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我们如何判断一个物体在水中的沉浮状态呢?

初中物理我们学习了浮力,那么到底什么是浮力?浮力是怎样产生的呢?我们如何判断一个物体在水中的沉浮状态呢?

一、什么是浮力?

平时我们将一个木块放入水中,松开手后,木块会上浮,说明木块受到水对它向上的浮力;可将一石块放入水中,松开手后,它会下沉,石块受不受浮力的作用呢?为了验证石块也受到浮力的作用,我们只要将石块挂在弹簧秤下,测出石块在空气中时弹簧秤的示数和石块在水中时弹簧秤的示数进行比较就行了,如图1所示。会发现,石块在空气时对弹簧秤的拉力F1大于石块在水中时对弹簧秤的拉力F2,这说明,石块在水中时,水对它施加了一个向上托的力,这就是浮力。可见计算浮力大小的公式可表示为:F浮=F1-F2。

物体受到水的浮力

【例题】一个1牛顿的钩码,挂在弹簧秤钩上.当钩码浸没在水里时,弹簧秤的示数是0.87牛顿.此时钩码受到的浮力是(  )

A.0.13牛顿 B.1.87牛顿 C.0.87牛顿 D.1牛顿

【考点】浮力大小的计算.菁优网版权所有

【分析】对钩码进行受力分析,由平衡条件可以求出钩码受到的浮力.

【解答】钩码浸没在水中时,受到竖直向下的重力G、竖直向上的弹簧秤的拉力F、竖直向上的浮力F浮,处于平衡状态,由平衡条件可得:G=F+F浮,

所以浮力F浮=G﹣F=1N﹣0.87N=0.13N.

故选A.

【点评】本题考查了求钩码受到的浮力问题,对钩码正确受力分析、熟练应用平衡条件,即可正确解题.

二、浮力是怎样产生的?因为液体内部有压强,所以浸入液体内部物体的上下两表面受到的压强是不相等的,以边长为a的正方体为例,如图2所示。

水的浮力产生的原因

底面B浸入液体更深的位置,液体对它的压强要大于对上表面A的压强,因为它们的面积相等,所以液体对物体下表面的向上的压力要大于液体对上表面向下的压力,这两个压力的差就是浮力的大小,其方向竖直向上。由此可知,计算浮力大小的公式为:F浮=F向上-F向下。如果物体只受液体对它向下的压力,向上的压力为零,则物体不受浮力的作用。如用塞子塞住水槽下面出水口,水槽中注满水时,如图3所示,虽然塞子的上表面受到水向下的压力,但下表面由于没有浸在水中,故没有水对它产生向上的压力,所以塞子不受浮力的作用。

浸入水底时受到的浮力

【例题】如图所示,A和B是能自由运动的正方体,C和D是容器自身凸起的一部分,现在往容器中注入一些水,则下列说法中错误的是(  )

水中不同位置的物体受到水的浮力情况

A.A物体一定受到浮力作用 B.B物体一定受到浮力作用

C.C部分一定受到浮力作用 D.D部分一定受到浮力作用

【考点】浮力产生的原因.菁优网版权所有

【分析】根据浮力产生的原因是液体(或气体)对物体上下表面的压力差;对A、B、C、D逐一分析即可.

【解答】

A、由图知,水对A物体的上下表面都有压力,有向上和向下的压力差,所以A物体一定受浮力的作用,故A正确;

B、B物体的上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,则水对B物体有向上和向下的压力差,所以B物体也受浮力的作用,故B正确;

C、C物体的上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力(C是容器自身凸起的一部分),则水对C物体没有向上和向下的压力差,所以C物体不受浮力的作用,故C错误;

D、由图可知,水对D物体有向上和向下的压力差,所以D物体受浮力的作用,故D正确.

故选C.

【点评】此题考查了浮力产生的原因,明确物体上下表面是否产生了压力差是解答此题的关键.

三、实验研究物体的浮沉条件物体在液体中到底是下沉还是上浮,要看它所受力的大小。如果物体受到向上的浮力大于向下的重力,则它会下沉;如果浮力小于重力,它会下沉;如果浮力等于重力,它就会停留在液体的任何深度。

【例题】小王同学做“改变物体的浮沉状态”的实验.他将一个小木块和一个带盖的小玻璃瓶放入水中,木块和玻璃瓶都漂浮在水面上.他再将木块和玻璃瓶都捞出,把木块装入玻璃瓶后盖好瓶盖,再投入水中,玻璃瓶将(  )

A.一定漂浮在水面 B.一定悬浮在水中

C.一定沉入水底 D.都有可能

【考点】物体的浮沉条件及其应用.菁优网版权所有

【分析】浮沉条件:浸没在液体中的物体受到的浮力大于其重力时,物体会上浮,最终漂浮在液面上;小于其重力时,会下沉;等于其重力时,物体悬浮.

【解答】将一个小木块和一个带盖的小玻璃瓶放入水中,木块和玻璃瓶都漂浮在水面上.他再将木块和玻璃瓶都捞出,把木块装入玻璃瓶后盖好瓶盖,再投入水中时,若玻璃瓶和木块的总质量大于浮力时,玻璃瓶将下沉;若玻璃瓶和木块的总质量等于浮力时,玻璃瓶将悬浮或漂浮,故都有可能,故D正确.

故选D.

【点评】考查的是学生对物体浮沉条件的理解和掌握,通过比较物体重力和浮力的关系,可以得出物体的浮沉.

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