中考化学复习专题：第三篇第7课时物体的浮沉

»一、浮力(a)•一切浸入液体(或气体)的物体都受到液体(或气体)对它竖直向上的力，这个力就称作浮力。浮力方向为____________(与重力方向相反)，浮力的施力物体是液体(或气体)。•浮力产生的原因：液体(或气体)对物体向上的压力大于向下的压力(即向上、向下的压力差即为浮力)。竖直向上»二、阿基米德原理(b)•浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于该物体__________________。•数学表达式：__________________________。•阿基米德原理适用于物体在液体和气体中所受的浮力计算。»【知识拓展】•液体对物体的浮力只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。排开液体的重力F浮＝G排＝m排g＝ρ液V排g»三、物体的浮沉条件(b)•1．假设物体浸没在液体中只受浮力和重力时，如图所示，比较物体所受的浮力F浮与重力G的大小可判断物体的浮沉状况。比较物体密度ρ物与液体密度•ρ液也可判断。反之，通过观察物体的浮沉状况，可以判断物体所受的浮力F浮与重力G的大小、物体密度ρ物与液体密度ρ液的大小。图7－1•当物体处于如下五种状态时，存在下列关系：漂浮F浮＝Gρ物＜ρ液V排＜V物上浮F浮＞Gρ物＜ρ液V排＝V物最终漂浮悬浮F浮＝Gρ物＝ρ液V排＝V物下沉F浮＜Gρ物＞ρ液V排＝V物最终沉底沉底F浮＜Gρ物＞ρ液V排＝V物»2．漂浮问题“五规律”：•规律一：物体漂浮在液体中，所受的浮力等于它的重力。•规律二：同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力相同。•规律三：同一物体在不同液体里漂浮，在密度大的液体里浸入的体积小。•规律四：漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几，其密度就是液体密度的几分之几。•规律五：将漂浮物体全部浸入液体里，需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的浮力。»四、浮力的利用(b)»1．密度计•工作原理是物体的漂浮条件(根据阿基米德公式F浮＝ρ液V排g，漂浮时浮力一定，ρ液与V排成反比)。密度计下面的金属粒和玻璃泡能使密度计直立在液体中。密度计的刻度特点“上小下大、上疏下密”。»2．轮船•要将密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心的，使它能够排开更多的水。轮船的排水量即轮船满载时排开水的质量，单位为吨。»3．潜水艇•潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。潜水艇是钢铁外壳，体积不能改变，只能改变自身重力，方法是在水舱内吸入或排出一定量的水。»4．气球和飞艇•气球和飞艇是利用空气的浮力升空的。气球里充的是密度小于空气的气体(氢气、氦气或热空气)。注意利用阿基米德公式F浮＝ρ空气V排g计算气球和飞艇的浮力时，代入的是空气的密度，一般：ρ空气＝1.29kg/m3。»五、浮力的计算(b)»1.浮力计算的一般过程•(1)确定研究对象，认准要研究的物体。•(2)分析物体受力情况画出受力示意图，判断物体在液体中所处的状态(看是否静止或做匀速直线运动)。•(3)选择合适的方法列出等式(一般考虑平衡条件)。»2．计算浮力的主要方法•(1)二次称量法：物体在空气中的重力与物体浸入液体中弹簧测力计拉力的差值等于浮力。计算公式：F浮＝G－F拉。•(2)阿基米德公式法：F浮＝G排＝ρ液V排g。多数浮力计算需用该公式进行计算。•(3)上、下表面压力差法：浸在液体中的物体下表面受到向上的压力减去上表面受到向下的压力即为浮力。公式：F浮＝F向上－F向下。如图所示：(注意该方法所涉及题多数有一定难度)•(4)受力分析法：•①如果物体在液体中处于漂浮或悬浮状态，物体只受重力和浮力作用且二力平图7－2衡，则F浮＝G物，如图甲所示。②如果物体用一绳子向下拉住浮于水中，则F浮＝G物＋F拉，如图乙所示。•③当物体沉底时，则F浮＝G物－F支持，如图丙所示。•图7－3•类型一浮力•典例[2019·原创]近年来我国的科技水平不断取得长足进步。试分析如图所示几种情况，主要是依靠空气的浮力而升空的物体是()图7－4D•A．甲图：北斗卫星在高空中环绕地球•B．乙图：国产大客机C919翱翔蓝天•C．丙图：国产武装直升机武直－19盘旋空中•D．丁图：乘坐热气球升空浏览河山美景–【解析】北斗卫星在大气层外，不存在空气浮力。固定翼飞机升空的原理是流体压强与流速的关系，即上、下机翼的空气流速不同形成升力，与浮力无关。直升机升空的原理主要是力的作用是相互的，旋翼向下推空气，空气反推直升机使之上升。加热气球内的空气使球内的空气密度减小，当气球的总重力小于空气对气球的浮力时，热气球便升空。•跟踪训练[宜昌中考]如图所示，把一个底面•积为S，高为l的长方体浸没在密度为ρ的液体•中，上、下表面分别距液面为h1和h2，因为液•体内部存在压强，所以长方体各表面都受到液•体的压力。•(1)分析图中长方体的受力情况，其受到浮力•的原因是________________________，浮力的•方向是____________。•(2)大量的实验结果表明：“浸在液体中的物体受到浮力的大小等于它排开液体所受的重力”。请从浮力产生原因的角度推导出这一结论。图7－5上、下表面存在压力差竖直向上–【答案】(2)由液体压强公式p＝ρgh及压强公式p＝F/S得：–长方体上表面受到液体的压力：F1＝p1S＝ρ液gh1S，–长方体下表面受到液体的压力：F2＝p2S＝ρ液gh2S，–上、下两表面的压力差：F2－F1＝ρ液gh2S－ρ液gh1S＝ρ液g(h2－h1)S……①，–长方体浸没在液体中，则长方体排开液体的体积：V排＝V物＝S(h2－h1)……②，–所以，结合浮力的产生原因有：F浮＝F2－F1＝ρ液g(h2－h1)S＝ρ液glS＝ρ液gV排＝m排g＝G排。•类型二浮力的大小(阿基米德原理)•典例[2018·北部湾]在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中，提出如下猜想：•猜想1：浮力的大小可能与液体的密度有关；•猜想2：浮力的大小可能与物体的重力有关；•猜想3：浮力的大小可能与物体的形状有关；•猜想4：浮力的大小可能与排开液体的体积有关。•(1)用手把饮料罐按入水中，饮料罐浸入水中越深，手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想_____(填序号)。4•(2)为了研究猜想1和猜想2，运用了体积相同的A、B、C三个圆柱体，测得重力分别为4N、4.5N和5N。然后进行如图所示的实验。•①在序号a的实验中物体所受的浮力为_____N。图7－61•②比较序号_____、_____、e的三次实验，可得出初步结论：浮力大小与液体密度有关。•③进一步分析可知：液体的密度越大，物体所受的浮力越___。•④比较序号a、b、c的三次实验，可得出结论：浮力的大小与物体的重力______关。•(3)为了研究猜想3，小明用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图所示的实验。由此小明得出的结论是：浮力的大小与物体的形状有关，小珍认为这结论不可靠，主要原因是____________________。ad大无没有控制变量唯一•跟踪训练[2019·原创]现有材料：足够的水，量筒一只。怎样测定小瓷酒杯的材料密度(酒杯的直径小于量筒的直径)？请写出主要实验步骤及密度表达式。–【答案】①在量筒里倒入适量的水，记下水面到达的刻度V1；–②让小瓷酒杯漂浮在水面上，记下水面到达的刻度V2；–③把小瓷酒杯浸没在水中，记下水面到达的刻度V3；–④计算：小瓷酒杯漂浮在水面上时排开水的体积：V排＝V2－V1，–则小瓷酒杯的质量：m杯＝G杯/g＝F浮/g＝ρ水gV排/g＝ρ水(V2－V1)，–小瓷酒杯浸没在水中时，它排开水的体积为小瓷酒杯的体积：V杯＝V3－V1，–所以小瓷酒杯的材料密度为：–ρ瓷＝m杯/V杯＝ρ水(V2－V1)/(V3－V1)。–【解析】测固体密度的方法有多种，有直接的方法：用天平测质量、量筒(或量杯)测体积；有间接的方法：利用物体漂浮时排开液体的重力等于物体的重力，求出物体的质量，再利用排水法测物体的体积，算出物体的密度，本题应使用间接方法测小瓷酒杯的密度。•类型三物体的浮沉条件•典例[2018·临沂]2018年4月20日，我国最先进的自主潜水器“潜龙三号”(如图所示)成功首潜。潜水器在水面下匀速下潜过程中()•A．受到的重力小于浮力•B．上、下表面受到的压力差变大•C．受到的压强变大，浮力变大•D．受到的压强变大，浮力不变图7－7D–【解析】浮力的大小与液体密度和物体排开液体的体积有关。潜水器受到的压强大小与液体的密度、潜水器所处的深度有关。潜水器在水面下匀速下潜过程中，水的密度不变，潜水器排开水的体积不变，但是在水中的深度逐渐增加。根据公式p＝ρgh和F浮＝ρ液gV排可知，潜水器受到的压强增大，浮力不变，即上、下表面受到的压力差不变。•跟踪训练[2018·海南]如图所示，两只相同的气球，分别充入氢气和空气，充气后体积相同，放飞气球时只有氢气气球升上空中。若它们在空气中受到的浮力分别为F氢和F空，则下列说法中正确的是()•A．F氢＞F空•B．F氢＝F空•C．F氢＜F空•D．条件不足，无法比较图7－8B–【解析】根据阿基米德原理F浮＝ρ空气gV排可知，气球在空气中受到的浮力取决于气球的体积，由于充气后两气球体积相同，所以所受的浮力相同即F氢＝F空。氢气球能上升是因为其重力小于浮力，而空气球不能上升是因为其重力约等于浮力。•类型四浮力的应用•典例[2018·德州]在木棒的一端缠绕一些铜丝制成两个完全相同的简易密度计，现将它们分别放入盛有不同液体的两个烧杯中，如图所示，当它们竖直静止在液体中时，液面高度相同。从观察到的现象可以判断：两个简易图7－9密度计所受浮力F甲________F乙，两杯液体的密度ρ甲________ρ乙，两个烧杯底部所受液体的压强p甲______p乙(均选填“大于”“小于”或“等于”)。等于小于小于–【解析】简易密度计在甲、乙两种液体中均漂浮，浮力都等于其自身重力，即相等。根据阿基米德浮力公式：F浮＝G排＝–ρ液gV排，当浮力相同时，液体的密度与物体排开液体的体积成反比，可知乙液体的密度更大。两液面高度相同，根据公式p＝ρ液gh，p甲＜p乙。•跟踪训练[2018·龙东]海权握，国则兴。建设一支强大海军是实现中国梦的有力保障，潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海水中悬浮、上浮、漂浮的训练过程。下列对此潜水艇分析正确的是()•A．悬浮和漂浮时受到的浮力相等•B．漂浮时排开的海水所受的重力最小•C．上浮过程中所受浮力逐渐变大•D．漂浮时潜水艇底部所受海水压强最大B图7－10–【解析】潜水艇漂浮时，V排减小，所以悬浮时受到的浮力大于漂浮时受到的浮力。潜水艇自身的体积不能改变，只要在水下浸没其浮力都不变，只能通过改变自身重力来达到浮沉的目的。潜水艇所受的海水压强取决于下潜深度，下潜越深水压越大。•类型五浮力的计算•典例[2018·杭州]“蛟龙号”是我国•首台自主设计、自主集成研•制、世界上下潜最深的作业型•深海载人潜水器。“蛟龙号”体•积约为30m3，空载时质量约22t，•最大荷载240kg。•(1)“蛟龙号”空载漂浮在水面时受到的浮力为多大？•(2)若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的，则至少注入多少立方米的水？(海水密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg)图7－11–【答案】(1)漂浮时：F浮＝G＝mg＝22×103kg×10N/kg＝2.2×105N。–(2)下沉时，完全浸没：V排＝V船，–此时：F浮＝ρ海gV排＝1×103kg/m3×10N/kg×30m3＝3×105N，–G满载＝m总g＝(22×103kg＋240kg)×10N/kg＝222400N＝2.224×105N，–G注水＝F浮－G满载＝3×105N－2.224×105N＝7.76×104N，–V注水＝G注水/(ρ海水g)＝7.76×104N/(1×103kg/m3×10N/kg)＝7.76m3。•跟踪训练[2018·枣庄]现有一个用超薄材料•制成的圆柱形容器，它的下端封闭，上端•开口，底面积S＝2