第九章 浮力与升力
9.1 认识浮力
新知1 浮力
如图9－1－1甲所示，将一石块悬挂在弹簧测力计的下端，此时弹簧测力计的示数等于石块所受的重力. 当我们用手向上托石块时，会看到弹簧测力计的示数变小，如图9－1－1乙所示. 当将石块浸没于水中时，如图9－1－1丙所示，会看到弹簧测力计示数变小，说明石块也受到一个向上的托力. 将石块浸没到煤油或酒精等液体中时，也会得到同样的结果.
通过实验可以看出，不论物体漂浮在液面上还是浸没在液体中，物体都会受到液体对它施加的一个向上的托力. 浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)向上的托力，叫做浮力. 根据二力平衡可知浮力的方向总是竖直向上的. 例题精讲
【例1】下列物体没有受到浮力作用的是( )
A.在水中嬉戏的小鸭 B.在蓝天飞翔的老鹰 C.深海潜游的鲸鱼 D.深入河底的桥墩 举一反三
如图9－1－2所示. 将重为G的铝块挂在弹簧测力计上，当它浸没在水中时，弹簧测力计的示数为F. 则铝块所受的浮力大小为 ( )
A. G B. F C. G＋F D. G－F
新知2 浮力产生的原因
浮力产生的原因：液体对物体向上和向下的压力差就是液体对物体的浮力，即F浮＝F下－F上. 如图9－1－3所示，浸没在水中的长方体，左、右两个侧面和前、后两个侧面相对应的部位，距液面的深度相同，水对它们的压强相等，因而它的左、右两侧面和前、后两侧面受到的压力大小相等、方向相反，所以木块不向前后、左右运动.
由于上表面距液面的深度小于下表面距液面的深度，所以它们受到水的压强不同，下表面受到水的压强大于上表面受到水的压强. 上、下表面面积相等，所以下表面受到水的竖直向上的压力大于上表面受到水的竖直向下的压力. 上、下表面的压力差就是浮力. 注意 物体在气体中也受到浮力.
1
例题精讲
【例2】如图9－1－4所示，A、B是能自由移动的物体，C、D是容器自身凸起的一部分，现往容器里注入一些水，则下列说法错误的是( )
A. A物体一定受浮力作用 B. B物体一定受浮力作用 C. C物体一定受浮力作用 D. D物体一定受浮力作用 举一反三
一均匀的长方体浸没在液体中，如图9－1－5所示. 已知它的底面积为S，上表面所处深度为h1，下表面所处深度为h2，则长方体下表面所受到液体的压力表达式为 ；长方体上表面所受到液体的压力表达式为 ；浮力表达式为 . (液体密度ρ液和g为已知量)
新知3 影响浮力大小的因素
影响物体所受浮力大小的因素有两个方面：
(1)物体排开液体的体积. 物体浸入液体的体积越大，物体所受浮力越大，反之越小.
(2)物体所排开的液体的密度. 同一物体浸没在不同的液体中时，液体的密度越大，物体所受浮力越大，反之越小. 注意：当物体全部浸入液体时，物体排开液体的体积不再发生变化，随着物体浸入液体中深度增加，物体所受浮力不发生变化. 例题精讲
【例3】小明做“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验，步骤如图9－1－6所示.
(1)物体的重力为______N.
(2)比较图B和图_______得到的结论是物体浸入液体的体积越大，受到的浮力越大. (3)比较图C和图D得到的结论是___ _____________.
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举一反三
如图9－1－7所示，一只空饮料罐静止浮在烧杯的水面上，用手将它慢慢向下按，在向下”不变”或“减按的过程中，手用的力逐渐 ，说明空饮料罐受到的浮力逐渐 (填“增大“小”)，也说明物体受到的浮力大小与 有关.
9.2 阿基米德原理
新知1 浮力究竟有多大
(1)探究：物体受到浮力的大小与排开液体重力的关系. (2)进行实验：
①用弹簧测力计测出铁块所受的重力G； ②用弹簧测力计测出空杯重G杯；
③将铁块浸入杯内水中，记下弹簧测力计的示数F，则物体所受浮力F浮＝G－F； ④用弹簧测力计测出接水后的杯子重G′杯，则排开的水的重量G排＝G′杯－G杯；
⑤比较浮力F浮和排开的水重G排，分析得出结论：浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于排开液体的重力. 例题精讲
【例1】小英同学在探究“浮力的大小等于什么”时，做了如图9－2－1所示的实验，四步实验中弹簧秤的示数为F1、F2、F3、F4，下列等式正确的是( )
A. F浮＝F2－F3 B. F浮＝F4－F3 C. F浮＝F2－F1 D. F浮＝F2－F4
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举一反三
如图9－2－2所示，图A、B、C、D、E是“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验的五个步骤.
(1) 两步骤可计算出圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力F浮＝ N. 两步骤可得出物块排开水所受的重力G排. 比较F浮与G排，可以得到浮力的大小跟物块排开水所受重力的关系.
(2)如图9－2－3所示是圆柱体物块从水面缓慢浸入水中时，根据实验数据描绘出弹簧测力计示数F随物块浸入深度h变化的关系图象.
分析图象可得：当物块没有浸没之前，h增大时，弹簧测力计示数 (填“变大”“变小”或“不变”). 当h＝4 cm时，物块所受的浮力为 N，浸没后，h继续增大时，弹簧测力计示数为 N，该圆柱体物块的高度是 cm.
新知2 阿基米德原理
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所受的重力，这叫做阿基米德原理.
(1)阿基米德原理：浸在液体里的物体所受的浮力大小等于它排开的液体所受的重力. (2)公式：F浮＝G排＝ρ液gV排，式中ρ液表示液体的密度，V排是被物体排开的液体的体积. 应用阿基米德原理时，应注意以下几点：
(1)原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态：一是物体的全部体积都浸入液体里，即物体浸没在液体里；二是物体的一部分浸入液体里，另一部分露在液面以上.
(2)G排指被物体排开的液体所受的重力，F浮＝G排表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力.
(3)V排表示被物体排开的液体的体积，当物体全部浸没在液体里时V排＝V物，当物体只有一部分浸入液体里时，则V排 (4)由F浮＝ρ液gV排可以看出，浮力的大小只跟液体的密度和被物体排开的液体的体积这两个因素有关，而跟物体本身的体积、密度、形状、在液体中的深度、在液体中是否运动、液体的多少等因素无关. (5)阿基米德原理也适用于气体，但公式中的ρ液要改为ρ气. 例题精讲 【例2】如图9－2－4，对于水中正在上升的气泡，下列说法正确的是( ) A. 气泡受到水的压强变小、浮力变小 B. 气泡受到水的压强变小、浮力变大 C. 气泡受到水的压强变大、浮力变小 D. 气泡受到水的压强变大、浮力变大 举一反三 如图9－2－5所示，放在水平面上装满水的一溢水杯，水深为20 cm. 弹簧测力计挂着重为10 N的物块. 现将物块浸没在装满水的溢水杯中，静止后溢出水的质量为0.4 kg(g取10 N/kg). 求： (1)弹簧测力计的示数. (2)物体的密度. 新知3 阿基米德原理的应用 阿基米德原理公式F浮＝ρ液gV排可变形为因此阿基米德原理的应用可分成三类： (1)求物体所受浮力. (2)求物体浸入液体的体积. (3)求液体密度. 阿基米德原理的应用是中考的热点、重点. 同学们在学习时还应注意以下几点： (1)计算时单位要统一，其中V排要用m3. (2)解题步骤要规范，F浮＝ρ液gV排是阿基米德原理的定义公式， (3)注意用角标区分不同的物理量. 如ρ水、ρ酒精或V物、V排等 5 . 例题精讲 【例3】“五一”期间，宪宪出去旅游带回一个“小美人鱼”工艺品，他想知道这个工艺品的密度，于是进行了实验. 请你根据图9－2－6所示的实验数据推算(水的密度用ρ水表示，推算结果均用字母表示)： (1)工艺品此时所受的浮力. (2)工艺品的密度. 举一反三 某同学设计了如图9－2－7所示的装置测量盐水的密度，已知木块的重力为3 N，体积为500 cm3，当木块静止时弹簧测力计的示数为2.5 N，g＝10 N/kg，盐水密度是 kg/m3. (一切摩擦与阻力均忽略不计) 9.3 研究物体的浮沉条件 新知1 物体的浮沉条件 浸没在液体中的物体，它的浮沉取决于物体所受的重力和浮力的大小关系. 如果浮力大于重力时，则上浮；当浮力小于重力时，物体将下沉；当浮力等于重力时，物体悬浮. (2)在液体中上浮的物体，最终将会静止在液面上，即漂浮，静止在液面的物体受到的重力和液体对物体的浮力是一对平衡力. 注意 当浸没在液体中的物体受到向上的浮力大于物体所受重力(即F浮>G物)时，物体上浮，因此，上浮是物体全部浸没时的一种不平衡的状态. 在液体中上浮的物体，最终可以静止地浮在液面上，漂浮是部分物体浸入时的一种平衡状态；当F浮 例题精讲 【例1】某物理兴趣小组在研究物体沉浮条件时做过一个小实验，他们将一土豆放入水槽中发现其在水中悬浮，然后将几枚大头针完全插入土豆中后发现土豆( ) A. 下沉 B. 上浮 C. 悬浮 D. 漂浮 举一反三 同一个小球，先后放入四个盛有不同液体的容器中，静止时的位置如图所示. 四个容器中的液面到容器底面的距离相等，则容器底面受到液体压强最大的是 ( ) 新知2 物体浮沉条件的应用 (1)潜水艇： 潜水艇是极其重要的国防装备，在水中能够方便地实现浮沉，即能改变重力和浮力的大小关系，潜水艇是靠改变自身受到的重力来实现上浮和下沉的. 当打开阀门时，使高压空气进入压舱罐，将水排出，艇重变小，潜水艇上浮(F浮>G)；当潜水艇浮在水面上时，压舱罐里没有水，潜水艇浮在水面上航行(F浮＝G)；打开阀门，使水流压进舱罐，艇重变大，潜水艇下沉(F浮 利用浮筒打捞沉船时，先将浮筒注满水，沉在船底，并将其固定在沉船上；再向浮筒内输入高压气体，排出其中的水，使浮筒在浮力的作用下带动沉船上升. 例题精讲 ”不变”或【例2】普通潜水艇从海面下潜但未全部没入海水的过程中，它所受的浮力逐渐________(填“变大““变小”)；若潜水艇悬浮在海水中，当用压缩空气把水舱中的海水排出一部分时，潜水艇将________(填“上”不变”或“变小”). 浮”或“下沉”)；在露出海面之前，潜水艇所受的浮力将________(填“变大“ 7 举一反三 小晨设计了一个实验，用排水法测某实心金属块的密度. 实验器材有小空桶、溢水烧杯、量筒和水. 实验步骤如下： 图9－3－1 ①让小空筒漂浮在盛满水的溢水杯中，如图9－3－1甲； ②将金属块浸没在水中，测得溢出水的体积为20 mL，如图9－3－1乙； ③将烧杯中20 mL水倒掉，从水中取出金属块，如图9－3－1丙； ④将金属块放入小空筒，小空筒仍漂浮在水面，测得此时溢出水的体积为44 mL，如图9－3－1丁. 请回答下列问题： (1)被测金属块的密度是 g/cm3. (2)在实验步骤③和④中，将沾有水的金属块放入小空筒，测出的金属块密度将 (填“偏大”“不变”或“偏小”). 新知3 漂浮和悬浮的相同点和不同点 相同点：物体所受浮力和自身重力相等，即F浮＝G. 不同点：①漂浮的物体静止在液面上，即V排 C. 甲杯中鸡蛋受到的浮力比乙杯中鸡蛋受到的浮力小 D. 甲杯中鸡蛋受到的浮力比乙杯中鸡蛋受到的浮力大 8 举一反三 如图9－3－3所示，水平桌面上有甲、乙两个相同的烧杯，分别装有两种不同的液体，将两个相同的小球分别放在两烧杯中，小球静止时，两烧杯液面相平，下列判断正确的是 ( ) A. 甲烧杯中液体的密度小于乙烧杯中液体的密度 B. 甲烧杯中小球受到的浮力大于乙烧杯中小球受到的浮力 C. 甲烧杯对水平桌面的压强大于乙烧杯对水平桌面的压强 D. 甲、乙两烧杯底受到液体的压强相等 9.4 神奇的升力 新知1 流体的压强与流速的关系 (1)流体压强与流速的关系：流速大的地方压强小；流速小的地方压强大. (2)实验证实：如图9－4－2① 所示，向两张下垂的纸中间吹气，我们会看到吹气越急时纸条靠的越紧. 如图9－4－2② 所示，先用手托住乒乓球，然后用力向玻璃漏斗管内吹气，松开手后乒乓球也不会掉下来.根据这两个实验，我们得出结论：气体流速越大的位置压强越小. 推广到流体，我们可以得到一个普遍性的结论：流速越大的地方压强越小，流速越小的地方压强越大. 说明 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：前面我们学过的液体内部的压强和大气压强都是流体不流动时的压强，流体流动时产生的压强叫流体压强. 例题精讲 【例1】为探究液体的某些性质，大强和小红在老师的帮助下设计制作了如图9－4－3所示的玻璃装置，两人首先向水槽里灌满水，松开铁夹后，水流入a、b两管，待稳定后，比较a、b两管中水面高度关系，将会发现__________________，其原因是_________________；随后他们拔去右端的软木塞，装置中的水立即向外涌 出，此时再比较a、b两管中水面的高度关系，将会发现_______________，原因是________________. 举一反三 高速列车运行速度可达380 km/h. 为避免候车乘客被“吸”向列车的事故发生，站台上设有安全线，如图9－4－4所示，这是因为列车进站时车体附近 ( ) A. 气体流速大，压强小 B. 气体流速大，压强大 C. 气体流速小，压强小 D. 气体流速小，压强大 9 新知2 升力的产生 观察鸟的翅膀、飞机的机翼及水翼船的水翼会发现它们的结构都如图9－4－5甲所示. 原来就是这种结构，使鸟儿能在天上飞翔、飞机能够升空、水翼船的航速比一般船要快许多. 由于这种特殊的形状，气流经过上方的流速比下方的流速大(如图9－4－5乙所示)，根据流速与压强的关系，上方的空气压强比下方的空气压强小，于是由于压强差的存在就产生了向上的升力. 例题精讲 【例2】下列四种飞行器，在飞行时利用流体压强与流速关系获得升力的是( ) A. 热气球 B. 飞艇 C. 飞机 D. 火箭 举一反三 如图9－4－6所示，在雨中撑伞的行人，每当大风吹来，会有伞被向上“吸”的感觉，关于产生这一现象的主要原因，下列说法正确的是 ( ) A. 伞上方的空气流速大于下方 B. 伞上方的空气流速小于下方 C. 伞受到的空气浮力变大 D. 伞受到的空气浮力变小 新知3 升力在生活中的应用 (1)升力在轿车上的应用：随着人民生活水平的提高，人们对轿车的需求日益增多. 为了降低能源的消耗，科研者将轿车的外形设计成类似于飞机的机翼. 则轿车在行驶过程中减轻了对地面的压力，减小了摩擦，从而降低了能耗. (2)压强与流速的关系在家用喷雾器上的应用：家用喷雾器如图9－4－7所示，当推动筒内活塞时，可以使容器内的药液呈雾状向外喷出. 例题精讲 【例3】刘星坐在火车上，看到路旁的树木向后退去，他是以 为参照物的；火车行驶过程中，开了车窗，小明看到车内悬挂的窗帘向_______(填“车内”或“车外”)飘动，这是由于车外空气的流速大于车内，”小于”或“等于”)车外的气压而造成的. 车内的气压_______(填“大于“ 举一反三 教室的门关不紧，常被风吹开，小希在门与门框之间塞入硬纸片再关上，门就不易被风吹开，她这样做的道理是 . 为改善火车站地下通道的通风情况，小希设计了油气管道，并将管道上方遮雨盖的形状设计成图9－4－8中的形状，利用地面风实现自动抽气，其设计原理是 . 10 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容