上海九年级第一学期秋季课程初中03阿基米德原理教案.docx
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- 上海 九年级 第一 学期 秋季 课程 初中 03 阿基米德 原理 教案
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1、学员姓名: 学科教师:年 级:初二 辅导科目:物理授课日期时 间主 题阿基米德原理同步学习目标1.理解浮力的定义及其产生的原因2.掌握阿基米德原理及其应用教学内容为什么那么大块的冰川不会沉底? 轮船如何在海洋中行驶? 为什么生汤圆在水中是沉的,熟汤圆在水中是浮的?知识点精讲与练习。一、浮力及阿基米德原理【知识梳理】1定义:浸在液体(或气体)里的物体受到液体(或气体)对物体向上的托力叫做浮力。2.方向:竖直向上。3.浮力产生的原因:浸在液体(或气体)里的物体受到的压力差就是液体(或气体)对物体的浮力。 假设浸没物体的边长是a的立方体,立方体的各个侧面受到液体的压力相互抵消,但其上下底面所受到压力
2、大小不同 。 上表面受到液体对其向下压力的大小为: 下表面受到液体对其向上压力的大小为: 两者之差就是浮力大小: 当物体处于漂浮状态时,浮力等于液体对物体向上的压力,即。4.阿基米德原理阿基米德原理 内 容浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受的重力公式表示F浮 = G排 =液V排g 适用范围对浸没或部分浸在液体(气体)中的物体都适用原理应用时注意点浮力的大小决定于液体或气体的密度,或,和浸入其中的物体密度无关;浮力的大小还决定于物体排开液体或气体的体积V排,和物体浸没在液体或气体中的深度无关。但未浸没时,由于,而S不变,所以V排与h成正比,即未浸没时,浮力大小跟深度有
3、关。浮力的大小与物体的质量、体积、重力、形状 、浸没的深度等均无关。公式计算时注意点公式符号中写明脚标,以免和,和发生混淆;物体浸没时,部分浸入时,;单位要统一(:kg/m3,g:N/kg,:m3)【例题精讲】例1.一个正方体铁块,在水下某深度时,上底面受到15N压力,下底面受到20N压力,则此时铁块受到浮力是_N;当铁块下沉到某位置时,上底受到压力增大至20N时,下底受到压力是_N【答案】5N 25N【解析】根据浮力等于上下表面压力差,下底的压力就等于浮力与上表面压力之和。例2.金属块重10N,挂在弹簧测力计上,当它全部放在水中时,弹簧测力计的读数为8N,此时金属块受到的是_ N浮力的方向为
4、_.【答案】2;竖直向上【解析】物体受到的浮力等于重力与弹簧测力计示数之差,浮力方向竖直向上例3.如图所示,在盛水容器中,有4个体积完全相同的物体:A是一浮于水面的正方体木块;B是用线吊着浸没在水中的长方体铁块;C是悬浮在水中的空心钢球;D是圆台形石蜡块,它沉于容器底面并与容器底无缝隙紧密结合,试比较分析A、B、C、D所受浮力的情况【答案】FB=FCFAFD=0【解析】虽然A、B、C、D四个物体,它们的形状不同,组成的物体种类不同,有的是实心的、有的是空心的,浸入水中的深度也不同,但这些不同条件跟浮力的大小均无关,所以无需加以考虑浮力的大小只跟液体的密度与排开液体的体积有关因为它们是浸在同一种
5、液体中,所以浮力的大小由V排而定,但D物体与容器底紧密结合,故浮力为零.例4.(宝山一模)某长方体悬挂在弹簧测力计下,静止在空气中测力计的示数为10牛;若该立方体一半浸在水中测力计的示数变为5.1牛(如图所示),则此时长方体所受水的浮力为_牛,浮力的方向为_;若撤去弹簧秤的拉力,将该长方体放入水中,当它静止时上下表面所受水施加的压力差为_牛。【答案】4.9;竖直向上;9.8。【解析】 称重法:F浮=G物-F拉=10N-5.1N=4.9N,一条直线上力的合成,浮力与拉力都向上,合力与重力做平衡,故大小为9.8N例5(普陀一模)烧杯中装有一定量的水,水位如图(a)所示,用细绳将物体拴住浸没在水中,
6、水位如图(b)所示,此时细绳所受拉力为12N,将物体缓慢向上提,当水位如图(c)所示时(其中C处是AB的中点),细绳所受拉力为17N,此时物体所受浮力为 牛,物体所受重力为 牛,比较图(a)和(b),烧杯底部受到水的压力差为 牛。【答案】5; 22;10【解析】(1)设物体重为G,当物体浸没水中时,F拉=G-F浮,将物体缓慢提出,当水位如图C所示时(其中C处是AB的中点),排开水的体积减半,浮力减半,可得F拉=G-1/2F浮,联立方程组可求物体的重力G和物体浸没时受浮力大小;(2)比较图A和B,烧杯底部受到水的压力差等于物体排开水的重力,结合阿基米德原理F浮=G排解答【巩固测试】1.(虹口一模
7、)将一个铁球的一半浸入水中时,排开水的重力为0.8牛,此时铁球受到浮力的大小为_牛;将它全部浸没时,受到浮力的大小为_牛,当它浸没在水中的深度增大时,受到浮力的大小将_(选填 “变小”、“不变”或“变大”)。【答案】(10)0.8; (11)1.6; (12)不变。2. 质量相等的木块和冰块(木冰)都漂在水面上,木块受到的浮力_冰块受到的浮力;体积相等的实心木块和冰块都漂在水面上,木块受到的浮力_冰块受到的浮力(填大于、小于、等于)【答案】等于、小于3.一个重力为8牛的实心金属块,挂在弹簧测力计下,将其一半体积浸入水中时,弹簧测力计的示数为5牛,此时金属块所受的浮力为_牛;若把金属块全部浸入水
8、中时,金属块所受的浮力与重力的合力为_牛,继续增加金属块在水中所处的深度,受到的浮力将_。(选填“变大”、“不变”或“变小”)【答案】3;2;不变4. 边长5cm的正方体,浸没在水中,下表面距水面15cm处,求出该物体受到的浮力【答案】1.225N5. 体积为210-4米3的金属球,一半浸在水中时,求: 金属球排开水的体积V排。 金属球受到的浮力F浮。【答案】V排1/V物1/2210-4米3110-4米3 F浮水V排g 1.0103千克/米3110-4米39.8牛/千克 0.98牛 二、物体的浮沉条件【知识梳理】1. 物体的浮沉条件(1)前提条件:物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。(2)物体
9、在液体中的几种情况项目上浮下沉悬浮漂浮图例条件结果浮体(漂浮静止)沉底(静止)浮体(浸没在液体内的任意位置都静止)浮体(静止)应用潜水艇、气球、飞艇轮船、舰艇、密度计说明: 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)。 一个物体漂浮在密度为的液体中,若露出体积为物体总体积的1/3,则物体密度为 2/3分析:F浮 = G 则:液V排g =物Vg 物=( V排V)液= 2/3 液 悬浮与漂浮的比较相同:F浮 = G 不同:悬浮液 =物 ;V排=V物漂浮物液;V排V物(V物=V排+V露)。当液体密度液一定时,V排越大,浮力也越大。 判断物体浮沉(
10、状态)有两种方法:比较F浮 与G或 比 较液与物 。 物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸没在密度为的液体中,示数为F,则物体密度为:物= G /(G-F)【例题精讲】例1(浦东新区一模)某木块漂浮在水面上时排开水的体积为110-3米3,该木块受到的浮力大小 牛,方向竖直向 ,木块的重力为 牛。【答案】9.8上 9.8【解析】本题考查浮力基础内容阿基米德原理。根据阿基米德原理F浮=液g V排 =1.0103千克/米39.8牛/千克110-3米3 =9.8牛,浮力方向竖直向上。木块漂浮在水面上,G物=F浮=9.8牛例2. 将一木块分别浮在甲、乙两种不同的液体中,木块均有一部分露出液面,如果甲液体
11、的密度大于乙液体的密度,则( )A. 木块在甲液体中受到的浮力大 B. 木块在乙液体中受到的浮力大C. 木块在甲液体中露出液面的体积较大 D. 木块在乙液体中露出液面的体积较大【答案】C【解析】同一块木块漂浮在不同液体中,受到的浮力是相同的,等于物体的重力,所以当液体的密度越大的时候,排开液体的体积就越小,答案就能选出。所以在这类题目中,需要几个公式灵活应用例3. (闵行二模)甲、乙两个质量相同的实心物体漂浮在水面上,已知甲 乙。甲、乙所受的浮力分别为F甲、F乙,排开液体的体积分别为V甲、V乙,则AF甲F乙,V甲V乙 BF甲F乙,V甲V乙CF甲F乙,V甲V乙 DF甲F乙,V甲V乙【答案】C【解
12、析】通过题目可知两物体均漂浮在水面上,且两物体质量相等,则根据物体的沉浮条件分析可知此时浮力等于物体的重力,则有F甲F乙,V甲V乙 。此题需要学生特别注意读题,两物体是均漂浮在水面上,根据阿基米德原理物体排开液体的体积与物体的密度“无关”。例4(青浦区一模)如图所示,质量均为1千克的物体A、B漂浮在水中, A物体所受的浮力为_牛若A、B两物体底部所受的压强分别为pA、pB,压力分别为FA、FB,则pA_pB,FA_FB(后两格均选填“大于”、“等于”或“小于”)【答案】9.8;小于;等于【解析】(1)由图可知,物体A漂浮在水中,所以F浮A=GA=mAg=1kg9.8N/kg=9.8N;(2)由
13、图可知,A物体底部所处深度小于B物体底部所处深度,水的密度一定,根据p=gh可知,pApB;物体A、B漂浮在水中,且质量相等,则重力相等,其所受重力与浮力是一对平衡力,大小相等,根据浮力产生的原因可知,A、B两物体底部所受的压力等于浮力,所以,FA等于FB;【巩固测试】1. 把体积相同的木块和铁块置于水中,木块浮在水面,铁块沉入水底,这时它们受到的浮力( )A. F木F铁 B、F木= F铁 C. F木F铁 D. 不能确定【答案】C2.如图所示,有一长方体木块分别如图甲、乙两种不同方式浮在水面上,比较两种方式中木块所受浮力的大小是( )A. 甲小于乙 B. 甲等于乙 C. 甲大于乙 D. 不能确
14、定【答案】B3.如图所示,将一只玩具青蛙放入水中,它能漂浮于水面;把它放入另一种液体中,它却沉入底部则在这两种情况下这只玩具青蛙受到的浮力大小相比较( )A在水中受到的浮力较大 B在液体中受到的浮力较大C受到的浮力一样大 D无法比较浮力大小 【答案】A4.有一体积为0.1m3的冰块漂浮在水面上,则该冰块( )(冰=0.9103kgm3,水=0.9103kgm3,g取10Nkg) A总重力是1103N B浸入液面以下的体积是0.08m3C水上部分体积占总体积的19 D受到的浮力是900N【答案】D5. 质量相同的铜、铁、铝实心金属球(铝铁铜”、“”或“”) (2) 三种液体的密度相比较:最大的是
15、 ;最小的是 。【答案】(1) , (2)乙,丙【解析】密度计漂浮在液面时,根据二力平衡条件可知,所受浮力等于物体重力,因为是同一支密度计,重力不变,所以在三种液体中受到的浮力相等。根据阿基米德原理,所受浮力等于排开的液体受到的重力,则排开的液体受到的重力也相等,根据G液液gV排可知:排开液体的体积越小,液体的密度越大。例5.将同一密度计放入甲、乙两种不同的液体中,静止后如图甲、乙所示,则 ( )A.甲液体中密度计受到的浮力大 B.乙液体的密度大C.乙液体中密度计受到的浮力大 D.甲液体的密度大【答案】D【解析】甲乙量筒中密度计都处于漂浮状态,浮力都等于自身的重力,同一支密度计重力相同故浮力相
16、等,由于在甲量筒中的密度计排开水的体积小,所以甲量筒中的液体密度大。故本题答案为D【巩固测试】1. 质量相等的木块和冰块(木冰)都漂在水面上,木块受到的浮力_冰块受到的浮力;体积相等的实心木块和冰块都漂在水面上,木块受到的浮力_冰块受到的浮力(填大于、小于、等于)【答案】等于、小于2. 一艘远洋油轮从上海的黄浦江经吴淞口驶入东海,油轮受到浮力将_(选填“变大”、“变小”或“不变”),油轮将_(选填“上浮”或“下沉”)。【答案】不变 上浮3.一平底水泥船(截面可近似看作长方形)截面积为10m2,空载时船的吃水深度为10cm,满载时吃水深度为lm。这艘船的自重为 N,最多能装货物的重为 N。【答案
17、】 9800; 882004.浸没在水中的潜水艇能向上浮起,是靠改变_,使艇重_它受到的浮力。当潜艇露出水面时,随着它露出水面体积的增大,它受到有浮力_,直到浮力_艇重,它漂浮在水面上静止【答案】自身重力 小于 减小 等于5. 把同一支密度计分别浮在水、煤油和盐水中,静止时密度计浸入液体中的体积是 ( )(煤油水盐水)A. 在水中最大 B.在煤油中最大C.在盐水中最大 D.一样大【答案】B四、 浮力的受力分析与计算【知识梳理】浮力的计算方法综合题类不外乎以下几种:法一:弹簧秤拉力差法:F浮=F1F2物体吊在空气中称得示数F1,在物浸在液(气)体中弹簧秤示数为F2法二:压力差法求浮力:F浮=F向
18、上F向下F向上、F向下分别表示浸入液体中的物体下表面、上表面受到的向上、向下的压力当上表面不受液体向下的压力时,即F向下=0时,如漂浮物,则F浮=F向上0,即大小等于下表面受到的压力。法三:漂浮或悬浮条件法:F浮=G物=m物g法四:用阿基米德原理法求浮力:F浮=G排=m排液g 或F浮=G排=液gV排 液为排开液体的密度,m排液为排开液体的质量,V排为物体排开液体的体积。法五:静止的沉底物或线吊着的平衡物体利用二力平衡条件法:沉底物:F浮=GN(N为底面支持力)线上吊着的物体:F浮=GT(T为向上的拉力)线下吊着的物体:F浮=G+T(T为向下的拉力)而实际运算分析中几种方法常综合运用,只需灵活运
19、用分析逐个求解。【例题精讲】例1. 如图所示,用手将一普通木块浸没在水中,已知木块上A点距水面0.2米,则A点受到水的压强为 帕。松手后,木块在露出水面前的过程中受到浮力的大小 _(选填“变小”、“不变”或“变大”);木块在露出水面后静止时重力与浮力的合力为 牛。【答案】1960;不变; 0【解析】根据液体压强公式P=gh可算。木块漏出水面前排开液体的体积不变,所以根据浮力公式F=gV排可知浮力不变。物体受力平衡时处于静止或者匀速直线运动状态,合外力为0.例2.一金属块挂在弹簧秤下,放在空气中称时示数F1为29.4牛,把它浸没在水中称时,读数为F2=19.6牛;若把此金属块浸没在液体中,弹簧秤
20、示数F3为9.8牛:求:(1)金属块受到水的浮力F浮1;(2) 金属块的体积V物和密度物;(3) 液体密度液;(4) 若浸没在液体中时,剪断拉线,金属块沉底时底的支持力N多大?【答案】(1)F浮1=9.8N;(2)V物=110-3m3,物=3103kgm3;(3)液=2103kgm3;(4)N=9.8N【解析】(1)水中浮力用拉力差F浮1=F1F2(2)利用求得的水中浮力求排开水的体积:V排=F浮水g=F1F2/水g,浸没时V物=V排水= F1F2/水g ,再用金属块G物=金gV物 ,所以金=G/gV物=F1水/F1F2(3)浸没在液体中时,F浮2=F1F3,又F浮2=液gV排液 且V排液=V
21、物代入求液= F1F3/ gV物=( F1F3)水/ F1F2(4)若物体沉底时据沉底条件:F浮2+N=G 求得N=GF浮2=F1(F2F3)=F3例3.一边长为10cm的正方体,质量是7.9kg,用弹簧测力计吊入水中,上表面距水面1m,求(1)这个物体在水中受到水的浮力;(2)弹簧测力计的示数。【答案】(1)F浮=9.8N;(2)F拉=67.62N【解析】求这个物体受到的浮力可以用压力差法,也可以用原理法;第2问可用平衡法,正方体在重力、浮力、拉力三个力的作用下平衡。【巩固测试】1.用线系住一个石块,提住线将石块放到水中。在石块从接触水面到全浸入水中的过程中,线的拉力将_ (填变化情况);石
22、块浸没水中后,继续往下放石块,在石块未接触容器底之前,线的拉力将 (填变化情况)。【答案】变小;不变2.潜水艇在海水里匀速竖直上浮过程中(未露出海面),下面说法确的是( )A. 浮力变大,重力小于浮力 B. 浮力不变,重力小于浮力C. 浮力不变,重力等于浮力 D. 浮力和重力同时变小,但浮力和重力始终相等【答案】C3.体积是50cm3,质量是45g的物体,将其缓缓放入装满水的烧杯中,物体静止后,溢出水的质量是_g将其缓缓放入装满酒精的烧杯中,溢出酒精的质量是_g(酒0.8103kg/m3)【答案】45;40五、浮力的实验【知识梳理】1. 称重法验证阿基米德原理 实验过程如下图所示由受力分析法可
23、得F浮=G物-F拉对溢水杯满足G溢=G排由实验可得满足F浮=G排,则验证了阿基米德原理。2. 排水法验证阿基米德原理实验目的:定量研究浸在液体中的物体受到的浮力与排开液体所受重力之间的关系;实验器材:弹簧测力计、量筒、物体、细线和水;实验步骤:(1)在弹簧测力计下端用细线悬挂一物体,记下示数F1,即物体所受重力。 (2) 在量筒中盛适量水,记下水面示数V1。 (3) 将物体浸没在水中,记下水面示数V2及弹簧测力计示数F2。 (4) 物体所受的浮力表达式F浮=F1-F2,(V2-V1)表示物体排开液体的体积,如果用水表示水的密度,那么G排的表达式为G排=水g(V2-V1),比较两式的关系。3.
24、两个实验的应用称重法应用探究弹簧测力计的示数与哪些因素有关,根据受力分析可知弹簧测力计的示数与物体的重力和物体受到的浮力有关。排水法应用探究浮力的影响因素,根据阿基米德原理可知物体受到的浮力与物体排开液体的体积和液体的密度有关。【例题精讲】例1.为了研究“在水中会下沉的金属块是否受到浮力”,某小组同学利用实心合金块、弹簧测力计、小烧杯和装满水的溢杯等器材进行实验。他们先用细线将合金块悬挂在测力计下,然后将合金块浸入在水中不同的深度。当合金块分别在空气中和水中不同的深度处保持静止时,测力计的示数和小烧杯中的水量如图(a)、(b)、(c)和(d)所示。 分析、比较图(a)、(b)或(a)、(c)或
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