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9.1 浮力
第九章 浮力
知識點(diǎn)
浮力
知1－講
1
1. 認(rèn)識浮力
(1)現(xiàn)象探究：什么是浮力
生活情境
現(xiàn)象說明 在水中搬石塊感覺輕一些 放飛的氫氣球飛向高空 輪船在海面上航行
知1－講
現(xiàn)象說明 浸在水中的石塊受到水對其向上的托力 在空氣中的氫氣球受到空氣對其向上的托力 浸在海水中的輪船受到海水對其向上的托力
結(jié)論 浸在液體(或氣體) 中的物體都受到液體(或氣體) 豎直向上的托力
知1－講
(2)浮力的定義：浸在液體中的物體會受到液體豎直向上的托力，這個托力就力、彈力和。
包括“部分浸入”和“全部浸入(浸沒)”兩種情況
知1－講
(3)對浮力的理解
浮力的方向 無論物體的形狀如何、是否運(yùn)動，也無論液體如何放置，浸在液體(或氣體)中的物體受到的浮力總是豎直向上的
浮力的施力物體 液體(或氣體)
浮力的受力物體 浸在液體(或氣體)中的物體
知1－講
2. 示數(shù)差法測浮力
(1)用彈簧測力計(jì)測出物體的重力G。
(2)將掛在彈簧測力計(jì)下的物體浸在液體中，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F。
(3)物體在液體中所受的浮力F 浮=G-F。
知1－講
特別提醒
浮力與重力的方向相反，重力的方向?yàn)樨Q直向下，浮力的方向?yàn)樨Q直向上，不能描述成“垂直向上”或“向上”。
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方法技巧
示數(shù)差法測物體所受浮力的原理
如圖1 所示,當(dāng)物體在液體中靜止時,由平衡條件知F+F浮=G,即F浮=G-F。因此,只要測出物體的重力G和物體浸在液體中時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F,即可根據(jù)公式F浮=G-F計(jì)算出物體浸在液體中時所受浮力的大小。
知1－練
例 1
[模擬·漳州]如圖2 所示，將重力為10 N 的鋁塊掛在彈簧測力計(jì)下，當(dāng)它浸沒在水中時，彈簧測力計(jì)的示數(shù)減小了2 N，則鋁塊所受的浮力大小為( )
A.2 N
B.8 N
C.10 N
D.12 N
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解題秘方：彈簧測力計(jì)示數(shù)之所以減小，是因?yàn)殇X塊受到了浮力的作用。
解析：已知鋁塊重力和鋁塊浸沒在水中時彈簧測力計(jì)示數(shù)的減小量，減小量就等于鋁塊所受的浮力，故鋁塊所受的浮力為2 N。
答案：A
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特別提醒：浮力大小既不能與重力大小相混淆，也不能與拉力大小相混淆，它在數(shù)值上等于重力大小減去拉力大小，亦可理解為浮力等于兩次拉力的改變量。
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1. 利用如圖所示的裝置來探究浮力的方向：將氣球用細(xì)線系在容器底部，向容器中倒入適量的水，先將容器放在水平木板上，發(fā)現(xiàn)細(xì)線沿豎直方向，再緩慢抬起木板一端，隨著∠ α的改變，細(xì)線與水平面的夾
角將_________(填“改變”或“保持不變”)，
剪斷細(xì)線，氣球?qū)⒇Q直向上運(yùn)動，這說明
浮力的方向?yàn)開________。
保持不變
豎直向上
知2－講
知識點(diǎn)
浮力產(chǎn)生的原因
2
1. 實(shí)驗(yàn)探究
實(shí)驗(yàn) 操作 取一個去掉底部的飲料瓶，瓶口朝下放置，把一個乒乓球放入瓶內(nèi)，乒乓球落在瓶頸處。當(dāng)向瓶內(nèi)倒水時，觀察乒乓球是否會浮起 再用瓶蓋將飲料瓶的瓶口堵住。觀察乒乓球是否會浮起
現(xiàn)象 向瓶中倒水后，乒乓 球沒有浮起 將瓶口堵住，
乒乓球浮起
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續(xù)表
分析 沒蓋瓶蓋、向瓶內(nèi)倒水時，乒乓球受到水對其向下的壓強(qiáng)，受到水對其向下的壓力，沒有受到水對其向上的壓力，所以乒乓球不上浮。當(dāng)用瓶蓋將飲料瓶的瓶口堵住時，乒乓球的上下表面都受到水的壓強(qiáng)，且下表面受到的水的壓強(qiáng)大于上表面受到的水的壓強(qiáng)，因而下表面受到的水的壓力大于上表面受到的水的壓力，形成向上的壓力差，所以乒乓球上浮
結(jié)論 浮力產(chǎn)生的原因是上下表面都受到液體的壓力，且向上的壓力大于向下的壓力
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思想方法
模型法是通過引入模型(能方便我們解釋那些難以直接觀察到的事物的內(nèi)部構(gòu)造)將物理問題實(shí)際化。在這里我們假設(shè)液體內(nèi)部有一個長方體，通過分析其所受壓力，推導(dǎo)出浮力產(chǎn)生的原因。
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2. 理論分析
圖示 位置 深度 壓強(qiáng) 壓力
前后兩個面 相等 相等 F前=F后
左右兩個面 相等 相等 F左= F右
上下兩個面 h2>h1 p向上>p向下 F向上>F向下
前后左右四個面受到的合力為0，上下兩個面受到的壓力不同，所以物體在液體中受到的浮力F 浮=F合=F向上－F向下 總結(jié)歸納：浮力產(chǎn)生的原因是液體對物體上下表面的壓力差。
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關(guān)聯(lián)結(jié)果
浮力的實(shí)質(zhì)是液體對物體的壓力的合力，因此對物體進(jìn)行受力分析時，浮力和壓力不能重復(fù)考慮。
關(guān)聯(lián)思考 浮力與壓力到底是何關(guān)系？
知2－練
下列四個情景中沒有受到浮力的物體是( )
例 2
知2－練
解題秘方：根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因，對各個選項(xiàng)逐一分析即可。
解析：水中的橋墩由于底面埋在淤泥下，未與水接觸，因此橋墩沒有受到水對其向上的壓力，根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知，橋墩不受浮力作用，故A 符合題意；
知2－練
水中下沉的蘋果、水面上運(yùn)動的賽艇和沉入水底的雞蛋都浸在液體中，因?yàn)橐后w對浸入其中的物體有向上的壓力和向下的壓力，且向上的壓力大于向下的壓力，這個壓力差即物體受到的浮力，故它們均受到浮力作用，故B、C、D 不符合題意。
答案：A
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特別提示：常見的浸入液體中但不受浮力的物體有：水中的橋墩、深陷淤泥的沉船、洗手池底的橡膠墊等。
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2.[模擬· 廈門] 如圖所示，用細(xì)繩吊著柱體浸沒在水中，柱體所受浮力為F 浮，柱體上、下表面受到水的壓力分別為F 向下、F 向上。下列關(guān)系式一定成立的是( )
A.F浮=F向下
B.F浮＜ F向上
C.F浮＞ F向下
D.F浮＞ F向上
B
知3－講
知識點(diǎn)
決定浮力大小的因素
3
實(shí)驗(yàn)名稱 探究浮力大小和物體浸入液體中的體積大小關(guān)系 探究浮力大小和物體浸入液體中的體積大小關(guān)系
知3－講
續(xù)表
實(shí) 驗(yàn) 操 作 (1)將物體掛在彈簧測力計(jì)下，測出其重力G (2)將掛在彈簧測力計(jì)下的物體一部分浸入水中，記下此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1 (3)將掛在彈簧測力計(jì)下的物體浸入水中的體積增大，再次記下此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F2 (4)比較F1和F2大小 (1)將物體掛在彈簧測力計(jì)下，測出其重力G
(2)將掛在彈簧測力計(jì)下的物體浸沒在水中，記下此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F3
(3)將掛在彈簧測力計(jì)下的物體浸沒在鹽水中，再次記下此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F4
(4)比較F3和F4大小
目的是控制物體浸在液體中的體積相同。
知3－講
續(xù)表
實(shí) 驗(yàn) 現(xiàn) 象
分析 F1>F2 F3>F4
結(jié)論 物體在液體中所受浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān) 物體在液體中所受浮力的大小與液體的密度有關(guān)
知3－講
思想方法
利用控制變量法探究影響浮力大小的因素
浮力的大小和多個因素有關(guān)，在設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)時應(yīng)采用控制變量法。即先保證其他因素不變，讓一個因素改變，看被研究的物理量(浮力)是否改變，從而確定物理量之間的關(guān)系。
知3－講
關(guān)聯(lián)思考排開液體的體積與浸入液體的體積是一回事嗎？
關(guān)聯(lián)結(jié)果
排開液體的體積是液體體積的一部分，浸入液體的體積是物體體積的一部分，兩者大小相等。
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[模擬·湖南]如圖3 所示，小明用同一物塊進(jìn)行“探究浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。
例 3
知3－練
解題秘方：探究浮力的影響因素用到了控制變量法；由稱重法比較浮力得出結(jié)論。
知3－練
(1)分析圖甲、________三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：同種液體中，物體受到的浮力大小與其浸入液體的體積有關(guān)。
解析：探究浮力與排開液體體積的關(guān)系，必須控制液體的密度相同，物體浸入液體的體積不同，故分析圖甲、乙、丙三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：同種液體中，物體受到的浮力大小與其浸入液體的體積有關(guān)。
乙、丙
知3－練
(2)分析圖甲、丙、丁三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：同種液體中，物體受到的浮力大小與其浸沒在液體中的深度______ (填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。
解析：分析圖甲、丙、丁三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，物塊都浸沒在液體A 中，浸入液體的體積和液體密度相同，物塊在液體中浸沒的深度不同，但浮力相同，可知：同種液體中，物體受到的浮力大小與其浸沒在液體中的深度無關(guān)。
無關(guān)
知3－練
(3)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：物塊浸沒在液體A 中受到的浮力______(填“大于”“小于”或“等于”)浸沒在液體B 中受到的浮力。
解析：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：物塊重力一定，浸沒在液體B 中受到的拉力較小，依據(jù)F 浮=G-F 可知，物塊在液體B 中受到的浮力較大。
小于
知3－練
(4)若完成實(shí)驗(yàn)后，小明發(fā)現(xiàn)使用的彈簧測力計(jì)沒有調(diào)零，則實(shí)驗(yàn)中物塊浸沒時測得的浮力大小與真實(shí)值相比_______(填“偏大”“偏小”或“不變”)。
解析：若完成實(shí)驗(yàn)后，小明發(fā)現(xiàn)使用的彈簧測力計(jì)沒有
調(diào)零，測量重力和拉力同樣有偏差，但計(jì)算浮力時，重力減去拉力的結(jié)果保持不變，則實(shí)驗(yàn)中物塊浸沒時測得的浮力大小與真實(shí)值相比不變。
不變
知3－練
3. [模擬·青島，多選]小明在“探究影響浮力大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，步驟如圖。
知3－練
下列分析正確的是( )
A. 實(shí)驗(yàn)中物體所受的重力為3.0 N
B. 由圖甲、乙、丙的探究可以得出浮力的大小與物體浸入液體的深度有關(guān)
C. 由圖甲、丙、丁的探究可以得出浮力的大小與物體在液體中浸沒的深度無關(guān)
D. 由圖甲、丁、戊的探究可以得出浮力的大小與液體的密度有關(guān)
A、C、D
浮力
浮力
測量：F浮=G－F
產(chǎn)生原因：F浮= F 向上－F向下
大小的影響因素
ρ液
V浸
認(rèn)識浮力
2. 規(guī)律
(1)浮力產(chǎn)生的原因：液體對物體產(chǎn)生的向上和向下的壓力差F 浮=F向上－F向下。
(2)稱重法計(jì)算浮力：F浮=G－F′。
(3)浮力的大小跟液體的密度和物體浸在液體中的體積有關(guān)。

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