1、第第 8 讲讲 浮力浮力 课标要求 考试细则 【课程内容】 通过实验认识阿基米德原理和浮沉条件，并解释生活和 生产中的常见现象。 【活动建议】 1.探究物体受到的浮力大小与哪些因素有关； 制作升空气 球。 2.查阅关于阿基米德研究浮力和帕斯卡等人测量大气压 强的史料。 1.理解浮力产生的原因。 2.理解阿基米德定律， 会应用阿 基米德定律求浮力。 3.能应用物体的浮沉条件判别 物体的浮沉。 1浮力 (1)定义：浸在液体(或气体)中的物体受到竖直向上的力。方向竖直向上，施力物体是液体 (或气体)。 (2)浮力的大小 定义法：浸没在液体中的物体受到液体对它上下两表面的压力差：F浮F向上F向下。若柱
2、 形物体与容器底部紧密接触，由于下表面不受液体对它向上的压力，所以不受浮力。 弹簧测力计测量：先用测力计测量出物体的重力为 G，再测出物体浸在液体中弹簧测力计 的读数 F，则物体所受浮力为 F浮GF。 2阿基米德原理 浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于排开的液体所受的重力。 公式为 F浮G排液gV排，浮力的大小只与液体的密度和排开液体的体积有关。普遍适 用于计算任何形状物体受到的浮力。 注意：“浸在、浸入”指物体全部浸入或部分浸入、部分露出液面两种情况；V 排指的是 物体排开的液体的体积，要与物体的体积区分开。 3物体的浮沉条件 (1)重力 G 和浮力 F 的关系 当 GF 时，物
3、体处于悬浮或漂浮状态； 当 GF 时，物体处于下沉状态； 当 G液时，物体处于下沉状态； 当 物F乙F丙 CF甲F乙F丙 DF甲F乙F丙 【试题解析】 将船和铁锚看作一个整体，图甲中：船受到的浮力为 F 甲，铁锚受到的浮 力为 F浮1，考察船处于漂浮状态，根据二力平衡的条件可知：F甲F浮1G；那么：F甲G F浮1； 图乙中铁锚完全浸没水中但未触底， 船身受到的浮力为 F乙、 铁锚受到的浮力为 F浮2， 由于考察船处于漂浮状态，根据物体受力平衡可知：F乙F浮2G；所以：F乙GF浮2；图 丙中由于铁锚沉底，则铁锚受到支持力的作用，所以船身受到的浮力为 F丙，铁锚受到的浮力 为 F浮3，支持力为 F
4、支持，根据受力平衡可知：F丙F浮3F支持G；所以：F丙GF浮3F 支持；由于图甲铁锚部分浸入水中；图乙和图丙中铁锚完全浸没水中，则铁锚排开水的体积 V排 1V排2V排3，根据阿基米德原理可知：F浮1F浮2F浮3；所以，F甲F乙F丙。 【命题意图】 此题考查了学生能否灵活运用阿基米德的公式进行推导计算，是否能通过 推导式进行判断和解决实际问题的能力。 2. (2019 杭州)如图所示，将密度为 0.6 克/厘米 3、高度为 10 厘米、底面 积为 20 厘米 2 的圆柱体放入底面积为 50 厘米 2 的容器中，并向容器内加水(g 取 10 牛/千克)。 (1)当水加到 2 厘米时，求圆柱体对容器
5、底的压力大小。 (2)继续向容器中加水，当圆柱体对容器底压力为 0 时，求圆柱体在液面上方和下方的长 度之比。 解：(1)以圆柱体为研究对象进行受力分析：F支GF浮物gV物水gV排(物h物 水h浸)gS柱(0.6103kg/m30.1m1.0103kg/m30.02m)10N/kg2010 4m20.8N， 容 器对圆柱体的支持力和圆柱体对容器的压力是一对相互作用力，F压0.8N。 (2)压力为 0，容器对圆柱体的支持力为 0，F浮G物，水gh下S柱物gh物S柱， h 物 h下 水 物 1.0 0.6 5 3， h上 h下 53 3 2 3。 【命题意图】 本试题基于对二力平衡、阿基米德原理内
6、容的理解，着重考查利用所学浮 力的知识，通过受力分析得出解答，需要学生具备“真实可再现过程”的思考能力，能通过不 同阶段加水时的状态分析进行推导并计算得出答案，考查了学生的分析、计算能力。 3. (2020 杭州)如图甲、乙所示，水平桌面上有两个高为 30cm 的柱形容器，现将两个完 全相同的圆柱形金属块(重 120N、高 20cm、底面积为 100cm2)分别置于柱形容器底部。其中， 乙图的金属块与容器底部之间用少量蜡密封(不计蜡的质量)。取 g10N/kg。 (1)计算甲图中金属块对容器底部的压强。 (2)乙图中，向容器内加水至液面高度为 10cm，求金属块对容器底部的压力。(取大气压强
7、p01.0105Pa) (3)若向甲图中容器内加水，画出从开始加水至容器装满水的过程中金属块对容器底部压 力 F 随容器中液面高度 h 变化的图像(需标注相应的数据)。 解： (1)甲中金属块与容器的接触面积： S100cm2110 2m2；金属块对容器底部的 压强： pF S G S 120N 110 2m21.2104Pa； (2)在乙图中，由于金属块的下表面与容器底部用蜡密封，因此不会受到水的浮力，金属 块对容器底部的压力为： F乙GF大气Gp0S120N1.0105 Pa110 2m21120N； (3)当容器里没有水时，金属块对容器底部的压力等于它的重力，即 FG120N；随着水 面
8、的上升，金属块排开水的体积不断增多，根据阿基米德原理 F浮液gV排可知，金属块受到 的浮力不断增大。根据公式 FGF浮可知，容器底部受到的压力不断减小。当金属块完全浸 没， 水面高度达到20cm时， 它受到的浮力为： F浮液gV排103kg/m310N/kg(0.2m0.01m2) 20N；此时金属块对容器底部的压力 FGF浮120N20N100N； 此后，随着水面的上升，物体受到的浮力不变，那么对容器底部的压力保持不变。如下图 所示： 【命题意图】 本试题基于对二力平衡、阿基米德原理内容的理解，着重考查利用所学浮 力的知识，通过受力分析得出解答，需要学生具备“真实可再现过程”的思考能力，能通
9、过不 同阶段加水时的状态分析进行作图，考查了学生的分析情景问题的能力。 4. (2016 杭州)三个相同的轻质弹簧，一端固定在容器底部，另一端分别与三个体积相同 的实心球相连，向容器内倒入某种液体，待液体和球都稳定后，观察到如图所示的情况： (1) 乙球下方弹簧长度等于原长，这三个球受到浮力的大小关系是_C_(填字母)。 AF甲F乙F丙 BF甲F乙F丙 CF甲F乙F丙 (2)这三个球的密度大小关系是_A_(填字母)。 A甲乙丙 B甲乙丙 C甲乙丙 (3)其中_乙_(填“甲”“乙”或“丙”)球的密度与液体密度相同。 【试题解析】(1)已知三个实心球体积相同，由于三个球浸没在同种液体中，则排开液体
10、 的体积相同，根据 F浮液V排g 可知，它们受到的浮力：F甲F乙F丙；故选 C； (2)根据题意可知，乙球下方弹簧长度等于原长，则弹簧对乙球没有作用力；观察如图情 况可知，甲球下方弹簧长度大于原长，则弹簧对甲球有向下的拉力 F拉；丙球下方弹簧长度小 于原长，则弹簧对丙球有向上的支持力 F支； 由题知，三个球处于静止，所以 F甲G甲F拉，F乙G乙，F丙G丙F支； 比较可知 F甲G甲，F乙G乙，F丙G丙， 由于它们所受浮力相等，所以三个球的重力关系为：G甲G乙G丙； 根据重力公式可知，三个球的质量关系为：m甲m乙m丙； 又三个球的体积相同，根据 m/V 可知：甲乙丙，故选 A。 (3)根据前面分析可知，弹簧对乙球没有作用力，浮力与重力平衡，乙球处于悬浮状态， 所以，乙液。 【命题意图】 本题考查了学生对阿基米德原理、物体浮沉条件的掌握和运用。学生可根 据这三个球的受力情况得出球受到的重力与浮力的关系， 根据物体的浮沉条件即可判断球的密 度与液体密度之间的关系得出最终答案。