2020年中考物理考点15浮力（带解析）.doc

1 考点 15 浮力 【知识回顾】 考点一、浮力 1.浮力：一切浸入液体（气体）的物体都受到液体（气体）对它竖直向上的力叫浮力。 2.浮力方向：竖直向上，施力物体是液（气）体。 3.浮力产生的原因（实质）：液（气）体对物体向上的压力大于向下的压力，向上、向下的压力差就 是浮力；如图所示。 4.影响浮力大小的因素：通过实验探究发现（控制变量法）：浮力的大小跟物体浸在液体中的体积和 液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大，液体的密度越大，浮力就越大。 考点二、阿基米德原理 1. 阿基米德原理：浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。如 图所示。 2. 公式表示： ； 从公式中可以看出：液体对物体的浮力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。 3. 适用条件：液体（或气体）。 考点三、物体沉浮的条件 ★物体沉浮的条件 gVGF 排液排浮 ρ==2 1.前提条件：物体浸没在液体中，且只受浮力和重力。 2.示意图：重力与浮力的关系如图所示： 如图所示，（1）当 时，物体上浮； 。 当 时，物体悬浮； 。 当 时，物体下沉； 。 当 （物体未完全浸没液体）时，物体漂浮； 。 3. 说明： （1）密度均匀的物体悬浮（或漂浮）在某液体中，若把物体切成大小不等的两块，则大块、小块都悬 浮（或漂浮）。 （2）物体漂浮在密度为 ρ 的液体中，若露出体积为物体总体积的 ，则物体密度为 ρ。 （3） 悬浮与漂浮的比较：相同点： ； 不同点：悬浮时， ， ；漂浮时， ， 。 （4）判断物体浮沉（状态）有两种方法：比较 与 G 或比较 与 。 （5）物体吊在测力计上，在空中重力为 G，浸在密度为 ρ 的液体中，示数为 F，则物体密度为： 。 （6）冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体，冰化为水后液面不变；冰中含有铁块、石块等密 大于水的物体，冰化为水后液面下降。 4.漂浮问题“五规律”： 规律一：物体漂浮在液体中，所受的浮力等于它受的重力； 规律二：同一物体在不同液体里漂浮，所受浮力相同； GF 〉浮 物液 ρρ 〉 G=浮F 物液 ρρ = GF 〈浮 物液 ρρ 〈 G=浮F 物液 ρρ 〉 3 1 3 2 物浮 GF = 物液 ρρ = 物排 VV = 物液 ρρ 〉 物排 VV 〈 浮F 液ρ 物ρ FG G −= ρρ物3 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，物体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，外力等于液体对物体增大的浮力。 【考点梳理】 考点一、浮力 浮力概念在本章属于基本概念，什么是浮力、浮力产生的原因以及影响浮力大小的因素均是本节的重 点，同时也是学习本章的基础。本章在力学部分占据非常重要的地位，内容难学、涉及计算题多，所占分 值高，并经常与压强和其他知识点结合以压轴题形式出现在中考试卷中。为此，从本节入手，为本章学习 打下坚实基础尤为重要。 本考点有浮力的基本概念和影响浮力大小的因素。在历年中考中，对“浮力”基本概念（产生、方向） 的考查也曾出现，但概率不高；对“影响浮力大小因素”的考查出现概率较高，此类考题经常以实验探究 题形式出现。中考主要题型以选择题、填空题和实验探究题为主，更多的是选择题。选择题、填空题以考 查浮力的概念居多，实验探究题以考查影响浮力大小因素居多。 考点二、阿基米德原理 阿基米德原理是本章重点，对此规律的理解和记忆对学生来说简单，但难的是如何利用阿基米德原理 进行计算；本节涉及到的计算问题很多，也较难，更重要的是简单计算题、压轴计算题大都和浮力有关， 此部分内容也是拉开分数的试题。为此，能否很好的掌握阿基米德原理及其计算是本章学习的重点。本章 在力学部分占据非常重要的地位，内容难学、涉及计算题多，所占分值高，并经常与压强和其他知识点结 合以压轴题形式出现在中考试卷中。为此，从本节入手，为本章学习打下坚实基础尤为重要。 在历年中考中，对“阿基米德原理”的考查一定会出现，并且分值高、问题形式多样。中考主要题型 有选择题、填空题、计算题和实验探究题；选择题和填空题考查阿基米德原理的理解和简单计算；计算题 作为压轴题和其他知识点结合并分值高；实验探究题以考查影响浮力大小因素和对阿基米德原理的理解居 多。 考点三、物体沉浮的条件 物体沉浮的条件与阿基米德原理在本章中是不可分割的两个内容，它们互为补充又互为利用，所以在 本章中考查物体沉浮时，一定会利用到阿基米德原理、物体密度、物体体积等知识，故在复习中学生一定 要把这两个问题结合起来。 本节同样涉及到的计算问题很多，也较难，更重要的是简单计算题、压轴计算题大都和浮力、阿基米 德原理有关，此部分内容也是拉开分数的试题。为此，能否很好的掌握好物体沉浮条件、阿基米德原理及4 其计算是本章学习的重点。本章在力学部分占据非常重要的地位，内容难学、涉及计算题多，所占分值高， 并经常与压强和其他知识点结合以压轴题形式出现在中考试卷中。为此，从本节入手，为本章学习打下坚 实基础尤为重要。 考点一、浮力 【典例一】(2019·武威)2018 年 4 月 20 日，我国最先进的自主潜水器“潜龙三号”首次下潜（如图所 示）。潜水器在水面下匀速下潜过程中（假定海水的密度不变），受到的浮力______（选填“变大”、“不变” 或“变小”），潜水器下表面受到的压强______（选填“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】不变；变大。 【解析】（1）潜水器在水面下匀速下潜，海水的密度不变，潜水器浸没在水中，其排开水的体积不变， 根据 F 浮=ρ 液 gV 排可知，潜水器受到的浮力不变。 （2）由于潜水器在水中的深度逐渐增加，所以根据公式 p=ρgh 可知，潜水器受到的压强增大。 故答案为：不变；变大。 【举一反三】 1.（2019·湘潭）如图 1 所示，弹簧测力计用细线拉着一长方体物块 A，从水池中竖直向上做匀速直线 运动，上升到水面以上一定的高度。物块上升的速度为 1cm/s，弹簧测力计示数 F 随物块上升的时间 t 变化 的图象如图 2 所示。不计阻力及水面高度的变化，根据图象信息： （1）当 15s 时，测力计示数 F＝ N。 （2）物块 A 重 N，高度为 cm。 （3）当 t＝0 时，A 受到的浮力为 N，此时 A 底部受到水的压强大小为 Pa。 （4）物块 A 的密度为多大？5 【答案】（1）15；（2）25；20；（3）20；2.5×103Pa；（4）物块 A 的密度为 1.25×103kg/m3。 【解析】由图 2 可知，0～5s，弹簧测力计示数不变，此时物块浸没在水中；5s～25s，弹簧测力计示 数变大，说明物块逐渐露出水面；25s 以后，物体全部露出水面，弹簧测力计的示数等于物块重力。 （1）由图知，当 t＝15s 时，弹簧测力计示数 F＝15N； （2）在 25s 后弹簧测力计的示数不变，物体全部露出水面，则物块重 GA＝25N； 5s～25s，物块逐渐露出水面，即 5s 时物块的上表面刚好达到水面，25s 时物块的下表面刚好离开水面， 则可知物块向上移动的距离即为物块的高度，此过程用时 t＝25s﹣5s＝20s， 物块的高度：h＝vt＝1cm/s×20s＝20cm； （3）当 t＝0 时，物块 A 浸没水中，受到的浮力：F 浮＝GA﹣F 拉＝25N﹣5N＝20N； 0～5s，物块上升的高度：h′＝vt′＝1cm/s×5s＝5cm； 则由上图可知，当 t＝0 时，A 底部所处的深度：hA＝h′+h＝5cm+20cm＝25cm＝0.25m， 此时 A 底部受到水的压强：p＝ρghA＝1×103kg/m3×10N/kg×0.25m＝2.5×103Pa； （4）物块的质量：mA＝ ＝ ＝2.5kg， 由 F 浮＝ρ 水 V 排 g 可得物块的体积：VA＝V 排＝ ＝ ＝2×10﹣3m3， 物块的密度：ρA＝ ＝ ＝1.25×103kg/m3。 故答案为：（1）15；（2）25；20；（3）20；2.5×103Pa；（4）物块 A 的密度为 1.25×103kg/m3。6 2.（2019·湖州）放有适量水的烧杯置于水平桌面上。将一木块浸没到水中一定深度后撤去外力，木 块开始上浮，如图所示，最后漂浮，且有五分之二体积露出水面。下列叙述中，错误的是（ ）。 A.在露出水面之前，木块所受浮力不变； B.在露出水面之前，木块所受浮力大于木块的重力； C.木块在浸没和漂浮两种情况下，水对烧杯底的压强相等； D.木块的密度为 0.6 克/厘米 【答案】C。 【解析】A、木块上浮过程中，露出水面前，水的密度一定，排开水的体积不变，根据公式 F浮=ρ 水 gV 排可知，木块所受浮力不变；故 A 正确； B、在露出水面之前，木块处于上浮过程中，根据浮沉条件可知：木块所受浮力大于木块的重力；故 B 正确； C、因木块浸没时排开水的体积大于木块漂浮时排开水的体积，所以，木块浸没时水的深度大于木块漂 浮时水的深度，则根据 p=ρ 水 gh 可知，木块浸没时水对烧杯底的压强较大；故 C 错误； D、木块最后漂浮，且有五分之二体积露出水面，则根据漂浮条件可得：F 浮=G 木； 结合阿基米德原理和重力公式可得：ρ 水 gV 排=ρ 木 gV 木， 所以，ρ 木= ρ 水= ×1.0g/cm3=0.6g/cm3；故 D 正确。故选 C。 3.（2019·遂宁）如图所示，水平桌面上三个完全相同的容器内装有适量的水，将 A、B．C 三个体积 相同的小球分别放入容器内，待小球静止后，A 漂浮、B 悬浮、C 沉底，此时三个容器内水面高度相同。下 列判断正确的是（ ）。 A.容器底部受到水的压强关系： ； B.小球受到的浮力关系： ； C.容器对桌面的压力关系： ；7 D.小球的质量关系： 【答案】A。 【解析】由题知，A、B、C 三个小球的体积相同； A、小球静止时，三个容器内水面高度相同，即 h 相同，水的密度一定，根据 p=ρgh 可知，容器底受 到水的压强关系为 p 甲=p 乙=p 丙，故 A 正确； B、由图可知，A、B、C 三个小球排开水的体积关系为 VA 排＜VB 排=VC 排，根据 F 浮=ρ 液 gV 排可知，浮力 的大小关系为：FA＜FB=FC，故 B 错误； C、A 球在甲容器中漂浮，所以 FA=GA；根据阿基米德原理有 FA=GA 排，所以 GA=GA 排（即 A 球的重等于 A 排开水的重）； B 球在乙容器中悬浮，所以 FB=GB；根据阿基米德原理有 FB=GB 排，所以 GB=GB 排（即 B 球的重等于 B 排开 水的重）；上面的关系式可理解为 AB 两球的重分别补充了所缺少水的重，由于甲乙容器内水面相平，则甲 乙容器内水和小球的总重相等；甲乙两容器完全相同，则两容器的重相等，故甲乙容器的总重相等，甲容 器对桌面的压力等于乙容器对桌面的压力，即 F 甲=F 乙； 而 C 球在丙容器中沉底，所以 GC＞FC，根据阿基米德原理有 FC=GC 排，所以 GC＞GC 排，即 C 球的重大于 C 排开水的重；故丙容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力，即 F 乙＜F 丙。 综上分析可知，三个容器对桌面压力关系为 F 甲=F 乙＜F 丙，故 C 错误； D、由图可知，A 漂浮，B 悬浮，C 下沉，则由浮沉条件可知：GA=FA，GB=FB，GC＞FC，由于 FA＜FB=FC， 则 GA＜GB＜GC；所以，mA＜mB＜mC，故 D 错误。故选 A。 考点二、阿基米德原理 【典例二】（2019·泸州）三个相同的轻质弹簧，一端固定在容器底部，另一端分别与甲、乙、丙三个 体积相同的实心球相连。向容器内倒入水，待水和球都稳定后，观察到如图所示的情况，此时乙球下方弹 簧长度等于原长。下列判断正确的是（ ）。 A.乙球的重力与它受到的浮力相等； B.甲球的重力大于它受到的浮力； C.甲、乙、丙三个球的密度大小关系为 ；8 D.甲、乙、丙三个球受到的浮力大小关系为 【答案】AC。 【解析】根据题意可知，乙球下方弹簧长度等于原长，则弹簧对乙球没有作用力； 观察如图情况可知，甲球下方弹簧长度大于原长，则弹簧对甲球有向下的拉力 F 拉； 丙球下方弹簧长度小于原长，则弹簧对丙球有向上的支持力 F 支； 由题知，三个球处于静止，所以 F 甲=G 甲+F 拉，F 乙=G 乙，F 丙=G 丙-F 支， 比较可知，F 甲＞G 甲，F 乙=G 乙，F 丙＜G 丙， 已知三个实心球体积相同，由于三个球浸没在同种液体中，则排开液体的体积相同，根据 F 浮=ρ 液 V 排 g 可知，它们受到的浮力：F 甲=F 乙=F 丙； 所以三个球的重力关系为：G 甲＜G 乙＜G 丙； 根据重力公式可知，三个球的质量关系为：m 甲＜m 乙＜m 丙； 已知三个球的体积相同，根据 ρ= 可知：ρ 甲＜ρ 乙＜ρ 丙； 由上分析可知：AC 正确，BD 错误。故选 AC。 【举一反三】 1.（2019·贵港）如图所示，是同学们在“探究同一物体所受的浮力大小与哪些因素有关”的实验过 程图。图甲、乙、丙容器中装的液体是水，图丁容器中装的液体是酒精，F1、F2、F3、F4 分别是图甲、乙、 丙、丁中弹簧测力计的示数。请回答以下问题： （1）图甲中，弹簧测力计的示数 F1=________N。 （2）物体完全浸没在水中时所受的浮力为________N。 （3）分析图中乙、丙两图实验数据可得：物体所受的浮力大小与________有关；分析图中________两 图实验数据可得：物体所受的浮力大小与液体密度有关。 （4）实验中釆用的探究方法在研究物理问题时经常用到，称为________法。 【答案】（1）4.8；（2）2；（3）物体排开液体的体积；丙和丁；（4）控制变量。9 【解析】（1）由图甲知，弹簧测力计的分度值为 0.2N，图中指针指在 4 至 5 之间的第 4 条刻度线处， 所以示数为 4.8N； （2）由图甲和图丙知，物体完全浸没在水中时所受的浮力为 ； （3）由乙、丙两图实验数据得，物体所受的浮力大小与物体排开液体的体积有关；为了得出物体所受 浮力大小与液体密度有关，需确保物体排开液体的体积相同，而物体所在的液体的密度不同，所以应分析 图丙和图丁两图的实验数据； （4）因为物体在液体中受到的浮力可能受到多个因素影响，所以在探究本实验时，需要采用控制变量 法。 2.（2017•无锡）同学们用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小因素。（g 取 10N/kg，ρ 水 =1×103kg/m3） （1）为了测出塑料瓶的体积，进行如下操作： ①把天平放在水平桌面上，调节天平平衡，在左盘中放入盛有适量水的烧杯，通过増减砝码和移动游 码使天平再次平衡，所加砝码和游码的位置如图甲所示，烧杯和水的总质量为　 。 ②在空塑料瓶中装入适量细沙，拧紧瓶盖，在瓶颈系一细绳，手拿细绳将塑料瓶完全浸没于烧杯的水 中（瓶没有接触烧杯，水未溢出），通过増减祛码和移动游码使天平再次获得平衡，所用砝码总质量和游码 所示质量之和为 167g，塑料瓶的体积是　 　cm3。 （2）同学们根据生活经验提出了如下三种猜想，并举出了相应的实例 猜想一，浮力的大小与物体的密度有关，实例：铁块可以在水中下沉，木头可以浮在水面上； 猜想二，浮力的大小与液体的密度有关，实例：鸡蛋可以在水中下沉，在盐水中可以浮起来； 猜想三，浮力的大小与浸入液体的深度有关，实例：在游泳池里，人越往下蹲感觉到水向上托自己的 力越大；10 为了验证以上猜想是否正确，同学们选择了装入细沙的塑料瓶和其他实验器材进行探究，实验过程如 图乙所示。 ①根据实验步骤 d 和　 　（填序号），可以确定猜想二是正确的； ②根据实验步骤 c 和 d 可以验证猜想三是　 　（选填“正确”或“错误”）；对该猜想对应的实例， 合理的解释是　 　。 ③要验证猜想一是否正确，可以在塑料瓶中　 　后再进行探究。 ④同学们讨论认为，猜想一和猜想二中的实例反应了物体的浮与沉可能与密度有关，要选用一个能漂 浮在图 e 中盐水上的物体时，物体的密度应小于　 　g/cm3（计算结果保留 1 位小数）。 【答案】（1）①133；②34；①e；②错误；在游泳池里，人越往下蹲排开水的体积越大，人受到的浮 力越大，说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关；③添加一些细砂；④1.1。 【解析】（1）①烧杯和水的总质量为：m=100g+20g+10g+3g=133g；②由①②步骤可知，塑料瓶排开水 的质量 m 排水=167g﹣133g=34g， 由 ρ=可得， ，因为铁块浸没，所以 ， 由 C、D 可知，铁块排开液体的质量 m 排液=m3﹣m4，因为铁块浸没，所以 V 铁=V 排水=V 排液。 （2）①物体浸没水中受到的浮力 F 浮 =0.4N﹣0.06N=0.34N；物体浸没在盐水中受到的浮力 F 浮 =0.4N﹣0.02N=0.38N；因为，浮力不相等，而物体所处的深度和浸没的体积相同，则是液体的种类（密度） 不同的引起的，说明浮力的大小与液体的密度有关，根据实验 d、e 可以确定猜想二是正确的。 ②物体在 c、d 中（排开液体的密度相同，都是水）中受到的浮力相同，而排开液体的体积都等于物体 的体积，但物体所处的深度不同，故得出：物体浸在同种液体中，所受浮力大小与浸入液体的深度无关．根 据实验步骤 c 和 d 可以验证猜想三是错误的。 对该猜想对应的实例，合理的解释是：在游泳池里，人越往下蹲排开水的体积越大，人受到的浮力越 大，说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。 ③要验证猜想一是否正确，即浮力的大小与物体的密度有关，根据控制变量法要改变物体的密度，在 物体体积不变时，在塑料瓶中添加一些细砂可以改变塑料瓶整体的密度； ④由 a、c 两图知，物体浸没在水中所受浮力：F 浮=G﹣F′=0.4N﹣0.06N=0.34N； 物体浸没在盐水中受到的浮力 F 浮′=0.4N﹣0.02N=0.38N； 由阿基米德原理可得：F 浮=ρ 水 gV 排=0.34N-（Ⅰ），F 浮′=ρ 盐水 gV 排=0.38N-（Ⅱ） 浸没时 V 排相等，由（Ⅰ）（Ⅱ）可得盐水的密度： 水 排水 排水 ρ mV = 3 3 34/1 34 cmcmg gVV === 排水铁11 物体的浮与沉与密度有关，要选用一个能漂浮在图 e 中盐水上的物体时，物体的密度应小于 1.1g/cm3。 故答案为：（1）①133；②34；①e；②错误；在游泳池里，人越往下蹲排开水的体积越大，人受到的 浮力越大，说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关；③添加一些细砂；④1.1。 3.（2017·杭州）小金学了浮力的知识后，想制造一台浮力杆，他将一段密度为 0.5×103 千克/米 3， 粗细均匀的木料，先进行不吸水处理，再将其竖立水中，如图所示，这段木料长为 40 厘米，横截面积为 0.1 米 2，其上表面可以作为秤盘（g=10 牛/千克），问： （1）质量为 0 的刻度线的位置在哪里？ （2）距离上表面 10 厘米处的刻度对应的质量为多少？ 【解析】（1）木料的体积为： ，由公式 得到木料质量为： ； 木料处于漂浮状态，浮力等于木料多受重力，即： ，木料排 开水的体积为： 没入水的高度为： ，故弹簧测力计的 0 刻度线为 0.2m。 （2）距离上表面 10cm时，弹簧测力计的浮力为： 物体的重力为： ; 物体质量为： 。 答：略。 333 33 /1.1/101.134.0 /10138.0 cmgmkgN mkg F F =×=××=′= 浮 水浮 盐水 ρρ 32 04.04.01.0 mmmShV =×== V m=ρ kgmmVm 2004.0105.0 333 0 =××== ρ NkgNkgmgGF 200/1020 =×===浮 3 33 02.0/10/100.1 200 mkgNmkg N g FV =××== 水 浮 排 ρ mm m S Vh 2.01.0 02.0 2 3 0 === 排 NmmmkgNkgNVgF 3001.0)1.04.0(/10/100.1 23 =×−×××=′=′ 排水浮 ρ NNNFFG 100200300- =−=′= 浮浮物 kgkgN N g Gm 10/10 100 === 物 物12 考点三、物体沉浮的条件 【典例三】（2019·泸州）庆祝中国人民解放军海军成立 70 周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行， 图中 093 改进型攻击核潜艇于 2019 年 4 月 27 日公开亮相，进行了战略巡航。该潜艇最大核动力功率为 2.8×104kW，完全下潜到海面下后的排水量为 6.8×103t（取海水密度 ρ=1×103kg/m3、g=10N/kg）。问： （1）该潜艇悬浮时，其上一面积为 0.05m2 的整流罩距海面深度为 200m，此时整流罩受到海水的压力 为多少？ （2）若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为 80%，该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡 航时，受到的水平推力为 1.6×106N，此时潜艇的巡航速度为多少？ （3）该潜艇浮出海面处于漂浮时，露出海面的体积为 1.5×103m3，此时潜艇的总重量是多少？ 【解析】（1）潜艇下潜到 200m 深处时，h=200m； 此时整流罩所受海水的压强：p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×200m=2×106Pa。 整流罩的面积：S=0.05m2， 由 p= 变形得，整流罩所受压力为：F=pS=2×106Pa×0.05m2=1×105N。 （2）最大核动力功率：P 总=2.8×104kW=2.8×107W； 根据 η=可得：有用功率：P 有用=ηP 总=80%×2.8×107W=2.24×107W； 由 P=Fv 得潜艇的巡航速度：v== =14m/s； （3）完全下潜到海面下后的排水量为 6.8×103t， 则 V=V 排= = =6.8×103m3。 潜艇浮出海面处于漂浮时，排开水的体积 V 排′=V-V 露=6.8×103m3-1.5×103m3=5.3×103m3， 根据漂浮条件和 F 浮=ρ 液 gV 排可得，此时潜艇的总重量： G=F 浮=ρ 水 gV 排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×5.3×103m3=5.3×107N。 答：（1）整流罩受到海水的压力为 1×105N；（2）潜艇的巡航速度为 14m/s；（3）该潜艇浮出海面处 于漂浮时，潜艇的总重量是 5.3×107N。13 【举一反三】 1.（2019·福建）如图，气球下面用细线悬挂一石块，它们恰好悬浮在水中。已知石块与气球的总重 力为 G 总，则气球受到的浮力 F 浮________G 总（选填“>”“