专题09 浮力与升力
☞知识点1浮力
1、定义：浸在液体中的物体会受到液体竖直向上的托力，这个托力就叫浮力；
2、方向：竖直向上；
3、大小：F浮=F向上-F向下；
4、施力物体：液体（或气体）；
5、浮力产生原因：浮力的大小等于物体上、下表面受到的压力差，方向竖直向上。
如果一个浸在液体中的物体，下表面跟容器底部紧密接触，则它的下表面不受液体给它向上的压力，因此也就不受液体浮力作用；
例1（2018•河池）如图甲所示，水平桌面上盛满水的容器中放有一个钢珠。把木块轻轻放入容器中，木块静止时如图乙所示。以下说法正确的是（）
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A．钢珠不受浮力作用
B．木块受到的浮力大于钢珠受到的浮力
C．两图中容器对桌面的压强相等
D．两图中水对容器底的压强不相等
【答案】C
【解析】
例2（2018•淄博）如图所示，水平桌面上有两个完全相同的溢水杯甲和乙、杯中装满了水，将两个体积相同、材料不同的实心小球A和B分别放入溢水杯中。则下列说法错误的是（）
A．小球A的质量小于小球B的质量
B．小球A受到的浮力等于小球B受到的浮力
C．甲杯对桌面的压强等于乙杯对桌面的压强
D．水对甲杯底的压强等于水对乙杯底的压强
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【答案】B
【解析】
CD、由图可知，两杯水面高度相等，根据p=ρgh知，水对甲杯底的压强等于水对乙杯底的压强；
两容器相同，则底面积相同，根据p=知两容器底受到水的压力相等，容器重力相同，容器对桌面的压力相同，根据p=知甲杯对桌面的压强等于乙杯对桌面的压强，故CD正确。
☞知识点2浮力的测量
1、测量方法
①先用弹簧测力计测出重物在空气中的重力为G；②再把弹簧测力计重物浸没在液体中，读出弹簧测力计的示数F；③则重物在液体中的浮力大小为：F浮=G-F；
2、测量原理
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如上图，物块的重力为G，把物块浸没在液体中，物块所受拉力F’。此时物块受到重力G、液体的浮力F浮和拉力F’的作用，物块处于静止状态，则说明物块受到平衡力作用，有F’+F浮=G，即F浮=G-F’；
例1（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
【答案】D
【解析】
例2（2018•青海）辽宁舰于2012年9月25日正式交付海军使用，它满载时排水量为67500t，舰长304m，舰宽70.5m，面积相当于两个足球场的大小。辽宁舰满载时受到的浮力是________N，当舰上飞机起飞训练时，舰体受到的浮力将__________（填“增大”“减小”
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或“不变”），水下6m处舰体受到的压强为________Pa（海水密度为1.03×103kg/m3）。甲板上停放的飞机相对于舰体是________（填“运动”或“静止”）的。
【答案】6.75×108；减小；6.18×104；静止。
【解析】
☞知识点3影响浮力大小的因素
实验结论：浸在液体中的物体受到浮力的大小，跟物体浸入液体中的体积有关，跟液体的密度也有关；全部浸没在同种液体中的物体所受浮力则跟物体浸入液体中的深度无关；
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例1（2018•苏州）为探究物体在水中受到的浮力大小与浸入水中的体积和深度的关系，小明和小华把装满水的溢水杯放到台秤上，溢水杯口下方放置一空量筒。用细线系住金属块并挂在弹簧測力计上，测力计示数为G．然后将金属块缓慢浸入水中，且始终不与杯接触，如图。
（1）金属块浸没前的过程中，测力计示数逐渐变小，说明浮力大小逐渐。据此，小明认为金属块受到的浮力随浸入水中的深度增大面增大；而小华则认为浮力随浸入水中的体积增大而增大，根据以上实验你认为下列说法正确的是。
A．只有小明的观点合理B．只有小华的观点合理
C．两人的观点都不合理D．两人的观点都合理
（2）接下来他们继续实验，增大金属块浸没在水中的深度，发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出的观点不具有普遍性。这个过程中金属块受到的浮力F浮=。
（3）为了深入研究，他们测出量筒中水的体积V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=，通过比较数据发现F浮=G排，换用不同的物体和液体重复上述实验，都能得出F浮=G排，说明决定浮力大小的根本因素是G排。
（4）从金属块开始浸入直至浸没一定深度的过程中台秤的示数变化情况是。
【答案】（1）变大；D；（2）小明；G﹣F；（3）ρ水V排g；（4）一直不变
【解析】
（2）接下来他们继续实验，增大金属块浸没在水中的深度，发现测力计的示数始终不变且为F，据此可得出浮力与物体完全浸没在液体中的深度无关，故小明的观点不具有普遍性；
这个过程中金属块受到的浮力根据F=G﹣F浮可知，F浮=G﹣F；
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（3）量筒中水的体积V排，水的密度用ρ水表示，其重力G排=m排g=ρ水V排g，通过比较数据发现F浮=G排，换用不同的物体和液体重复上述实验，都能得出F浮=G排，说明决定浮力大小的根本因素是G排。
例2（2018•广西）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：浮力的人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）如图1所示，用手把饮料罐按入水中，饮料料罐浸入水中越深，手会感到越吃力。这个事实可以支持以上猜想（选填序号）
（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2所示的实验。
①在序号a的实验中物所受的浮力为N。
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，物体所变的浮力越；
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。
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（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3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。
【答案】（1）4；（2）①1；②a；d；③大；④无；（3）没有控制变量唯一
【解析】
（1）用手把空的饮料罐按入水中，手就会感受到竖直向上的浮力，越往下按，浮力越大，手会感到越吃力，；空饮料罐向下按入的过程中，水面会升高，空饮料罐排开水的体积比较大；由此得出猜想：浮力的大小与物体排开液体的体积有关，即这个事实可以支持猜想4。
（3）根据控制变量法知：要研究浮力大小与物体形状的关系，必须保证排开液体的体积和液体的密度不变，小明实验中改变了形状，但没有控制排开水的体积相同，故小珍认为小明的结论不可靠，不可靠主要原因为没有控制变量唯一（没有控制排开液体的体积相同）。
☞知识点4探究浮力大小
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1、实验步骤
（1）先测出小桶的重力G1；
（2）测出物体所受重力G2；
（3）测出物体浸没在液体中时弹簧测力计的示数G3；
（4）测出小桶和物体排开液体的总重力G4；
2、实现现象：物体所受的浮力跟它排开液体所受的重力相等，即G2-G3=G4-G1；
例1（2018•凉山州）将一小木块和一大石块浸没在水中，松手后小木块上浮，大石块下沉，比较刚松手时两者所受的浮力大小（）
A．木块受到的浮力较大 B．石块受到的浮力较大
C．两者受到的浮力一样大 D．条件不足无法比较
【答案】B
【解析】
例2（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（）
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A．F氢＞F空 B．F氢=F空
C．F氢＜F空 D．条件不足，无法比较
【答案】B
【解析】
☞知识点5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、公式：F浮=G排=ρ液gV排；
3、对阿基米德原理的理解
①G排表示被物体排开的液体所受的重力而非物体自身的重力；
②ρ液表示物体所在的液体的密度；
③V排是排开液体的体积，不一定等于物体的体积；当物体完全浸没时，V排=V物；当物体部分浸没时，V排〈V物；
④“浸在液体里的物体”包括完全浸没或者部分浸没；
⑤阿基米德原理不仅适用于液体，对于气体也同样适用；
例1（2018•荆门）水上救援往往需要打捞沉没的货物，我们将该情景简化为如图所示的物理过程，假设物体浸没在水深h=0.5m的容器底部（非密合），现利用弹簧测力计将物体从水中匀速提出，当物体有一半体积露出水面时，弹簧测力计示数为3N，当物体全部离开水面后，弹簧测力计示数为5N，已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3．取g=10N/kg。则（）
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A．物体在水面下上升的过程中所受浮力逐渐减小
B．物体在容器底部时，受到的浮力为2N
C．物体在容器底部时，水对其底部的压强为5×104Pa
D．物体的密度为1.25×103kg/m3
【答案】D
【解析】
例2（2018•黄石）测算不溶于水的新型合金材料密度
（1）小明拿来一个弹簧测力计，如图a所示在没有挂重物时，已产生N的读数，应将指针向（选填“上或“下”）移动，进行调零
（2）小磊将材料用细丝线悬挂在弹簧测力计下，静止时弹簧测力计示数如图b，大小为N．再将材料全部浸入水中，静止时弹簧测力计示数如图c。由此，小磊得出材料在水中受到的浮力F浮=N。
（3）若取g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，可以计算出材料的质量m=kg．体积V=m3（用科学记数法表示），并由此算出材料的密度ρ=kg/m3
（4）小明提出若取g=9.8N/kg会使测量结果更准确，而小磊认为无影响。你认为__________
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（填小明或小磊）的说法正确。
【答案】
（1）0.2；上；
（2）4.2；2.0；
（3）0.42；2.0×10﹣4；2.1×103；
（4）小磊。
【解析】
（1）由图示弹簧测力计可知，其分度值为0.2N，在没有挂重物时，弹簧测力计示数为0.2N；
使用弹簧测力计测量物体重力时，应使指针指在0刻度线上，故应将指针向上移动。
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☞知识点6浮力的计算
1、压力差法
F浮=F向上-F向下；F向上是物体下表面所受液体的压力，F向下是物体上表面所受液体的压力；
2、公式法（阿基米德原理）
F浮=G排=ρ液gV排；阿基米德原理揭示了浮力的计算方法和影响浮力大小的因素；
3、称重法
F浮=G物-F弹；G物表示物体的重力；F弹表示物体浸在液体中时，弹簧测力计的示数；
4、二力平衡法
F浮=G物；
例1（2018•重庆）水平桌面上的薄壁圆柱形容器中盛有某种液体，容器底面积为80cm2，用细线拴着体积为为100cm3的金属球沉入容器底，这时液体深度为10cm，它对容器底的压力为1.9N，如图所示。现将金属球从液体中取出，液体对容器底的压强改变了100Pa，从容器中取出金属球时，表面所沾液体与细线的体积均不计。则下列判断正确的是（）
A．金属球在液体中所受浮力大小为1N
B．容器中液体所受重力大小为6.4N
C．取出金属球后，容器对桌面的压强减小了100Pa
D．金属球的密度为2.7×103kg/m3
【答案】D
【解析】
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因为小球浸没在液体中，所以V排=V球，
金属球在液体中所受浮力大小F浮=ρ液gV排=ρ液gV球=0.8×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=0.8N；故A错误；
因为G球﹣F浮=1.9N，
所以G球=1.9N+0.8N=2.7N；
小球取出后对桌面的压力减小，减小的压力就是物体重力，△p===337.5Pa；故C错误；
B、容器中液体体积为V液=Sh﹣100cm3=80cm3×10cm﹣100cm3=700cm3=7×10﹣4m3，
G液=m液g=ρ液V液g=0.8×103kg/m3×7×10﹣4m3×10N/kg=5.6N；故B错误。
例2（2018•泰安）用弹簧测力计悬挂一实心物块，物块下表面与水面刚好接触，如图甲所示。从此处匀速下放物块，直至浸没于水中并继续匀速下放（物块未与水底接触）。物块下放过程中，弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙。g取10N/kg，水的密度是1.0×103kg/m3．求：
（1）物块受到的重力；
（2）物块完全浸没在水中受到的浮力；
（3）物块的密度。
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【答案】
（1）物块受到的重力为18N；
（2）物块完全浸没在水中受到的浮力为8N；
（3）物块的密度为2.25×103kg/m3。
【解析】
（1）由图可知，物体未浸入水中时测力计示数为18N，故物体的重力为G=18N；
（2）物体全部浸入水中时，测力计的示数为F=10N，则在水中受到的浮力为F浮=G﹣F=18N﹣10N=8N，
☞知识点7物体的浮沉条件
1、正确理解物体的浮沉条件
（1）物体受非平衡力，处于运动状态的分析；
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（2）物体受平衡力时，处于静止状态的分析：
3、浮力的应用
①密度计：测量时，漂浮于被测液体中，液体密度越大，密度计的位置越高；
②潜艇：通过改变自身重力来实现自身的浮沉；
③气球：通过改变自身体积的大小实现自身的浮沉；
④轮船：原理是把密度大于水的材料做成空心，使它能够排开更多的水；轮船的排水量是指排开水的质量；
⑤浮筒打捞：改变自身重力打捞船只；
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例1（2018•百色）小明分别拿着体积相同的木块和石块，把它们都浸没到水中，同时松开手时，他看到木块上浮，石块下沉，在木块未露出水面前，下列说法正确的是（）
A．木块受到的浮力等于自身重力
B．石块受到的浮力等于自身重力
C．木块受到的浮力等于石块受到的浮力
D．木块受到的浮力大于石块受到的浮力
【答案】C
【解析】
例2（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30米3，空载时质量约为22吨，最大荷载240千克。
（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1.0×103千克/米3，g取10牛/千克）
【答案】
（1）“蛟龙号”空载漂浮在水面时受到的浮力为2.2×105N；
（2）若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的，至少注入7.76m3的水。
【解析】
（1）蛟龙号”空载漂浮在水面时，根据漂浮条件可知潜艇受到浮力：
F浮=G空载=m空载g=22×103kg×10N/kg=2.2×105N；
（2）满载时需要下沉时潜水器排开海水的体积V排=V船=30m3，
此时F浮′=ρ海gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×30m3=3×105N，
满载总重力G满=m满g=（22×103kg+240kg）×10N/kg=2.224×105N，
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G注水=F浮′﹣G满=3×105N﹣2.224×105N=7.76×104N，
则由G=mg=ρgV可得注入水的体积：
V注入===7.76m3。
☞知识点8流体压强与流速的关系
1、流体：物理学中，把具有流动性的液体和气体统称为流体；
2、流体压强：流体流动时压强称作流体压强；
3、流速：流体运动的速度叫流速；
4、流体压强与流速的关系
在气体和液体中，流速大的地方，压强小；流速小的地方，压强大；
例1（2018•大连）某同学利用身边的物品做实验，他通过吹气改变空气流速，其中不能揭示“流体压强与流速关系”的是（）
A．两张纸靠近 B．纸条被吹起
C．两个乒乓球靠近 D．乒乓球不下落
【答案】B
【解析】
A、没有吹气时，纸的中间和外侧的压强相等，纸在重力的作用下自由下垂，当向中间吹气时，中间的空气流动速度增大，压强减小，纸外侧的压强不变，纸受到向内的压强大于向外的压强，受到向内的压力大于向外的压力，纸在压力差的作用下向中间靠拢，故A不符合题意；
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例2（2018•江西）2018年5月，一架正在高空中飞行的飞机，风挡玻璃突然爆裂，此时副驾驶整个上半身被“吸”出舱外，导致这一现象发生的原因是（）
A．副驾驶受到的重力突然减小 B．舱内气压变大，舱外气压变小
C．舱内空气流速小压强大，舱外空气流速大压强小D．舱内温度降低，压强突然增大
【答案】C
【解析】
正在高空中飞行的飞机，挡风玻璃突然爆裂，舱内空气流速小压强大，舱外空气流速大压强小，故形成向外的压强差，因此副驾驶整个上半身被“吸”出舱外，故C正确，ABD错误；
☞知识点9飞机的升力
飞机的机翼一般做成上凸下平的形状，当气流经过机翼时，机翼上方的空气通过的路程大、速度大；机翼下方的空气通过的路程短、速度小，根据流体压强与流速的关系，机翼上方的压强小，下方的压强大，故而上下表面存在压强差，产生了向上的举力，也称升力；
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例1（2018•泸州）2018年5月14日，川航重庆至拉萨3U8633航班在飞行期间出现挡风玻璃碎裂，导致驾驶舱处于高空低温失压的状态，在空管和机组人员的冷静处理下，飞机安全迫降于成都双流机场。根据以上信息，下列说法正确的是（）
A．飞机正常飞行时机翼上方空气流速大压强大
B．系安全带是为了防止被“吸出”舱外和惯性带来的危害
C．挡风玻璃碎裂后，驾驶舱内的气压突然变为零
D．飞机在迫降过程中运动状态始终保持不变
【答案】B
【解析】
例2（2018•白银）小汽车已经进入寻常百姓家庭，下列说法正确的是（）
A．小汽车在水平公路上静止时，汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力是一对平衡力
B．小汽车在水平公路上高速行驶时，汽车对地面的压力小于汽车的重力
C．小汽车在水平公路上匀速直线行驶时，车轮不受摩擦力作用
D．使用安全带和安全气囊是为了减小惯性
【答案】B
【解析】
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A、汽车静止在路面上时，汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力，二力作用在不同的物体上，因此二力不是一对平衡力，故A错误；
B、小汽车高速行驶时，小汽车上方空气流动大于下方的空气流动，因此小汽车在竖直方向上受支持力和空气向上的托力的作用，因此小汽车对路面的压力小于汽车的重力，故B正确；
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