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1、第十四章 压强和浮力浮力一 教学目标1. 知道一切物体在液体或气体中都受到浮力。浮力的方向是竖直向上的。2. 知道浮力产生的原因是液体上下表面的压力差。3 知道物体的浮沉是由重力和浮力决定的。会判断物体浮沉。4. 会对物体进行简单的受力分析,并知道漂浮的物体浮力大小等于物重。二 知识要点1.浮力的产生:浸在液体中的物体受到液体向上托起的力叫做浮力。当一个正立方体浸在液体中处于某一位置A时,如图1所求,由于上,下两表面的深度不同,所受液体的压强不同,下表面受到的向上的压强大于上表面受到的向下的压强,从而使物体受到向上的压力大于向下的压力,这两个压力的差就是液体对物体的浮力。物体处于位置B,则浮力
2、就是物体受到的向上的压力。浮力即是压力差。2.阿基米德原理:浸在液体中的物体所受的浮力,大小等于物体排开的液体所受的重力。 数学表达式: 关于阿基米德原理的几点说明: (1)本定律包含三点内容:浮力的施力者和受力者;浮力的方向;浮力的大小。(2)物体所受的浮力的大小只与物体排开液体的体积及液体的密度有关,而与物体浸在液体中的深度、物体的质量、密度及物体的形状均无关。 (3)适用范围:本定律对于物体在液体或气体中都适用。3.计算浮力的方法:(1)根据浮力产生的原因计算如果上下表面都与水面相平行的规则物体,且知道它的上、下表面在液体内的深度、上、下表面的面积及液体的密度,便可根据深度计算压强,再算
3、出上、下压力差,即浮力来。(2)应用阿基米德原理计算这是计算浮力的最基本的方法,只要和已知,或者可以由其他条件求得,即可利用进行计算。(3)利用平衡条件计算浮力当物体处于漂浮或悬浮状态,只受重力和浮力,。如果知道重力或根据其它条件求出重力,即可求出浮力。当物体在三个力的作用下处于平衡状态时,也可以利用三个力的关系求出浮力,例如,挂在弹簧秤上的物体浸入液体中时,(为物体浸在液体中时弹簧秤的示数)。又如,漂浮在液体表面的物体,下面还挂着另一个物体,则物体受到的浮力,只要知道和由其它条件得到另一物对它的拉力,即可求出浮力。4.物体的浮沉条件(1)物体浮沉条件的分析与表达讨论物体的浮沉问题的前提有二:
4、一是物体浸没在液体中,二是物体只受重力和浮力。与的关系与的关系现象上浮浸没在液体中的物体,若受力不平衡,合力不等于零,则物体的运动状态将发生改变,下沉的物体下沉到底时,将受到底部的支承力的作用,当三力平衡即时,物体静止于液体底部;上浮的物体上升至液面,部分体积露出时,逐渐减小,直至时,物体将漂浮于液面,处于平衡状态。(2)漂浮与悬浮的比较漂浮与悬浮的共同点:二者都是平衡状态。漂浮与悬浮的不同点:漂浮物体的,悬浮物体的,。5.阿基米德原理及物体浮沉条件的应用(1)船船属于漂浮物体,。轮船的排水量是轮船满载时排开水的质量。根据轮船的排水量,即可求出轮船受到的浮力。(2)潜水艇、气球、飞艇潜水艇、气
5、球、飞艇共同一处是可以上浮、下沉、悬浮,不同之处只是控制的方法不同。潜水艇是利用改变自重,实现它的上浮和下潜。气球和飞艇的升空和下降,主要是靠改变它们所受浮力来实现的。三 典型应用1.必须弄清楚的一些概念(1)物重G与弹簧秤的示数弹簧秤的示数显示了,物体拉弹簧的力,或弹簧拉物体的力的大小,和是一对作用力和反作用力。在浮力问题中通常弹簧的示数,就给出了。如图2,物体在空气中静止,与二力平衡。如果物体浸在液体中静止,、G三力平衡,此时。(2)物重G与物体排开的液重当物体完全浸没,。(3)浸在(浸入)与浸没(没入)浸在(浸入)是指物体一部分在液体中,或物体全部在液体中的两种情况。浸没(没入)是指物体
6、全部在液体中的一种情况。(4)上浮、漂浮、悬浮物体只受重力和浮力作用下,如果物体向上运动的状态叫做上浮;如果,物体静止在液面上的状态叫做漂浮,如果物体没入液体中静止叫做悬浮。(5)物体的密度与液体的密度。(6)物体的体积,物体排开液体的体积,物体露出液面的体积。如图3所示,物体漂浮在液面上,是物体的体积,是物体浸入液体中的体积,是物体露出液面的体积。所以=+。2.浮力的计算例1:体积相同的铁球、铝球和木块,浸在液体中的情况如图4所示,则比较它们受到的浮力:A铁球受到的浮力最大B铝球受到的浮力最大C木块受到的浮力最大D它们受到的浮力一样大分析与解:根据阿基米德原理可知,物体受到浮力的大小由两个因
7、素决定,一是液体的密度,二是排开液体的体积。铁球 、铝块、木块浸在同一种液体中,相同,且它们的体积相同,全部浸没在液体中,因此它们排开液体的体积相等,所以铁球、铅块、木块受到的浮力一样大。正确答案应为D。说明:铁球、铝块、木块三个物体的密度不同,重力不同,形状不同,浸在液体中不同深度的地方,但却受到同样大小的浮力。说明浮力说明大小与组成物体的物质的密度,物体的重力、物体的形状及全浸物体在液体中的深度都无关。例2:一个物体重为88.2牛,将其放入密度为千克/米3的液体中静止,受到的浮力为78.4牛,若此物体放入水中静止时,受到的浮力为牛。分析与解:判断物体有浮沉有两种方法:(1)受力比较法:物体
8、静止在水中,有三种情况,如果,可能漂浮或悬浮,如果,物体处于沉底静止状态。本题,静止在的液体中受到浮力则物体在此液体中沉底静止。(2)密度比较法:计算出物体的密度,与水的密度相比较,确定其浮沉。根据上个状态可计算物体在水中静止时一定漂浮。浮力与重力平衡,例3:弹簧平下挂一金属块,当金属块浸没在水中时,弹簧秤的示数是29.4牛,这个金属块所受的重力是多少?(已知金属的密度为7.0103千克/米3)。分析与解:浮力问题的一般解题步骤:(1)通过审题明确研究对象,确定它所处的状态。若物体浸没在液体中,;若物体浮在液面上,因此。(2)分析研究对象的受力情况,画出力的示意图,在图中标出已知力的符号、量值
9、和未知力的符号。(3)根据力的平衡原理列方程,代入公式、数值,进行计算,得出结果。例题中弹簧秤下面挂着的金属是研究对象。当金属块浸没在水中时,受到浮力、拉力、重力的作用。其受力示意图如图6所示。将公式、数值代入已知,就可推导计算金属块的重力。例4:一木块浮在水面上,露出水面的体积为32厘米3,把露出水面的部分截去后,原水下部分又有24厘米3体积露出水面,求:(1)木块的体积。(2)木块的密度。分析与解:审题确定研究对象所处状态,画出状态图分析研究对象受力情况画出示意图。解法一:木块被截前后受力分别如图7(甲)(乙)所示。其中(甲)图中,(乙)图中,(甲)图中(乙)图中代入公式展开(1)(2)式
10、得:代入(1)式解法二:漂浮物体即漂浮体静止时,被液面分成两部分,其中与物体整体之比为物体密度与液体密度之比,而且无论如何切割物体,因为物体密度均匀,密度不改变,那么剩余部分静止时,被液面分成两部分的体积比不变。则本题中:课后练习一、掌握篇:1、将一个物体挂在弹簧秤下,弹簧秤的示数是1.96牛,若把它浸没在水中时,弹簧秤的示数是1.47牛,则此物体的体积为米3,物体的密度为千克/米3。2、质量相等的木块和冰块()漂浮在水中,木块受到的浮力冰块受到的浮力,木块排开水的体积冰排开受到的体积(填“大于”,“等于”“小于”)。3、某物体浸没在水中时,弹簧平的示数是它在空气中称时的4/5,则物体的密度等
11、于千克/米3。4、将铁块浸在水银中,它静止时浸在水银中的体积是总体积的。()5、一个正方体木块漂浮在水面上,水上部分与水下部分体积比为37,则这个木块的密度为千克/米3。6、把一个木块和一铁块捆在一起放入水中,恰能悬浮,已知,则铁块与木块的质量之比是。7、一只密封的箱子体积是,质量是4千克,不慎落入水中,木箱在水中将()A上浮B下沉C悬浮D无法判断8、一木块放入盛满水的容器中,溢出水的质量是10克。若将它放入盛满酒精的容器中,溢出酒精的质量是:()()()A8克B10克C12.5克D无法确定9、将一个实心球分别放入水、盐水和水银中,如图8所示,实心球受到的浮力分别用、表示,比较浮力大小,应为:
12、()A=BCD =10、体积相同的A、B两个物体浸在某种液体中,静止时如图9所示,比较A、B两个物体的质量的大小,应为:()AA比B的质量大BA比B的质量小CA、B的质量一样大D若其中有空心的,就无法判断11、甲、乙两上实心的金属球,它们的质量相同,其密度分别是和。甲球挂在甲弹簧秤下,乙球挂在乙弹簧秤下,并且让金属球全部没入水中。这时:A甲、乙两球所受浮力之比为21 B甲、乙两球所受浮力之比是12C甲、乙两弹簧秤示数之比是89 D甲、乙两弹簧平示数之比是1112二、提高篇:1、重90牛的球放入足够多的密度为0.8103千克/米3的油中静止时,受到的浮力为80牛,该球放入足够多的水中静止,受到的
13、浮力为牛。2、正立方体木块边长为a,密度是,且。它在水中静止时,受到的浮力是,如果木块有上、下表面都与液面保持平行,木块下表面在水中的深度是。3、将一方盒放入水中时,方盒浮在水面上,若在方盒底部均匀贴满3厘米厚的塑料后,方盒露出水面的部分减少了1.8厘米,则塑料的密度是千克/米3。4、甲、乙两个体积相等的实心球吊在两个弹簧秤下,分别浸没在水和酒精中静止。已知,比较两个弹簧秤示数大小,下列判断正确的是:()A挂甲球的弹簧秤示数大 B挂乙球的弹簧秤示数大C两个弹簧秤示数一样大 D无法判断哪个弹簧乎的示数大5、将铝、铁、铜 制成的三个实心金属球,用细线拴好,分别挂在三只完全相同的弹簧秤下,将三个金属
14、球都浸没在水中,此时三只弹簧秤的示数相同,现在将三个金属提出水面则:A挂着铅球的弹簧秤示数最小 B挂着铁球的弹簧秤示数最小C挂着铜球的弹簧秤示数最小 D三个弹簧秤示数相同6、质量相等的A、B、C三个小球,放在同一液体中,A球漂浮,B球悬浮,C球沉在容器底部,下列说法正确的是:A如果三个小球都是空心的,它们的体积可能相等B如果三个小球的材料相同,则A、B两球一定是空心的C如果三个小球材料是空心的,则A球体积最大,C球的体积最小D如果三个小球都是实心的,则A球的体积最大,C球的体积最小7、如图10所示,在一个较大的容器的水面上放一木块,木块上放一个体积为1分米3,重7.84牛的物体,此时木块漂浮。如果将物体从木块上拿下并放入水中,当木块和物体都静止时,容器中的水面将:A上升B下降C不变D无法判断8、一木块