初中物理课件11. 浮力应用 11页

浮力应用一、知识点1．轮船通过增大自身浸入水中的体积来增大可以利用的浮力。同一艘船从河里驶向海里的过程中，船所受到的浮力不变，都等于自身的重力，但是在海水中排开液体的体积变小。2．潜水艇在水下排开水的体积不会变，利用水舱进水排水，改变自身的重力来实现下沉或上浮。3．鱼类利用鱼鳔充气、排气改变自身体积，增大或减小浮力来实现在水中的上浮或下沉。4．热气球通过喷嘴点火加热，使热气球内部的气体受热膨胀，热气球体积膨胀变大，受到的空气浮力随之变大，而其重力不变，以此来使热气球上升；热气球喷嘴火焰变小或熄灭，热气球内部气体温度降低，热气球体积变小，受到的空气浮力减小，而重力仍然不变，热气球以此实现下降。5．密度计是测量液体密度的工具。形状上部小，下部大，刻度不均匀。二、例题精讲【例1】★（2014•日照）如图所示，海监部门在某海域放置浮标以监测水文变化．监测发现，从春季至夏季，海水温度升高、体积膨胀导致海水密度变小．此过程中，若浮标体积保持不变，则（　　）　A．浮标所受浮力变大，露出海面体积变小　B．浮标所受浮力变小，露出海面体积变大　C．浮标所受浮力不变，露出海面体积变大　D．浮标所受浮力不变，露出海面体积变小考点：物体的浮沉条件及其应用．专题：浮沉的应用．分析：物体漂浮时，浮力等于重力，根据海水密度的变化，结合F浮=ρgV排可知浮标露出海面体积的变化情况．解答：解：因为浮标始终漂浮，并且浮标重力不变，故浮力等于重力，并且浮力不变；又因为海水密度减小，由F浮=ρgV排可知，浮标排开海水的体积变大，则露出海面体积变小．故选D．【例2】★★\n（2014•辽阳）（多选）如图，小瓷碗漂浮在水面上，倾斜后能沉入水底，关于这一情景分析正确的是（　　）　A．小瓷碗能沉入水底是因为它的重力变大了　B．小瓷碗漂浮时受到的浮力等于它的重力　C．小瓷碗浸没时和漂浮时相比所受的浮力变小了　D．小瓷碗浸没后容器底受到水的压强变大了考点：物体的浮沉条件及其应用；液体压强计算公式的应用．专题：推理法；压强、液体的压强；浮沉的应用．分析：对同一个小瓷碗，通过比较排开水的体积变化，利用阿基米德原理来比较所受的浮力的变化，利用p=ρgh比较压强的变化．解答：解：A、小瓷碗能沉入水底，瓷碗所受的重力不变，因排开的水的体积减小，所受浮力减小，小于重力而引起的，故A错误；B、小瓷碗漂浮时，根据漂浮条件可知：受到的浮力等于它的重力，故B正确；C、由于瓷碗浸没时和漂浮时相比排开的水的体积减小，根据阿基米德原理可知所受浮力减小，故C正确；D、小瓷碗浸没后，排开的水的体积减小，水面则下降，根据p=ρgh可知：容器底受到水的压强变小，故D错误．故选BC．【例3】★（2013•荆门）如图所示，一只未点燃的蜡烛的下端插入一根小铁钉，使蜡烛能直立漂浮在水面上，露出长度为L，当把蜡烛水面以上部分截掉后剩余部分（　　）　A．还会重新露出水面B．不会重新露出水面　C．以上两种可能都有D．无法判断是否会重新露出水面考点：物体的浮沉条件及其应用；密度公式的应用．专题：应用题．\n分析：由于蜡块处于漂浮状态，此时的浮力等于总重力，切去一部分后，所受浮力等于剩余部分的总重力，根据这一关系，对物体进行受力分析，再结合浮沉条件可得出结论．解答：解：第一次漂浮时，物体重力分为三部分：铁钉重G铁、水面以下的蜡烛重G1、水面以上的蜡烛重G2，浸入水中的体积设为V1，此时物体受到总浮力为F1=ρ水gV1，此时浮力等于重力，则F1=G铁+G1+G2切掉G2后放入水中，假设完全浸没，则所受浮力F2=ρ水gV1=F1＞G铁+G1，物体将上浮，所以物体不会被浸没，将有一部分露出水面．故选A．【例4】★★（2014•遂宁）用细绳连在一起的气球和铁块，恰能悬浮在盛水的圆柱形容器内如图所示位置，若用力向下轻轻拨动一下铁块，则气球和铁块的沉浮情况及水对容器底部的压强将（　　）　A．下沉，变小B．下沉，变大C．上浮，变小D．悬浮，不变考点：物体的浮沉条件及其应用；液体的压强的特点．专题：压强和浮力．分析：把挂着重物的气球位置轻轻向下移动一些，所处的深度增大，根据液体压强公式p=ρgh知，气球受到的压强增大，气球的体积减小，排开水的体积变小，根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，气球受到的浮力减小，自重不变，即可由物体的浮沉条件分析判断．解答：解：原来重物和气球悬浮在水中，F浮=G；把气球的位置轻轻向下移动一些，所处的深度增加，由公式p=ρgh知，气球受到水的压强增大，气球的体积变小，所以气球排开水的体积减小，由公式F浮=ρ液gV排知，气球受到的浮力减小，使得浮力小于自重而向下运动．故选：A．【例5】★★（2014•随州）将一方形木块（体积为V水）放于水中，再将一方形冰块（体积为V冰）放于木块上，静止时水面正好和木、冰交界面共面（如图），已知水、冰、木密度之比为10：9：8，则V冰：V木为（说明：图中冰块、木块大小不具暗示意义）（　　）　A9：8B8：9C1：8D2：9\n．．．．考点：物体的浮沉条件及其应用．专题：推理法；浮沉的应用．分析：将冰块和木块作为整体进行分析，此时漂浮，浮力等于木块和冰块的总重力，结合阿基米德原理列出关系式列出求出V冰：V木．解答：解：当木块完全浸没时：G冰+G木=F浮则：ρ冰gV冰+ρ木gV木=ρ水gV木ρ水：ρ冰：ρ木=10：9：8，∴===．故选D．【例6】★★★（2010•常州）随着全球气候变暖，漂浮于海面的冰山正逐渐熔化．小明为了探究冰山熔化后海平面是否变化，就将一块冰放入浓盐水中，冰处于漂浮状态，液面位置如图所示．冰熔化后，杯中的液面将比熔化前（　　）　A．不变B．上升C．下降D．无法判断考点：物体的浮沉条件及其应用；质量及其特性；重力的计算；阿基米德原理．专题：应用题；压轴题；比较思想．分析：漂浮于海面的冰山受到的浮力等于冰山的重力，即排开的海水的重力等于冰山的重力也等于化成的水的重力，根据G=mg=ρgV，海水的密度大于水的密度，所以排开的海水的体积小于化成的水的体积，所以液面会上升．解答：解：因为冰山漂浮在海面上，所以F浮=G冰，根据阿基米德原理知F浮=G排=ρ海水gV排，又因为冰化为水后的重力G水=G冰=ρ水gV水，则ρ水gV水=ρ海水gV排，又因为ρ水＜ρ海水，所以V排＜V水．所以液面上升．故选B．【例7】★★★（2013•下城区二模）小明用刻度尺、塑料碗、大烧杯（底面积为S）等器材测量金属球的体积和质量，他先在烧杯内放入适量水，再将塑料碗轻轻放入水中，如图甲所示，测出此时烧杯内水的深度为h1；将金属球放在塑料碗中，放入球后的状态如图乙所示，测出此时烧杯内水的深度为h2；将塑料碗中的金属球轻放入烧杯中，如图丙所示，测出此时烧杯内水的深度为h3．下列有关叙述中，正确的是（　　）\n　A．金属球的体积是（h3﹣h2）SB．金属球的体积是（h2﹣h1）S　C．金属球的质量是ρ水（h2﹣h1）SD．金属球的质量是ρ水（h3﹣h1）S考点：物体的浮沉条件及其应用．专题：浮沉的应用．分析：①如图甲，在水盆内放入适量水，将塑料碗轻轻放入水中漂浮，用刻度尺测出此时水盆内水的深度为h1；如图乙，将金属球放在塑料碗中，装有金属球的塑料碗仍在水中漂浮，用刻度尺测出此时水盆内水的深度为h2，设水盆的底面积为S，两次深度之差与底面积的乘积就是金属球漂浮时排开水的体积；已知水的密度和金属球漂浮时排开水的体积，可以得到金属球漂浮排开水的质量，也就是金属球的质量；②如图丙，将塑料碗中的金属球放入烧杯中，用刻度尺测出此时烧杯内水的深度为h3，h3与h1之差与烧杯底面积的乘积就是金属球浸没时排开水的体积，也就是金属球的体积．解答：解：设烧杯的底面积为S，金属球漂浮时排开水的体积V=（h2﹣h1）S，金属球漂浮时排开水的质量m=ρ水V=ρ水（h2﹣h1）S，金属球的质量m球=m=ρ水V=ρ水（h2﹣h1）S，金属球的体积V球=（h3﹣h1）S，则选项ABD错误，C正确．故选C．【例8】★★★（2012•昌平区一模）A和B是密度为ρ=5×103kg/m3的某种合金制成的两个小球，A球的质量为mA=100g；甲和乙是两个完全相同的木块，其质量为m甲=m乙=320g．若用细线把球和木块系住，则在水中平衡时如图所示，甲有一半体积露出水面，乙浸没水中（g取10N/kg）．则下列计算正确的是（　　）　A．木块的密度为0.6×103kg/m3　B．如果剪断木块乙和B球之间的细线，B球静止后，所受重力和浮力的合力的大小为4.8N　C如果剪断木块乙和B球之间的细线，乙木块露出水面的体积为4.6×10﹣4m3\n．　D．如果剪断木块甲和A球之间的细线，A球静止后，所受重力和浮力的合力为0.2N考点：物体的浮沉条件及其应用；密度公式的应用；力的合成与应用；重力的计算；阿基米德原理．专题：计算题．分析：知道A的质量和密度，利用密度公式求A的体积；利用重力公式求A的重力和乙的重力；（1）由甲图可知，F浮=G总=G排，据此求木块的体积，知道木块的质量，利用密度公式可求木块的密度；如果剪断木块甲和A球之间的细线，A球下沉，求出A受到的浮力，可求A球所受重力和浮力的合力；（2）由乙图可知，F浮′=G总′=G排′，据此求B的体积，利用密度公式和重力公式求B的重力；如果剪断木块乙和B球之间的细线，B球下沉，求出B受到的浮力，可求B受重力和浮力的合力；如果剪断木块乙和B球之间的细线，乙木块漂浮，受到浮力等于乙的重力，利用阿基米德原理求排开水的体积，知道总体积，可求露出水面的体积．解答：解：设甲和乙的体积为V，A的体积VA===20cm3，GA=mAg=0.1kg×10N/kg=1N，G乙=G甲=m甲g=0.32kg×10N/kg=3.2N，（1）由甲图可知，F浮=G总=G排，∴ρ水V排g=（m甲+mA）g，即：1g/cm3×（V+20cm3）=320g+100g，解得：V=800cm3，木块的密度：ρ木===0.4g/cm3=0.4×103kg/m3，故A错；如果剪断木块甲和A球之间的细线，A球下沉，F浮A=ρ水VAg=1×103kg/m3×20×10﹣6m3×10N/kg=0.2N，A球静止后，所受重力和浮力的合力：FA=GA﹣F浮=1N﹣0.2N=0.8N，故D错；（2）由乙图可知，F浮′=G总′=G排′，∴ρ水V排′=m乙+mB，即：1g/cm3×（800cm3+VB）=320g+5g/cm3×VB，解得：VB=120cm3，mB=ρBVB=5g/cm3×120cm3=600g，GB=mBg=0.6kg×10N/kg=6N，如果剪断木块乙和B球之间的细线，B球下沉，受重力和浮力的合力：F浮B=ρ水VBg=1×103kg/m3×120×10﹣6m3×10N/kg=1.2NFB=GB﹣F浮B=6N﹣1.2N=4.8N，故B正确；\n如果剪断木块乙和B球之间的细线，乙木块漂浮，F浮乙=G乙=3.2N，排开水的体积：V排===3.2×10﹣4m3，露出水面的体积：V露=V﹣V排=800×10﹣6m3﹣3.2×10﹣4m3=4.8×10﹣4m3，故C错，故选B．【例9】★★★（2011•北京）甲、乙两个圆柱形容器盛有相同深度的液体，放置于水平桌面上，如图所示．甲、乙两容器的底面积分别为S1和S2，且2S1=3S2．甲容器中液体的密度为ρ1，液体对容器底产生的压强为p1．乙容器中液体的密度为ρ2，液体对容器底产生的压强为p2，且p2=2p1．将A球浸在甲容器的液体中，B球浸在乙容器的液体中，两容器中均无液体溢出．液体静止后，甲、乙两容器底受到液体的压力相等，A、B两球所受浮力分别为F1和F2．则下列判断正确的是（　　）　A．F1＞F2，ρ1＜ρ2B．F1=F2，ρ1＜ρ2C．F1＜F2，ρ1＞ρ2D．F1＜F2，ρ1＜ρ2考点：物体的浮沉条件及其应用；液体压强计算公式的应用；阿基米德原理．专题：应用题；压轴题；比较思想；整体思想；控制变量法．分析：题中已知两容器液体的高度相同，两容器中液体对容器底的压强关系是p2=2p1，因此我们就可以根据液体压强公式P=ρgh得出两容器中液体密度的大小关系；当物体放入液体中时，物体会受到液体的浮力，同时物体会排开部分液体使液面上升，从而使液体对容器底的压强变大、压力变大，由此可知物体受到的浮力等于液体对容器底部增大的压力．所以要比较A、B两球受到的浮力大小，可通过比较两容器中的液体对容器底部增大的压力得出；那么要比较两容器中的液体对容器底部增大的压力，就需要先比较在没有放入A、B两球时，两容器中的液体对容器底部的压力．两容器中的液体对容器底部的压力大小关系可根据题中的已知条件（2S1=3S2，p2=2p1）和公式F=pS求解出来，最后用放入小球后液体对容器底的压力减去没有放入小球前液体对容器底的压力，就可以得出液体对容器底增大的压力关系，从而最终得出A、B两球受到的浮力大小关系．解答：解：由p2=2p1得，P1：P2=1：2，则ρ1gh1：ρ2gh2=1：2，因为h1=h2，所以ρ1：ρ2=1：2，则ρ1＜ρ2；由2S1=3S2得，S1：S2=3：2，因为S1：S2=3：2，P1：P2=1：2，所以F甲：F乙=P1S1：P2S2=3：4，则F甲＜F乙，\n当小球放入液体中后，受到的浮力：F浮=ρ液gV排，液体对容器底增大的压力：△F=△PS=ρ液g△hS，其中，V排=△hS，所以小球放入液体中后受到的浮力等于液体对容器底增大的压力，由于F甲′=F乙′，所以F甲′﹣F甲＞F乙′﹣F乙，因此F1＞F2．故选A．【拓展题】（2010•义乌市）在两个相同的薄壁塑料瓶（质量忽略不计）内分别装入体积相等、密度为ρ甲和ρ乙的两种液体后密封，再把它们放入两个装有水的容器中，处于如图所示状态．下列判断正确的是（　　）　A．ρ甲＞ρ乙B．ρ甲=ρ乙C．ρ甲＜ρ乙D．无法确定考点：物体的浮沉条件及其应用；阿基米德原理．解析：（1）左图：F浮=ρ水v排g=ρ甲vg∵v排甲＞v，∴ρ甲＞ρ水；﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①（2）右图：F浮=ρ水v排g=ρ乙vg∵V排乙＜V∴ρ乙＜ρ水；﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②由①②可得：ρ甲＞ρ乙．答案：A（多选）在A、B、C三个相同的烧杯内装有深度相同的液体，三种液体的密度关系是ρ1=ρ2＞ρ3．将甲、乙、丙三个重力分别为G甲、G乙、G丙的实心小球分别在A、B、C的液体中，其中甲球在A中沉入液体底部，乙球在B中恰好悬浮，丙球在C中漂浮在液面上．三个球的密度分别为ρ甲、ρ乙、ρ丙，体积关系是V甲＞V乙=V丙，三个球所受浮力分别为F1、F2、F3．三个烧杯里的液体对杯底的压强分别为p1、p2、p3．则以下判断的关系中正确的是（　　）　A．ρ甲＞ρ乙=ρ丙B．G甲＞G乙＞G丙C．F1＞F2＞F3D．p1=p2＞p3考点：物体的浮沉条件及其应用；液体的压强的计算；阿基米德原理．解析：（1）∵甲下沉，∴ρ甲＞ρ1=ρ2；∵丙漂浮，ρ丙＜ρ3，ρ2＞ρ3，∴ρ乙＞ρ丙；\n∴ρ甲＞ρ乙＞ρ丙；故A错误．（2）∵V甲＞V乙，ρ甲＞ρ乙，F浮=ρ液v排g，∴F浮甲＞F浮乙，G甲＞G乙；（3）又∵V乙=V丙，∴V排乙＞V排丙∵ρ2＞ρ3，F浮=ρ液v排g，∴F浮乙＞F浮丙又∵F浮乙=G乙，F浮丙=G丙∴G乙＞G丙所以G甲＞G乙＞G丙；故B正确，F浮甲＞F浮乙＞F浮丙；也就是F1＞F2＞F3；故C正确．（4）因为甲下沉，乙悬浮，丙漂浮，又因为V甲＞V乙=V丙，∴V排甲＞V排乙＞V排丙，所以深度关系为hA＞hB＞hC；三个烧杯里的液体对杯底的压强根据公式P=ρgh可知，P1=ρ1ghA；P2=ρ2ghB；P3=ρ3ghC；所以P1＞P2＞P3．故D错误．答案：BC有甲、乙两只相同的溢水杯分别盛满密度为ρ1、ρ2的液体，放在水平桌面上．若将体积为30cm3的小球A轻放入甲溢水杯，小球A浸没在液体中，从甲杯溢出30g液体．若将小球A轻放入乙溢水杯，小球A静止时有体积露出液面，从乙杯溢出40g液体．若用细线分别拉住小球A浸没在两杯液体中静止，如图所示，此时，两杯中液体的质量分别为m1、m2，液体对杯底的压力分别为F1、F2，两杯对桌面的压力差为4.1N．已知：小球A的密度ρA＞ρ1．（g取10N/kg）则下列判断正确的是（　　）　A．m1=500gB．m2=1000gC．F1=4.3ND．F2=8.8N考点：物体的浮沉条件及其应用．解析：∵小球A浸没在液体中，V排1=VA，m排1=30g=0.03kg，∴根据阿基米德原理得：F浮1=G排1=m排1g=ρ1gVA，\n则：ρ1===1×103kg/m3，∵将小球A轻放入乙溢水杯，V排2=（1﹣）VA=VA，m排2=40g=0.04kg．∴根据物体的漂浮条件得：GA=F浮2=G排2=m排2g=ρ2gV排2，则：ρ2===2×103kg/m3，如图甲：把溢水杯中的液体和A球看作整体（忽略溢水杯的重），∵F浮1=GA﹣FA拉，∴则甲杯对桌面的压力F甲=G1+GA﹣FA拉=G1+F浮1，乙图中，把溢水杯中的液体和A球看作整体，则乙杯对桌面的压力F乙=G2+GA，∵ρ2＞ρ1，∴F乙＞F甲，则根据两杯对桌面的压力差为4.1N可得：F乙﹣F甲=4.1N，即：G2+GA﹣（G1+F浮1）=4.1N，∴m2g+mAg﹣（m1g+m排1g）=4.1N，即：ρ2gV+mAg﹣（ρ1gV+m排1g）=4.1N，V===4×10﹣4m3；∴m1=ρ1V=1×103kg/m3×4×10﹣4m3=0.4kg=400g，m2=ρ2V=2×103kg/m3×4×10﹣4m3=0.8kg=800g，F1=p1s=ρ1ghs=ρ1g（V+VA）=1×103kg/m3×10N/kg×（4×10﹣4m3+30×10﹣6m3）=4.3N，F2=p2s=ρ2ghs=ρ2g（V+VA）=2×103kg/m3×10N/kg×（4×10﹣4m3+30×10﹣6m3）=8.6N．答案：C（2011•北京）甲、乙两个圆柱形容器盛有相同深度的液体，放置于水平桌面上，如图所示．甲、乙两容器的底面积分别为S1和S2，且2S1=3S2．甲容器中液体的密度为ρ1，液体对容器底产生的压强为p1．乙容器中液体的密度为ρ2，液体对容器底产生的压强为p2，且p2=2p1．将A球浸在甲容器的液体中，B球浸在乙容器的液体中，两容器中均无液体溢出．液体静止后，甲、乙两容器底受到液体的压力相等，A、B两球所受浮力分别为F1和F2．则下列判断正确的是（　　）　AF1＞F2，ρ1＜ρ2BF1=F2，ρ1＜ρ2CF1＜F2，ρ1＞ρ2DF1＜F2，ρ1＜ρ2\n．．．．考点：物体的浮沉条件及其应用；液体压强计算公式的应用；阿基米德原理．解析：由p2=2p1得，P1：P2=1：2，则ρ1gh1：ρ2gh2=1：2，因为h1=h2，所以ρ1：ρ2=1：2，则ρ1＜ρ2；由2S1=3S2得，S1：S2=3：2，因为S1：S2=3：2，P1：P2=1：2，所以F甲：F乙=P1S1：P2S2=3：4，则F甲＜F乙，当小球放入液体中后，受到的浮力：F浮=ρ液gV排，液体对容器底增大的压力：△F=△PS=ρ液g△hS，其中，V排=△hS，所以小球放入液体中后受到的浮力等于液体对容器底增大的压力，由于F甲′=F乙′，所以F甲′﹣F甲＞F乙′﹣F乙，因此F1＞F2．答案：A