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
体积:体积表示物体所占空间的大小,用字母V,来表示。
体积的单位也采用国际制单位,有立方米(m
3)、立方分米(dm
3)、立方厘米(cm
3)。换算关系为:1m
3= 1000dm
3:1dm
3=1000cm
3;1m
3=10
6cm
3。
容积:
容积是指容器内部窄间的大小,容积单位有升 (L)、毫升(mL)。
换算关系为:1L=1000mL。与体积单位的对应关系是1L=1dm
3;1mL=1cm
3。
量筒:1. 量筒的使用: ①量筒的规格量筒是用来量取液体体积的一种玻璃仪器,一般规格以所能度量的最大容量(mL)表示,常用的有10mL,20mL,25mL,50mL,100mL,250mL、500mL,1000mL等多种规格。
②量筒的选择方法:
量筒外壁刻度都是以mL为单位。10mL量筒每小格表示0.1mL,而50mL量筒有每小格表示1mL或0.5mL的两种规格。可见,绝大多数的量筒每小格是量筒容量的1/100,少数为1/50。
量筒越大,管径越粗,其精确度越小,由视线的偏差所造成的读数误差也就越大。
所以,实验中应根据所取溶液的体积,尽量选用能一次量取的最小规格的量筒。分次量取会引起较大误差。如量取70mL液体,应选用100mL量筒一次量取,而不能用10mL量筒量取7次。
③液体的注入方法
向量筒里注入液体时,应用左手拿住量筒,使量筒略倾斜,右手拿试剂瓶,标签对准手心。使瓶口紧挨着量筒口,让液体缓缓流入,待注入的量比所需要的量稍少(约差1mL)时,应把量筒水平正放在桌面上,并改用胶头滴管逐滴加入到所需要的量。
④量筒的刻度
量筒没有“0”刻度,“0”刻度即为其底部。一般起始刻度为总容积的1/10或1/20。例如:10mL量筒一般从0.5mL处才开始有刻度线,所以,我们使用任何规格的量筒都不能量取小于其标称体积数的1/20以下体积的液体,否则,误差太大。应该改用更小的合适量筒量取。
在实验室做化学实验时,量筒的刻度面不能背对着自己,这样使用起来很不方便。因为视线要透过两层玻璃和液体,不容易看清。若液体是浑浊的,就更看不清刻度,而且看刻度数字也不顺眼,所以刻度面正对着自己为好。
⑤读取液体的体积方法
注入液体后,要等一会,使附着在内壁上的液体流下来,再读取刻度值。否则,读出的数值将偏小。
读数时,应把量筒放在平整的桌面上,观察刻度时,视线、刻度线与量筒内液体的凹液面最低处三者保持水平,再读出所取液体的体积数。否则,读数会偏高或偏低。
⑥关于量筒仰视与俯视的问题
在看量筒的容积时是看液面的中心点
仰视时视线斜向上视线与筒壁的交点在液面下所以读到的数据偏低,实际值偏高。
俯视时视线斜向下视线与筒壁的交点在液面上所以读到的数据偏高,实际值偏低。
2. 注意事项
①量筒面上的刻度是指室内温度在20℃时的体积数。温度升高,量筒发生热膨胀,容积会增大。由此可知,量筒是不能加热的,也不能用于量取过热的液体,更不能在量筒中进行化学反应或配制溶液。
②量筒一般只能用于要求不是很严格时使用,通常可以应用于定性分析和粗略的定量分析实验,精确的定量分析是不能使用量筒进行的,因为量筒的误差较大,此时可用移液管或滴定管来代替。
③从量筒中倒出液体后是否要用水冲洗要看具体情况而定。如果是为了使所取的液体量更准确,似乎要用水洗涤后并把洗涤液倒入所盛液体的容器中,这是不必要的。因为在制造量筒时已经考虑到有残留液体这一点;相反,如果洗涤反而使所取体积偏大。如果是用同一量筒再量别的液体,这就必须用水冲洗干净并干燥,为防止相互污染。
④10mL的量筒一般不需读取估读值。因为量筒是粗量器,并且又是量出仪器,在倒出所量取的液体时,总会有1~2滴(1滴相当于0.05mL)附着在内壁上而无法倒出,其相差的体积大小已经和其最小刻度差相同,所以估读值再准确也无多大意义,只需读取到0.1mL。
规格大于10mL的量筒一般需要读取估读值,若不读取,误差反而更大。因此,无论多大规格的量筒,一般读数都应保留到0.1mL
3. 量筒的使用要做到“五会”①会选。任何一只量筒都有一定的测量范围,即量程,要能根据被测量的量选择量程合适的量筒。
②会放。使用量筒测量时,量筒要平稳地放置于水平桌面上。
③会看。读取量筒的数据时,若液面是凹液面,视线应以凹液面底部为准;若液面是凸液面,视线应以凸液面顶部为准。
④会读。要会根据量筒刻度的分度值读出准确值,同时要读出分度值的下一位,即估计值。
⑤会用。
测体积的方法: ①用量筒直接测液体体积;
②规则形状的物体可用刻度尺测出相关长度,算出体积;
③用代替法可测不规则形状容器的容积。先将容器灌满水,然后将水倒入量筒中即可测其容积;
④用量筒、水、细线可测密度比水大的固体体积。具体步骤是:在量筒中加入适量的水,记下水的体积V
0;用细线系住物体并轻轻放入量筒中,记下此时水和物体的体积为
V1;物体的体积V=V
1-V
0。用量筒测固体的体积,采取的是“排液法”,依据的是等量替代;
⑤形状不规则、且漂浮在液体上的固体的体积的测量,可用非常规的办法测量。由于物体漂浮于液面,可以用“针压法”,也就是用一枚细针将漂浮物压入液体中;或用一密度比液体密度大得多且不溶于液体的物体将漂浮物拉入水中,此法称为“助沉法”。如用量筒、水、细针(或细线、铁块)可测密度比水小的固体的体积。
弹簧测力计的使用:①首先看清它的量程,也就是它的测量范围,加存弹簧测力计上的力不允许超过它的量程:
②认清它的分度值,以便读数时快速准确;
③观察指针是否在零位置,若没有,需要校零;
④使用之前,最好轻轻拉几次它的挂钩,可以避免弹簧被壳子卡住;
⑤使用时,拉力方向应与弹簧轴线方向一致,确保测量准确
读数:弹簧测力计的读数比较简单,要先搞清楚弹簧测力计的量程和分度值,然后再根据指针所指的位置(一定要看指针末端所指的位置)读出所测量力的大小。
弹簧测力计的具体使用方法:
使用前:
1.拉动弹簧:反复拉动弹簧(用力过度可能会损坏弹簧),防止其卡住,摩擦,碰撞。
2.了解量程:知道测量力的最大范围(量程)是多少。
3.明确分度值:了解弹簧测力计的刻度。知道每一大格,最小一格表示多少牛(N)。
4.校零:检查指针是否对齐零刻度线,若没有对齐,需要调节至对齐。
使用中:
1.不能超量程使用。(天平,量筒,量杯等都不能超量程使用,但刻度尺除外)(补充说明:因为超量程使用可能会损坏弹簧测力计,并且造成塑性形变,导致误差。而且超量程使用了,会导致测不出准确的力,比如一个6N的力,你用一个量程为5N的弹簧测力计测,指针指向5N,但是实际上是6N,就产生了误差。)
2.同方向:测力时,要让弹簧测力计内的弹簧轴线方向跟所测力的方向在一条直线上,且弹簧不能靠在刻度盘上。
3.视线要与刻度盘垂直。
使用后:调节弹簧测力计,让指针对齐零刻度线。
提醒:1. 如果指针在零刻度线以上或者以下,这时候没有把指针调节至0,就会产生误差。在零刻度线以上,测出来的力比实际的力小,反之在零刻度线以下,测出来的力比实际的力大。
2. 如果弹簧测力计侧放,会使测量数值偏小
实验法研究弹簧伸长量与所受拉力的关系:
1.常用测力计的原理与使用:测量力大小的工具称为测力计,实验室用的测力计就是弹簧测力计。弹簧测力计的工作原理是在弹性限度内,弹簧的伸长量跟所受托力成正比,即,注意伸长量的含义,弹 簧原来的长度通常用l0表示,受力后弹簧长为l,而△l =l-l0,称为伸长量△l或伸长了△l,也用x表示。
2.弹簧测力计的测量范围:在每个弹簧测力计上都标有最大刻度值,这个最大刻度值即为此弹簧测力计的测量范围,超过了此范围,弹簧测力计就可能被损坏了。
例:某同学在研究轻质弹簧的长度随拉力变化的关系时,进行了如图所示的实验。已知每个钩码重为0.5N,刻度尺的分度值是1mm。
(1)请将观察到的数据填入实验记录表中;
(2)根据实验数据,在图所示的坐标系内作出弹簧长度,L随拉力F变化的关系图像;
(3)此实验中弹簧长度L与拉力的关系是________
解析:(1)数据如表
(2)得到拉力与弹簧的长度关系:
(3)在弹性限度内,弹簧的伸长量和所受拉力成正比。
量程与弹性限度:
弹簧的伸长与拉力成正比的规律是有一定的限度的,即加在弹簧上的力不能太大,拉力大到一定值以后,即超出弹簧的弹性限度后,弹簧的伸长就不再与拉力成正比,甚至无法恢复原状。弹簧测力计的量程就是弹簧测力计允许测量的力的最大值。
重力的计算公式:物体所受的重力跟它的质量成正比,g=
,G=mg。(g=9.8N/g)
重力与质量的区别和联系:
|
质量 |
重力 |
区别 |
概念 |
物体所含物质的多少 |
由于地球吸引而使物体受到的力 |
符号 |
m |
G |
量性 |
只有大小,没有方向 |
既有大小,又有方向 |
单位 |
千克(kg) |
牛顿(N) |
与地理位置的关系 |
与位置无关 |
与位置有关 |
公式 |
m=ρV |
G=mg |
测量工具 |
天平 |
测力计 |
联系 |
重力与质量的关系是G=mg(g=9.8N/kg) |
重力加速度: 重力加速度g的方向总是竖直向下的。在同一地区的同一高度,任何物体的重力加速度都是相同的。重力加速度的数值随海拔高度增大而减小。当物体距地面高度远远小于地球半径时,g变化不大。而离地面高度较大时,重力加速度g数值显著减小,此时不能认为g为常数。
距离地面同一高度的重力加速度,也会随着纬度的升高而变大。由于重力是万有引力的一个分力,万有引力的另一个分力提供了物体绕地轴作圆周运动所需要的向心力。物体所处的地理位置纬度越高,圆周运动轨道半径越小,需要的向心力也越小,重力将随之增大,重力加速度也变大。地理南北两极处的圆周运动轨道半径为0,需要的向心力也为0,重力等于万有引力,此时的重力加速度也达到最大。