初中物理复习 浮力及阿基米德原理

第二十六讲浮力及阿基米德原理

模块一浮力的产生

【一、知识点】

1．生活中的浮力

躺在死海上看杂志的美女、漂浮在水面上的小舟都受到水给他们的浮力

孔明灯和热气球受到空气的浮力

2．浮力的定义

浸在液体中的物体受到液体向上的力，这个力叫做浮力。

3．浮力的方向：竖直向上。

4．浮力的施力物体：液体。

5．实验探究：用弹簧测力计测金属块受到的浮力

实验现象：铝块侵入水中时，弹簧测力计的示数变小了。

实验结论：

(1)侵入水中的铝块受到了浮力的作用。

(2)弹簧测力计示数减小的值，就是铝块所受到的浮力大小。

6．浮力产生的原因

(1)浸在液体中的物体上下表面有压力差。

(2)公式：F浮＝F向上－F向下

注意：

○1浮力的产生一定有液体对它产生向上的压力，而液体对它产生向下的压力可能没有，例如漂浮的物体只受到液体对它向上的压力，这个压力大小就等于浮力。若物体的下表面与容器底面密切接触，这时物体的下表面不可能再受到液体向上的压力，因而所受浮力为零，例如桥墩就不受浮力。

○2液体压强又是由于液体的重力产生的，在没有重力的环境中，物体浸在液体中，不受浮力。

7．探究决定浮力大小的因素

(1)在水中用手指按乒乓球

把乒乓球逐渐按进水中的过程中，手上的力逐渐变大，水位逐渐上升

(2)铁块的在液体中的浮力变化

(3)实验结论

○1物体在液体中所受浮力的大小，跟它浸在液体中的体积有关、跟液体的密度有关，跟物体浸没在液体中深度无关。

○2物体浸没在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就越大。

【二、例题精讲】

【例1】★

如图所示，A、B是能自由移动的物体，C、D是容器自身凸起的一部分，现往容器里注入一些水，则下列说法错误的是()

A．A物体一定受浮力的作用

B．B物体一定受浮力的作用

C．C物体一定受浮力的作用

D．D物体一定受浮力的作用

考点：浮力产生的原因．

解析：A、由图可知，水对A物体上下表面产生了的压力差，故A物体一定受浮力的作用；

B、B物体上表面没有受到水的压力，但下表面受到水的压力，因此水对B物体上下

表面产生了的压力差，故B物体也受浮力的作用；

C、C物体上表面受到水的压力，但下表面没有受到水的压力，因此水对C物体上下

表面没有产生压力差，故C物体不受浮力的作用；

D、由图可知，水对D物体上下表面产生了的压力差，故D物体受浮力的作用．

答案：C

【测试题】

下列物体没有受到浮力作用的是()

A．在水中嬉戏的小鸭B．在蓝天飞翔的老鹰

C．深海潜游的鲸鱼D．深入河底的桥墩

考点：浮力产生的原因．

解析：A BC中的物体浸在液体或气体中，因为液体、气体有流动性，因此液体或气体对浸没在其中的物体有向上的作用力和向下的压力作用，其中向上的压力大于向下的压力，这个压力差即物体受到的浮力．故ABC选择中的物体均受浮力作用；

D中的桥墩由于底面埋在地下，不能与水接触，因此桥墩没有受到水对其向上的压力，故桥墩不受浮力作用．

答案：D

【例2】★

如图所示，长方体物块浸没在水中，所受浮力是10N，下表面受到的压力是15N，上表面受到的压力是N．

考点：浮力产生的原因．

解析：F

=10N，F下表面=15N，

浮

利用公式F浮=F下表面﹣F上表面得：

F上表面=F下表面﹣F浮=15N﹣10N=5N

答案：5N

【测试题】

如图所示，用细绳将一物体系在容器底部，若物体所受浮力为10N，上表面受到水向下的压力为4N，则物体下表面受到水向上的压力为()

A．4N

B．6N

C．14N

D．7N

考点：浮力产生的原因．

解析：根据浮力产生的原因：F

=F向上-F向下

浮

则F向上=F浮+F向下=10N+4N=14N．

答案：C

【例3】★

如图所示，一个重为10N的铁块用轻质细线系着浸没在水中，静止时铁块排开水的重力为6N，则铁块受到的浮力是N；细线对铁块的拉力是N．

考点：浮力大小的计算；力的合成与应用．

解析：（1）物体完全浸没，所受浮力等于排开的水所受的重力，为6N；

（2）∵G=F浮+F拉，

∴绳子的拉力：

F拉=G-F浮=10N﹣6N=4N．

答案：6、4

【测试题】

如图所示，弹簧秤吊着实心金属块A浸没在水中，金属块A处于静止状态，弹簧秤的示数为5牛，拉力的方向竖直向上，则物体受到的重力()。

A．一定为5牛B．一定大于5牛C．可能为5牛D．可能小于5牛

考点：力的合成与应用．

解析：金属块受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F

、竖直向上的拉力F，

浮

金属块静止，处于平衡状态，由平衡条件得：G=F+F浮=5N+F浮＞5N，故B正确；答案：B

模块二阿基米德原理

【一、知识点】

1．阿基米德原理

浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。

===

r

F G m g gV

排排排排

注：阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体

2．计算浮力的方法

(1)下表面压力差法

(2)阿基米德原理法

(3)受力分析法（最常见的有弹簧测力计称重法）

3．如何让沉在水底的鸡蛋浮起来？

要想使鸡蛋浮起来，必须使鸡蛋所受到的浮力变大，由阿基米德原理可知，鸡蛋排开液体的等于鸡蛋的体积，g一定，故可以改变液体的密度来增大鸡蛋所受到的浮力，从而体积V

排

使鸡蛋浮起来，最简单的方法就是往水里添加食盐（盐水的密度比水大）。

【二、例题精讲】

【例4】★

把体积相等的铁块和铝块浸没在水中，比较它们受到的浮力是()

A．它们受到的浮力相等

B．铝块受到的浮力大

C．铁块受到的浮力大

D．无法判定

【测试题】

将质量相等的实心铁块和铜块浸没在水中（ρ铁＜ρ铜），它们的体积为V铁和V铜，受到的浮

【拓展题】

潜艇在海面下巡航，潜水艇的体积为2000m3，此时潜水艇受到的浮力为N，当它继续下潜时受到的浮力，受到海水的压强（填“变大”、“变小”或“不变”）．（ρ33

（2）潜水艇在下潜时，排开海水的体积不变，受到的浮力不变；

（3）根据液体的压强公式p=ρg h，潜水艇下潜的深度越大，受到的压强越大．

答案：2.0188×107、不变、变大．

【例5】★★

把质量相等的实心木球和实心铁球浸没于水中放手后，木球上浮而铁球下沉，静止后它们所受浮力（铁块浮力为F1，木块浮力为F2）的大小关系是()

A．F1＞F2

B．F1＜F2

C．F1=F2

D．无法判断

考点：物体的浮沉条件及其应用．

解析：松开手后，铁球下沉，铁球受到的浮力F1＜G

=m铁g；

铁

木球上浮，静止时漂浮，木球受到的浮力F2=G木=m木g；

∵m木=m铁，

∴F1＜F2．

答案：B

【测试题】

）将质量相等的实心铜球、铁球、铝球浸没在水中，它们受的浮力()（ρρρ

<<

铝铜

铁

A．相等

B．铜球最大

C．铝球最大

D．铁球最大

考点：阿基米德原理．

解析：质量相等的三球中铝的密度最小，体积最大，排开水的体积最大，根据F浮=ρg V排，可知，铝球受到的浮力最大．

答案：C

【例6】★★★

如图，已知甲、乙两弹簧测力计的示数分别为5N、4N，把甲测力计下移，使金属块刚好没入水中时，甲的示数变成了3N．则此时乙的示数及金属块受到的浮力大小分别为()

A．6N、3N

B．7N、3N

C．6N、2N

D．无法确定

考点：阿基米德原理；浮力大小的计算．

解析：由图知，金属块的重：G=5N，金属块在水中弹簧测力计的示数：F

=3N，

甲示∴金属块受到的浮力F浮=G﹣F甲示=5N﹣3N=2N；

根据阿基米德原理可知，金属块排开水的重力G排=F浮=2N，

∴乙的示数F乙示=4N+2N=6N．

答案：C

【测试题】

如图所示，金属块挂在弹簧测力计下，将金属块慢慢放入水中，弹簧测力计的示数逐渐减小，如图是弹簧测力计示数与金属块下降距离的图象．当金属块完全浸没在水中时受到的浮力为()

A．5N B．3N C．2N D．1N

考点：浮力大小的计算．

解析：由图可知，金属块重G=5N，全浸入水中弹簧测力计的示数F

=3N，

示

当金属块全浸入时：

F浮=G﹣F示=5N﹣3N=2N．

答案：C

【测试题】

一长方体铁块按如图所示，从下表面与液面刚刚接触处下放至图中虚线位置．能大致反映铁块下降过程中所受浮力的大小F与铁块下表面浸入液体深度h关系的图象是()

A．B．C．D．

考点：阿基米德原理．

解析：当物体从开始浸入水中到完全浸入水中即浸没的过程中，物体排开液体的体积在逐渐变大，液体密度不变，因为F浮=ρ液V排g，所以物体受到的浮力变大；而当物体浸没以后，再向水中下沉的时候，物体排开液体的体积不再发生变化，所以物体受到的浮力不变．由此可知物体受到的浮力先变大后不变．

答案：B

【拓展题】

将一边长为a的立方体铁块挂在弹簧测力计上，铁块下表面恰好与水面接触，如图所示．在把铁块从图中位置缓慢下沉到下表面在水中的深度为2a的过程中，弹簧测力计的示数F与铁块下表面在水中的深度h的关系图象是()

A．

B．

C．

D．

考点：阿基米德原理．

解析：（1）当铁块在水面位置开始下沉时，铁块排开水的体积增大，根据F

=ρ水g V排，铁

浮块受到的浮力增大，铁块的重力不变，铁块受到的拉力减小，弹簧测力计示数不断减小．排除选项A和D；

（2）当铁块完全浸没在水中，铁块浸没的深度增加，但是铁块排开水的体积相同，根据F浮=ρ水g V排，铁块受到的浮力相同，弹簧测力计的示数相同，弹簧测力计示数不变．排除选项C．

答案：B

【例7】★★★

一块石头和玩具气球连在一起，投入水中后下沉，当气球完全浸没后，在继续下沉过程中石块和气球所受的总浮力将()

A．越来越大

B．越来越小

C．保持不变

D．以上结果都有可能

考点：阿基米德原理；物体的浮沉条件及其应用．

解析：∵石块和玩具气球在水中下沉，

∴所处深度增大，

∵p=ρg h，ρ水不变，

∴石块和玩具气球受到水的压强增大，这样气球的体积逐渐减小，

∵它们浸没在水中，

∴排开水的体积逐渐减小，

∵F浮=ρ水V排g，ρ水不变，

∴它们受到浮力的大小逐渐减小．

答案：B

【测试题】

小红在家帮妈妈洗菜，她把茄子没入水中，松手时发现茄子上浮，最后漂浮在水面上．关于茄子受到的浮力F浮与重力G的关系正确的是()

A．茄子上浮过程中，F浮＞G B．茄子上浮过程中，F浮＜G

C．茄子漂浮在水面时，F浮＞G D．茄子漂浮在水面时，F浮＜G

考点：物体的浮沉条件及其应用．

解析：茄子浸没在水中，受到液体的浮力F

和重力G两个力的作用，

浮

∵F浮＞G，

∴茄子将上浮；故A正确、B错；

当茄子漂浮在水面上时，

茄子受到的浮力：F浮=G，故C、D都错．

答案：A

【例8】★★

如图所示是研究浮力问题的实验装置图，请根据图示回答下列问题：

（1）a、b两图中，b图中簧测力计示数变小，说明浸在液体中的物体受到，a、b两图中弹簧测力计的示数差等于．

（2）b、c两图中，弹簧测力计的示数不同，说明浸在中的物体所受浮力大小跟有关．

（3）c、d两图中，弹簧测力计的示数不同，说明物体排开液体时，所受浮力大小跟有关．

（4）d、e两图中，弹簧测力计示数相同，说明物体浸没在中，所受浮力大小跟________________无关．

考点：探究浮力大小的实验．

解析：（1）a、b两图中，b图中簧测力计示数变小，说明浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力，a、b两图中弹簧测力计的示数差等于物体所受浮力的大小；

（2）b、c两图中，弹簧测力计的示数不同，说明浸在同一液体中的物体所受浮力大小跟物体排开液体的体积有关；

（3）c、d两图中，弹簧测力计的示数不同，说明物体排开相同的体积液体时，所受浮力大小跟被浸入液体的密度有关；

（4）d、e两图中，弹簧测力计示数相同，说明物体浸没在同种液体中，所受浮力大

小跟浸入液体的深度无关． 答案： （1）竖直向上的浮力；物体所受浮力的大小；（2）同一液体；物体排开液体的体积；

（3）相同体积；被浸入液体的密度；（4）同种液体；浸入液体的深度． 【测试题】

用弹簧测力计在空气中称得一石块重1N ，将石块完全没入水中后，弹簧测力计示数为0.6N ，则石块在水中受到的浮力为 N ，此时石块排出水的重力为 N ；石块的体积为 cm 3．若石块一半没入水中，则弹簧测力计示数为 N ．（ρ水=1.0×103kg/m 3，取g=10N/kg ）

考点： 浮力大小的计算；二力平衡条件的应用． 解析： 由题意可知，两次弹簧测力计示数差为0.4N ，由力的平衡知识可知，石块在水中受

到的浮力为0.4N ；

由阿基米德原理可知，石块所受浮力的大小等于石块排出水的重力，故石块排出水的重力为0.4N ；

由公式F 浮=ρ液g V 排，V 石=V 排=g F

浮浮=40cm 3；

若石块一半没入水中，由阿基米德原理公式F 浮=ρ液g V 排，那么石块受到的浮力是原来的一半，即浮力F =0.2N ，由力的平衡知识可知，则弹簧测力计示数为0.8N ； 答案： 0.4，0.4，40，0.8． 【拓展题】

一个体积为V 重为G 的金属圆柱体挂在弹簧测力计上（圆柱体底面与水面平行），手提弹簧测力计使圆柱体浸入水中处于静止状态，如图所示．圆柱体上底面受到水向下的压力为F 1，圆柱体下底面受到水向上的压力为F 2，圆柱体受到的浮力为F 浮，测力计的示数为T ，则下列表达式正确的是( ) A ．T+F 2=G-F 1 B ．F 1-F 2=ρ水g V C ．F 2-F 1=ρ水g V D ．F 2=G+F 1

考点： 力的合成与应用；阿基米德原理． 解析： 金属圆柱体受力如图一所示，在重力G ，拉力T ，浮力F 浮作用下

金属圆柱体处于平衡状态，

由平衡条件得：T +F 浮=G ① 金属圆柱体受到的浮力F 浮=ρ水g V

设金属圆柱体底面积为S ，高为h ，上下底面距水面的距离分别为h 1、h 2，如图二所示．

圆柱体上底面受到水向下的压力F 1=p 1S =ρ水g h 1S ， 下底面受到水向上的压力F 2=p 2S =ρ水g h 2S ， F 2-F 1=ρ水g h 2S -ρ水g h 2S =ρ水g hS =ρ水g V =F 浮．

即F 2-F 1=F 浮=ρ水g V ② 把②代入①得T +F 2-F 1=G ，T +F 2=G +F 1 ③ 由①②③知C 正确．