初二物理竞赛班春季第7讲复习版讲义(浮力)

|初二·物理·竞赛班·教师版|第7讲-1-物理竞赛班春季第7讲教师版知识体系：一、浮力的定义浮在液体（或气体）中的物体，受到液体（或气体）对它向上托的力，这个力叫做浮力．浮力方向总是竖直向上．二、浮力产生的原因浮力产生的原因是液体（或气体）对物体向上或向下的压力不同，浮力的实质是液体（或气体）对物体向上和向下的压力之差．三、阿基米德原理浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于被排开的液体所受到的重力．其表达式为FGgV浮排排补充说明：阿基米德原理同样适用于气体．四、物体的沉浮条件浸在液体中物体的沉浮，决定于它浸没在液体中所受的浮力F浮和它自身重力G，具体情况如下：（1）当FG浮时，物体上浮；（2）当FG浮时，物体下沉；（3）当FG浮时，物体悬浮在液体里任何深度的地方或漂浮于液面五、浮力的四种常规计算方法称重法：F浮=G-F示浮力产生的原因法：F浮=G物，F浮=F向上-F向下阿基米德原理：F浮=液gV排平衡法：F浮G物，F浮=G物，F浮G物课前集中练：【例1】（09南昌）“远征号”潜水艇从长江某基地赴东海执行任务过程中（）A．潜水艇在海水中潜行时所受的浮力大于在江水中潜行时所受的浮力B．潜水艇在海水中潜行时所受的浮力等于在江水中潜行时所受的浮力C．潜水艇在海水中潜行时所受的重力小于在江水中潜行时所受的重力D．潜水艇在海水中潜行时所受的重力等于在江水中潜行时所受的重力【答案】A【例2】（07北京101中）如图，气球A下吊着一个金属球B，恰好悬浮于水中．现沿杯壁往容器中加入一定质量的水，结果金属球B（）A．上浮B．下沉C．悬浮D．以上均不对【解析】气球和小球B作为整体，原来处于悬浮状态，故受到的总浮力等于总重量，即FG浮悬总．向杯中加水后，气球A处受的水深度变大，受到压强增大，导致气球的体积减小，整体浮力变小，而总重力不变，故FG浮总，因此金属球会下沉．本题选B．【例3】（09福州市）翔翔在家探究鸡蛋受到的浮力大小与哪些因素有关，如图所示．请仔细观察图示并回答下列问题：（1）从A、B两图可知，鸡蛋在水中受到的浮力大小是___N．（2）根据B、C两实验，他就得出鸡蛋受到的浮力大小与液体的密度有关，你认为对吗？________，理由是________．（3）在图实验中，你还可以观察到什么现象？．【答案】（1）0.5（2）不对实验中没有控制鸡蛋排开液体的体积相同（3）浸没在水中的鸡蛋看起来比在空气中的大（或鸡蛋浸入盐水中的部分看起来比空气中的大）AB|初二·物理·竞赛班·教师版|第7讲-2-【例4】（09济宁）物理小组制作的潜水艇模型如图所示．通过胶管A从烧瓶中吸气或向烧瓶中吹气，就可使烧瓶下沉、上浮或悬浮．当烧瓶处于如图所示的悬浮状态时，若从A管吸气，烧瓶将会（）A．上浮，它受到的浮力增大B.下沉，它受到的浮力减小C．下沉，它受到的浮力不变D.上浮，它受到的浮力不变【答案】C【例5】（08丰台二模）如图所示的容器，上部横截面积为1S，底部横截面积为2S，容器上下两部分高分别为12hh、，容器中盛有某种液体，有一个空心金属球用细绳系住，绳的另一端栓在容器底部，此时球全部浸没在液体中，位置如图，绳对球的拉力为F，如将细绳剪断，待空心金属球静止后液体对容器底部的压力减少了．（用题中字母表示）【答案】21/FSS【例6】（全国初中物理应用竞赛初赛试题）如图所示，密度均匀的木块漂在水面上，现沿虚线将下部分截去，则剩下的部分将（）A．上浮一些B．静止不动C．下沉一些D．无法确定【解析】设木块的体积为V，由于FG浮，则gVgV水排木，gVVgV露水木（），∴VV水木露水①，设沿虚线截去一部分后，剩下体积为'V，同理''FG浮，'''gVVgV露水木（）∴''VV水木露水②比较①、②二式，∵'VV，'VV露露即剩下部分将下沉一些．答案：C【例7】某地质勘探队将设备装在木筏上渡河，若不载货物，人和木筏共重为G，木筏露出水面的体积是木筏总体积的1/3，则此木筏的载货重至多为______．【解析】木筏在水中将受到浮力的作用，平衡时浮力等于重力．当木筏不载货物时，有1FG浮，即23gVG水…………………………①当木筏至多载货重为'G时，有'2FGG浮，即'gVGG水……………②联立①、②两式，解得'12GG．答案：0.5G【例8】（07北京101中）如图，由密度为的半球形铁块和立方体铁块叠放在一起静止在水底，半球型铁块的半径和立方体铁块的棱长均为r，立方体在半球体的正上方，水的密度为，容器中水的深度为3r，已知球的体积公式343rV，水对半球体的下球面所产生的压力为．【解析】（1）若半球型铁块和立方体铁块紧密结合，则立方体和半球体的接触面没有受到水的压力，此时，物体受到的浮力等于两者组成的整体排开液体的重力，实质是物体上下表面所受压力之差．33322()(1)33rFgVgrgr浮排物块上表面受到向下的压强所产生的压力为2223(32)(3)()(21)Fgrrrgrrrrgr故下表面受到的向上的压力：383FFFgr浮（2）若半球型铁块和立方体铁块没有紧密结合，则立方体和半球体的接触面都会受到水的压力，此时，半球体受到的浮力等于半球体排开液体的重力，实质是半球体上下表面所受压力|初二·物理·竞赛班·教师版|第7讲-3-差．323rFgVg浮排物块上表面受到向下的压强所产生的压力为23(3)2Fgrrrgr故下表面受到的向上的压力：33328233rFFFggrgr浮题型专项突破：【例9】（07人大附中）如图，一杯果汁（密度大于水），加冰后液面正好同杯口相平．则在冰块熔化过程中（）A．液面不变，液体不溢出B．液面不变，液体溢出C．液面下降D．无法确定【解析】本题的关键是比较冰排开的果汁体积和冰熔化后体积．因为冰块漂浮于果汁中，所以根据二力平衡条件得FG浮冰，根据阿基米德定律得FG浮排果汁．因为GG冰排果汁，又因为冰溶化变成水，所以GG冰化水．所以GG化水排果汁．即gVgV水化水果汁排果汁．因为果汁水，所以VV化水排果汁．即冰熔化成水的体积大于冰排开果汁的体积，因此，液体会溢出．本题选B．【例10】（07人大附中）如图所示，在盛有水的烧杯内放置一冰块，冰块的下表面与杯底接触，水面正好与杯口相齐；当冰融化时是否有水溢出?（）A．当冰块的下表面对杯底有压力时，冰融化后水一定会溢出B．当冰决的下表面对杯底有压力时，冰融化后水一定不会溢出C．无论冰块的下表面对杯底是否有压力，冰融化后水都会溢出D．无论冰块的下表面对杯底是否有压力，冰融化后水都不会溢出【解析】当冰块是漂浮在水面上时，由于FG浮冰，故冰块融化后水面的高度不变；当冰块对杯底有压力时，表明此时冰块所受的浮力小于冰块的重力；因此，冰块这时排开水的体积小于冰块融化后的体积，故会有水溢出．答案：A【例11】（08北京四中）有一个装有水银和水的容器，在水银和水的界面之间悬浮着一块被冰包着的铁块，当冰全部融化后，水面和水银面将（）A．水面和水银面都上升B．水面和水银面都下降C．水面上升，水银面下降D．水面下降，水银面上升【答案】D．解答此题时最好先转化一下模型，把冰和铁看成是冰漂浮或者悬浮在水中，下面用一根绳子拉着铁块，铁块在水银和水面之间，这样根据水和冰的密度关系可以判断整体液面下降，即水面下降．冰完全熔化，绳子给铁块的拉力消失，铁块下沉一些，水银面上升．至于模型的转化（为什么能这样转化）需要老师给学生讲清楚．【例12】（08师大附中）如图，大杯中盛有液体，装有密度均匀小球的小杯漂浮在液面上，如果将小球取出并投入液体中，液体的液面一定（）A．上升B．下降C．不变D．下降或不变【解析】本题是物体移动位置引起的液面升降问题．常有多种解决方法．＜方法一＞整体浮力分析法．将小球和小杯作为整体进行研究．在小球取出前，小球和小杯整体漂浮．故浮力FG总前．在小球取出并投入液体中后，分几种情况讨论：（1）球液，小球最终沉底，小杯漂浮，如图甲所示．则浮力FG球球，FG杯杯．所以总浮力FFFGGG后总球杯球杯．|初二·物理·竞赛班·教师版|第7讲-4-所以浮力FF后前，即gVgV液排前液排后·所以VV排前排后．因此液面会下降．（2）球液，小球最终悬浮，小杯漂浮，如图乙所示．则浮力FG球球，FG杯杯．所以总浮力FFFGGG后总球杯球杯．所以浮力FF后前，即gVgV液排前液排后．所以VV排前排后．因此液面不变．（3）球液，小球最终漂浮，小杯漂浮，如图丙所示，分析同上，液面不变．＜方法二＞排开液体比较法（仅以球液为例说明）．小球和小杯原来漂浮在液面上，故有：浮力FGGG总前杯球，因为FgV前液排前，所以GGFVggg杯球前排前液液液小球取出投入液体中后，因为球液，所以小球沉底VV球排球，小杯仍漂浮，因为FgVG浮杯液排杯杯，所以GVg杯排杯液总排液体积GVVVVG杯后球排杯排球液(1)GgVVVVVVgg球球球球后前球球球液液液因为球液，所以VV后前，因此，液面下降．＜方法三＞转移，断线分析法（仅以球液为例说明）．设想把小球取出，用细线悬挂在小杯下面，但不与大杯底接触，如右图所示，稳定后，由于总重力不变，故总浮力不变，液面保持不变．再设想把细线剪断，由于球液，故小球仍悬浮不动，小球浮力等于重力，原来对小杯没有拉力，故剪断细线后，小杯也不会移动，因此液面不会变化．本题选D．【例13】（08北大附中）船上载着许多钢材，此时甲板离水面的高度为1h；把这些钢材都放在水中用绳悬挂于船下，此时甲板离水面的高度为2h，则1h与2h相比较（）A．12hhB．12hhC．12hhD．无法比较【解析】设钢材装在船上时船所受的浮力为F浮；当钢材吊在船下船所受的浮力为'F浮，钢材所受的浮力为F材，则FGG浮船材，'FFGG浮材船材，比较二式得'FFF浮浮材，故'FF浮浮，由公式FgV浮水排知，当浮力减小时，船的排水量减小，即12hh．答案：B．【例14】（08三帆中学）如图所示，铜（Cu）、铁（Fe）、铝（Al）三个实心球，用细线拴住，全部浸没在水中时，三根细线上的拉力相等，则关于这三个金属球的体积、质量之间的关系，下列判断正确的是（）A．CuFeAlVVV，CuFeAlmmmB．CuFeAlVVV，CuFeAlmmmC．CuFeAlVVV，CuFeAlmmmD．CuFeAlVVV，CuFeAlmmm【解析】三个实心球全浸没在水中，且拉力相等，以球为研究对象，则TFG浮球，即TgVgV水球，TVg球水（），因拉力T相等．可见密度小的球体积大，即CuFeAlVVV，由力的平衡条件知mTmgFmgg浮水球（），∴1Tmg水球（）可见，密度大的球质量小，即CuFeAlmmm．答案：D|初二·物理·竞赛班·教师版|第7讲-5-【例15】（全国初中物理应用竞赛初赛试题）一根轻质小弹簧原长10cm，两端分别连接在容器底部和物体A上，将水逐渐注入容器，当物体的一半浸入水中时（如图甲），弹簧长12cm，把水倒出，改为用密度为0.8×103kg／m3的油注入容器，当物体A全部浸入油中时（如图乙），弹簧长15cm，求：（1）在这两种情况下物体受到的浮力比；（2）物体A的密度．（设物体的密度为，体积为V）【解析】（1）物体A在水中受到浮力2VFgVg浮水排水物体A在油中受到浮力'FgVgV浮油排油33'33110kg/m52220.810kg/m8VgFFgV水浮水浮油油（2）在图