浮力:
(1)定义:浸在液体中的物体受到向上托的力叫做浮力。
(2)施力物体与受力物体:浮力的施力物体是液体 (或气体),受力物体是浸入液体(或气体)中的物体。
(3)方向:浮力的方向总是竖直向上的。
阿基米德原理:(1)原理内容:浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
(2)公式:
,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,g取9.8N/kg。
浮力大小跟哪些因素:有关浸在液体中的物体受到浮力的大小,跟物体浸入液体中的体积有关,跟液体的密度有关,跟物体浸入液体中的深度无关。跟物体本身密度大小无关。
阿基米德原理的五点透析:(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;二是物体的一部分体积浸入液体里,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
排是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<V
物。
(4)由
可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开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、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ρ
液应该为ρ
气。
控制变量法探究影响浮力大小的因素: 探究浮力的大小跟哪些因素有关时,用“控制变量法”的思想去分析和设计,具体采用“称量法”来进行探究,既能从弹簧测力计示数的变化中体验浮力,同时,还能准确地测出浮力的大小。
例1小明在生活中发现木块总浮在水面,铁块却沉入水底,因此他提出两个问题:
问题1:浸入水中的铁块是否受到浮力?
问题2:浮力大小与哪些因素有关?
为此他做了进一步的猜想,设计并完成了如图所示实验,
(1)(b)、(c)图中弹簧测力计示数均小于(a)图中弹簧测力计示数,说明浸入水中的铁块__(选填 “受到”或“不受到”)浮力;
(2)做___(选填字母)两次实验,是为了探究铁块浸没在水中时所受浮力大小与深度是否有关;
(3)做(d)、(e)两次实验,是为了探究浮力大小与 __的关系。
解析(1)物体在水中时受到水向上托的力,因此示数会变小。
(2)研究浮力与深度的关系时,应保持V
排和ρ
液不变,改变深度。
(3)在V
排不变时,改变ρ
液,发现浮力大小改变,说明浮力大小与ρ
液有关。
答案(1)受到(2)(c)、(d)(3)液体密度
公式法求浮力: 公式法也称原理法,根据阿基米德原理,浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力(表达式为:F
浮=G
排=ρ
液gV
排)。此方法适用于所有浮力的计算。
例1一个重6N的实心物体,用手拿着使它刚好浸没在水中,此时物体排开的水重是10N,则该物体受到的浮力大小为____N。
解析由阿基米德原理可知,F
浮=G
排=10N。
答案10
实验法探究阿基米德原理: 探究阿基米德原理的实验,就是探究“浮力大小等于什么”的实验,结论是浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。实验时,用重力差法求出物体所受浮力大小,用弹簧测力计测出排开液体重力的大小,最后把浮力与排开液体的重力相比较。实验过程中注意溢水杯中的液体达到溢口,以保证物体排开的液体全部流入小桶。
例1在探究“浮力大小等于什么”的实验中,小明同学的一次操作过程如图所示。
(1)测出铁块所受到的重力G铁;
(2)将水倒入溢水杯中;
(3)把铁块浸入溢水杯中,读出弹簧测力计示数F;
(4)测出小桶和被排开水的总重力G;
(5)记录分析数据,归纳总结实验结论,整理器材。
分析评估小明的实验,指出存在的问题并改正。
解析:在探究“浮力大小等于什么”的实验中,探究的结论是浮力的大小等于物体排开的液体所受到的重力,所以实验时,需要用弹簧测力计测出铁块受到的浮力和它排开水的重力进行比较得出结论,因此实验过程中需要测空小桶的重力G
桶,并且将溢水杯中的水加至溢水口处。
答案:存在的问题:
(1)没有测空小桶的重力 (2)溢水杯的水量不足
改正:(1)测空小桶的重力G
桶(2)将溢水杯中的水加至溢水口处
浮力知识梳理:
曹冲称象中的浮力知识: 例曹冲利用浮力知识,巧妙地测出了大象的体重。请你写出他运用的与浮力有关的知识_____、 ____,另外,他所用到的科学研究方法是:_____和______.
解析:曹冲称象的过程是首先把大象放在船上,在水面处的船舷上刻一条线,然后把大象牵上岸。再往船上放入石块,直到船下沉到船舷上的线再次与水面相平时为止,称出此时船上石头的质量即为大象的质量。两次船舷上的线与水面相平,根据阿基米德原理可知,为了让两次船排开水的体积相同,进而让两次的浮力相同,再根据浮沉条件,漂浮时重力等于浮力可知:船重+大象重=船重+石头重,用多块石头的质量替代了不可拆分的大象的质量,这是等效替代法在浮力中的一个典型应用。
答案:浮沉条件 阿基米德原理 等效替代法化整为零法
密度知识的应用:
应用 |
适用范围 |
方法 |
求物体的质量 |
不便于直接称量质量的物体 |
(1)查出该物质的密度ρ,测出体积V (2)根据ρ=m/v的变形公式m=ρV,求出质量 |
求物体的体积 |
形状不规则或不便于直接测量体积的物体 |
(1)查出物质的密度ρ,用天平测出其质量 (2)根据ρ=m/V的变形公式V=m/ρ求出体积 |
求物质的密度 |
鉴别物质 |
(1)根据ρ=m/v算出物质的密度 (2)对照密度表,鉴别出什么物质 |
密度的应用:
密度的应用主要有四个方面:①选择材料;②鉴别物质;③由体积求质量;④由质量求体积。
1.选材料问题例1 在生产和生活中,人们常以密度作为所选材料的主要考虑因素,如:用密度较小的铝合金作为飞机外壳的主材料等。下面属于主要从密度的角度考虑选材的是( )
A.用塑料做电源插座的外壳
B.用塑料泡沫做成表演场景中滚落的“石头”
C.用水作为汽车发动机的冷却液
D.用橡胶做汽车轮胎
解析:用塑料泡沫做成表演场景中滚落的“石头”,利用了塑料泡沫密度小的特性。
答案:B
2. 鉴别物质问题(详见【密度与物质鉴别知识点】)
3. 求质量问题例3一块石碑的体积为5米
3,取一小块作为这块石碑的样品,测得它的质量是130克,用量简装入100厘米
3的水,再把石碑样品完全浸入水中,水面升高到150厘米
3处,请你根据以上数据,计算出整块石碑的质量为__kg。
解析:石碑密度
所以石碑总质量
答案:1.3×10
44. 求体积问题例4“五·一”黄金周,征征和妈妈到无锡旅游,买了一只宜兴茶壶,如图所示。她听说宜兴茶壶是用宜兴特有的泥土材料制成的,很想知道这种材料的密度。于是她用天平测出壶盖的质量为44.4g,再把壶盖放入装满水的溢水杯中,并测得溢出水的质量是14.8g。
(1)请你帮征征算出这种材料的密度是多少?
(2)若测得整个空茶壶的质量为159g,则该壶所用材料的体积为多大?
解析:(1)
=14.8cm
3答案:(1)3.0g/cm
3(2)53cm
3密度的特殊用途:
密度的特殊用途密度的特殊用途是根据需要选取不同密度的物质作产品的原材料。铅可用作网坠,铸铁用作落地扇的底座、塔式起重机的压铁等,都是冈为它们的密度比较大。铝合金用来制造飞机,玻璃钢用来制造汽车的外壳,泡沫塑料用来制作救生器件,氢气、氦气是气球的专用充气材料等,都因为它们的密度比较小。
怎样判断物体是否空心:
判断物体是实心还是空心,解决问题的方法很多,实质上都是根据密度的定义式,比较实际物体与实心物体的质量、体积或密度之间是否存在差异,即:比较质量法、比较体积法或比较密度法。如果存在差异,则实际物体为空心物体。
1.如果物体是实心的,则该物体的密度应该和组成物体的物质密度相同。因此只要用“比较密度法”比较,即可确定该物体的空实性。
2.假设物体是实心的,可以由求得等质量实心物体的体积是多少,再跟该物体的真实体积相比较,即可确定物体的空实性,这种方法称为“比较体积法”。
3.假设物体是实心的,可以由m=ρV求得等体积的实心物体的质量是多少,再跟该物体的真实质量相比较,即可确定物体的空实性,这种方法称为“比较质量法”。
力作用的相互性的概念:力的作用是相互的一个物体对另一个物体施加作用力的同时,这个物体也同时受到来自对方的作用力。也就是说,物体问力的作用是相互的,施力物体同时也是受力物体。 [如图(a),(b)]
作用力反作用力的概念:物体间力的作用是相互的,相互作用的两个力互为作用力和反作用力。
正确理解力的相互性:相互作用的两个力主要有以下四点:
1. 力是物体埘物体的作用;
2. 物体间力的作用是相互的,施力物体与受力物体同时存在;
3. 一个物体对另一个物体施加力的作用有两种方式,一种是由物体直接(接触)作用,另一种是物体之间的间接(不接触)作用;
4. 物体间力的作用是同时产生、同时消失的,没有先后之分。
作用力和反作用力具有以下特点: 1.大小相等、方向相反、在同一直线上,但作用在两个物体上。
2.同时产生,同时消失,同时增大,同时减小。
3.性质相同,如小孩推墙时,对墙的作用力为弹力,则墙对小孩的反作用力也一定是弹力,绝不会是其他性质的力。
归纳:(1)“有利”摩擦:增大摩擦的方法:增加接触面的粗糙程度;增大压力;使滚动变为滑动。
(2)“有害”摩擦:减小摩擦的方法:减少粗糙面的粗糙程度;减小压力;变滑动为滚动;使物体接触面稍稍分离。
增大,减小摩擦:
增大有益摩擦的方法 |
(1)增大接触面的粗糙程度,如汽车轮胎做上花纹; (2)增大压力,如骑白行车捏闸的力越大,摩擦力越大; (3)变滚动为滑动,如汽车急刹车时车只滑不滚; (4)变湿摩擦为干摩擦 |
减小有害摩擦的方法 |
(1)使接触面变光滑; (2)减小压力; (3)用滚动代替滑动; (4)使接触面分离; (5)变干摩擦为湿摩擦 |
摩擦力不都是阻力: 不能把摩擦力只看做是一种阻力,有时可以是动力。例如.放在卡车上的货物,随卡车一起加速运动时,货物受到的静摩擦力是阻碍它和卡车相对滑动,但却是使它能够随卡车一起运动的动力。传送带运送货物时,如图所示,当电动机刚启动时,物体随传送带向右运动:物体就是依靠传送带对它的摩擦力才能运动的,在刚开始加速运动的时间内,物体受到的摩擦力方向与物体的运动方向一致。一旦物体在水平传送带上做匀速直线运动时,物体与传送带之间就没有了相对运动或相对运动的趋势,物体与传送带之间也就没有了摩擦力。这里,传送带也是靠与皮带轮的摩擦转动的。另外人走路、汽车启动都靠摩擦,这时摩擦是有益的。
分类:杠杆可分为等臂杠杆,省力杠杆,费力杠杆等。
各类杠杆的特点:
杠杆种类 |
力臂关系 |
省、费力情况 |
省、费距离情况 |
举例 |
省力杠杆 |
L1>L2 |
F1<F2 |
费距离 |
手推车,铡刀 |
费力杠杆 |
L1<L2 |
F1>F2 |
省距离 |
镊子,钓鱼竿 |
等臂杠杆 |
L1=L2 |
F1=F2 |
相同 |
天平 |