水的浮力
一、单选题
1.下列情况下,不受水的浮力的物体是(
???)。
A.水中的气泡
B.跨海大桥的桥面
C.水中正在上浮的木块
D.水中正在下沉的石块
2.小明将一只鸡蛋放在盛有水的烧杯中,然后向烧杯中逐渐加食盐,观察到鸡蛋的浮沉变化如图所示。甲、乙、丙中鸡蛋所受的浮力分别为F甲、F乙、F丙
,
它们的大小关系正确的是(???
)
A.?F甲=F乙=F丙????????????????????B.?F甲=F乙3.在高台跳水比赛中,常看到运动员高高跳起在空中完成各项动作后跃入水中,然后在水面下游过一段距离后再露出水面游向池边。下列图象中能粗略反映运动员从跳起到跃入水中再游向池边这段时间内所受水的浮力大小的图像是(???
)
A.???????????????????????????????????????????????B.?
C.??????????????????????????????????????????????D.?
4.2020年11月10日,中国载人深潜器“奋斗者号”刷新纪录,下潜至10909米的马里亚纳海沟,下图中“奋斗者号”正向左潜行开展科考活动,此时它所受浮力的方向表示正确的是(
?)
A.??????????????B.??????????????C.??????????????D.?
5.科学小组制作的一个模型如图所示。通过胶管
A?
从烧瓶中吸气(进水)或向烧瓶中吹气(排水),就可使烧瓶下沉、上浮或悬浮。当烧瓶处于如图所示悬浮状态时,若向胶管
A
吹气,烧瓶将(
??)
A.?下沉,它受到的浮力不变????????????????????????????????????B.?下沉,它受到的浮力减小
C.?上浮,它受到的浮力增大????????????????????????????????????D.?上浮,它受到的浮力不变
6.如图所示,自制密度计由轻质密闭细管和配重M组成,P、Q为自制密度计上的两根刻度线,其中一根与其静止于酒精中时的液面重合,另一根与其静止于水中时的液面重合;现自制密度计静止于X液体中,其液面位置到P、Q的距离相等。下列分析正确的是(???
)
A.?P与自制密度计静止于酒精时的液面重合
B.?该密度计静止于水中和酒精中时所受的浮力相等
C.?X液体的密度等于水和酒精密度的平均值
D.?用直径更大的轻质细管可使PQ间距变大,提高精度
7.如图呈现的是体积相同的变质鸡蛋(甲)和新鲜鸡蛋(乙)浸在水中时的浮沉状况。变质鸡蛋和新鲜鸡蛋在水中受到的浮力分别是F甲、F乙
,
它们的密度分别是ρ甲、ρ乙
,
则由图可知(???
)
A.?F甲<F乙
,
ρ甲=ρ乙
B.?F甲>F乙
,
ρ甲>ρ乙
C.?F甲<F乙
,
ρ甲<ρ乙
D.?F甲=F乙
,
ρ甲<ρ乙
8.容器内装有一定质量的水,将物体A、B叠放后一起放入水中,静止时如图所示。再将A从B上拿下放入水中,B静止时在水面漂浮。下列说法错误的是(??
)
A.?物体A的密度大于物体B的密度
B.?物体B漂浮后,水对容器底的压强变小
C.?物体B漂浮后,桌面受到的压力变大
D.?物体B漂浮后,物体A所受的浮力不变
9.如图所示,一般远洋轮船上标有在不同海域航行时的吃水线位
当这艘满载的船在不同水域航行时,下列说法正确的是(??
)
A.?这艘船受到的浮力F印度洋<F北大西洋??????????????????B.?这艘船排开海水的质量m印度洋<m北大西洋
C.?印度洋和北大西洋水的密度ρ印度洋<ρ北大西洋???D.?这艘船排开水的体积V印度洋<V北大西洋
10.如图所示,盛有水的溢水杯放在水平桌面上,水面低于溢水口;将一块质量为m、体积为V的物块甲轻轻放入溢水杯中,溢出的水全部用空的小烧杯接住;物块甲静止时排开水的体积为V排。则下列说法中,正确的是(???
)
A.?物块甲受到的浮力一定等于mg???????????????????????????B.?物块甲受到的浮力一定等于ρ水gV
C.?小烧杯中水的重力一定等于mg???????????????????????????D.?小烧杯中水的重力一定小于ρ水gV排
11.某同学将一支密度计分别放入两种不同的液体中,如图所示。若两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙
,
静止时密度计所受浮力分别为F甲、F乙
,
则(
?????)
A.?ρ甲>ρ乙
,
F甲<F乙??????????????????????????????????????????B.?ρ甲<ρ乙
,
F甲>
F乙
C.?ρ甲<ρ乙
,
F甲
=
F乙?????????????????????????????????????????D.?ρ甲>ρ乙
,
F甲
=
F乙
12.如图所示,一铅块用细线挂在一个充气的小气球的下面,把它放入水中某处恰好处于静止状态,如果从上方缓慢抽出一些水,则铅块及气球(?
)
A.?仍能静止????????????????B.?向下运动????????????????C.?向上运动????????????????D.?静止、向上或向下运动都有可能
二、填空题
13.阿基米德原理的内容是
:浸在液体中的物体,受到________的浮力,浮力的大小等于物体________受到的________。用公式表示为________。
14.?
2020年11月10日,中国“奋斗者”号现入潜水器在马里亚纳海沟成功下游到深度为
10909
米的海底,创造了中国载人深潜的新纪录。当接近某—工作深度时,会抛掉部分压载铁以使潜水器处于________状态,便于在不同区域进行水下作业。完成作业后,会再抛掉部分压载铁,使潜水器所受的浮力________(选填“大于”“小于”或“等于”)自身的重力,从而实现上浮回收。
三、解答题
15.国之重器载人潜水器“奋斗者”号潜水器在马里亚纳海沟10909米深处成功坐底,完成万米海试并成功返航。“奋斗者”号体积约为30米3
,
空载时质量约为24吨。
(1)“奋斗者”号空载漂浮在水面时受到的浮力为多大?
(2)请结合相关公式推理说明“奋斗者”号从水面上方进入水面直到坐底成功,整个过程中潜水器受到的浮力的变化过程。
(3)潜水器要想完成下潜上浮,离不开自身的压载铁。“奋斗者”号身上装配了四块压载铁,总重量将近2吨,当“奋斗者”号在水底完成采样作业,准备上浮的时候,它会抛出两块压载铁,开始上浮。请说明“奋斗者”号完成采样作业,慢慢上浮的过程中潜水器受到的各个力的变化过程。
四、实验探究题
16.在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,某小组同学用如图所示的装置,将同一物体分别逐渐浸人到水和酒精中。为了便于操作和准确收集数据,他们用升降台调节溢水杯的高度来控制物体排开液体的体积。他们观察并记录了弹簧测力计的示数及排开液体的体积,实验数据记录在下表中。
液体种类
实验序号
物体重力G物(牛)
弹簧测力计示数F(牛)
物体受到浮力F浮(牛)
排开液体体积V排(厘米3)
水(ρ水=1.0克/厘米3)
1
2
1.5
50
2
1.0
1.0
100
3
0.5
1.5
150
酒精(ρ酒精=0.8
克/厘米3)
4
2
1.6
0.4
50
5
1.2
0.8
100
6
0.8
1.2
150
(1)第1次实验中物体所受的浮力为________牛。
(2)分析比较实验1、2和3(或4、5和6),可得出结论
:当液体的种类相同时,排开液体的体积越________,浸在液体中的物体受到的浮力越大
;分析比较实验________(填序号)可初步得出结论
:当排开液体的体积相同时,液体的密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
(3)实验1中物体排开的水受到的重力G排=________?牛。通过比较每次实验中物体受到的浮力和它排开液体的重力的关系,还可以验证________原理。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】
B
【解析】【分析】浮力是物体上下两个表面受到的压力差,据此分析判断。
【解答】水中的气泡、上浮的木块和下沉的石块,它们的上下两个表面都有压力,肯定受到浮力,故A、C、D不合题意;
跨海大桥的桥墩,深埋在海底泥沙里,它的下表面没有水,不受向上的浮力,故B符合题意。
故选B。
2.【答案】
D
【解析】【分析】根据浮沉条件分析比较。
【解答】在甲中鸡蛋下沉,则浮力F甲,
故D正确,而A、B、C错误。
故选D。
3.【答案】
C
【解析】【分析】根据阿基米德原理F浮力=ρ液gV排判断运动员受到浮力的变化即可。
【解答】运动员高高跳起在空中完成各项动作后跃入水中,然后在水面下游过一段距离后再露出水面游向池边,运动员排开水的体积变化为:先增大,然后保持不变,再减小然后保持不变。根据阿基米德原理F浮力=ρ液gV排可知,运动员受到浮力的变化为:先增大,然后保持不变,再减小然后保持不变,而A、B错误。
当运动员没有入水时,它受到的浮力为零,故C正确,而D错误。
故选C。
4.【答案】
B
【解析】【分析】根据浮力的方向的知识判断。
【解答】无论物体在什么位置,朝哪个方向运动,它受到的浮力的方向总是竖直向上的,故B正确,而A、C、D错误。
故选B。
5.【答案】
D
【解析】【分析】首先根据浮沉条件分析现在浮力和重力的大小关系,再根据阿基米德原理确定浮力的变化和吹气时模型的重力变化,最后再利用浮沉条件判断烧瓶的运动状态。
【解答】烧瓶在水中处于漂浮状态,它此时受到的浮力等于总重力。
当向胶管A吹气时,烧瓶中的水会向外排出,那么装置的总重力减小;
由于烧瓶排开水的体积不变,那么根据阿基米德原理F浮=ρ液体gV排可知,烧瓶受到的浮力保持不变。
此时浮力大于重力,
因此烧瓶将上浮。
故选D。
6.【答案】
B
【解析】【分析】(1)(3)根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排确定液体密度和V排的数量关系即可;
(2)根据漂浮条件判断;
(4)根据体积公式V=Sh分析判断。
【解答】密度计始终在液面上漂浮,根据二力平衡的条件可知,它受到的浮力始终等于自身重力。因为它的重力保持不变,所以它在水中和酒精中受到的浮力相等,故B正确;
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,当浮力相等时,液体的密度与V排成反比,即密度计上的刻度越靠下,V排越小,而液体的密度越大,因此P点静止时与水的液面重合,故A错误;
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,当浮力相等时,液体的密度与V排成反比,因此密度计上的刻度不是均匀的,且越靠下越密集,那么在P和Q中间处的液体密度肯定不等于水和酒精的密度平均值,故C错误;
根据V=Sh可知,直径越大的细管,PQ之间的间距h越小,精度越差,故D错误。
故选B。
7.【答案】
C
【解析】【分析】根据阿基米德原理F浮力=ρ液gV排比较浮力的大小关系,根据浮沉条件比较鸡蛋密度的大小关系。
【解答】根据图片可知,鸡蛋排开水的体积V甲,
而水的密度相同,根据阿基米德原理F浮力=ρ液gV排可知,鸡蛋受到的浮力F甲鸡蛋在水中漂浮,那么ρ甲<ρ水;鸡蛋在乙中下沉,那么ρ乙>ρ水
,
因此鸡蛋的密度ρ甲<ρ乙。
故选C。
8.【答案】
C
【解析】【分析】(1)根据浮沉条件比较物体密度的大小;
(2)比较物体B漂浮前后排开水的总体积的变化,进而确定水面高度的变化,最后根据液体压强公式p=ρ液gh判断水对容器底部压强的变化;
(3)桌面的压力等于桌面上所有物体的重力之和;
(4)根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排判断浮力的变化。
【解答】将A从B上拿下后,B漂浮在水面上,那么ρB<ρ水。A在水中下沉,那么ρA>ρ水
,
因此ρA>ρB
,
故A正确不合题意;
物体B漂浮后,A和B排开水的总体积变小,那么水面下降,根据p=ρ液gh可知,水对容器底部的压强变小,故B正确不合题意;
无论B是否漂浮,桌面受到的压力F=G容器+G水+GA+GB
,
因此桌面受到的压力不变,故C错误符合题意;
物体B漂浮后,A仍然在水中浸没,它排开水的体积不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,物体A受到的浮力不变,故D正确不合题意。
故选C。
9.【答案】
C
【解析】【分析】(1)根据漂浮条件比较浮力的大小;
(2)根据阿基米德原理F浮=G排=m排g比较排开水的质量;
(3)根据阿基米德原理F浮力=ρ液gV排比较海水密度的大小;
(4)吃水深度越大,排开水的体积越大,据此分析判断。
【解答】A.轮船始终在海面上漂浮,那么它受的浮力始终等于重力,因此浮力相等,故A错误;
B.根据F浮=G排=m排g可知,这艘船受到的浮力不变,那么它排开水的质量相等,故B错误;
CD.根据图片可知,轮船从印度洋到大西洋时,吃水深度变大,那么排开水的体积变大,而浮力不变,根据F浮力=ρ液gV排可知,海水的密度变小,即ρ印度洋<ρ北大西洋
,
故C正确,而D错误。
故选C。
10.【答案】
D
【解析】【分析】根据漂浮条件和阿基米德原理分析即可。
【解答】由于溢水杯没有装满水,因此放入物块甲后,水不会立即流出来,而是先上升。当水面到达水嘴的高度时,才会有水排出,因此流到小烧杯内水的体积肯定小于静止时的V排
,
即V水ρ水gV水<ρ水gV排;
G水<ρ水gV排
,
故D正确;
如果物体漂浮,那么它受到的浮力F浮力=G=mg,没有说明状态,故A错误;
物体甲受到的浮力为F浮力=ρ水gV排
,
而V排不一定等于V,故B错误;
溢水杯装满水时,且甲漂浮或悬浮时,小烧杯中水的重力才等于mg,由于状态未知且没有装满水,故C错误。
故选D。
11.【答案】
C
【解析】【分析】根据浮沉条件比较密度计受到浮力的大小,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较液体密度大小。
【解答】密度计在两种液体中都是漂浮,那么它受到的浮力始终等于自身重力。因为它的重力保持不变,所以浮力相等,即F甲=F乙。根据图片可知,排开液体的体积V甲>V乙
,
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体的密度ρ甲<ρ乙。
故C正确,而A、B、D错误。
故选C。
12.【答案】
C
【解析】【分析】根据浮沉条件和阿基米德原理分析即可。
【解答】原来铅块和气球处于悬浮状态,那么它们受到的浮力等于重力;
抽水后,气球所处的深度减小,根据p=ρ水gh可知,气球受到的压强减小,那么气球的体积增大。根据阿基米德原理F浮=ρ水gV排可知,气球和铁块受到的浮力增大,即浮力大于重力,那么它们会向上运动,故C正确,而A、B、D错误。
故选C。
二、填空题
13.【答案】
向上;排开液体;重力;F浮=G排=ρ液gV排
【解析】【分析】根据阿基米德原理的内容解答。
【解答】阿基米德原理的内容是
:浸在液体中的物体,受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体受到的重力。用公式表示为F浮=G排=ρ液gV排。
14.【答案】
悬浮;大于
【解析】【分析】(1)物体完全浸没液体中且能够在竖直方向上保持静止状态,这种情况叫悬浮;
(2)根据浮沉条件分析解答。
【解答】(1)当接近某—工作深度时,会抛掉部分压载铁,以使潜水器在水中竖直方向保持静止状态,即处于悬浮状态,便于在不同区域进行水下作业。
(2)根据浮沉条件可知,当物体受到的浮力大于重力时,物体处于上浮状态;因此完成作业后,会再抛掉部分压载铁,使潜水器所受的浮力大于自身的重力,从而实现上浮回收。
三、解答题
15.【答案】
(1)奋斗者”号空载漂浮在水面时受到的浮力:
F浮=G排=m排g=24×103kg×10N/kg=2.4×105N。
(2)奋斗者”号从水面上方进入水面直到坐底成功的过程中,它排开水的体积先增大再保持不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,它受到的浮力先变大后不变。
(3)重力减小,浮力先不变后减小
【解析】【分析】(1)根据阿基米德原理F浮=G排=m排g计算空载时“奋斗者”受到的浮力;
(2)首先分析“奋斗者”号在此过程中排开水的体积变化,再根据F浮=ρ液gV排判断它受到浮力的变化;
(3)根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排分析“奋斗者”号上浮过程中的浮力变化。
【解答】(1)奋斗者”号空载漂浮在水面时受到的浮力:
F浮=G排=m排g=24×103kg×10N/kg=2.4×105N。
(2)奋斗者”号从水面上方进入水面直到坐底成功的过程中,它排开水的体积先增大再保持不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,它受到的浮力先变大后不变。
(3)在潜水器上浮的过程中,它排开水的体积先不变再减小,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,它受到的浮力先不变后减小。
四、实验探究题
16.【答案】
(1)0.5
(2)大;1.4或2.5或3.6
(3)0.5;阿基米德
【解析】【分析】(1)根据F浮力=G-F拉计算出物体受到的浮力;
(2)根据实验1、2中的数据,分析物体受到的浮力随排开液体体积的变化关系。根据结论确定哪些因素相同,哪个因素不同,进而选择对照实验。
(3)根据G排=m排g=ρ液gV排计算出排开水的重力。浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开液体受到的重力,这就是阿基米德原理。
【解答】(1)第1次实验中物体所受的浮力为F浮力=G-F拉=2N-1.5N=0.5N;
(2)分析比较实验1、2和3(或4、5和6),可得出结论
:当液体的种类相同时,排开液体的体积越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大
。根据结论可知,排开液体的体积相同而液体密度不同,故选择实验1、4或2、5或3、6。
(3)实验1中物体排开的水受到的重力G排=m排g=ρ液gV排=103kg/m3×10N/kg×(50×10-6m3)=0.5N。通过比较每次实验中物体受到的浮力和它排开液体的重力的关系,还可以验证阿基米德原理。