均质正方体放入水中,静止时物体有3 / 5的体积浸入水中,则该物体的密度是 kg/m 3 ;若把该物体放入密度为0.8×10 3 kg/m 3 的酒精中后,则该物体下表面受到水的压强p水与受到酒精的压强p酒的关系是p 水 ____ p 酒 ( 选填“>”“=”或“<”) 。 0.6×10 3 = 6.(2019·达州)如图所示,甲、乙两个底面积不同的圆柱形容器中分别盛有两种不同的液体A、B,液体对两个容器底的压强相等。现将两个质量相等的物体分别放入两个容器中,静止时一个漂浮、一个悬浮(液体均无溢出),则液体密度ρ A 、ρ B 和液体对容器底部的压强p 甲 、p 乙 的大小关系正确的是( ) A.ρ A <ρ B p 甲

ρ B p 甲 >p 乙 C.ρ A >ρ B p 甲

p 乙 命题点 2 压强与浮力大小的判断 C 【解析】 由图知:h A ρ B ,故A、D错误;因为原来两容器中液体产生的压强相等,且为均匀柱形容器,所以F A =G A =pS A ,F B =G B =pS B ;又因为S A >S B ,可得G A >G B 。将两个质量相等的物体分别放入两个容器中,静止时一个漂浮,另一个悬浮(液体均无溢出),由于两物体重力相等都为G,则有p 甲 =p+G / S A ,p 乙 =p+G / S B ,所以p 甲

ρ 物 ,可知容器B中的液体的密度较大,已知液体深度相同,由p=ρ 液 gh可知,容器B中液体对容器底的压强大,故B错误;取出物块后,由于开始甲物体排开A中液体的体积比乙物体排开B中液体的体积大,A容器为上小下大,故可得出A中液面下降得多,又因为ρ 液A <ρ 液B ,故B容器底受到液体的压强大于A容器底受到液体的压强,故C正确;B容器液体密度大于A容器液体密度,甲排开A容器液体的体积大于乙排开B的体积,取出物体后B容器液体体积大于A容器液体体积,B容器液体的重力大于A容器液体的重力,由压强公式p=F / S得,取出两物块后,B容器对桌面的压强大于A容器对桌面的压强,故D错误。故选C。 8.(2018·达州)小陈同学在老师的指导下完成了以下实验:(ρ 水 =1.0×10 3 kg/m 3 ,g取10N/kg) 命题点 3 浮力的相关实验 ①用弹簧测力计测出一个带盖子的空玻璃瓶的重力,如图甲所示; ②用手拿着这个盖紧瓶盖的空玻璃瓶浸没在水中,放手后发现玻璃瓶上浮; ③将一个铁块装入玻璃瓶并盖紧盖子,放入水中放手后发现玻璃瓶下沉; ④取出玻璃瓶并擦干瓶上的水,挂在弹簧测力计上,保持玻璃瓶竖直,然后从图乙所示位置慢慢浸入水中,并根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数F与玻璃瓶下表面浸入水中深度h的关系图像如图丙所示。 (1)装有铁块的玻璃瓶全部浸没在水中时受到的浮力是 ____ N。 (2)BC段说明物体受到的浮力大小与浸没的深度 _____ (选填“有关”或“无关”)。 (3)在第②操作步骤中空玻璃瓶浸没在水中时受到的浮力为 ____ N。 (4)小陈认真分析以上实验数据和现象后发现,物体的沉浮与物体的重力和所受浮力有关,其中上浮的条件是 ______ 。 1.6 无关 1.6 F 浮 >G (5)若圆柱形容器的底面积为100cm 2 ,在图乙中,当玻璃瓶浸没后,水又对容器底的压强增加了 _____ Pa。 (6)细心的小陈同学发现玻璃瓶上还标有100mL的字样,于是在装有铁块的玻璃瓶内装满水并盖上瓶盖,再用弹簧测力计测出总重力,如图丁所示,此时弹簧测力计示数为3.1N,根据以上数据他算出了铁块的密度为 ______ kg/m 3 。 160 8×10 3 [解析] (5)由阿基米德原理可得,当玻璃瓶浸没后,瓶子排开水的体积:V 排 =F 浮 / ρ 水 g=1.6N /( 1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg ) =1.6×10 -4 m 3 ,容器中水面上升体积与V 排 相等,即:ΔV=V 排 =SΔh,所以容器中水面上升高度:Δh=ΔV / S=1.6×10 -4 m 3 /( 100×10 -4 m 2 ) =1.6×10 -2 m,水对容器底的压强增加量:Δp=ρ 水 gΔh=1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×1.6×10 -2 m=160Pa; (6)此时弹簧测力计示数,即瓶子、水和铁块的总重力:G 总 =3.1N,所以装入水的重力:G 水 =G 总 -G=3.1N-2.2N=0.9N,加入水的体积:V 水 =m 水 / ρ 水 =G 水 / ρ 水 g=0.9N /( 1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg ) =9×10 -5 m 3 =90cm 3 ,铁块的体积:V 铁 =V 容积 -V 水 =100cm 3 -90cm 3 =10cm 3 ,所以铁块的密度:ρ 铁 =m 铁 / V 铁 =G 铁 / V 铁 g=0.8N /( 10×10 -6 m 3 ×10N/kg ) =8×10 3 kg/m 3 。 9.(2017·达州)如图所示,小李在实验室中做了如下实验: ①用弹簧测力计测出物体A受到的重力; ②用弹簧测力计测出物体A浸没在水中时受到的拉力; ③用天平称量出酒精和容器的总质量; ④物体A仍然挂在弹簧测力计下,浸没在酒精中,但不触底,容器中的酒精也未溢出,通过增减砝码和移动游码,仍使天平保持平衡。 根据以上实验步骤回答下列问题: (1)物体浸没在水中所受的浮力F 1 = ____ N;浸没在酒精中所受的浮力F 2 = ____ N; (2)当物体A浸没在酒精中,天平仍保持平衡时,右盘中只有两个砝码,其质量分别为 ____ g、 ___ g,此时游码在标尺上指示的质量值是 ___ g。(已知酒精的密度为0.8×10 3 kg/m 3 ,g取10N/kg) 0.4 0.32 100 5 1.4 10.(2019·达州)如图所示,轻质杠杆AB可绕O点转动,当物体C浸没在水中时杠杆恰好水平静止,A、B两端的绳子均不可伸长且处于张紧状态。已知C是体积为1dm3、重为80N的实心物体,D是边长为20cm、质量为20kg的正方体,OA∶OB=2∶1,圆柱形容器的底面积为400cm 2 (ρ 水 =1.0×10 3 kg/m 3 ,g=10N/kg),则下列结果不正确的是( ) A.物体C的密度为8×10 3 kg/m 3 B.杠杆A端受到细线的拉力为70N C.物体D对地面的压强为1.5×10 3 Pa D.物体C浸没在水中前后,水对容器底的压强增大了2×10 3 Pa 命题点 4 浮力与简单机械的综合计算 D [解析] 物体C的质量:m C =G C / g=80N / 10N/kg=8kg,物体C的密度:ρ C =m C / V C =8kg /( 1×10 -3 m 3 ) =8×10 3 kg/m 3 ,故A正确;物体C排开水的体积:V 排 =V C =1×10 -3 m 3 ,受到的浮力:F 浮 =ρ 水 gV 排 =1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×1×10 -3 m 3 =10N;杠杆A端受到的拉力:F A =G C -F 浮 =80N-10N=70N,故B正确;由杠杆平衡条件F 1 L 1 =F 2 L 2 得,FA×OA=FB×OB,则杠杆B端受到细线的拉力:F B =OA / OB×F A =21×70N=140N,由于力的作用是相互的,杠杆B端对D的拉力:F 拉 =F B =140N,D对地面的压力:F 压 =G D -F B =m D g-F 拉 =20kg×10N/kg-140N=60N,D对地面的压强:p=F 压 / S=60N /( 400×10 -4 m 2 ) =1.5×10 3 Pa,故C正确;物体C浸没在水中前后,水的深度变化:Δh=V 排 / S=V C / S=1000cm 3 / 400cm 2 =2.5cm=0.025m,水对容器底的压强增大量:Δp=ρ 水 gΔh=1.0×10 3 kg/m 3 ×10N/kg×0.025m=250Pa,故D错误。故选D。 11.(2018·达州)如图所示是利用滑轮组打捞水中物体的简化模型示意图,工人用一滑轮组从水中打捞物体。已知:物体的质量为90kg且以恒定速度匀速上升,当物体完全露出水面,工人对滑轮组绳子自由端的拉力F1为400N,此时滑轮组的机械效率η 1 为75%(绳的质量、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计,g取10N/kg)。 (1)请你根据题目中的条件,判断出工人所使用的滑轮组是 ____ 图。 (2)工人的质量为60kg,双脚与地面接触面积为2.5×10 -3 m 2 ,物体浸没在水中和完全被打捞出水面时工人对地面的压强变化了4×10 4 Pa,求物体浸没在水中时受到的浮力。 (3)若物体完全浸没在水中时,工人拉力的功率为180W,求物体上升的速度。 A 解:(1)当物体完全露出水面时,滑轮组的机械效率:η=W 有 / W 总 =Gh / Fs=G / nF, 所以通过动滑轮绳子的段数: n=G / ηF=mg / ηF= ( 90kg×10N/kg )/( 75%×400N ) =3, A图中通过动滑轮绳子的段数为3, B图中通过动滑轮绳子的段数为4, C图中通过动滑轮绳子的段数为5, 所以工人所使用的滑轮组是A图; (2)当物体完全露出水面时,F=1 / 3 / (G+G 动 ), 则动滑轮的重力:G 动 =3F-G=3F-mg=3×400N-90kg×10N/kg=300N, 此时人对地面压力:F 压 =G 人 -F=m 人 g-F=60kg×10N/kg-400N=200N, 物体完全浸没在水中时对滑轮组的拉力:F 拉 ′=G 物 -F 浮 , 完全露出后物体对滑轮组拉力F 拉 =G 物 , 所以物体被打捞出水面后对滑轮组的拉力增大,绳子自由端拉力随之变大,人对地面的压力变小,压强变小, 由p=F / S可得,物体完全露出水面后,人对地面压力增大量:ΔF=ΔpS=4×10 4 Pa×2.5×10 -3 m 2 =100N, 所以物体完全浸没在水中时人对地面的压力:F 压 ′=F 压 +ΔF=200N+100N=300N, 此时人对绳子自由端的拉力:F′=G 人 -F 压 ′=m 人 g-F 压 ′=60kg×10N/kg-300N=300N, 且F′=1 / 3(F 拉 ′+G 动 )=1 / 3(G 物 -F 浮 +G 动 ), 所以:F 浮 =G 物 +G 动 -3F′=m 物 g+G 动 -3F′=90kg×10N/kg+300N-3×300N=300N;

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