浮力-习题课-教学简案

浮力（习题课）·教学简案课程导入上两节课我们学习了：1．浮力的计算：①平衡法：F浮＝G物，适用于漂浮和悬浮的物体浮力计算；②测量法（实验法）：F浮＝G物－T；③压力差法（原因法）：F浮＝F2－F1（上下表面的压力差）；④原理法：F浮＝ρ液gV排（适用于一切浮力计算）．2．物体的浮沉条件：a下沉＜悬浮＝上浮＞物浮物浮物浮GFGFGFb下沉＜悬浮＝上浮＞物液物液物液这节课我们应该学会：1．会利用浮力有关的知识，设计实验测量固体或液体的浮力．2．利用有关的知识，探究有关浮力的问题，解答浮力方面的综合应用题．拓广延伸知识延伸例1有一个弹簧测力计挂着一个实心圆柱体，当圆柱体逐渐浸入装满水的柱形烧杯过程中，观察记录弹簧测力计的示数变化如下表所示，试根据表中所给条件求：圆柱体浸深度（cm）00.61.21.82.43.03.64.24.86.0测力计示数（N）21.851.631.551.41.41.41.41.40（1）圆柱体的质量是多少？（2）圆柱体的密度是多少？（3）未放入圆柱体前水对烧杯底的压强为多少？解析分析表格数据，发现圆柱体浸入水中的深度小于1.8cm之前，测力计的示数随着圆柱体浸入水中的深度的增加而减小，可知圆柱体的高度为1.8cm，圆柱体浸入水中的深度从2.4cm到4.8cm时，圆柱体全部浸入水中，弹簧测力计的示数保持不变，当浸入水中的深度为6cm时，弹簧测力计的示数为零，圆柱体接触容器底部，说明容器中水的深度为6cm．（1）圆柱体浸入水中的深度为0时，弹簧测力计示数即为圆柱体的重力，则圆柱体的质量为：m＝kgN10N2／＝gG＝0.2kg；（2）圆柱体体积等于圆柱体浸没在水中时排开水的体积：V＝V排＝kgN10mkg10N4.1N233／／－＝－＝水水浮gTGgF＝6×10－5m3，则圆柱体的密度为：ρ＝35m106kg2.0＝Vm＝3.33×103kg/m3；（3）水对容器底的压强：p＝ρ水gh＝103kg/m3×10N/kg×0.06m＝600Pa答案（1）0.2kg；（2）6×10－5m3；（3）600Pa解题方法浸入液体中的物体所受的浮力，跟液体的密度和排开液体的体积有关．能通过分析表格中的数据捕捉到有关：物体浸没和未浸没、物体的重力、浸没时物体所受的浮力、容器中液体的深度等信息．实验探究例2如图13-8-1所示，某课外兴趣小组在研究马铃薯在水中的浮沉情况时，通过往水中加盐，终于使马铃薯漂浮在水面上．由于时间关系，当时并没有及时收拾实验器材，几天后他们来收拾时，惊奇地发现原来浮在水面的马铃薯又都沉在容器底部，他们决定对这一现象进行研究．对此现象，他们提出了以下几种猜想：猜想1：可能由于水的蒸发，盐水的密度变大，导致马铃薯下沉；猜想2：可能是马铃薯在盐水中浸泡几天后质量变大，导致马铃薯下沉；猜想3：可能是马铃薯在盐水中浸泡几天后体积变小，导致马铃薯下沉；经过一番讨论，他们马上否定了猜想1，你认为他们否定的理由是：_________________．接着他们就猜想2和猜想3进行了如下的实验操作：（1）取三块马铃薯，编上A、B、C号，分别测出其质量和体积；（2）配制一大杯盐水；（3）将这三块马铃薯放在盐水中，使其漂浮．几天后发现马铃薯都沉在容器底部，将其捞出、擦干，分别测出其质量和体积．实验数据记录如下表：马铃薯的编号质量（g）体积（mL）放入盐水前在盐水中下沉后放入盐水前在盐水中下沉后A44.839.24033B56.148.85041C77.367.96957请分析上述实验数据后回答：猜想2是______（选填“正确”或“错误”）的；你认为导致马铃薯下沉的原因是：_______________________________．解析（1）由物体浮沉条件可知，马铃薯开始时在盐水中漂浮，说明马铃薯的密度小于盐水的密度，后来马铃薯在盐水中下沉，说明后来马铃薯的密度大于盐水的密度；猜想1是错误的，因为盐水的密度变大，马铃薯的密度始终比盐水的密度小，所以马铃薯仍然漂浮在盐水中，不可能在盐水中下沉．（2）分析表格数据发现，马铃薯放入盐水中一段时间后，马铃薯的质量和体积都变小了，但是马铃薯的质量和体积的比值，即马铃薯的密度变大了，大于盐水的密度导致马铃薯在盐水中下沉．答案（1）盐水的密度变大，马铃薯的密度始终比盐水的密度小，由浮沉条件可知，马铃薯会仍然漂浮在盐水中．（2）猜想2是错误的，马铃薯下沉的原因是，马铃薯密度变大大于盐水的密度．解题技巧紧抓住物体的浮沉，决定于物体密度和液体密度的大小关系．不能单纯从液体密度或物体的质量怎么变化来下结论．另外会分析表格中的实验数据，不能孤立分析某一列或某一行数据，注意把相关的数据进行综合分析，找出隐含的信息．实验设计例3在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中，某同学猜想：浮力大小可能与液体密度的大小、物体浸入液体中体积的大小、物体重力的大小有关．请你设计一个方案，探究“浮力的大小与物体的重力大小是否有关”．实验提供如下器材：实验桌、弹簧测力计、量筒、烧杯各一个；水、盐水、细线适量；一大块橡皮泥；体积相同的铜块和铁块各一块；体积不同的铁块各一块．（1）从给定的器材中选出你需要的器材；（2）实验步骤；（3）根据可能出现的实验现象，得出相应的探究结论．解析根据阿基米德原理可知，物体所受的浮力大小跟物体的重力无关，只跟液体的密度和排开液体的体积两个因素有关．因此要验证浮力是否跟物体的重力有关，应该控制物体的体积相同和浸没在同种液体中同一深度，因此本题实验应选用体积相同而密度不同（即物体的重力不同）的铜块和铁块．利用弹簧测力计分别测量出铜块和铁块浸没在水中时的浮力大小，比较发现重力不同，但浮力相同，从而证明浮力跟物体的重力无关．答案（1）实验桌、弹簧测力计、烧杯各一个、水、细线适量、体积相同的铜块和铁块各一块．（2）①用弹簧测力计分别测量出铜块和铁块的重力G1和G2；②将铜块和铁块分别浸没在水中同一深度，计下弹簧测力计的示数T1和T2；③比较G1—T1和G2—T2的大小．（3）实验现象是：铜块和铁块浸没在水中时，所受的浮力相等，结论：浸入液体中的物体所受的浮力跟物体的重力无关．警示误区有的同学可能这样设计实验：选用橡皮泥做实验，先将橡皮泥捏成酒杯状放入水中漂浮，浮力等于橡皮泥的重力；再将橡皮泥捏成实心放入水下沉，说明橡皮泥所受的浮力小于重力，从而可以证明浮力跟物体的重力无关．其实这种实验设计不正确，原因是：实验中橡皮泥排开水的体积不相等，因此不能有力的说明浮力就一定跟物体的重力无关．课时作业1．如图13-8-2所示的铁圆柱体挂在弹簧测力计上，浸没在水中，现匀速缓慢向上提弹簧测力计，使铁圆柱体上升，直到其下底面恰好离开水面，在这整个过程中（）A．弹簧测力计的读数一直不断变大B．弹簧测力计的读数先不变后不断变小C．铁圆柱体下底面受到的水的压力一直不断变小D．铁圆柱体下底面受到的水的压力先变小后不变2．如图13-8-3所示，三个完全相同的杯子盛满水，然后将甲、乙两球分别放入两个杯子中，甲球浮在水面上，乙球可以停在水中任何位置，则三个杯子的总质量哪个大（）A．放甲球的杯子最大B．放乙球的杯子最大C．没放球的杯子最大D．三个杯子一样3．如图13-8-4是小明做的小实验，他发现铝制的牙膏皮捏成团投入盛水的烧中，会沉入水底，而将牙膏皮捏成酒杯状放入水中，发现牙膏皮会漂浮在水面上，下面是四位同学对此问题发表的看法，下列说法错误的是（）A．小红：牙膏皮前后两次在水中所受的浮力相等B．小东：第二次牙膏皮所受的浮力大C．小玲：将牙膏皮做成空心的，增大了牙膏皮排开水的体积，浮力变大D．小马：将牙膏皮做成空心的，使牙膏皮的平均密度小于水的密度4．王老师给同学们布置了这样一道计算题：“将一个质量为0.5kg，体积为800cm3的实心物体，投入盛水的容器中，计算物体在液体中所受的浮力”．下面是小明和小红两人的解答过程：小明：F浮＝ρ水gV排＝103kg/m3×10N/kg×8×10－4m3＝8N小红：F浮＝G物＝mg＝0.5×10N/kg＝5N你认为哪一位结果是正确的___________，他的解答过程还有什么需要补充的地方：__________________________________________________________________________．5．在语文课中学习过《死海不死》这篇课文，愤怒的农场主，对做事偷懒或做错事的奴隶投向死海，企图淹死他们，但是上天作美，每次将奴隶丢进大海，奴隶都能漂浮在海面上，这是因为人体的平均密度______海水的密度，人在海水里所受的浮力______人的重力（填“大于”、“小于”或“等于”）．6．小明同学将一质量为0.06kg的木球投入盛满水的烧杯中，溢出0.06kg的水，已知木球的体积为100cm3，木球在水中所受的浮力为______N，若将木球投入盛满水银的烧杯中，已知水银的密度为13.6×103kg/m3，则溢出水银的质量为______kg．7．学习了阿基米德原理后，大部分同学都知道浸入液体里的物体受到的浮力的大小等于它排开的液体受到的重力，但是总有一部分同学觉得浸没在水中的物体，它受到的浮力还跟它在水中浸没的深度有关，并且认为物体在水中浸没得越深，受到的浮力就越大．为了探究这个猜想是否正确，实验桌上提供如下器材：水、泡沫块、细线、弹簧测力计、木块、量筒、铁块、细竹棍．（1）写出完成这个实验所需要的器材．（2）简要写出你的实验步骤．（3）分析你的实验探究过程，写出你的结论．8．李良同学在科技制作中，受“曹冲称象”的启发，制作了如图13-8-5所示的浮力秤．他将一横截面积为200cm2的空心柱形容器作为秤盘，放入一底面积为300cm2的盛水容器中，在水面处刻下零刻线，然后在距零刻线上方10cm刻下最大秤量，那么：（1）该浮力秤的最大秤量是多少？（2）当它达到最大秤量时，装水容器底部的压强增加了多少？答案点拨1．C（点拨：圆柱体在未露出水面前，浮力不变所以弹簧测力计示数不变，露出水面的过程中，浮力减小弹簧测力计的示数不断变大）2．D（点拨：甲、乙两杯子中虽然水比丙杯中的水少，但是甲、乙两杯子中小球排开水的质量刚好等于球的质量，所以三个杯子的总质量相等）3．A（点拨：两次牙膏皮所受的浮力不相等，第一次下沉说明浮力小于重力，第二次漂浮说明浮力等于重力）4．小红ρ物＝Vm34m108kg0.5－＝＝0.625×103kg/m3＜ρ水5．小于，等于6．0.6N，0.06kg7．（1）水、细线、弹簧测力计、量筒、铁块（2）将铁块挂在弹簧测力计的下端，让铁块浸没在量筒水中不同的深度，观察弹簧测力计的示数是否发生变化（3）浸没在液体中的物体，所受的浮力大小跟浸没的深度无关8．（1）20N（2）666.7Pa（点拨：浮力秤最大称量等于增加的浮力，由增加的V排可以计算出增加的浮力；由最大称量时增加的V排可以计算出水面上升的高度，由液体压强公式可以计算出水对底增加的压强）