河北专版2020中考物理复习方案第四单元力学第11课时浮力的四种计算方法浮力的相关实验课件

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第 11 课时　 浮力的四种计算方法　浮力的相关实验 第四单元　力学 考点一　浮力 定义 　 浸在液体 ( 气体 ) 中的物体受到液体 ( 气体 ) 对它 　　　　 的力   产生 原因 　 如图所示 , 液体 ( 气体 ) 对物体上、下表面的压力不相等 , 并且向上的 压力 　　　 向下的压力 , 　　　　　 即为浮力。即 F 浮 = 　　 　　 =p 向上 S - p 向下 S  向上 大于 压力差 F 向上 -F 向下 （续表） 测量 　 用弹簧测力计测出物体的重力 G , 将物体悬挂在弹簧测力计下 , 浸在液体中 , 记下弹簧测力计的示数 F 示 , 则物体受到的浮力 F 浮 = 　   决定 因素 　 物体在液体中所受浮力的大小 , 跟它浸在液体中的 　　　 和 　　　　　 有关 。物体浸在液体中的体积越大、液体密度越大 , 物体所受浮力就越 　　　　   G-F 示 体积 液体密度 大 [ 点拨 ] (1) 浸入液体中的物体不一定受到液体对它的浮力 , 例如深入泥底的柱状桥墩或水里打的木桩等。 (2) 物体浸入水中的过程中 ,F 示 -h 与 F 浮 -h 的图像分别如图 11-1 甲、乙所示。 图 11-1 考点二　阿基米德原理 浮力的大小等于什么 操作 过程 所测 量 　 空小桶重力 G 0 、物体重力 G 、物体浸没后弹簧测力计示数 F 、排开水和小桶总重力 G 1 分析 归纳 　 物体受到的浮力 F 浮 = 　　　　 ; 排开水的重力 G 排 = 　　　　 。对比二者大小得出实验结论   G-F G 1 -G 0 （续表） 注意 事项 　 溢水杯中水要 　　　　 , 若水面低于溢水口 , 则测出的 G 排 将 　　　　 F 浮 , 得不到正确结论   实验 结论 　 浸在液体中的物体受到向上的浮力 , 浮力的大小等于 　　　　　　　　　   表达式 　 F 浮 =G 排 =m 排 g= 　　 　   说明 　 液体对物体的浮力大小与液体的 　　　　 、物体 　　　　　　　　　 有关 , 而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关   装满 小于 排开液体所受的重力 ρ 液 V 排 g 密度 排开液体的体积 [ 总结 ] 计算浮力的四种方法 : (1) 原因法 :F 浮 =F 向上 -F 向下 。 (2) 阿基米德原理法 :F 浮 =G 排 =ρ 液 V 排 g 。 (3) 称重法 :F 浮 =G-F 示 。 (4) 平衡法 :F 浮 =G 物 。 ( 只适用于悬浮或漂浮状态 ) 探究一　称重法与阿基米德原理法结合 1 . [2019· 张家口二模 ] 如图 11-2 甲所示 , 此时弹簧测力计示数为 5 N; 如图乙所示 , 小球一半浸在水中 , 此时弹簧测力计示数为 2 N 。则小球受到的浮力为 　　　　 N, 小球的体积为 　　　　 cm 3 ( g 取 10 N/kg) 。剪断悬吊小球的细线 , 小球在水中稳定时应处于 　　　　 ( 选填 “ 下沉 ”“ 悬浮 ” 或 “ 漂浮 ”) 状态。   图 11-2 [ 答案 ] 3 　 600 　漂浮 2 . 如图 11-3 甲所示 , 在弹簧测力计下挂一圆柱体 , 从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降 , 圆柱体浸没后继续下降 , 直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图像。 ( g 取 10 N/kg) (1) 分析图像可知 , 圆柱体重力是 　　　　 N 。   图 11-3 [ 答案 ] (1)12 [ 解析 ](1) 当 h= 0 cm 时 , 弹簧测力计示数为 12 N, 此时圆柱体处于空气中 , G=F 拉 = 12 N 。 2 . 如图 11-3 甲所示 , 在弹簧测力计下挂一圆柱体 , 从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降 , 圆柱体浸没后继续下降 , 直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图像。 ( g 取 10 N/kg) (2) 圆柱体浸没在水中时 , 受到的浮力是 　 　　 N 。   图 11-3 [ 答案 ] (2)8 [ 解析 ] (2) 从 h= 7 cm 开始 , 弹簧测力计示数不变 , 说明此时圆柱体已经浸没在水中 , F 浮 =G-F 拉 '= 12 N - 4 N = 8 N 。 2 . 如图 11-3 甲所示 , 在弹簧测力计下挂一圆柱体 , 从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降 , 圆柱体浸没后继续下降 , 直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图像。 ( g 取 10 N/kg) (3) 圆柱体的体积是 　　　　 m 3 。   图 11-3 [ 答案 ] (3)8×10 - 4 2 . 如图 11-3 甲所示 , 在弹簧测力计下挂一圆柱体 , 从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降 , 圆柱体浸没后继续下降 , 直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图像。 ( g 取 10 N/kg) (4) 圆柱体的密度是 　　　　 kg/m 3 。   图 11-3 [ 答案 ] (4)1 . 5×10 3 2 . 如图 11-3 甲所示 , 在弹簧测力计下挂一圆柱体 , 从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降 , 圆柱体浸没后继续下降 , 直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止。如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图像。 ( g 取 10 N/kg) (5) 分析图像 BC 段 , 可得结论 : 物体浸没在液体之前 , 浸入液体的深度越深 , 受到的浮力越 　　　 ( 选 填 “ 大 ” 或 “ 小 ”) 。   (6) 分析图像 CD 段 , 可得结论 __________________ __________________________________________ ____________________________________ 。   图 11-3 大 物体浸没在液体中后 , 受到的浮力大小不变 ( 或物体浸没在液体中后 , 物体所受的浮力与物体浸入的深度无关 ) 探究二　原因法与阿基米德原理法结合 3 . 如图 11-4, 所示有一个体积是 2 dm 3 的正方体浸没在水中 , 其下表面受到水向上的压力是 30 N, 则正方体上表面受到水向下的压力是 　　　 N 。如果把正方体继续向下压 , 让它下表面受到的压力为 40 N, 则它上表面受到的压力是 　　　　 N 。 ( g 取 10 N/kg)  图 11-4 [ 答案 ] 10 　 20 [ 解析 ] 因为正方体浸没于水中 , 所以 V 排 =V= 2 dm 3 = 2×10 - 3 m 3 , 正方体所受浮力 F 浮 =G 排 =ρ 水 V 排 g= 1×10 3 kg/m 3 ×2×10 - 3 m 3 ×10 N/kg = 20 N; 因为 F 浮 =F 向上 -F 向下 , 所以正方体上表面受到水向下的压力 F 向下 =F 向上 -F 浮 = 30 N - 20 N = 10 N 。把正方体继续向下压 , 让它下表面受到的压力为 40 N, 正方体排开水的体积不变 , 浮力不变 , 则它上表面受到的压力 F 向下 '=F 向上 '-F 浮 = 40 N - 20 N = 20 N 。 4 . ( 多选 ) 重为 10 N 、棱长为 10 cm 的一正方体金属块放入盛有水的平底玻璃杯中 , 金属块上表面到水面距离为 10 cm, 假设金属块下表面与杯底紧密接触无空隙。水的密度为 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg 。下列描述正确的是 ( 　　 ) A . 金属块所受浮力为 1 N B . 金属块对杯底的压力为 20 N C . 金属块所受浮力为零 D . 金属块排开水的重力为 1 N [ 答案 ] BC 　 [ 解析 ] 金属块下表面与杯底紧密接触无空隙 , 说明水对金属块没有向上的压力 , 根据浮力产生的原因 F 浮 =F 向上 -F 向下 知 , 金属块不受浮力 ,A 错误 ,C 正确。金属块在水中不受浮力 , 受重力、水对它向下的压力、杯底向上的支持力而处于平衡状态 , 水对它向下的压力 F 压 =ρ 水 ghS= 1 . 0×10 3 kg/m 3 ×10 N/kg×0 . 1 m×(0 . 1 m) 2 = 10 N, 则杯底对金属块向上的支持力为 F 支 =G+F 压 = 10 N + 10 N = 20 N; 因为金属块对杯底的压力和杯底对金属块的支持力是一对相互作用力 , 大小相等 , 所以金属块对杯底的压力为 20 N,B 正确。金属块排开水的重力为 G 排 =ρ 水 gV 排 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 ×10 N/kg×(0 . 1 m) 3 = 10 N,D 错误。 探究三　平衡法与阿基米德原理法结合 5 . 我国自主设计建造的第一艘航母 001A 已经顺利下水 , 航母的总质量为 6 . 5×10 4 t, 当航母漂浮在水面上时 , 受到的浮力是 　　　　　 N, 此时航母排开水的体积为 　　　　　 m 3 。 ( g 取 10 N/kg, ρ 水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 )  [ 答案 ] 6 . 5×10 8 　 6 . 5×10 4 6 . 小西同学将一只鸡蛋浸没在水中 , 鸡蛋排开水的质量是 0 . 05 kg, 此时鸡蛋受到的浮力是 　　　　 N 。她又将这只鸡蛋分别放在甲、乙两个装有不同液体的烧杯中 , 鸡蛋静止时的情景如图 11-5 所示 , 则可以判断甲、乙两杯液体的密度 ρ 甲 　　　　　 ( 选填 “ > ”“ < ” 或 “ = ”) ρ 乙 。   图 11-5 [ 答案 ] 0 . 5 　 < [ 解析 ] 由阿基米德原理可得 , 鸡蛋受到的浮力 F 浮 =G 排 =m 排 g= 0 . 05 kg×10 N/kg = 0 . 5 N 。图甲中 , 鸡蛋悬浮 , 则 ρ 鸡蛋 =ρ 甲 ; 图乙中 , 鸡蛋漂浮 , 则 ρ 鸡蛋 <ρ 乙 , 所以 ρ 甲 <ρ 乙 。 突破一　探究浮力的大小跟哪些因素有关 【 设计和进行实验 】 1 . 测量浮力的原理 : 称重法 , 即 F 浮 =G - F 。 2 . 实验方法 : 控制变量法 [ 探究浮力大小与物体排开液体体积的关系、探究浮力大小与液体密度的关系、探究浮力大小与物体浸入液体深度的关系 ( 无关 )] 。 3 . 选用不同液体进行多次实验 : 因为一次实验具有偶然性 , 需要得出普遍规律。 【 数据处理和分析 】 4 . 设计实验记录表格 ( 如下表所示 ) 并绘制 F - h 图像 ( 如图 11-6 所示 ), 分析可得出 : 物体在液体中所受浮力的大小 , 跟它排开 液体的体积 有关 , 跟 液体的密度 有关 , 物体排开液体的体积 越大 , 液体的密度 越大 , 物体所受的浮力就 越大 。 物体 的重 力 / N 物体 浸没 在 水中弹簧测力计示 数 / N 物体 一半体积浸入水中弹簧测力计 示数 / N 物体 浸没 在 盐水 中弹 簧 测力计 示 数 / N 物体 浸没 在 水中 时 所受浮力 / N 物体 一半体积浸入水中 时 所受 浮力 / N 物体 浸没 在 盐水 中 时所 受 浮力 / N 图 11-6 【 交流、反思与评估 】 5 . 正确理解 F - h 图像 ( 如图 11-6 所示 ), 通过图像可求物体的重力、浮力、密度、高度等。 图 11-6 例 1 在 “ 探究影响浮力大小因素 ” 的实验中 , 一组同学提出了 4 种猜想。 小华 : 浮力大小与液体密度有关 ; 小红 : 浮力大小与物体浸入液体的体积有关 ; 冬冬 : 浮力大小与物体所受的重力有关 ; 玲玲 : 浮力大小与物体的形状有关。 他们找来了体积相同的 A 、 B 两块实心物块、弹簧测力计、一杯水、一杯盐水、细绳等仪器 , 按照图 11-7 所示的方法规范地完成了实验 , 记录了如下表所示的实验数据。 图 11-7 实验 次数 物块 物块重 力 / N 液体密度 / (g·cm -3 ) 物块浸在 液体中的 体积 / cm 3 弹簧测力 计的示 数 / N 1 A 5 1 . 0 20 4 . 8 2 A 5 1 . 0 60 4 . 4 3 A 5 1 . 0 100 4 . 0 4 A 5 1 . 2 100 Δ 5 B 3 1 . 2 100 1 . 8 观察表中数据 , 回答下列问题 : (1) 根据表格中实验数据 , 可知物块 A 浸在液体中的体积为 60 cm 3 时 , 物块 A 所受浮力大小为 　　　　 N; 表格中标有 “Δ” 的位置的数据应该是 　　　　 。   [ 答案 ] (1)0.6　3.8 [ 解析 ](1) 根据题表中实验数据可知物块 A 浸在液体中的体积为 60 cm 3 时 , A 所受浮力大小为 0 . 6 N; 液体密度为 1 . 0 g/cm 3 且物体浸入液体中的体积为 100 cm 3 时 , 物体所受浮力为 1 N, 由 F 浮 =ρ 液 gV 排 得 , 当液体密度为 1 . 2 g/cm 3 且物体浸入液体中的体积为 100 cm 3 时 , 物体受到的浮力为 1 . 2 N, 故 “Δ” 处的数据为 5 N-1.2 N=3.8 N 。 (2) 通过分析比较第 　　　　 次实验数据 , 能够说明小华同学的猜想是正确的 ; 分析比较第 　   次实验数据 , 能够说明小红同学的猜想是正确的。 [ 答案 ] (2)3 、 4 　 1 、 2 、 3 [ 解析 ] (2) 小华同学的猜想是浮力大小与液体密度有关 , 分析比较第 3 、 4 次实验数据 , 能够说明小华同学的猜想正确的 ; 小红同学的猜想是浮力大小与物体浸入液体的体积有关 , 分析比较第 1 、 2 、 3 次数据 , 能够说明小红同学的猜想是正确的。 (3) 为了验证冬冬同学的猜想 , 他们选择了第 　　　　 次实验数据 , 他们发现浮力大小与物体所受的重力 　　　　 ( 选填 “ 无关 ” 或 “ 有关 ”) 。   [ 答案 ] (3)4 、 5 　 无关 [ 解析 ] (3) 冬冬同学的猜想是浮力大小与物体所受的重力有关 , 为了验证应选择第 4 、 5 次数据 , 说明浮力大小与物体所受的重力无关。 (4) 要验证玲玲的猜想 , 同学们又找来了一块橡皮泥 , 他们把橡皮泥捏成不同形状 , 先后放入水中 , 发现有的漂浮在水面上 , 有的下沉。他们由此得出结论 : 浮力的大小与物体的形状有关。请指出他们实验方法的错误之处 :   　 。   [ 答案 ] (4) 没保证橡皮泥浸入水中的体积相同 [ 解析 ] (4) 玲玲的猜想是浮力大小与物体的形状有关 , 但同学们实验时没保证橡皮泥浸入水中的体积相同 , 所以得出了错误的结论。 (5) 实验中小红将另一物块逐渐浸入水中 , 发现弹簧测力计的示数逐渐变小后保持不变 , 最后突然变为 0, 示数为 0 时 , 物块处于 　　　 ( 选填字母 ) 。   A . 漂浮状态 　　 B . 悬浮状态 　　 C . 沉底状态 C · 实验拓展 · (6) 另取一弹簧测力计 , 在弹簧测力计下另挂一圆柱体 , 从盛水的烧杯上方某一高度缓慢下降 ( 如图 11-8 甲所示 ), 圆柱体浸没后继续下降 , 直到圆柱体底面与烧杯底部接触为止 , 如图乙所示是圆柱体下降过程中弹簧测力计示数 F 随圆柱体下降高度 h 变化的图像 , 则圆柱体的高度是 　 cm,  圆柱体的体积是 　　　　 m 3 , 圆柱体的密度是 　　　　 kg/m 3 。   图 11-8 4 8×10 - 4 1 . 5×10 3 突破二　探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系 【 设计和进行实验 】 1 . 测量浮力的原理 : 称重法 , 即 F 浮 =G - F 。 2 . 溢水杯的正确使用 : 水面达到 溢水杯口 , 确保 V 排 =V 物 。 ( 注意 : 如果溢水杯中的水没有加满 , 会使测出的物块排开水所受的重力 偏小 ) 3 . 计算物块排开水的重力 : G 排 =G 桶 + 排 - G 桶 。 4 . 改变实验条件 ( 由浸没改为 浸在 , 换用不同的物体 , 换用不同的液体 ) 多做几次实验得出具有普遍性结论。 【 数据处理和分析 】 5 . 设计实验记录表格 ( 如下表所示 ), 分析可得出 : 浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力 , 浮力的大小等于 它排开的液体所受的重力 。 次数 物体 所受 的 重力 / N 物体 在水中时弹簧测力计的示 数 / N 浮力 / N 小桶 和排 开水 所受 的总 重力 / N 小桶所 受的重 力 / N 排开水 所受的 重力 / N 1 2 3 … 例 2 图 11-9A 、 B 、 C 、 D 四幅图是探究浮力的大小与排开水所受重力关系的过程 , 请根据图示完成下面的填空。 ( g 取 10 N/kg) (1) 实验中所用物体的重力为 　　　　 N 。   (2) 在情景图 B 中存在的错误是 ____________ 　　　　　　　　　　　 　 。这会使测 出的物体排开水所受的重力 　　 　 ( 选填 “ 偏 大 ” 或 “ 偏小 ”) 。   (3) 纠正错误后 , 继续实验 , 图 C 中物体受到的浮 力 F 浮 = 　　　　 N 。   图 11-9 4 . 2 溢水杯中未注 满水 ( 或水面未跟溢水口相平 ) 偏小 1 . 2 例 2 图 11-9A 、 B 、 C 、 D 四幅图是探究浮力的大小与排开水所受重力关系的过程 , 请根据图示完成下面的填空。 ( g 取 10 N/kg) (4) 物体排开水所受的重力 G 排 = 　　　　 N 。   (5) 实验结果表明 : 浸在水中的物体受到的浮 力 　　　　 物体排开水所受到的重力。   (6) 纠正错误后 , 物体从刚接触水面到浸没水 中 , 水对溢水杯底的压强 　　 　　 ( 选填 “ 逐渐增大 ”“ 逐渐减小 ” 或 “ 保持不变 ”) 。   图 11-9 1 . 2 等于 保持不变 例 2 图 11-9A 、 B 、 C 、 D 四幅图是探究浮力的大小与排开水所受重力关系的过程 , 请根据图示完成下面的填空。 ( g 取 10 N/kg) (7) 为了使实验结论更具有普遍性 , 应该 　　　　　　　　　　　　　　　　 。   (8) 利用图中数据可求物体密度为 　　 kg/m 3 。   图 11-9 换用不同液体或物体多做几组实验 3 . 5×10 3 · 实验拓展 · 例 2 图 11-9A 、 B 、 C 、 D 四幅图是探究浮力的大小与排开水所受重力关系的过程 , 请根据图示完成下面的填空。 ( g 取 10 N/kg) 下表是小明同学利用上面装置换用不同物体进行实验时设计的表格及填写的实验数据 : 实验 次数 物重 G/ N 物体 浸没在 水中 时弹簧测力计 的示 数 F/ N 桶与排 开水 的 总重 G 1 / N 空 桶重 G 0 / N 浮力 F 浮 / N 排开的水 重 G 排 / N 1 1 . 2 0 . 7 1 . 1 0 . 6 0 . 5 0 . 5 2 2 . 0 1 . 5 1 . 0 0 . 6 0 . 5 0 . 4 3 2 . 4 1 . 7 　　　   0 . 6 0 . 7 0 . 7 1 . 3 (9) 请你将该表格中的第三行数据补充完整。 (10) 小明同学在进行数据分析时 , 发现第 2 次实验的数据与其他两次实验的数据反映的规律不相符 , 为了得到结论 , 他将第 2 次实验中 G 1 的数据改为 1 . 1 N, G 排 的数据改为 0 . 5 N 。 请你对他的做法进行评估 : 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。如果是你 , 对这种情况采用的做法是 　　　　　　　　　 。   没有实事求是的科学态度 , 此做法不正确 分析原因 , 重新实验 考点　浮力的相关实验 [2019· 河北 33 题 6 分 ] 小明用如图 11-10 所示的装置探究影响浮力大小的因素。 ( 已知 ρ 水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg) 图 11-10 (1) 小明利用如图甲所示的实验装置 , 将圆柱体合金块慢慢浸入水中时 , 根据测得的实验数据 , 作出了弹簧测力计示数 F 示 与合金块下表面所处深度 h 的关系图像 ( 如图丁中①所示 ) 。实验过程中该合金块所受浮力的变化情况是 　　　　　　　 。请在图丁中画出 F 浮 随 h 变化的关系图像。分析图像可知 , 浸在水中的物体所受浮力的大小跟它排开水的体积成 　　　　 。   [ 答案 ](1) 先变大后不变 　 如图所示 [ 解析 ](1) 由弹簧测力计的示数 F 示 与合金块下表面所处深度 h 的关系图像可知 : 弹簧测力计的示数随着深度的增加先变小后不变 , 而弹簧测力计的示数等于合金块的重力减去合金块浸在液体中受到的浮力 , 所以此实验过程中浮力先变大后不变。由图丁可知 , 合金块完全浸没在水中时所受的浮力 F 浮 =G-F'= 4 N - 3 N = 1 N, 根据上述分析画出 F 浮 随 h 变化的关系图像。 正比 [2019· 河北 33 题 6 分 ] 小明用如图 11-10 所示的装置探究影响浮力大小的因素。 ( 已知 ρ 水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg) (2) 将合金块分别浸没在水和某液体中 ( 如图乙、 丙所示 ), 比较图甲、乙、丙可知 :   　 。   图 11-10 [ 答案 ] (2) 浸没在液体中的合金块所受浮力大小与液体的密度有关 [ 解析 ] (2) 分析比较图甲、乙、丙可知 , 合金块排开液体的体积相同 , 液体的密度不同 , 弹簧测力计的示数不同 , 即受到的浮力不同 , 说明浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体的密度有关。 [2019· 河北 33 题 6 分 ] 小明用如图 11-10 所示的装置探究影响浮力大小的因素。 ( 已知 ρ 水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg) (3) 合金块的密度为 ρ 合金 = 　　　　 g/cm 3 。   图 11-10 [ 答案 ] (3)4 [2019· 河北 33 题 6 分 ] 小明用如图 11-10 所示的装置探究影响浮力大小的因素。 ( 已知 ρ 水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg) (4) 若用此合金块制成一空心合金球 , 当合金球恰好 能悬浮于如图丙所示的液体中时 , 空心部分的体积 是 　　　　 cm 3 。   图 11-10 [ 答案 ] (4)400