2020-2021学年10.1 浮力导学案

10.1 浮力

学习目标

1. 认识一切浸在液体中的物体都要受到浮力的作用，浮力的方向是竖直向上的。

2．能认识浮力产生的原因。

3．会用弹簧测力计测量浮力的大小

4．初步探究浮力大小跟它浸在液体中的体积有关，跟液体的密度有关。

学习重难点

【学习重点】

经历浮力大小和哪些因素有关的探究过程，掌握浮力跟哪些因素有关。

【学习难点】

浮力产生的原因。

学习过程

【自主预习】

1．浮力：浸在液体(或气体)里的物体受到液体(或气体)对物体向上的力，这个力叫做浮力。

2．浮力的方向：竖直向上，与重力方向相反。

3．测量浮力的一种方法——“称重法”即F浮=_G一F。

4．浮力产生的原因是物体上下表面所受的压力差．F浮=_F向上一 F向下

5．浮力的大小只跟液体的密度和_排开液体的体积的体积有关。

6．在液体密度不变时，排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大：在排开液体的体积相同时，液体的密度越大，物体受到的浮力越大。

【合作探究】

探究一：浮力的概念

活动：认识浮力

（1）用手把乒乓球按入水中后松开手，仔细观察会出现什么现象？

（2） 把苹果从水中托出，有什么感觉？

现象：（1）乒乓球按入水中，松开手后，乒乓球上浮至水面上。

（2）感觉苹果在水中变轻了，托出水中，在空气中要重些.

分析：乒乓球和苹果在水中，除了受到重力的作用外，还受到浮力作用。

问题：在水中沉底的石块和金属块会受到浮力的作用吗？

实验：探究下沉的物体是不是受浮力

(1)用弹簧测力计测出一个铝块所受的重力G。受力示意图如甲图。

（2）当用手向上托铝块时，测力计示数会变小。

（3）把铝块浸没入水中，测力计示数变小，说明物体受到了向上的力。受力示意图如图乙所示。

         （1）       甲               （2）                   （3）        乙

由实验看出，物体在水中弹簧测力计减小的示数就是液体对它的竖直向上的浮力。

由此，可以用“称重法”计算浮力：

F浮：物体所受浮力大小；G物 ：物体在空气中的重力；F拉：物体浸在液体中，弹簧测力计的示数：F浮=G物-F拉  。

结论：下沉的物体受到浮力的作用。

1．浸在液体中的物体受到液体对物体向上托的力叫浮力

2．用弹簧测力计测浮力：F浮 =G物 -F拉

做一做：用线把木块系好，拉入水中，观察线的方向？

现象：线受到向上的拉力，处于竖直方向。

3．浮力的方向： 竖直向上。

探究二：浮力产生的原因

做一做：乒乓球能浮起来吗？

（1）将瓶盖去掉，乒乓球放入瓶内堵在瓶口，向瓶里倒水，乒乓球能否浮起？

（2）将瓶盖拧上，乒乓球能否浮起？

实验现象：开始倒水时，乒乓球被压在瓶口没浮起来，一拧上瓶盖，乒乓球立即上浮。

实验分析：没瓶盖时，乒乓球受到水向下的压力，下面没有水，不受水的压力。拧上瓶盖后，受到向上的压力，乒乓球受浮力而浮起。

1.浮力产生的原因：物体上下表面所受的压力差。

2.理论分析：浸没在液体中长方体，各个方向都受到液体对它施加的压力。上表面距离水面h1，下表面距水面的深度为h2，请同学们完成以下分析：

(1)物块上表面受到的液体的压强p1=_ρgh1，压力F1=__ρgh1S__，方向_竖直向下。 

(2)物块下表面受到的液体的压强p2=__ρgh2__，压力F2=__ρgh2S_，方向竖直向上。 

(3)相对的侧面受到的压强大小相同，压力大小相同(均选填“相同”或“不同”)，压力相互平衡(选填“相互平衡”或“不平衡”)。

 (4)由于h2>h1，物块上下表面的受力面积相同，所以液体对物块向上的压力F2_大于_(选填“大于”“等于”或“小于”)液体对它向下的压力F1。液体对物体上、下两面的压力差，就是液体对物体的浮力。

3. 压力差法计算浮力：F浮= F向上-F向下 

探究三：决定浮力大小的因素

问题：浮力的大小跟什么因素有关呢？

猜想：1.木块在水中漂浮，铁块在水中下沉：可能跟物体的密度有关。

2.人在一般水中下沉，在死海中却能漂浮：可能跟液体密度有关。

3.用手将空易拉罐按入水中，当它浸入水中的体积越大，手感觉到的浮力也越大：可能跟浸入液体中体积有关。

实验：探究浮力的大小跟哪些因素有关

（1）实验方法：控制变量法。

（2）实验器材：弹簧测力计、烧杯、水槽、圆柱体组、水、酒精、浓盐水

（3）进行实验：

<1>探究浮力与物体浸没后的深度的关系

①用弹簧测力计测量出物体的重力G；

②将物体逐渐浸入水中，读出弹簧测力计的示数；

③改变物体在水中的深度，读出弹簧测力计的示数；

④比较弹簧测力计示数的变化情况。

结论：浮力大小与物体浸没水中后的深度无关。

<2>探究浮力与物体浸在液体中的体积的关系：

①用弹簧测力计测量出物体的重力G；

②         将物体部分浸入在水中，读出弹簧测力计的示数；  

③         把物体浸在水中体积再大一些，读出弹簧测力计的示数；

④         把物体浸没水中，读出弹簧测力计的示数。

结论：在同一液体中，物体浸在液体中的体积越大，浮力越大。

<3>浮力与液体密度的关系

①用弹簧测力计测量出物体的重力G；

②将石块分别浸没在酒精、水和盐水中，读出弹簧测力计的示数；

③比较弹簧测力计示数的变化情况。

结论：物体排开液体体积一定时，液体密度越大，浮力越大。

探究归纳：浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积有关。在液体密度不变时，排开液体的体积越大，物体受到的浮力越大：在排开液体的体积相同时，液体的密度越大，物体受到的浮力越大。

【精讲点拨】

(1) 在液体中下沉的物体也受到浮力的作用；在气体中的物体也受到竖直向上的浮力的作用。

(2)浸在液体中的物体不一定都受到浮力的作用。如物体下表面与容器底部完全紧密接触，下表面没有受到向上的压力，故不受浮力的作用。

(3)浸在液体中包括“全部浸入”(即浸没)或“部分浸入”两种情况。

【归纳整理】

导学检测

1.下列物体中，不受浮力作用的是（　　）

A．在水中下沉的铁块 B．在水中的桥墩

C．浮在水面上的轮船 D．空中上升的气球

【答案】B

【解析】ACD．在水中下沉的铁块和浮在水面上的轮船受到液体的浮力，空中上升的气球，受到气体的浮力，故ACD不符合题意；

B．桥墩由于底面埋在地下，其底面不与水接触，因此桥墩没有受到水对其向上的压力，故桥墩不受浮力作用，故B符合题意。故选B。

2.如图是探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验步骤之一，弹簧测力计的示数为______N；若石块重2.6N，则它所受浮力为______N。

【答案】    (1). 1.6   ； (2). 1

【解析】[1]由图可知，弹簧测力计的分度值是0.1N，弹簧测力计的示数是1.6N。

[2]它所受浮力：F浮=G-F=2.6N-1.6N=1N

3.2020年6月我国深潜器在马里亚纳海沟下潜深度达10907m时，它受到水的压强是______Pa。深潜器在下潜过程中浮力______（变大、变小或不变）。（ρ水=1.0×103kg/m3）

【答案】(1). 1.0907×108Pa  ；  (2). 不变

【解析】[1]它受到水的压强：p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg ×10907m=1.0907×108Pa

[2]浮力大小与排开液体的体积和液体的密度有关，与浸没的深度无关；排开液体的体积不变，故深潜器在下潜过程中浮力不变。

4.弹簧测力计通过细线吊着一个金属块，静止时弹簧测力计的示数如图甲所示，则金属块的重力是_____N。如图乙所示，将金属块浸没在水中，静止时弹簧测力计的示数是1.6N。则金属块在水中受到的浮力是______N。

【答案】    (1). 2.8N ；   (2). 1.2N

【解析】[1]由图甲可知，弹簧测力计的示数为2.8N，根据二力平衡条件，可得金属块的重力是2.8N。

[2]根据称重法求浮力可得，金属块在水中受到的浮力：

5．如图甲所示，小聪课余时间用弹簧测力计做浮力实验。他用弹簧测力计挂着实心圆柱体，圆柱体浸没在水中且不与容器壁接触，然后将其缓慢拉出水面，弹簧测力计示数随圆柱体上升距离的变化情况如图乙，g取10N/kg，则圆柱体的重力为　   　N，圆柱体受到的最大浮力是　   　N。

【答案】（1）2；（2）0.4。

【解析】（1）由图乙可知，当上升高度在20cm以上，圆柱体脱离水面，弹簧测力计示数F示1＝2N，此时圆柱体处于空气中，圆柱体的重力G＝F示1＝2N；

（2）由图乙可知，圆柱体上升高度在0～10cm时，圆柱体浸没水中，此时弹簧测力计示数F示2＝1.6N，此时圆柱体受到的浮力最大，其大小为F浮最大＝G﹣F示2＝2N﹣1.6N＝0.4N。

6.将细线一端固定在烧杯底部，另一端固定在乒乓球上。烧杯加水后静止在斜面上，如图所示。不计乒兵球的重力，请以球心为作用点画出乒乓球受到的浮力和拉力的示意图。

【答案图】

【解析】不计重力的作用，乒乓球受到的向上的浮力向下的拉力一对平衡力，根据力的示意图的画法，如上图所示。

7.为了检验“浸没在液体中的固体所受浮力与固体形状有关”的猜想是否正确，小明选用了弹簧测力计、细线、装有适量水的大烧杯和50g橡皮泥块。

（1）将橡皮泥块捏成长方体，用细线系住挂在弹簧测力计上浸没于水中，弹簧测力计示数为0.3N，这时橡皮泥块受到水的浮力为_______N（g取10N/kg）。

（2）取出橡皮泥块捏成圆柱体，再浸没于水中的不同深度，弹簧测力计示数均为0.3N，说明：浮力的大小与物体浸没的深度______（选填“有关”或“无关”）。

（3）小明的实验证明，上述猜想是_____（选填“错误”或“正确”）的。

【答案】（1）0.2  ； （2）无关；    （3）错误。

【解析】(1)[1]将橡皮泥块捏成长方体，用细线系住挂在弹簧测力计上浸没于水中，弹簧测力计示数为0.3N，这时橡皮泥块沿竖直方向在向上的弹簧拉力、向上水的浮力及向下的重力作用下平衡，则受到水的浮力为

(2)[2]物体所受浮力与其排出液体的体积有关，取出橡皮泥块捏成圆柱体，再浸没于水中的不同深度，弹簧测力计示数均为0.3N，此时浮力仍为0.2N，故说明浮力的大小与物体浸没的深度无关。

(3)[3]小明的实验中改变了橡皮泥的形状，但其质量不变，实心体的体积不变，浸没在水中后弹簧的拉力也不变，故所受水的浮力不变，故可证明关于“浸没在液体中的固体所受浮力与固体形状有关”的猜想是错误的。

8.某水底打捞作业中，需将一长方体石柱从水底匀速打捞出水，如图所示是吊车钢丝绳拉力F随石柱下表面距水底深度h变化的图像，（水的阻力忽略不计，）求：

（1）石柱浸没在水中受到的浮力；

（2） 在水底时石柱上表面受到的水的压强。

【答案】（1）5 000 N  （2）30 000 Pa

【解析】（1）由图知，石柱的重力为G=12 500 N；

浸没在水中受到的拉力为：F=7 500 N；

浸没在水中受到的浮力为：F浮=G–F=12 500 N–7 500 N=5 000 N；

（2）在水底时石柱上表面距水面的深度为：h=h2–h1=5 m–2 m=3 m

此时受到水的压强为：p=ρgh=1×103 kg/m3×10 N/kg×3 m=3×104 Pa；