粤沪版八年级下册2 阿基米德原理优质学案
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知识精讲
知识点01 浮力的大小与被排开液体所受重力的关系
1.浸在液体里的物体受到 的浮力,浮力的大小等于 的重力.这就是阿基米德原理,写成数学表达式为F浮= .
2.物体浸入液体的体积,就等于被物体排开的液体体积,体积是20 cm3的铁块,浸没在水中,则排开水的体积是 cm3= m3.
【即学即练1】一物体漂浮在盐水中,排开了100 N的盐水.它受到的浮力为 N.
【答案】浮力的大小等于被物体排开的液体受到的重力,F浮=G排=100 N.
知识点02 阿基米德原理
1.内容:浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小等于被物体排开的液体的重力.
2.阿基米德原理的表达式:F浮=G排=m排g=ρ液V排g.
3.物体浸没在液体中时V排=V物,部分浸入时V排<V物.
4.阿基米德原理对气体同样适用.
【即学即练1】
当一个铝块有一半体积浸入水中时,排开水的质量为m0,则此铝块受到的浮力为________;当它全部浸没水中时,受到的浮力为________.
【答案】当一个铝块有一半体积浸入水中时,V排1= V;根据阿基米德原理可知,此时铝块受到的浮力:F浮1=G排=m0g;物体全部浸没水中时,排开水的体积:V排2=V;根据F浮=ρ水gV排可知,浮力是原来的2倍,所以,物体全部浸没水中时受到的浮力:F浮2=2F浮1=2m0g.
知识点03 影响浮力大小的因素
浮力大小与物体排开液体的体积和液体的密度有关,而与浸没深度、物体的形状、材料等无关.
【即学即练1】如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验装置和过程,其中弹簧测力计所挂的是同一金属块。
(1)金属块浸没在水中时,受到的浮力是 N。
(2)分析图丙、丁可知,浮力大小跟物体浸没在水中的深度 (选填“有关”或“无关”)。
(3)分析 两图可知,没在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关。
(4)根据上述实验过程,可得戊图中盐水的密度是 kg/m3。如果在实验中不小心使戊图中的金属块接触了容器底且与容器底有力的作用,此时测量出的盐水密度值将 (填“变小”、“变大”或“不变”)
(5)为了使实验结论更加具有普遍性,应 。
A.多次测量取平均值
B.换用其他液体多次实验
【答案】解:(1)金属块浸没在水中时,受到的浮力是:
F水=G﹣GC=4.8N﹣2.8N=2N;
(2)分析丙、丁两图,当金属都块浸没在水中后,金属块的深度不同,但测量力计示数相同,根据称重法测浮力:F浮=G﹣G′知,所受浮力的大小大小相同,故得出当金属块浸没在水中后,所受浮力大小跟物体浸没在水中的深度无关;
(3)比较图丁戊,排开液体的体积相同,而排开液体的密度不同,两图中,测力计示不同,根据称重法,可知金属块受到的浮力不同,故由实验数据可得到的结论是:浸在液体中的物体受到浮力的大小与液体密度有关;
(4)金属块浸没在水中受到的浮力:F水=2N﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
根据阿基米德原理有:
F水=ρ水gV排水=ρ水gV物﹣﹣﹣﹣﹣②,
由图甲戊知,金属块浸没在盐水中受到的浮力:
F盐水=4.8N﹣2.4N=2.4N﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
根据阿基米德原理有:
F盐水=ρ盐水gV排盐水=ρ盐水gV物﹣﹣﹣﹣﹣﹣④,
由②④得:
ρ盐水=ρ水﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤;
将①③代入⑤得:
ρ盐水=ρ水=1.2×103 kg/m3;
如果他在实验中不小心使戊图中物体接触了容器底且与容器底有力的作用,则测力计示数变小,导致F示盐水变小,根据称重法,故F浸盐水变大,根据ρ盐水=ρ水知,测量的盐水密度值将偏大。
(5)为了使实验结论更加具有普遍性,应换用其他液体多次实验,故B正确。
故答案为:(1)2;(2)无关;(3)丁、戊;(4)1.2×103;偏大;(5)B。
分层提分
【基础训练】
1.一铅球,当把它放在水中并在水中向下运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.受到的浮力逐渐变大
B.受到的浮力逐渐变小
C.受到的浮力不变
D.受到的浮力先变大后不变
【解答】解:铅球放在水中时,排开水的体积变大,当在水中向下运动时,铅球排开水的体积不变,则根据F浮=ρ液V排g可知受到的浮力先变大后不变。
故选:D。
2.关于压强和浮力的说法,错误的是( )
A.压强越大,力的作用效果越明显
B.在水中下沉的物体也受浮力
C.压强的单位是牛顿
D.阿基米德原理适用于一切受浮力的情况
【解答】解:A、压力的作用效果用压强来表示,压强越大,力的作用效果越明显,故A正确;
B、物体在水中下沉是因为物体重力大于受到的浮力,故B正确;
C、压强的单位是帕斯卡,简称帕,牛顿是力的单位,故C错误;
D、阿基米德原理适用于一切浸在液体或气体中的物体,故D正确。
故选:C。
3.一个体积为100m3的热气球静止在空中。已知空气的密度为1.29kg/m3,那么,此时它所受的浮力(把空气当作液体对待)是( )
A.129牛B.1290牛C.12900牛D.129000牛
【解答】解:
热气球排开空气的体积:
V排=V球=100m3,
热气球受到的浮力:
F浮=ρ空气gV排=1.29kg/m3×10N/kg×100m3=1290N。
故选:B。
4.将重为3牛的某物体轻轻放入盛水容器中,溢出1牛的水,则以下关于该物体受到的浮力F浮的大小判断正确的是( )
A.F浮一定是1牛
B.F浮一定是3牛
C.F浮不可能等于3牛,但可能等于1牛
D.F浮可能等于3牛,也可能等于1牛
【解答】解:将重为3牛的某物体轻轻放入盛水容器中,溢出1牛的水,有以下两种可能:
①若烧杯中水是满的,溢出烧杯的水重为1N,根据阿基米德原理可知:F浮=G排=1N;
②若烧杯中水是不满的,溢出烧杯的水重为1N,说明物体排开的水的重力大于1N,根据阿基米德原理可知:F浮>1N;
另外,若物体漂浮或悬浮,物体受到的浮力F浮=G物=3N;若物体下沉,物体受到的浮力F浮<G物=3N;
综上以上分析可得,1N≤F浮≤3N。
故选:D。
5.一小铜块下表面紧贴水面,由静止释放,在下沉过程中,铜块受到的浮力大小( )
A.先变小后不变B.不变
C.先变大后不变D.变大
【解答】解:铜块下表面紧贴水面时排开水的体积为0,铜块由静止释放后排开水的体积变大,当铜块全部浸没在水中排开水的体积最大,当铜块浸没后在水中下沉时,排开水的体积不变,由F浮=ρ水V排g可知,铜块受到的浮力先变大后不变。
故选:C。
6.如图所示,放在水平桌面上的溢水杯盛满水,用弹簧测力计挂一个实心铁块,示数为F1;将铁块缓慢浸没水中(未接触溢水杯),溢出的水流入小烧杯,弹簧测力计的示数为F2.下列判断正确的是( )
A.水对溢水杯底部的压强 p甲<p乙
B.水对溢水杯底部的压力 F甲>F乙
C.铁块受到的浮力 F 浮=F2﹣F1
D.小烧杯中水的重力 G=F1﹣F2
【解答】解:A、甲乙液面相平,且液体均为水,根据p=ρgh可知,水对溢水杯底部的压强相等,即p甲=p乙,故A错误;
B、溢水杯的底面积不变,受到的压强相同,根据F=pS可知容器底部受到的水的压力的大小不变,即F甲=F乙,故B错误;
C、F1为铁块浸没水中前的拉力(等于铁块的重力),F2为铁块浸没水中后的拉力,根据称重法测浮力可知,铁块受到的浮力F浮=F1﹣F2,故C错误;
D、根据阿基米德原理可知,铁块所受浮力等于排开水的重力,所以小烧杯中水的重力(排开水的重力)G=F浮=F1﹣F2,故D正确。
故选:D。
7.对于浸没在液体中的物体,下列说法正确的是( )
A.物体受到的浮力与液体的体积有关
B.物体受到的浮力与液体的质量有关
C.物体受到的浮力与物体的密度有关
D.物体受到的浮力与物体的体积有关
【解答】解:浸没在液体中的物体,排开液体的体积等于物体的体积,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,物体浸没在液体中所受的浮力大小只与液体的密度和物体排开液体的体积这两个因素有关,而与其它因素都无关,故ABC错误,D正确。
故选:D。
8.小凯进行验证阿基米德原理的实验,正确操作过程如图所示,图中F1、F2、F3、F4分别表示对应的弹簧测力计示数。下列说法正确的是( )
A.该实验还需要测量物体排开液体的体积,并用到液体的密度
B.F2<F1表明物块受到的重力减小了
C.物块排开的液体受到的重力G排液=F4﹣F3
D.若F1﹣F3=F4﹣F2,则说明本次实验结果符合阿基米德原理
【解答】解:
A、物体重力是F1,物体放入水后弹簧测力计显示物体的重力是F2,所以物体受到的浮力F浮=F1﹣F2,利用称重法可得出浮力的大小,不需要测量物体排开液体的体积,并用到液体的密度,故A错误;
B、本实验中物体的重力是不变的,示数变化是因为受到了浮力;故B错误;
C、由丙可知,物块排开的液体受到的重力G排液=F4﹣F3;故C正确;
D、若F1﹣F2=F4﹣F3,则表明物体受到的浮力等于其排开的液体的重力,说明本次实验结果符合阿基米德原理,故D错误。
故选:C。
分层提分
【能力提高】
1.在深水处的鱼嘴里吐出一个小气泡,这个小气泡在上升过程中,水对它的( )
A.压强变小,浮力不变B.压强不变,浮力变大
C.压强变小,浮力变大D.压强不变,浮力不变
【解答】解:因为气泡上升时,深度h变小,
所以由p=ρ水gh可知,气泡受到水的压强变小;
气泡所受压强变小,故气泡的体积变大,排开水的体积变大,
由F浮=ρ水V排g可知,气泡受到水的浮力变大。
故选:C。
2.学习了浮力后,明明又学到了一种测密度的方法。他想要测一测奶奶买的“黄金龙雕像”是不是纯金打造的。于是从学校借来了弹簧秤,利用家中的材料配合实验:他先将雕像悬挂在弹簧秤上,在空气中测量,弹簧秤的示数为1.8牛,然后又把雕像完全浸没在水中,弹簧秤的示数为1.6牛。请回答:(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)雕像完全浸没在水中时受到的浮力是多少?
(2)雕像的体积是多大?
(3)通过计算判断这个雕像是否纯金制成的?(ρ金=19.3×103千克/米3)
【解答】解:
(1)雕像完全浸没在水中时,雕像受到的浮力:F浮=G﹣F=1.8N﹣1.6N=0.2N;
(2)雕像完全浸没在水中时,由F浮=ρ液gV排得,雕像的体积:V=V排===2×10﹣5m3;
(3)由G=mg得物体的质量:m===0.18kg,
物体的密度:ρ===9×103kg/m3<19.3×103kg/m3,
所以这个雕像不是纯金制成的。
3.港珠澳大桥是连接香港、珠海、澳门的超大型跨海通道,大桥在水下施工时,要向水中沉放大量的施工构件。现将边长2m的正方体沉入水中,在下沉过程中,其下表面到水面的距离为h(如图甲),钢绳拉力、物体所受浮力随着h的增大而变化(如图乙)。下列选项说法正确的是(ρ水=1.0×l03kg/m3,g=10N/kg)( )
A.表示正方体构件所受浮力变化的图像是①
B.该构件浸没在水中所受浮力为4×104N
C.该正方体构件的质量为16吨
D.该构件的密度是1.5×103kg/m3
【解答】解:
A、由图甲可知,正方体构件在浸没之前排开水的体积变大,所以浮力逐渐变大,当正方体构件浸没后排开水的体积不变,浮力不变,故正方体构件受到的浮力先增大后不变,则图乙中反映正方体构件所受浮力变化的图像是②,反映拉力随深度变化的图线是①;故A错误;
B、当正方体构件浸没在水中时,排开水的体积等于构件的体积:V排=V=(2m)3=8m3,
构件浸没在水中所受浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×8m3=8×104N,故B错误;
C、由图乙可知,当构件浸没后所受的拉力等于浮力,所以构件浸没后,在缓缓沉入的过程中,所受的拉力与浮力大小之和等于构件的重力,
即G=F拉+F浮=2×8×104N=1.6×105N,
由G=mg可知,构件的质量:m===1.6×104kg=16t,故C正确;
D、构件的密度:ρ===2×103kg/m3,故D错误。
故选:C。
4.小敏在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用到如下器材:分度值为0.1N的弹簧测力计,底面积为5cm2、高度为6cm的实心圆柱体铜块,相同的圆柱形容器若干,水和密度未知的某种液体,细线等。
(1)小敏进行了如图所示的实验:A步骤所示弹簧测力计的示数为 N;用弹簧测力计挂着铜块缓慢地浸入液体中不同深度,步骤如图B、C、D、E、F所示(液体均未溢出),并将其示数记录在下表中:
(2)在实验步骤B中铜块所受浮力F浮= N。
(3)分析实验步骤A、B、C、D,可以说明浮力大小跟 有关;分析实验步骤A、E、F,可以说明浮力大小跟 有关。
(4)小敏用表格中的数据算出了步骤B中铜块下表面受到水的压强是 Pa,并发现步骤B、C、D中铜块下表面受到水的压强随着深度的增加逐渐 (选填“增大”或“减小”)。
(5)小敏在步骤B的基础上继续探究:保持铜块下表面所处的位置不变,把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上,缓慢向烧杯内加水,发现弹簧测力计的示数逐渐 (选填“增大”或“减小”);当所加水为22g时,使铜块刚好浸没时(水未溢出),容器底部受到水的压强增加了420Pa,则容器的底面积为 cm2。
【解答】解:(1)由题意可知,弹簧测力计的分度值为0.1N,则A步骤所示弹簧测力计的示数为2.7N;
(2)步骤A中实心圆柱体铜块位于空中,则其重力G=2.7N,
由表格数据可知,在实验步骤B中弹簧测力计的示数FB=2.6N,
此时铜块所受浮力F浮=G﹣FB=2.7N﹣2.6N=0.1N;
(3)由实验步骤A、B、C、D结合表格数据可知,铜块排开水的体积不同,弹簧测力计的示数不同,即受到的浮力不同,说明浮力大小跟排开液体的体积有关;
由实验步骤A、E、F结合表格数据可知,铜块排开水和液体的体积相同,弹簧测力计的示数不同,受到的浮力不同,说明浮力大小跟液体密度有关;
(4)由浮力产生的原因F浮=F向上﹣F向下可得,步骤B中铜块下表面受到水的压力F向上=F浮+F向下=F浮=0.1N,
则步骤B中铜块下表面受到水的压强p===200Pa;
在步骤B、C、D中,铜块下表面所处的深度逐渐增大,受到的浮力逐渐增大,铜块下表面受到水的压力逐渐增大,铜块下表面受到水的压强逐渐增大;
(5)在步骤B的基础上保持铜块下表面所处的位置不变,把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上,缓慢向烧杯内加水,铜块排开水的体积变大,受到的浮力变大,
由称重法F浮=G﹣F′的变形式F′=G﹣F浮可知,弹簧测力计的示数减小;
由表格数据可知,步骤D、E中弹簧测力计的示数F′=2.4N,此时铜块浸没在水中,受到的浮力F浮′=G﹣F′=2.7N﹣2.4N=0.3N,
保持铜块下表面所处的位置不变,把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上,缓慢向烧杯内加水,当铜块刚好浸没时,
铜块受到浮力的增加量△F浮=F浮′﹣F浮=0.3N﹣0.1N=0.2N,
由F浮=ρ液gV排可得,排开水体积的增加量△V排===2×10﹣5m3=20cm3,
由ρ=可得,烧杯内注水的体积V水===22cm3,
由p=ρ液gh可得,烧杯内水面上升的高度△h===0.042m=4.2cm,
由S容△h=V水+△V排可得,烧杯的底面积S容===10cm2。
故答案为:(1)2.7;(2)0.1;(3)排开液体体积;液体密度;(4)200;增大;(5)减小;10。课程重点
1.知道阿基米德原理.
2.探究阿基米德原理,进一步学习用弹簧测力计测浮力.
3.进一步了解阿基米德原理及影响浮力大小的因素.
4.利用阿基米德原理进行计算.
试验步骤
B
C
D
E
F
弹簧测力计示数/N
2.6
2.5
2.4
2.4
2.3
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