五、浮力
5分钟训练(预习类训练,可用于课前)
1.不论物体漂浮在液体表面,还是浸没在液体中,物体都会受到_________施加的一个向上的托力。我们把浸在液体中的物体受到液体向上的托力,叫做_________。
思路解析:我们经常可以看到有物体漂浮在河水、湖水的表面,这些物体没有下沉,说明有向上的力对它作用。这种力物理学中叫浮力。浮力是因为物体排开液体而产生的。 答案:液体 浮力
2.物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的_________有关,还与物体排开液体的_________有关,而与浸没在液体中的_________无关。
思路解析:我们通过实验探究可知物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度有关,与液体排开的体积有关,而与浸没在液体中的深度无关。
答案:密度 体积 深度
3.关于物体受到的浮力,下列说法中正确的是( )
A.漂在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大
B.物体排开水的体积越大受到的浮力越大
C.物体没入水中越深受到的浮力越大
D.物体的密度越大受到的浮力越大
思路解析:物体受到浮力大小由两个条件决定:一是物体排开液体的体积;二是液体的密度。同一种液体时,只由体积决定浮力的大小。漂在水面上的物体受到的浮力等于它的重力,沉在水底的物体受到的浮力等于它排开水的重力。这两个重力谁大并不知道,所以A错。对于同一种液体或者是密度相同的液体,物体排开液体的体积越大受到的浮力就越大,所以B正确。物体没入水中越深,不一定排开水的体积大,所以C错。物体密度大与浮力没有直接关系,液体的密度与浮力大小有关系,所以D错。
答案:B
10分钟训练(强化类训练,可用于课中)
1.四个体积相同的小球A、B、C、D,在水中处于静止状态,如图14-5-1所示,其中所受浮力最小的是( )
图14-5-1
A.A球 B.B球
C.C球 D.D球
思路解析:本题主要考查对阿基米德原理的理解,通过比较V排来比较物体所受浮力的大小。
根据阿基米德原理F浮=ρ
力最小,所以选A。
答案:A
2.烧杯中水面上浮一块冰块,当冰完全融化后( )
A.水面上升 B.水面下降
C.水面不变 D.无法确定
思路解析:冰浮在水面上则G冰=G排,当冰完全化成水时,质量不变,G冰=G化冰,所以G化冰=G排液gV排和题设条件可知,A球排开水的体积最少,则丁球所受的浮,液面不变。
答案:C
3.浸没在液体中的物体所受的浮力的大小等于被物体排开的液体所受的重力。这便是著名的_____________________。
思路解析:阿基米德原理揭示了物体所受浮力的大小与哪些因素有关。这是希腊伟大科学家阿基米德对物理学有关浮力的主要贡献。
答案:阿基米德原理
4.一个物体挂在弹簧测力计下在空气中称时示数为0.98 N,当把它放在液体里时发现弹簧测力计的示数减小了0.24 N,则此时弹簧测力计的示数是___________N,该物体在液体里受到的浮力是___________N。
思路解析:物体放入液体里时,受到了液体对其竖直向上的托力,即浮力,由于浮力向上“托住”了物体,因而弹簧测力计的示数减小。而且,这个浮力有多大,弹簧测力计的示数就要减小多少,所以物体受到的浮力F浮=0.24 N,此时弹簧秤的示数:F′=G-F浮=0.98 N-0.24
N=0.74 N。这种计算浮力的方法叫做称重法。
答案:0.74
0.24
5.一座桥墩,浸入水中10 m,则桥墩受到的浮力为___________N。
思路解析:桥墩埋入地下,不受水向上的压力,只受到水对侧壁的压力,且互相抵消,所以不受浮力作用。
答案:0
6.一小石块放入了量筒内水中,量筒内水的体积由 20 cm3上升到 50 cm3,求石块在水中受到的浮力是多大。(g取10 N/kg)
思路解析:石块放在水中后,水的体积增加的量就是石块的体积,也就是石块排开水的体积。水的密度是已知量,为:ρ=1.0×103 kg/m3,根据阿基米德原理代入公式F=ρgV排计算即可得出结果。
答案:V排=V石=50 cm-20 cm=30 cm=3×10m
F浮=ρ水333-53gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×3×10-5 m3=0.3 N。
快乐时光
医生问病人怎么骨折的,病人说:“我觉得鞋里有沙子,就扶着电线杆抖鞋,他妈的有个人经过那里以为我触电了,便抄起木棍给了我两棍子。”
30分钟训练(巩固类训练,可用于课后)
1.关于物体受到水的浮力,下面说法中正确的是( )
A.漂在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大
B.没入水中的物体在水中的位置越深受到的浮力越大
C.物体排开水的体积越大受到的浮力越大
D.物体的密度越大受到的浮力越小
思路解析:当一个物体漂浮在水面上时,它排开水的体积小于它自身的体积,而浸没时排开水的体积等于它自身的体积,所以一个物体漂浮时排开的水的体积小于它浸没时排开的水的体积,根据阿基米德原理可知,它漂浮在水面受到的浮力小于浸没在水中受到的浮力,故A选项错误。浸没在液体中的物体排开的液体的体积等于它自身的体积,与浸入的深度无关,B选项错误。对于C选项,由于物体是排开同一种液体,ρ液相同,排开液体的体积也相同,
所以它排开液体受到的重力也相同,浮力相同,此选项正确。物体受到的浮力只与它排开液体受到的重力有关(由液体的密度和排开液体的体积决定),而与物体自身的密度是无关的,故D选项也是错误的。
答案:C
2.体积相同的a、b、c三个小球,浸在水中,如图14-5-2所示,则受浮力关系为( )
图14-5-2
A.Fa>Fb>Fc B.Fa
C.Fa=Fb
思路解析:三个小球体积相同,a部分浸入,b、 c全浸,所以排开水的体积a最小,b、c相等,则选B。
答案:B
3.(2010黑龙江宁安)要使潜入水中的潜水艇上浮,应采取的措施是( )
A.向水舱注水,增大重力 B.向水舱注水,增大浮力
C.排出水舱中一部分水,增大浮力 D.排出水舱中一部分水,减小重力
思路解析:潜水艇潜入水中,增大重力就会下沉,A错。向水舱注水,增大重力,B错。排出水舱中一部分水,减小重力,潜艇上浮。所以C错,D正确。
答案:D
4.如图14-5-3甲所示,将一挂在弹簧测力计下的圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,图14-5-3乙中能正确反应弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面的距离h关系的图象是( )
图14-5-3
思路解析:圆柱体金属块从下表面刚刚到达水面,到金属块上表面刚好浸入水中,这一过程中金属块排开水的体积V排逐渐增大,金属块受到的浮力F浮逐渐增大。而F示=G-F浮,故弹
簧测力计示数逐渐减小,但当金属块完全浸没于水中以后,它排开水的体积不再变化,浮力保持不变。
答案:A
5.如图14-5-4所示,在盛水容器中,有四个体积完全相同的物体:A
是一浮于水面的正方体
木块;B是用线吊着浸没在水中的长方体铁块;C是沉在水底的空心钢球;D是正方体的石蜡块,它与容器底面无缝隙紧密结合,它们所受的浮力分别为FA、FB、FC、FD,则下列说法
正确的是( )
图14-5-4
A.FA>FB>FC>FD B.FA>FB>FC=FD
C.FA=FB=FC>FD D.FB=FC>FA>FD
思路解析:本题考查对浮力产生原因的理解。判断物体浸在液体中是否受浮力的作用,不能只看它是否浸没在液体中,而应该根据浮力的定义及浮力产生的原因来判断。虽然A、B、C、D四个物体,它们的形状不同,组成的物体种类不同,有的是实心的、有的是空心的,浸入水中的深度也不同,但这些不同条件跟浮力的大小均无关,浮力的大小只跟液体的密度与排开液体的体积有关。因为这四个物体是浸在同一种液体中,液体的密度相同,所以浮力的大小由排开液体的体积而定,但D物体与容器底紧密结合,故浮力为零。由此可知,此题A、
B、C、D四个物体所受浮力大小可以用下式来表示,即FB=FC>FA>FD。
答案:D
6.如图14-5-5所示,小鱼口中吐出的气泡在升至水面的过程中,体积会逐渐变大,则气泡受到的浮力和气泡内气体的压强的变化情况是( )
图14-5-5
A.浮力压强都不变 B.浮力变大,压强变小
C.浮力变小,压强变大 D.浮力、压强都变大
思路解析:气泡越往上走,水越浅压强越小,气泡体积变大,浮力变大。(ρ水不变,根据
p=ρ水gh及F浮=ρ水gV排可知)
答案:B
7.如图14-5-6所示,同一物体以两种方法浸入水中,其上、下表面压力差F甲与F乙
的关系
为( )
图14-5-6
A.F甲<F乙 B.F甲>F乙
C.F甲= F乙 D.条件不足,无法确定
思路解析:压力差即浮力G排,放置方式不同,V排不变,浮力不变,即压力差相等。
答案:C
8.图14-5-7为用来探究同一物体所受浮力与哪些因素有关的实验过程图。
图14-5-7
(1)图_______的实验可以用来探究物体浸没在液体中所受的浮力是否跟浸入的深度有关;
(2)图_______的实验可以用来探究物体浸在液体中受到的浮力大小是否跟它排开水的体积有关。
思路解析:比较(a)、(b)可看出,物体是部分浸入液体中,它们浸入液体中的体积是不同的,这样当液体的密度相同时,就可根据弹簧测力计的示数变化来探究浮力的大小跟物体排开液体的体积是否有关。同样,(c)、(d)两图反映的都是物体浸没在液体中的情况,(d)图中的物体浸在液体中的深度大于在(c)中的深度,但它们排开液体的体积是相同的,故可用来探究浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度是否有关。
答案:(c)、(d) (a)、(b)
9.小明在大海里游泳时,发现身体比在淡水里游泳更轻,在大海里游泳更容易。他猜想:这种感觉可能与海水中的盐有关。他设计了一个实验,实验的主要器材有:一个装有水的烧杯、一块比水的密度稍大的小塑料块、一包食盐、一根玻璃棒等。实验过程:
把小塑料块放入装
有水的烧杯中,小塑料块沉入水底(完全浸没),然后慢慢向水中加入食盐并搅拌,直到小塑料块悬浮且静止在水中。通过这个实验得到的结论是物体_______(填“质量”“重力”或“排开液体的体积”)一定时_______越大,物体所受的浮力越大。由此证明他的这种感觉确实与海水中的盐有关。
思路解析:物体的体积一定时,密度越大重力也越大。海水的密度大于淡水的密度,所以在海水里游泳感觉身体更轻。他做的实验可以得到如下结论:物体排开液体的体积一定时,密度越大,物体所受的浮力也越大。这个实验验证了“海水比淡水密度大”的猜想。 答案:排开液体的体积 液体密度
10.如图14-5-8所示,边长为l的正方体,全浸在水中,上表面与液面相平行,距液面h,则前、后、左、右各侧面对应部分压强相等、合力为_______;上表面受到水的压强为_______,下表面受到水的压强为_______,上表面受到压力为_______,下表面受到水的压力为_______,则上、下表面的压力差为__________。由此可知,浮力的实质即是___________。
图14-5-8
思路解析:液体内部向各个方向都有压强,同一深度,向各个方向的压强都相等,前、后、左右对应深度压强大小相等,互相抵消,合力为零,而上下表面的深度不同,压强不等,所以上下表面存在压力差,即是浮力产生的原因。浮力的方向,即合力的方向,是竖直向上的。 思路解析:液体内部向各个方向都有压强,同一深度,向各个方向的压强都相等,前、后、左右对应深度压强大小相等,互相抵消,合力为零,而上下表面的深度不同,压强不等,所以上下表面存在压力差,即是浮力产生的原因。浮力的方向,即合力的方向,是竖直向上的。 答案:零 ρ
的压力差
11.在探究“浮力的大小等于什么”这一问题时,班级的“物理小博士”为同学们做了如图14-5-9所示的一系列实验,请你从中选出一些图,针对某一因素进行探究,并通过分析弹簧测力计的示数,说明你的探究结果。
水hg ρ水g(h+l) ρ水ghl2 ρ水g(h+l)l2 ρ水gl3 液体对物体上、下表面
图14-5-9
(1)探究的因素是______________________________________________________________。
(2)选用的图是________________________________________________________________。
(3)探究的结果是______________________________________________________________。 思路解析:本题探究浮力大小与哪些因素有关。根据阿基米德原理,浮力与ρ液及V排有关,可采用控制变量法,保持一个量一定再进行探究,浮力受另一个量的影响。
答案:(1)本题探究浮力大小与哪些因素有关。(2)可探究浮力的大小与排开液体之积的关系;选图甲、乙、丙或甲、乙、丁,结论是浸在同一液体中的物体浸入越大所受浮力越大;
(3)对于浸入在同一种液体中的物体浮力与深度的关系;选图甲、丙、丁。结论:浸入在同一液体中的物体,浮力与深度无关。
12.图14-5-10所示是探究“浮力的大小等于什么”的实验装置及实验过程。
图14-5-10
(1)比较甲、丙可以求出_____________________。
(2)比较乙、丁可以求出_____________________。
(3)比较(1)(2)的结果可以得出结论:______________,这就是著名的______________原理。公式为______________。
思路解析:前者用“称重法”求浮力;后者用“质量差法”求G排。
答案:(1)浸在液体中的物体受到的浮力 (2)物体排开液体所受到的重力 (3)浸在液体里的物体受到液体的浮力等于物体排开液体所受到的重力 阿基米德 F浮=G排
13.在弹簧下端挂一个塑料筒,筒下面吊一个金属块,记下弹簧伸长后到达的位置O,如图14-5-11所示,取一个溢水杯,杯内的水装到溢水管口。把金属块全部没入水中,水被排到溢水口旁的小杯中,金属块受到浮力,弹簧的伸长量变小,如图14-5-11乙所示,然后把小杯中的水全部倒入弹簧下的小筒中,弹簧又伸长到原来的位置O,如图14-5-11丙所示。请你用简练的语言说出,从这个实验能得到什么结论。
图14-5-11
思路解析:课本中探究阿基米德原理,是先用称重法测出浮力的大小,最后称出从装满水的溢水杯中排到小桶里的水的重力,比较被物体排开液体所受的重力和物体所受浮力的大小后得出结论。此实验没有测量被物体排开液体所受的重力,而是采用将排出的水加到弹簧测力计下,这样直接比较排出的水的重力与原来弹簧测力计示数变化(即浮力)的关系,从而也达到探究阿基米德原理的目的。
答案:浸在液体里的物体所受浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力。
五、浮力
5分钟训练(预习类训练,可用于课前)
1.不论物体漂浮在液体表面,还是浸没在液体中,物体都会受到_________施加的一个向上的托力。我们把浸在液体中的物体受到液体向上的托力,叫做_________。
思路解析:我们经常可以看到有物体漂浮在河水、湖水的表面,这些物体没有下沉,说明有向上的力对它作用。这种力物理学中叫浮力。浮力是因为物体排开液体而产生的。 答案:液体 浮力
2.物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的_________有关,还与物体排开液体的_________有关,而与浸没在液体中的_________无关。
思路解析:我们通过实验探究可知物体在液体中所受浮力的大小与液体的密度有关,与液体排开的体积有关,而与浸没在液体中的深度无关。
答案:密度 体积 深度
3.关于物体受到的浮力,下列说法中正确的是( )
A.漂在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大
B.物体排开水的体积越大受到的浮力越大
C.物体没入水中越深受到的浮力越大
D.物体的密度越大受到的浮力越大
思路解析:物体受到浮力大小由两个条件决定:一是物体排开液体的体积;二是液体的密度。同一种液体时,只由体积决定浮力的大小。漂在水面上的物体受到的浮力等于它的重力,沉在水底的物体受到的浮力等于它排开水的重力。这两个重力谁大并不知道,所以A错。对于同一种液体或者是密度相同的液体,物体排开液体的体积越大受到的浮力就越大,所以B正确。物体没入水中越深,不一定排开水的体积大,所以C错。物体密度大与浮力没有直接关系,液体的密度与浮力大小有关系,所以D错。
答案:B
10分钟训练(强化类训练,可用于课中)
1.四个体积相同的小球A、B、C、D,在水中处于静止状态,如图14-5-1所示,其中所受浮力最小的是( )
图14-5-1
A.A球 B.B球
C.C球 D.D球
思路解析:本题主要考查对阿基米德原理的理解,通过比较V排来比较物体所受浮力的大小。
根据阿基米德原理F浮=ρ
力最小,所以选A。
答案:A
2.烧杯中水面上浮一块冰块,当冰完全融化后( )
A.水面上升 B.水面下降
C.水面不变 D.无法确定
思路解析:冰浮在水面上则G冰=G排,当冰完全化成水时,质量不变,G冰=G化冰,所以G化冰=G排液gV排和题设条件可知,A球排开水的体积最少,则丁球所受的浮,液面不变。
答案:C
3.浸没在液体中的物体所受的浮力的大小等于被物体排开的液体所受的重力。这便是著名的_____________________。
思路解析:阿基米德原理揭示了物体所受浮力的大小与哪些因素有关。这是希腊伟大科学家阿基米德对物理学有关浮力的主要贡献。
答案:阿基米德原理
4.一个物体挂在弹簧测力计下在空气中称时示数为0.98 N,当把它放在液体里时发现弹簧测力计的示数减小了0.24 N,则此时弹簧测力计的示数是___________N,该物体在液体里受到的浮力是___________N。
思路解析:物体放入液体里时,受到了液体对其竖直向上的托力,即浮力,由于浮力向上“托住”了物体,因而弹簧测力计的示数减小。而且,这个浮力有多大,弹簧测力计的示数就要减小多少,所以物体受到的浮力F浮=0.24 N,此时弹簧秤的示数:F′=G-F浮=0.98 N-0.24
N=0.74 N。这种计算浮力的方法叫做称重法。
答案:0.74
0.24
5.一座桥墩,浸入水中10 m,则桥墩受到的浮力为___________N。
思路解析:桥墩埋入地下,不受水向上的压力,只受到水对侧壁的压力,且互相抵消,所以不受浮力作用。
答案:0
6.一小石块放入了量筒内水中,量筒内水的体积由 20 cm3上升到 50 cm3,求石块在水中受到的浮力是多大。(g取10 N/kg)
思路解析:石块放在水中后,水的体积增加的量就是石块的体积,也就是石块排开水的体积。水的密度是已知量,为:ρ=1.0×103 kg/m3,根据阿基米德原理代入公式F=ρgV排计算即可得出结果。
答案:V排=V石=50 cm-20 cm=30 cm=3×10m
F浮=ρ水333-53gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×3×10-5 m3=0.3 N。
快乐时光
医生问病人怎么骨折的,病人说:“我觉得鞋里有沙子,就扶着电线杆抖鞋,他妈的有个人经过那里以为我触电了,便抄起木棍给了我两棍子。”
30分钟训练(巩固类训练,可用于课后)
1.关于物体受到水的浮力,下面说法中正确的是( )
A.漂在水面的物体比沉在水底的物体受到的浮力大
B.没入水中的物体在水中的位置越深受到的浮力越大
C.物体排开水的体积越大受到的浮力越大
D.物体的密度越大受到的浮力越小
思路解析:当一个物体漂浮在水面上时,它排开水的体积小于它自身的体积,而浸没时排开水的体积等于它自身的体积,所以一个物体漂浮时排开的水的体积小于它浸没时排开的水的体积,根据阿基米德原理可知,它漂浮在水面受到的浮力小于浸没在水中受到的浮力,故A选项错误。浸没在液体中的物体排开的液体的体积等于它自身的体积,与浸入的深度无关,B选项错误。对于C选项,由于物体是排开同一种液体,ρ液相同,排开液体的体积也相同,
所以它排开液体受到的重力也相同,浮力相同,此选项正确。物体受到的浮力只与它排开液体受到的重力有关(由液体的密度和排开液体的体积决定),而与物体自身的密度是无关的,故D选项也是错误的。
答案:C
2.体积相同的a、b、c三个小球,浸在水中,如图14-5-2所示,则受浮力关系为( )
图14-5-2
A.Fa>Fb>Fc B.Fa
C.Fa=Fb
思路解析:三个小球体积相同,a部分浸入,b、 c全浸,所以排开水的体积a最小,b、c相等,则选B。
答案:B
3.(2010黑龙江宁安)要使潜入水中的潜水艇上浮,应采取的措施是( )
A.向水舱注水,增大重力 B.向水舱注水,增大浮力
C.排出水舱中一部分水,增大浮力 D.排出水舱中一部分水,减小重力
思路解析:潜水艇潜入水中,增大重力就会下沉,A错。向水舱注水,增大重力,B错。排出水舱中一部分水,减小重力,潜艇上浮。所以C错,D正确。
答案:D
4.如图14-5-3甲所示,将一挂在弹簧测力计下的圆柱体金属块缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,图14-5-3乙中能正确反应弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面的距离h关系的图象是( )
图14-5-3
思路解析:圆柱体金属块从下表面刚刚到达水面,到金属块上表面刚好浸入水中,这一过程中金属块排开水的体积V排逐渐增大,金属块受到的浮力F浮逐渐增大。而F示=G-F浮,故弹
簧测力计示数逐渐减小,但当金属块完全浸没于水中以后,它排开水的体积不再变化,浮力保持不变。
答案:A
5.如图14-5-4所示,在盛水容器中,有四个体积完全相同的物体:A
是一浮于水面的正方体
木块;B是用线吊着浸没在水中的长方体铁块;C是沉在水底的空心钢球;D是正方体的石蜡块,它与容器底面无缝隙紧密结合,它们所受的浮力分别为FA、FB、FC、FD,则下列说法
正确的是( )
图14-5-4
A.FA>FB>FC>FD B.FA>FB>FC=FD
C.FA=FB=FC>FD D.FB=FC>FA>FD
思路解析:本题考查对浮力产生原因的理解。判断物体浸在液体中是否受浮力的作用,不能只看它是否浸没在液体中,而应该根据浮力的定义及浮力产生的原因来判断。虽然A、B、C、D四个物体,它们的形状不同,组成的物体种类不同,有的是实心的、有的是空心的,浸入水中的深度也不同,但这些不同条件跟浮力的大小均无关,浮力的大小只跟液体的密度与排开液体的体积有关。因为这四个物体是浸在同一种液体中,液体的密度相同,所以浮力的大小由排开液体的体积而定,但D物体与容器底紧密结合,故浮力为零。由此可知,此题A、
B、C、D四个物体所受浮力大小可以用下式来表示,即FB=FC>FA>FD。
答案:D
6.如图14-5-5所示,小鱼口中吐出的气泡在升至水面的过程中,体积会逐渐变大,则气泡受到的浮力和气泡内气体的压强的变化情况是( )
图14-5-5
A.浮力压强都不变 B.浮力变大,压强变小
C.浮力变小,压强变大 D.浮力、压强都变大
思路解析:气泡越往上走,水越浅压强越小,气泡体积变大,浮力变大。(ρ水不变,根据
p=ρ水gh及F浮=ρ水gV排可知)
答案:B
7.如图14-5-6所示,同一物体以两种方法浸入水中,其上、下表面压力差F甲与F乙
的关系
为( )
图14-5-6
A.F甲<F乙 B.F甲>F乙
C.F甲= F乙 D.条件不足,无法确定
思路解析:压力差即浮力G排,放置方式不同,V排不变,浮力不变,即压力差相等。
答案:C
8.图14-5-7为用来探究同一物体所受浮力与哪些因素有关的实验过程图。
图14-5-7
(1)图_______的实验可以用来探究物体浸没在液体中所受的浮力是否跟浸入的深度有关;
(2)图_______的实验可以用来探究物体浸在液体中受到的浮力大小是否跟它排开水的体积有关。
思路解析:比较(a)、(b)可看出,物体是部分浸入液体中,它们浸入液体中的体积是不同的,这样当液体的密度相同时,就可根据弹簧测力计的示数变化来探究浮力的大小跟物体排开液体的体积是否有关。同样,(c)、(d)两图反映的都是物体浸没在液体中的情况,(d)图中的物体浸在液体中的深度大于在(c)中的深度,但它们排开液体的体积是相同的,故可用来探究浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度是否有关。
答案:(c)、(d) (a)、(b)
9.小明在大海里游泳时,发现身体比在淡水里游泳更轻,在大海里游泳更容易。他猜想:这种感觉可能与海水中的盐有关。他设计了一个实验,实验的主要器材有:一个装有水的烧杯、一块比水的密度稍大的小塑料块、一包食盐、一根玻璃棒等。实验过程:
把小塑料块放入装
有水的烧杯中,小塑料块沉入水底(完全浸没),然后慢慢向水中加入食盐并搅拌,直到小塑料块悬浮且静止在水中。通过这个实验得到的结论是物体_______(填“质量”“重力”或“排开液体的体积”)一定时_______越大,物体所受的浮力越大。由此证明他的这种感觉确实与海水中的盐有关。
思路解析:物体的体积一定时,密度越大重力也越大。海水的密度大于淡水的密度,所以在海水里游泳感觉身体更轻。他做的实验可以得到如下结论:物体排开液体的体积一定时,密度越大,物体所受的浮力也越大。这个实验验证了“海水比淡水密度大”的猜想。 答案:排开液体的体积 液体密度
10.如图14-5-8所示,边长为l的正方体,全浸在水中,上表面与液面相平行,距液面h,则前、后、左、右各侧面对应部分压强相等、合力为_______;上表面受到水的压强为_______,下表面受到水的压强为_______,上表面受到压力为_______,下表面受到水的压力为_______,则上、下表面的压力差为__________。由此可知,浮力的实质即是___________。
图14-5-8
思路解析:液体内部向各个方向都有压强,同一深度,向各个方向的压强都相等,前、后、左右对应深度压强大小相等,互相抵消,合力为零,而上下表面的深度不同,压强不等,所以上下表面存在压力差,即是浮力产生的原因。浮力的方向,即合力的方向,是竖直向上的。 思路解析:液体内部向各个方向都有压强,同一深度,向各个方向的压强都相等,前、后、左右对应深度压强大小相等,互相抵消,合力为零,而上下表面的深度不同,压强不等,所以上下表面存在压力差,即是浮力产生的原因。浮力的方向,即合力的方向,是竖直向上的。 答案:零 ρ
的压力差
11.在探究“浮力的大小等于什么”这一问题时,班级的“物理小博士”为同学们做了如图14-5-9所示的一系列实验,请你从中选出一些图,针对某一因素进行探究,并通过分析弹簧测力计的示数,说明你的探究结果。
水hg ρ水g(h+l) ρ水ghl2 ρ水g(h+l)l2 ρ水gl3 液体对物体上、下表面
图14-5-9
(1)探究的因素是______________________________________________________________。
(2)选用的图是________________________________________________________________。
(3)探究的结果是______________________________________________________________。 思路解析:本题探究浮力大小与哪些因素有关。根据阿基米德原理,浮力与ρ液及V排有关,可采用控制变量法,保持一个量一定再进行探究,浮力受另一个量的影响。
答案:(1)本题探究浮力大小与哪些因素有关。(2)可探究浮力的大小与排开液体之积的关系;选图甲、乙、丙或甲、乙、丁,结论是浸在同一液体中的物体浸入越大所受浮力越大;
(3)对于浸入在同一种液体中的物体浮力与深度的关系;选图甲、丙、丁。结论:浸入在同一液体中的物体,浮力与深度无关。
12.图14-5-10所示是探究“浮力的大小等于什么”的实验装置及实验过程。
图14-5-10
(1)比较甲、丙可以求出_____________________。
(2)比较乙、丁可以求出_____________________。
(3)比较(1)(2)的结果可以得出结论:______________,这就是著名的______________原理。公式为______________。
思路解析:前者用“称重法”求浮力;后者用“质量差法”求G排。
答案:(1)浸在液体中的物体受到的浮力 (2)物体排开液体所受到的重力 (3)浸在液体里的物体受到液体的浮力等于物体排开液体所受到的重力 阿基米德 F浮=G排
13.在弹簧下端挂一个塑料筒,筒下面吊一个金属块,记下弹簧伸长后到达的位置O,如图14-5-11所示,取一个溢水杯,杯内的水装到溢水管口。把金属块全部没入水中,水被排到溢水口旁的小杯中,金属块受到浮力,弹簧的伸长量变小,如图14-5-11乙所示,然后把小杯中的水全部倒入弹簧下的小筒中,弹簧又伸长到原来的位置O,如图14-5-11丙所示。请你用简练的语言说出,从这个实验能得到什么结论。
图14-5-11
思路解析:课本中探究阿基米德原理,是先用称重法测出浮力的大小,最后称出从装满水的溢水杯中排到小桶里的水的重力,比较被物体排开液体所受的重力和物体所受浮力的大小后得出结论。此实验没有测量被物体排开液体所受的重力,而是采用将排出的水加到弹簧测力计下,这样直接比较排出的水的重力与原来弹簧测力计示数变化(即浮力)的关系,从而也达到探究阿基米德原理的目的。
答案:浸在液体里的物体所受浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力。