資源簡介

第19講　浮力的應用
命題分析　
廣東省近五年中考物理命題分析
考點 2023 2022 2021 2020 2019
物體的浮沉條件 ____ 省題21 ____ ____ ____
浮力的受力分析 省題18 省題21 省題7 省題7、15 省題13
【課程標準】
2．2.9　能運用物體的浮沉條件說明生產生活中的有關現象。
例　了解潛水艇的浮沉原理。
考點一　物體的浮沉條件及應用
1．物體的浮沉條件
上浮 下沉 懸浮 漂浮 沉底
F浮>G F浮ρ物<ρ液 ρ物>ρ液 ρ物＝ρ液 ρ物<ρ液 ρ物>ρ液
加速上升 加速下降 可停留在液面 下的任何位置 “上浮”過程的 最終狀態 “下沉”過程的 最終狀態
處于動態，受非平衡力作用 處于靜態，受平衡力的作用
2．浮力的應用
(1)輪船是采用增大排開水的體積的方法增大可利用的浮力；輪船的大小通常用排水量來表示。排水量就是輪船滿載時排開水的質量。
(2)潛水艇是靠改變自身重力來實現浮沉的。
(3)氣球和飛艇里充的是密度比空氣小的氣體。
(1)密度越大的物體放入液體中時一定會下沉。(　×　)
(2)處于水中的物體一定會受到浮力。(　×　)
(3)當兩個物體均處于懸浮狀態時，它們所受浮力一定相等。(　×　)
(4)生活中我們說的“輕者上浮”中的“輕”指的是物體重力小。(　×　)
例1　(2022·廣東節選)我國自主研制的載人深潛器下潛深度已突破10 000 m，在載人深潛領域達到世界領先水平。(取ρ海水＝1.03×103 kg/m3，ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(1)潛水艇活動的海水深度一般為300 m至600 m。它可以通過水艙排水或充水來改變________，從而實現浮沉。
(2)小明閱讀資料后，利用如圖的裝置模擬深潛器在水中的運動過程。物體甲、乙由一條細線連接且在水中處于靜止狀態，已知乙的質量為0.2 kg，體積為25 cm3，則乙所受浮力的大小為________ N，乙受到細線的拉力為________ N。若剪斷細線，甲將______(選填“上浮”“懸浮”或“下沉”)，此時甲所受浮力________(填字母)。
A．增大，且大于重力 B．不變，且等于重力
C．不變，且大于重力 D．減小，且小于重力
分析　(1)潛水艇是通過改變自重來實現上浮和下沉的。
(2)乙浸沒在水中，排開的水的體積等于乙的體積，根據阿基米德原理可得乙受到的浮力。
對乙受力分析，根據力的平衡條件可得乙受到的拉力；對甲受力分析，根據力的平衡條件確定浮力與重力的大小，再判斷甲的浮與沉；根據F?。溅阉甮V排可知甲露出水面前的浮力變化。
答案　(1)自身重力　(2)0.25　1.75　上浮　C
例2　(2021·廣東)小明看到清淤作業人員正在將水塘底部的淤泥搬運到船上。他想：水面高度會變化嗎？于是進行了探究：首先，將石塊a和不吸水的木塊b置于裝有水的燒杯中，如圖所示；然后，將石塊a從水中拿出并輕輕放在木塊b上，它們處于漂浮狀態，則水面高度將(　　)
A．下降 B．上升 C．不變 D．無法判斷
分析　由題圖可知，b漂浮，F浮b＝Gb，a沉底，F浮a＜Ga，將石塊a和不吸水的木塊b置于裝有水的燒杯中，把a、b當做一個整體分析，由題意可知都是處于漂浮狀態，所以受到的浮力等于它們的總重力，由阿基米德原理F?。溅阉甐排g分析。
答案　B
例3　(2021·廣州)將體積相同的甲、乙實心球放入裝有水的燒杯中。若甲、乙所受的重力和排開水所受的重力如表，則兩球靜止在水中時的情形可能是(　　)
實心球 實心球所受的重力/N 排開水所受的重力/N
甲 1 1
乙 2 1
分析　根據表格數據可知，甲、乙實心球的重力和排開的水所受的重力，根據阿基米德原理可知兩球受到的浮力，比較兩球受到的浮力和重力關系判斷它們的狀態，然后結合選項得出答案。
答案　C
考點二　浮力的受力作圖與綜合應用
一、浮力的受力作用
例4　(2023·汕尾二模)如圖所示，乒乓球正在上浮，畫出乒乓球上浮過程中所受的力的示意圖。
分析　在水中向上運動的乒乓球受到重力和浮力兩個力的作用，重力的方向豎直向下，浮力的方向豎直向上，并且浮力大于重力。
答案　
例5　(2020·廣東)重為G的雞蛋沉在盛有水的杯子的底部，向水中加入食鹽并使其溶解，雞蛋漸漸浮起，最終漂浮在水面，如圖甲所示，請在圖乙中畫出上述過程中雞蛋所受的浮力F浮隨時間t變化的大致圖象。
分析　根據物體的浮沉條件：浮力小于重力時下沉、浮力大于重力時上浮、浮力等于重力時漂浮以及阿基米德原理判斷雞蛋所受浮力的變化。
答案　
二、浮力的綜合應用
例6　(2019·廣州)兩個相同的燒杯中分別裝滿了兩種不同的液體，把甲、乙兩球分別輕輕放入兩杯液體，最后處于如圖所示狀態。甲、乙排開液體的重力相等，甲、乙所受浮力相比(　　)
A．甲所受浮力更大 B．乙所受浮力更大
C．甲、乙所受浮力一樣大 D．不知道液體密度無法比較浮力大小
答案　C
解析　根據阿基米德原理可知：F浮甲＝G甲排，F浮乙＝G乙排，已知甲、乙排開液體的重力相等，所以F浮甲＝F浮乙。故選C。
例7　(2019·廣東)如圖甲所示，彈簧測力計通過細線拉著正方體物塊緩慢浸入某未知液體中，物塊受到的拉力F與其下表面浸入液體中的深度h之間的關系如圖乙所示。則物塊受到的重力為________ N，物塊剛好浸沒在液體中時其下表面浸入的深度為________ cm，未知液體的密度為________ kg/m3。(g取10 N/kg)
答案　15　10　0.9×103
解析　由題圖乙可知，彈簧測力計的最大示數F最大＝15 N，此時物塊未浸入液體中，則物塊重力G＝F最大＝15 N。
由題圖乙可知，物塊從剛浸入液體到完全浸入，物塊浸入深度h＝10 cm，即正方體物塊的棱長為10 cm。
物塊的體積V＝(10 cm)3＝1 000 cm3＝1×10－3 m3，物塊全浸入時彈簧測力計的示數F示＝6 N，受到的浮力F?。紾－F示＝15 N－6 N＝9 N，
物塊排開液體的體積：V排＝V＝1×10－3 m3，
由F?。溅岩篤排g可得液體的密度：ρ液＝＝＝0.9×103 kg/m3。
考點一　物體的浮沉條件及應用
1.(2023·肇慶懷集縣一模)如圖所示是一種獨特的黔北民間絕技——獨竹漂，它已被列入少數民族傳統體育運動會項目，運動員腳踩一根楠竹，漂行水上如履平地。下列相關描述正確的是(　　)
A．楠竹的密度大于水的密度
B．運動員扔掉手中的竹竿，楠竹將上浮
C．楠竹受到的浮力等于楠竹受到的重力
D．楠竹排開水的重力等于運動員受到的重力
答案　B
解析　運動員、竹竿和楠竹一起漂浮在水面上，所以楠竹的密度小于水的密度，故A錯誤；楠竹受到的浮力也就是排開水的重力等于楠竹、運動員和竹竿的重力之和，大于楠竹受到的重力，也大于運動員受到的重力，故C、D錯誤；
當運動員扔掉手里的竹竿，重新平衡后，楠竹受到的浮力等于楠竹和運動員的重力之和，浮力變小，根據F浮＝ρ水gV排知排開水的體積變小，楠竹將上浮，故B正確。
2.(科學思維)(2023·東莞一模)兩只完全一樣的大燒杯分別裝有相同質量的水和濃鹽水，將兩個質量完全相同的蘋果分別放入其中，靜止時蘋果的狀態如圖所示。則兩蘋果排開液體的體積V甲_______V乙，兩蘋果所受的浮力F甲_______F乙，水和濃鹽水對杯底的壓強p甲_______p乙。(均選填“＞”“＜”或“＝”)
答案?。尽。健。?br/>解析　蘋果質量相同、密度相同，由ρ＝可知兩個蘋果體積相同；題圖甲中蘋果懸浮，則排開的水的體積V甲＝V物；題圖乙中蘋果漂浮，則排開的濃鹽水的體積V乙＜V物，故V甲＞V乙。兩蘋果質量相同，由G＝mg可知，兩蘋果重力相同，題圖甲中蘋果處于懸浮狀態，所受浮力F甲＝G物；題圖乙中蘋果處于漂浮狀態，所受浮力F乙＝G物，故F甲＝F乙。題圖中燒杯為規則柱狀容器，燒杯底所受壓力等于燒杯中液體和蘋果的重力之和，而燒杯中所裝液體質量相同，蘋果質量也相同，由G＝mg可知，燒杯中液體和蘋果的總重力相同，則杯底所受壓力相同。燒杯底面積也相同，由p＝可知，液體對杯底的壓強p甲＝p乙。
3.(科學技術)(2023·東莞一模)如圖所示，這是中國航母“遼寧號”訓練時艦載飛機起飛的情景。飛機起飛時能獲得向上的升力，是因為機翼上方空氣流速________(選填“大于”“小于”或“等于”)機翼下方空氣流速。飛機飛離航母后，航母所受的浮力將________(選填“變大”“變小”或“不變”)，一架總質量為22 t的艦載飛機從航母上起飛后，航母排開海水的體積將變化________ m3。(ρ海水＝1.1×103 kg/m3，g取10 N/kg)
答案　大于　變小　20
解析　飛機飛行時能獲得向上的壓強差，是因為機翼上方空氣流速大于機翼下方空氣流速，上方壓強小于下方壓強，從而產生向上的升力，飛機飛離航母后，航母的總重力減小，航母始終漂浮，浮力等于重力，所以浮力會變小。根據密度公式可知航母排開海水的體積減少了：ΔV排＝＝＝20 m3。
考點二　浮力的受力作圖與綜合應用
4．(2023·廣州越秀區模擬)施工隊利用圖甲所示海上打撈平臺裝置打撈物體，使用電動機和滑輪組把物體從海底豎直勻速吊起。見圖乙，物體到水面的距離為30 m，A、B、C、D四個點是物體從海底豎直向上勻速吊起過程經過的4個位置。圖丙是物體所受拉力F隨時間t變化的圖象。
(1)圖丁用“·”表示該物體，請在丁圖中畫出物體從A處運動到B處過程中物體的受力示意圖。
(2)浸沒在水中時物體受到的重力是________ N，浮力是________ N。
答案　(1)如圖所示　(2)3×104　1×104
解析　(1)浸沒在水中的物體受到浮力、重力、滑輪組拉力的作用，三力的作用點都畫在物體的重心，如答圖所示。
(2)由題圖乙可知，物體從C點以后，脫離水面，物體受到的拉力F1＝3×104 N，則物體受到的重力：G＝F1＝3×104 N，物體從A點到B點，物體浸沒水中，物體受到的拉力F2＝2×104 N，由稱重法測浮力可知，物體受到的浮力：F?。紾－F2＝3×104 N－2×104 N＝1×104 N。
5.(2023·東莞模擬)小明取一根粗細均勻的飲料吸管，在其下端塞入適量金屬絲并用石蠟封口，制成簡易密度計?，F使吸管豎直漂浮在不同液體中，測量出液面到吸管下端的深度為h，如圖所示。則下列圖表示吸管所受的浮力大小F、液體的密度ρ與深度h關系的圖象中，可能正確的是(　　)
答案　D
解析　同一支密度計，重力G不變，豎直漂浮在不同液體中，由漂浮條件F?。紾可知，浮力不變，與浸沒液體中的深度無關，故A、B錯誤；由阿基米德原理F?。溅岩篻V排得，G＝F＝ρgSh，g、S是定值，ρh的乘積為定值，所以ρ、h的關系呈現反比例函數圖象，故C錯誤，D正確。
6．(實驗綜合)(2023·清遠佛岡縣二模)小陳同學在老師的指導下完成了以下實驗：
①用彈簧測力計測出一個帶蓋子的空玻璃瓶的重力，如圖甲所示；
②用手拿著這個蓋緊瓶蓋的空玻璃瓶浸沒在水中，放手后發現玻璃瓶上??；
③將一個鐵塊裝入玻璃瓶并蓋緊瓶蓋，放入水中放手后發現玻璃瓶下沉；
④取出玻璃瓶并擦干瓶上的水，掛在彈簧測力計上，保持玻璃瓶豎直，然后從圖乙所示位置慢慢浸入水中，并根據實驗數據繪制了彈簧測力計的示數F與玻璃瓶下表面浸入水中深度h的關系圖象如圖丙所示。
(1)裝有鐵塊的玻璃瓶全部浸沒在水中時受到的浮力是________ N。
(2)AB段說明物體受到的浮力大小與________________有關。
(3)在第②操作步驟中空玻璃瓶浸沒在水中時受到的浮力為________ N，它上浮的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)小陳還使用了三個質量不同的鋁塊、燒杯和彈簧測力計，對“浮力的大小與物體的質量是否有關”進行探究，先用彈簧測力計測出一個鋁塊的重力，然后把這個鋁塊浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數。再用其他兩個鋁塊重復上述實驗，分析數據得出了結論。
①該實驗方案的不合理之處是：________________________________________；
②在原有的實驗器材基礎上，增加一個量筒，寫出改正不合理之處的做法：________________。
答案　(1)1.6　(2)排開液體的體積　(3)1.6　浮力大于重力　(4)①未控制鋁塊體積相同　②鋁塊浸入量筒中的體積相同，量筒前后讀數示數之差一樣
解析　(2)由題圖丙知，AB段隨著瓶子進入水中體積的增大，瓶子受到的彈簧測力計拉力逐漸減小，根據F?。紾－F知，瓶子受到的浮力增大，說明物體受到的浮力大小與排開的水的體積有關。
(1)(3)由題圖丙知，當瓶子浸入深度為0時，彈簧測力計示數為瓶子和鐵塊的總重力，即G＝2.2 N；
當瓶子浸入深度達到6 cm后彈簧測力計示數不再減小，說明瓶子浸沒在水中，示數為0.6 N，所以受到的浮力：F浮＝G－F＝2.2 N－0.6 N＝1.6 N。浮力的大小與液體密度和物體浸入液體的體積有關，空玻璃瓶浸沒在水中與裝有鐵塊的瓶子浸沒在水中時體積相等，所以受到的浮力相等，都為1.6 N，故在第②操作步驟中空玻璃瓶浸沒在水中受到的浮力為1.6 N。因為浮力大于重力，所以瓶子上浮。
(4)①浮力與液體密度、排開液體的體積有關，要探究浮力與物體的質量的關系，根據控制變量法，需要控制液體密度、排開液體的體積相同，改變物體的質量，測量浮力，故小明實驗中只控制了液體密度相同，沒有控制物體排開液體的體積相同；
②把鋁塊浸入量筒中的體積相同，使量筒前后讀數示數之差一樣。
7．(2023·廣州)小明自制的“溫度計”中有密度隨溫度升高而變小的液體。如圖甲，當該液體溫度為19 ℃時，質量為4×10－3 kg的小球b懸浮，b標記“19 ℃”；另外兩個小球分別標記“15 ℃”“23 ℃”，當小球懸浮時，它標記的溫度與液體溫度相等。圖甲、圖乙、圖丙中小球a、b、c均靜止，忽略小球體積變化，g取10 N/kg。
(1)圖甲中b懸浮，
①在圖丁方框中畫出b的受力示意圖(用“·”表示b)；
②此時b受到的浮力為________ N；
③此時液體密度為0.8×103 kg/m3，b排開液體的體積為________ m3。
(2)圖乙中b漂浮，
①此時b所受浮力________(選填“大于”“等于”或“小于”)圖甲中b所受浮力；
②此時液體溫度________(選填“高于”“等于”或“低于”)19 ℃；
③小球c對應標記________(選填“15 ℃”或“23 ℃”)。
(3)圖丙中液體溫度的范圍可能是________。
A．14 ℃以下 B．16～18 ℃ C．20～22 ℃ D．24 ℃以上
(4)液體溫度在15～23 ℃范圍內，b在液體中靜止時所受浮力與液體溫度關系的圖象可能正確的是(b不接觸其他小球)________。
答案　(1)①如圖所示?、?.04　③5×10－6　(2)①等于　②低于　③15 ℃　(3)D　(4)C
解析　(1)①題圖甲中b懸浮，受到豎直向下的重力和豎直向上的浮力，且兩個力大小相等，如答圖所示。
②b受到的浮力為：F?。紾＝mg＝4×10－3 kg×10 N/kg＝0.04 N。
③由F?。溅岩篻V排得b排開液體的體積為：V排＝＝＝5×10－6 m3。
(2)①題圖乙中b漂浮，受到的浮力也等于其自身的重力，所以此時b所受浮力等于題圖甲中b所受浮力；②③當外界氣溫降低時，液體的密度變大，由F?。溅岩篻V排可知，小球所受浮力會變大，懸浮小球會上浮，最終會漂浮在水面上，所以此時液體溫度低于19 ℃；環境溫度越高時，液體的密度變小，浮力越小，懸浮的小球會下沉，所以小球c對應標記15 ℃，小球a對應標記23 ℃。
(3)由題圖丙知，三個小球都下沉，由“環境溫度越高時，液體的密度變小，浮力越小，懸浮的小球會下沉”可知液體的溫度比23 ℃還高，故D符合題意。
(4)由于氣溫降低時，小球所受浮力會變大，懸浮小球會上?。画h境溫度升高時，浮力會變小，懸浮的小球會下沉，且漂浮和懸浮時浮力都等于重力，所以15～19 ℃時浮力保持不變，溫度再升高，浮力會繼續變小，浮力小于重力，小球會下沉，所以19～23 ℃時浮力減小，故C圖符合題意。
8．(2023·佛山高明區模擬)
核潛艇
慶祝中國人民解放軍海軍成立70周年海上閱兵活動在青島附近海域舉行，圖甲中為093改進型攻擊核潛艇公開亮相并進行了戰略巡航。我國某核潛艇H最大潛深350 m，完全下潛到海面下后的排水量為8.24×103 t。潛艇內部有水艙，通過向水艙中充水或從水艙中向外排水來改變潛艇的自重，從而控制其下沉或上浮。已知海水密度ρ海為1.03×103 kg/m3，江水密度ρ江為1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg，不考慮潛艇的體積變化。
(1)下列關于核潛艇的說法中，正確的是________。
A．核潛艇的外殼用硬度小的特種鋼材制成
B．核潛艇是通過改變自身體積達到浮沉的
C．核潛艇懸浮和漂浮時所受的浮力相等
D．核潛艇由東海海面下潛行進入長江后所受的浮力變小
(2)核潛艇在海面下水平勻速巡航時，突然進入密度躍層(海水密度突然變小)時，核潛艇將會________，將給核潛艇帶來安全隱患。為確保核潛艇安全，應立即采取的措施是____________________(選填“向水艙中充水”或“從水艙中向外排水”)。
(3)該核潛艇H懸浮在海面下時，螺旋槳將海水推向后方獲得向前的推力，說明________________________；核潛艇H所受的海水阻力與航速的關系如圖乙，當核潛艇H航速為8 m/s時，核潛艇H所受的海水阻力為________ N。
答案　(1)D　(2)下沉　從水艙中向外排水　(3)力的作用是相互的　1.92×106
解析　(1)核潛艇在水下需要承擔較大的壓強，所以潛水艇的外殼用硬度大的特種鋼材制成，故A錯誤；核潛艇是通過改變自身重力達到浮沉的，故B錯誤；核潛艇懸浮和漂浮時排開水的體積不相同，根據F浮＝ρ液gV排知所受的浮力不相等，故C錯誤；核潛艇由東海海面下潛行進入長江后，液體的密度減小，根據F浮＝ρ液gV排知所受的浮力變小，故D正確。
(2)核潛艇在海面下水平勻速巡航時，突然進入密度躍層(海水密度突然變小)時，海水躍層是上層密度大、下層密度小，因此由F?。溅裧V排可知，會造成潛艇受到的浮力減小，浮力小于重力，所以潛水艇會突然下沉。因為潛水艇是靠改變自身的重力實現浮沉的，所以此時將潛艇水艙向外排水，使潛艇受到的重力小于浮力，實現上浮。
(3)該核潛艇H懸浮在海面下時，螺旋槳將海水推向后方，由于物體間力的作用是相互的，海水對螺旋槳施加一個向前的力，核潛艇就前進了。由題圖乙可知，當v2＝100 m2/s2，即航速為10 m/s時，核潛艇受到的阻力f＝3×106 N，當核潛艇H航速為8 m/s時，核潛艇H所受的海水阻力為f′＝×3×106 N＝1.92×106 N。

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