2020中考物理知识精选专题12-1浮力精析和练习（附解析）

1 专题 12.1 浮力丨知识精析丨挖空练 ★知识点一：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 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 向下的压力，向上、向下的压力差就 是浮力。 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 和 液体的 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。 【真题跟踪一】(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。 【真题跟踪二】（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？2 【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。3 【真题跟踪三】（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 3 【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。 ★知识点二：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 的液体受到的 。 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）。 gVGF 排液排浮 ρ==4 【真题跟踪一】（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 ； 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。 【真题跟踪二】（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　 。5 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； 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，6 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： 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。 【真题跟踪三】（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： 水 排水 排水 ρ mV = 3 3 34/1 34 cmcmg gVV === 排水铁 333 33 /1.1/101.134.0 /10138.0 cmgmkgN mkg F F =×=××=′= 浮 水浮 盐水 ρρ7 （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。 【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。 ★知识点三：物体沉浮的条件 ★物体沉浮的条件 1.前提条件：物体浸没在液体中，且只受 。 2.示意图：重力与浮力的关系如图所示：8 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； 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； 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9 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。 【真题跟踪一】（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。10 【真题跟踪二】（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“>”“”、“