[典例2]如图所示,有一棱长为10 cm的正方体木块直立浸没在水中,正方体木块的各个侧面受到水的压力相互抵消,上、下底面受到水的压力分别为$F_1$和$F_2$。已知正方体木块上表面在水中深度为$h_1=12\ \mathrm{cm}$。($g$取$10\ \mathrm{N/kg}$,$\rho_{水}=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$)
(1)求$F_1$的大小。

(2)求正方体木块所受的浮力大小。

(1)12 N
(2)10 N
解析:(1)正方体木块上表面受到水的压强 $p_1=\rho_{*} gh_1=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}×0.12\ \mathrm{m}=1.2×10^3\ \mathrm{Pa}$，
正方体木块上表面的面积为 $S=(0.1\ \mathrm{m})^2=0.01\ \mathrm{m}^2$，
根据 $p=\frac{F}{S}$ 可知,正方体木块上表面受到的压力
$F_1=p_1 S=1.2×10^3\ \mathrm{Pa}×0.01\ \mathrm{m}^2=12\ \mathrm{N}$。
(2)正方体木块下表面在水中的深度
$h_2=0.12\ \mathrm{m}+0.1\ \mathrm{m}=0.22\ \mathrm{m}$，
正方体木块下表面受到水的压强 $p_2=\rho_{*} gh_2=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 ×10\ \mathrm{N/kg}×0.22\ \mathrm{m}=2.2×10^3\ \mathrm{Pa}$，
正方体木块下表面受到水的压力
$F_2=p_2 S=2.2×10^3\ \mathrm{Pa}×0.01\ \mathrm{m}^2=22\ \mathrm{N}$，
正方体木块所受的浮力
$F_{浮}=F_2-F_1=22\ \mathrm{N}-12\ \mathrm{N}=10\ \mathrm{N}$。

【分析】要计算正方体上表面受到的压力$ F_1 $，需先利用液体压强公式求出上表面处水的压强，再结合正方体的底面积，通过压强公式的变形式$ F=pS $计算压力；计算浮力时，利用浮力产生的原因——浮力等于物体上下表面受到的液体压力差，先求出下表面的压力$ F_2 $，再用$ F_2 $减去$ F_1 $即可得到浮力。
【解析】(1) 单位换算：上表面深度$ h_1 = 12\ \mathrm{cm} = 0.12\ \mathrm{m} $，正方体棱长$ a = 10\ \mathrm{cm} = 0.1\ \mathrm{m} $，则正方体上表面的面积$ S = a^2 = (0.1\ \mathrm{m})^2 = 0.01\ \mathrm{m}^2 $。
根据液体压强公式$ p = \rho gh $，上表面受到的水的压强：
$ p_1 = \rho_{水}gh_1 = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.12\ \mathrm{m} = 1.2×10^3\ \mathrm{Pa} $。
由$ p = \frac{F}{S} $变形得，上表面受到的压力：
$ F_1 = p_1S = 1.2×10^3\ \mathrm{Pa} × 0.01\ \mathrm{m}^2 = 12\ \mathrm{N} $。
(2) 正方体下表面的深度$ h_2 = h_1 + a = 0.12\ \mathrm{m} + 0.1\ \mathrm{m} = 0.22\ \mathrm{m} $，下表面受到的水的压强：
$ p_2 = \rho_{水}gh_2 = 1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 0.22\ \mathrm{m} = 2.2×10^3\ \mathrm{Pa} $。
下表面受到的压力：
$ F_2 = p_2S = 2.2×10^3\ \mathrm{Pa} × 0.01\ \mathrm{m}^2 = 22\ \mathrm{N} $。
根据浮力产生的原因，正方体所受浮力等于上下表面的压力差：
$ F_{浮} = F_2 - F_1 = 22\ \mathrm{N} - 12\ \mathrm{N} = 10\ \mathrm{N} $。
【答案】(1)12 N；(2)10 N
【知识点】液体压强计算、浮力产生原因
【点评】本题是液体压强与浮力计算的基础应用题，核心是利用压力差法求浮力，步骤明确，适合巩固相关知识点，难度适中。
【难度系数】0.6

[变式2]（2025济南商河县期中）如图所示，洗手盆底部的出水口塞着用橡胶制成的水堵头，水堵头的上表面与洗手盆底部相平，则水堵头（）

A.不受水的压力，但受浮力
B.受到水的压力，但不受浮力
C.既受水的压力，也受浮力
D.不受水的压力，也不受浮力

B

【分析】要判断水堵头是否受水的压力和浮力，需明确两个核心：一是液体压力的特点，只要物体表面与液体接触，就会受到液体的压力；二是浮力的产生原因，浮力是浸在液体中的物体上下表面受到的液体压力差，只有物体上下都有液体、存在压力差时才会受浮力。本题中，水堵头的上表面与洗手盆底部相平，上表面接触盆内的水，而下表面在排水管道中没有水，因此需结合这两点分析。
【解析】水堵头的上表面与盆内的水接触，根据液体压力的规律，水会对水堵头的上表面产生向下的压力；浮力的产生需要物体上下表面都受到液体的压力，形成压力差，而水堵头的下表面处于排水管道中，没有水，不存在向上的液体压力，因此水堵头上下表面没有液体压力差，不受浮力。综上，水堵头受到水的压力，但不受浮力，对应选项B。
【答案】B
【知识点】液体压力、浮力产生条件
【点评】本题考查液体压力和浮力的概念，关键是区分“受液体压力”和“受浮力”的不同，浮力必须有上下表面的压力差，需准确理解浮力的产生原因。
【难度系数】0.5

1.(2025临沂平邑县期末)中国人自古就有“上天入海”的梦想，随着国家科技的飞速发展，这些梦想正在一步步变为现实。对于如图所示的“国之重器”不受浮力作用的是（）


A.图(甲)，遨游的“天宫号”空间站
B.图(乙)，升空的“圆梦号”飞艇
C.图(丙)，航行的“辽宁号”航母
D.图(丁)，下潜的“蛟龙号”潜水器

1. A

【分析】
要判断物体是否受浮力，需明确浮力的产生条件：浸在液体或气体中的物体，会受到液体或气体对其向上与向下的压力差，这个压力差就是浮力。若物体周围不存在液体或气体（无流体），则不受浮力。接下来结合各“国之重器”所处环境逐一分析。
【解析】
浮力的本质是流体对物体的压力差，只有物体浸在液体或气体中才会受浮力：
选项A：“天宫号”空间站在太空中，太空是真空环境，没有液体或气体，因此空间站不受浮力；
选项B：“圆梦号”飞艇在空气中，空气属于气体，飞艇受到空气的浮力；
选项C：“辽宁号”航母在海水中，海水属于液体，航母受到海水的浮力；
选项D：“蛟龙号”潜水器在海水中，海水属于液体，潜水器受到海水的浮力。
综上，不受浮力的是选项A。
【答案】
A
【知识点】
浮力的概念、浮力产生原因
【点评】
本题考查浮力的基础概念，核心是明确浮力产生的前提是物体浸在液体或气体中，结合各设备的所处环境即可判断，属于基础概念应用类题目。
【难度系数】
0.6

2.如图所示，学生松手后气球能够在空中上升的原因是（）

A.学生给气球一个向上的力
B.空气给气球一个竖直向上的浮力
C.气球太轻了
D.空气流动

2. B

【分析】要判断气球上升的原因，需结合空气浮力的相关知识分析：浸在空气中的物体会受到空气竖直向上的浮力，当浮力大于物体总重力时，物体就会上升。逐一分析选项：A选项，学生松手后，不再对气球施加力，该选项错误；B选项，空气对气球有竖直向上的浮力，当浮力大于气球总重力时气球上升，该选项正确；C选项，“气球太轻”不是上升的根本原因，本质是浮力作用，该选项错误；D选项，空气流动与气球上升无直接关系，该选项错误。
【解析】根据浮力原理，浸在空气中的物体受到空气竖直向上的浮力。学生松手后，不再对气球施加向上的力，故A错误；气球能上升是因为空气给气球竖直向上的浮力，当浮力大于气球的总重力时，气球就会向上运动，故B正确；气球太轻不是其上升的本质原因，本质是浮力的作用，故C错误；空气流动不是气球上升的原因，故D错误。
【答案】B
【知识点】空气浮力、物体浮沉条件
【点评】本题考查空气浮力的应用，属于基础概念题，需要学生明确浮力的基本概念，区分影响气球上升的因素，难度较低。
【难度系数】0.7