專題12.1 浮力丨知識精析丨挖空練知識點(diǎn)一：浮力1.浮力：一切浸入液體（氣體）的物體都受到液體（氣體）對它 的力叫浮力。2.浮力方向：豎直向上，施力物體是液（氣）體。3.浮力產(chǎn)生的原因（實(shí)質(zhì)）：液（氣）體對物體向上的壓力 向下的壓力，向上、向下的壓力差就是浮力。4.影響浮力大小的因素：通過實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)（控制變量法）：浮力的大小跟物體浸在液體中的 和液體的 有關(guān)。物體浸在液體中的體積越大，液體的密度越大，浮力就越大。【真題跟蹤一】(2019武威)2018年4月20日，我國最先進(jìn)的自主潛水器“潛龍三號”首次下潛（如圖所示）。潛水器在水面下勻速下潛過程中（假定海水的密度不變），受到的浮力______（選填“變大”、“不變”或“變小”），潛水器下表面受到的壓強(qiáng)______（選填“變大”、“不變”或“變小”）。【答案】不變；變大?！窘馕觥浚?）潛水器在水面下勻速下潛，海水的密度不變，潛水器浸沒在水中，其排開水的體積不變，根據(jù)F浮=液gV排可知，潛水器受到的浮力不變。（2）由于潛水器在水中的深度逐漸增加，所以根據(jù)公式p=gh可知，潛水器受到的壓強(qiáng)增大。故答案為：不變；變大?！菊骖}跟蹤二】（2019湘潭）如圖1所示，彈簧測力計(jì)用細(xì)線拉著一長方體物塊A，從水池中豎直向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，上升到水面以上一定的高度。物塊上升的速度為1cm/s，彈簧測力計(jì)示數(shù)F隨物塊上升的時(shí)間t變化的圖象如圖2所示。不計(jì)阻力及水面高度的變化，根據(jù)圖象信息：（1）當(dāng)15s時(shí)，測力計(jì)示數(shù)F N。（2）物塊A重 N，高度為 cm。（3）當(dāng)t0時(shí)，A受到的浮力為 N，此時(shí)A底部受到水的壓強(qiáng)大小為 Pa。（4）物塊A的密度為多大？【答案】（1）15；（2）25；20；（3）20；2.5103Pa；（4）物塊A的密度為1.25103kg/m3。【解析】由圖2可知，05s，彈簧測力計(jì)示數(shù)不變，此時(shí)物塊浸沒在水中；5s25s，彈簧測力計(jì)示數(shù)變大，說明物塊逐漸露出水面；25s以后，物體全部露出水面，彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于物塊重力。（1）由圖知，當(dāng)t15s時(shí)，彈簧測力計(jì)示數(shù)F15N；（2）在25s后彈簧測力計(jì)的示數(shù)不變，物體全部露出水面，則物塊重GA25N；5s25s，物塊逐漸露出水面，即5s時(shí)物塊的上表面剛好達(dá)到水面，25s時(shí)物塊的下表面剛好離開水面，則可知物塊向上移動(dòng)的距離即為物塊的高度，此過程用時(shí)t25s5s20s，物塊的高度：hvt1cm/s20s20cm；（3）當(dāng)t0時(shí)，物塊A浸沒水中，受到的浮力：F浮GAF拉25N5N20N；05s，物塊上升的高度：hvt1cm/s5s5cm；則由上圖可知，當(dāng)t0時(shí)，A底部所處的深度：hAh+h5cm+20cm25cm0.25m，此時(shí)A底部受到水的壓強(qiáng)：pghA1103kg/m310N/kg0.25m2.5103Pa；（4）物塊的質(zhì)量：mA2.5kg，由F浮水V排g可得物塊的體積：VAV排2103m3，物塊的密度：A1.25103kg/m3。故答案為：（1）15；（2）25；20；（3）20；2.5103Pa；（4）物塊A的密度為1.25103kg/m3。【真題跟蹤三】（2019湖州）放有適量水的燒杯置于水平桌面上。將一木塊浸沒到水中一定深度后撤去外力，木塊開始上浮，如圖所示，最后漂浮，且有五分之二體積露出水面。下列敘述中，錯(cuò)誤的是（ ）。A.在露出水面之前，木塊所受浮力不變；B.在露出水面之前，木塊所受浮力大于木塊的重力；C.木塊在浸沒和漂浮兩種情況下，水對燒杯底的壓強(qiáng)相等；D.木塊的密度為0.6克/厘米3【答案】C?！窘馕觥緼、木塊上浮過程中，露出水面前，水的密度一定，排開水的體積不變，根據(jù)公式F浮=水gV排可知，木塊所受浮力不變；故A正確；B、在露出水面之前，木塊處于上浮過程中，根據(jù)浮沉條件可知：木塊所受浮力大于木塊的重力；故B正確；C、因木塊浸沒時(shí)排開水的體積大于木塊漂浮時(shí)排開水的體積，所以，木塊浸沒時(shí)水的深度大于木塊漂浮時(shí)水的深度，則根據(jù)p=水gh可知，木塊浸沒時(shí)水對燒杯底的壓強(qiáng)較大；故C錯(cuò)誤；D、木塊最后漂浮，且有五分之二體積露出水面，則根據(jù)漂浮條件可得：F浮=G木；結(jié)合阿基米德原理和重力公式可得：水gV排=木gV木，所以，木=水=1.0g/cm3=0.6g/cm3；故D正確。故選C。知識點(diǎn)二：阿基米德原理1. 阿基米德原理：浸入液體里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它 的液體受到的 。2. 公式表示：；從公式中可以看出：液體對物體的浮力與液體的密度和物體排開液體的體積有關(guān)，而與物體的質(zhì)量、體積、重力、形狀 、浸沒的深度等均無關(guān)。3. 適用條件：液體（或氣體）?！菊骖}跟蹤一】（2019瀘州）三個(gè)相同的輕質(zhì)彈簧，一端固定在容器底部，另一端分別與甲、乙、丙三個(gè)體積相同的實(shí)心球相連。向容器內(nèi)倒入水，待水和球都穩(wěn)定后，觀察到如圖所示的情況，此時(shí)乙球下方彈簧長度等于原長。下列判斷正確的是（ ）。A.乙球的重力與它受到的浮力相等；B.甲球的重力大于它受到的浮力；C.甲、乙、丙三個(gè)球的密度大小關(guān)系為；D.甲、乙、丙三個(gè)球受到的浮力大小關(guān)系為【答案】AC。【解析】根據(jù)題意可知，乙球下方彈簧長度等于原長，則彈簧對乙球沒有作用力；觀察如圖情況可知，甲球下方彈簧長度大于原長，則彈簧對甲球有向下的拉力F拉；丙球下方彈簧長度小于原長，則彈簧對丙球有向上的支持力F支；由題知，三個(gè)球處于靜止，所以F甲=G甲+F拉，F(xiàn)乙=G乙，F(xiàn)丙=G丙-F支，比較可知，F(xiàn)甲G甲，F(xiàn)乙=G乙，F(xiàn)丙G丙，已知三個(gè)實(shí)心球體積相同，由于三個(gè)球浸沒在同種液體中，則排開液體的體積相同，根據(jù)F浮=液V排g可知，它們受到的浮力：F甲=F乙=F丙；所以三個(gè)球的重力關(guān)系為：G甲G乙G丙；根據(jù)重力公式可知，三個(gè)球的質(zhì)量關(guān)系為：m甲m乙m丙；已知三個(gè)球的體積相同，根據(jù)=可知：甲乙丙；由上分析可知：AC正確，BD錯(cuò)誤。故選AC?！菊骖}跟蹤二】（2017無錫）同學(xué)們用空塑料瓶和細(xì)沙等實(shí)驗(yàn)器材探究影響浮力大小因素。（g取10N/kg，水=1103kg/m3）（1）為了測出塑料瓶的體積，進(jìn)行如下操作：把天平放在水平桌面上，調(diào)節(jié)天平平衡，在左盤中放入盛有適量水的燒杯，通過増減砝碼和移動(dòng)游碼使天平再次平衡，所加砝碼和游碼的位置如圖甲所示，燒杯和水的總質(zhì)量為 。在空塑料瓶中裝入適量細(xì)沙，擰緊瓶蓋，在瓶頸系一細(xì)繩，手拿細(xì)繩將塑料瓶完全浸沒于燒杯的水中（瓶沒有接觸燒杯，水未溢出），通過増減祛碼和移動(dòng)游碼使天平再次獲得平衡，所用砝碼總質(zhì)量和游碼所示質(zhì)量之和為167g，塑料瓶的體積是 cm3。（2）同學(xué)們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)提出了如下三種猜想，并舉出了相應(yīng)的實(shí)例猜想一，浮力的大小與物體的密度有關(guān)，實(shí)例：鐵塊可以在水中下沉，木頭可以浮在水面上；猜想二，浮力的大小與液體的密度有關(guān)，實(shí)例：雞蛋可以在水中下沉，在鹽水中可以浮起來；猜想三，浮力的大小與浸入液體的深度有關(guān)，實(shí)例：在游泳池里，人越往下蹲感覺到水向上托自己的力越大；為了驗(yàn)證以上猜想是否正確，同學(xué)們選擇了裝入細(xì)沙的塑料瓶和其他實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)過程如圖乙所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟d和 （填序號），可以確定猜想二是正確的；根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟c和d可以驗(yàn)證猜想三是 （選填“正確”或“錯(cuò)誤”）；對該猜想對應(yīng)的實(shí)例，合理的解釋是 。要驗(yàn)證猜想一是否正確，可以在塑料瓶中 后再進(jìn)行探究。同學(xué)們討論認(rèn)為，猜想一和猜想二中的實(shí)例反應(yīng)了物體的浮與沉可能與密度有關(guān)，要選用一個(gè)能漂浮在圖e中鹽水上的物體時(shí)，物體的密度應(yīng)小于 g/cm3（計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。【答案】（1）133；34；e；錯(cuò)誤；在游泳池里，人越往下蹲排開水的體積越大，人受到的浮力越大，說明浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)；添加一些細(xì)砂；1.1。【解析】（1）燒杯和水的總質(zhì)量為：m=100g+20g+10g+3g=133g；由步驟可知，塑料瓶排開水的質(zhì)量m排水=167g133g=34g，由=可得，因?yàn)殍F塊浸沒，所以，由C、D可知，鐵塊排開液體的質(zhì)量m排液=m3m4，因?yàn)殍F塊浸沒，所以V鐵=V排水=V排液。（2）物體浸沒水中受到的浮力F浮=0.4N0.06N=0.34N；物體浸沒在鹽水中受到的浮力F浮=0.4N0.02N=0.38N；因?yàn)椋×Σ幌嗟?，而物體所處的深度和浸沒的體積相同，則是液體的種類（密度）不同的引起的，說明浮力的大小與液體的密度有關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)d、e可以確定猜想二是正確的。物體在c、d中（排開液體的密度相同，都是水）中受到的浮力相同，而排開液體的體積都等于物體的體積，但物體所處的深度不同，故得出：物體浸在同種液體中，所受浮力大小與浸入液體的深度無關(guān)根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟c和d可以驗(yàn)證猜想三是錯(cuò)誤的。對該猜想對應(yīng)的實(shí)例，合理的解釋是：在游泳池里，人越往下蹲排開水的體積越大，人受到的浮力越大，說明浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)。要驗(yàn)證猜想一是否正確，即浮力的大小與物體的密度有關(guān)，根據(jù)控制變量法要改變物體的密度，在物體體積不變時(shí)，在塑料瓶中添加一些細(xì)砂可以改變塑料瓶整體的密度；由a、c兩圖知，物體浸沒在水中所受浮力：F浮=GF=0.4N0.06N=0.34N；物體浸沒在鹽水中受到的浮力F浮=0.4N0.02N=0.38N；由阿基米德原理可得：F浮=水gV排=0.34N-（），F(xiàn)浮=鹽水gV排=0.38N-（）浸沒時(shí)V排相等，由（）（）可得鹽水的密度：物體的浮與沉與密度有關(guān)，要選用一個(gè)能漂浮在圖e中鹽水上的物體時(shí)，物體的密度應(yīng)小于1.1g/cm3。故答案為：（1）133；34；e；錯(cuò)誤；在游泳池里，人越往下蹲排開水的體積越大，人受到的浮力越大，說明浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)；添加一些細(xì)砂；1.1?！菊骖}跟蹤三】（2019貴港）如圖所示，是同學(xué)們在“探究同一物體所受的浮力大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)過程圖。圖甲、乙、丙容器中裝的液體是水，圖丁容器中裝的液體是酒精，F(xiàn)1、F2、F3、F4分別是圖甲、乙、丙、丁中彈簧測力計(jì)的示數(shù)。請回答以下問題：（1）圖甲中，彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1=________N。（2）物體完全浸沒在水中時(shí)所受的浮力為________N。（3）分析圖中乙、丙兩圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：物體所受的浮力大小與________有關(guān)；分析圖中________兩圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：物體所受的浮力大小與液體密度有關(guān)。（4）實(shí)驗(yàn)中釆用的探究方法在研究物理問題時(shí)經(jīng)常用到，稱為________法?！敬鸢浮浚?）4.8；（2）2；（3）物體排開液體的體積；丙和?。唬?）控制變量?！窘馕觥浚?）由圖甲知，彈簧測力計(jì)的分度值為0.2N，圖中指針指在4至5之間的第4條刻度線處，所以示數(shù)為4.8N；（2）由圖甲和圖丙知，物體完全浸沒在水中時(shí)所受的浮力為；（3）由乙、丙兩圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得，物體所受的浮力大小與物體排開液體的體積有關(guān)；為了得出物體所受浮力大小與液體密度有關(guān)，需確保物體排開液體的體積相同，而物體所在的液體的密度不同，所以應(yīng)分析圖丙和圖丁兩圖的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（4）因?yàn)槲矬w在液體中受到的浮力可能受到多個(gè)因素影響，所以在探究本實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要采用控制變量法。知識點(diǎn)三：物體沉浮的條件物體沉浮的條件1.前提條件：物體浸沒在液體中，且只受 。2.示意圖：重力與浮力的關(guān)系如圖所示：如圖所示，（1）當(dāng)時(shí)，物體上?。弧．?dāng)時(shí)，物體懸??；。當(dāng)時(shí)，物體下沉；。當(dāng)（物體未完全浸沒液體）時(shí)，物體漂??；。3. 說明：（1） 密度均勻的物體懸?。ɑ蚱。┰谀骋后w中，若把物體切成大小不等的兩塊，則大塊、小塊都懸浮（或漂?。＃?）物體漂浮在密度為的液體中，若露出體積為物體總體積的，則物體密度為。（3） 懸浮與漂浮的比較：相同點(diǎn)： ；不同點(diǎn)：懸浮時(shí)，；漂浮時(shí)，。（4）判斷物體浮沉（狀態(tài)）有兩種方法：比較與G或比較與。（5）物體吊在測力計(jì)上，在空中重力為G，浸在密度為的液體中，示數(shù)為F，則物體密度為：。（6）冰或冰中含有木塊、蠟塊等密度小于水的物體，冰化為水后液面不變；冰中含有鐵塊、石塊等密大于水的物體，冰化為水后液面下降。4.漂浮問題“五規(guī)律”：規(guī)律一：物體漂浮在液體中，所受的浮力等于它受的重力；規(guī)律二：同一物體在不同液體里漂浮，所受浮力相同；規(guī)律三：同一物體在不同液體里漂浮，在密度大的液體里浸入的體積??；規(guī)律四：漂浮物體浸入液體的體積是它總體積的幾分之幾，物體密度就是液體密度的幾分之幾；規(guī)律五：將漂浮物體全部浸入液體里，需加的豎直向下的外力，外力等于液體對物體增大的浮力?！菊骖}跟蹤一】（2019瀘州）慶祝中國人民解放軍海軍成立70周年海上閱兵活動(dòng)在青島附近海域舉行，圖中093改進(jìn)型攻擊核潛艇于2019年4月27日公開亮相，進(jìn)行了戰(zhàn)略巡航。該潛艇最大核動(dòng)力功率為2.8104kW，完全下潛到海面下后的排水量為6.8103t（取海水密度=1103kg/m3、g=10N/kg）。問：（1）該潛艇懸浮時(shí)，其上一面積為0.05m2的整流罩距海面深度為200m，此時(shí)整流罩受到海水的壓力為多少？（2）若最大核動(dòng)力功率轉(zhuǎn)化為水平推力功率的效率為80%，該潛艇在海面下以最大核動(dòng)力功率水平巡航時(shí)，受到的水平推力為1.6106N，此時(shí)潛艇的巡航速度為多少？（3）該潛艇浮出海面處于漂浮時(shí)，露出海面的體積為1.5103m3，此時(shí)潛艇的總重量是多少？【解析】（1）潛艇下潛到200m深處時(shí)，h=200m；此時(shí)整流罩所受海水的壓強(qiáng)：p=gh=1.0103kg/m310N/kg200m=2106Pa。整流罩的面積：S=0.05m2，由p=變形得，整流罩所受壓力為：F=pS=2106Pa0.05m2=1105N。（2）最大核動(dòng)力功率：P總=2.8104kW=2.8107W；根據(jù)=可得：有用功率：P有用=P總=80%2.8107W=2.24107W；由P=Fv得潛艇的巡航速度：v=14m/s；（3）完全下潛到海面下后的排水量為6.8103t，則V=V排=6.8103m3。潛艇浮出海面處于漂浮時(shí)，排開水的體積V排=V-V露=6.8103m3-1.5103m3=5.3103m3，根據(jù)漂浮條件和F浮=液gV排可得，此時(shí)潛艇的總重量：G=F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg5.3103m3=5.3107N。答：（1）整流罩受到海水的壓力為1105N；（2）潛艇的巡航速度為14m/s；（3）該潛艇浮出海面處于漂浮時(shí)，潛艇的總重量是5.3107N?！菊骖}跟蹤二】（2019福建）如圖，氣球下面用細(xì)線懸掛一石塊，它們恰好懸浮在水中。已知石塊與氣球的總重力為G總，則氣球受到的浮力F浮________G總（選填“”“”、“”“”或“=”）；若水溫升高,石塊將 （選填“上浮”“下沉”或“保持懸浮”）。【答案】，上浮。【解析】由于懸浮兩者處于平衡狀態(tài)，對氣球和石塊整體做受力分析，可得總重力=氣球 受到的浮力+石塊受到的浮力，所以 F 浮G 總；水溫升高，氣球熱脹，體積變大，根據(jù)阿基米德原理，可知?dú)馇蚴艿降母×υ黾樱w受到的浮力大于總重力，整體一起上浮