上海市华育中学2021-2022学年九年级上学期沪教版物理浮力练习(含答案)

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名称 上海市华育中学2021-2022学年九年级上学期沪教版物理浮力练习(含答案)
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资源类型 教案
版本资源 沪教版(试用本)
科目 物理
更新时间 2021-09-25 07:07:03

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2021上海市华育中学九年级物理浮力练习
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一.选择题(共15小题)
1.如图所示,将挂在弹簧测力计下的金属圆柱体缓慢浸入水中,若容器中水足够深,在圆柱体接触容器底前,能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系的图像是(  )
A.
B.
C.
D.
2.如图甲所示,在水平台上的盛水容器中,一个质量分布均匀的物体被固定在容器底部的一根细线拉住后浸没在水中静止。如图乙所示,当将细线剪断后,物体漂浮在水面上,且有的体积露出水面。下列说法正确的是(  )
A.物体的密度为0.8×103kg/m3
B.甲、乙两图中,物体受到的浮力之比为4:3
C.图甲中水对容器底的压强等于图乙中水对容器底的压强
D.图甲中水对容器底的压力小于图乙中水对容器底的压力
3.如图所示,甲图中圆柱形容器中装有适量的水,将密度均匀的木块A放入水中静止时,有的体积露出水面,如图乙所示,此时水对容器底部的压强比图甲水对容器底部的压强增加了300Pa。若在木块A上表面轻放一个质量为m1的物块,平衡时木块A仍有部分体积露出水面,如图丙所示,此时水对容器底部的压强比图甲水对容器底部的压强增加了400Pa。若将容器中的水换成另一种液体,在木块A上表面轻放一个质量为m2的物块,使平衡时木块A露出液面部分与丙图相同,如图丁所示。若m1:m2=5:1,水的密度为1.0×103kg/m3。则下列说法中正确的是(  )
A.木块A的质量mA
与m1
之比为1:3
B.木块A的密度为0.4×103kg/m3
C.在图丙中,木块A露出水面的体积与木块A
的体积之比是1:6
D.图丁中的液体密度为0.8g/cm3
4.如图所示,在图甲中,用细线将一实心铁球浸没在水中静止,图乙中将一实心铜球浸没在煤油中静止。铁球所受重力为G铁;体积为V铁;铜球所受重力为G铜,体积为V铜。铁球和铜球所受细线的拉力大小相等,所受浮力分别为F铁和F铜,已知水的密度为ρ水,煤油的密度为ρ油,且ρ油<ρ水<ρ铁<ρ铜,则下列判断正确的是(  )
A.V铜=V铁
B.V铜>V铁
C.F铜=F铁
D.F铜<F铁
5.如图所示,弹簧上端与物块m相连接,下端固定在容器底部。当物块浸没在水中静止时与浸没在酒精中静止时,弹簧的弹力大小相等。物块的体积为100cm3,酒精的密度为0.8×103kg/m3(不计弹簧质量及体积)其中正确的是(  )
A.物块浸没在水中静止时弹簧对底部的拉力为0.2N
B.当弹簧脱离容器底部后静止时物块露出水面的体积为物块体积的
C.物块浸没在酒精中静止时弹簧对物块的支持力是0.1N
D.物块的质量为0.9kg
6.如图所示,薄壁圆柱体容器的上半部分和下半部分的底面积分别为20cm2和30cm2,高度都为11cm,用轻杆连接一个不吸水的长方体放入容器中,长方体的底面积为15cm2、高为10cm,长方体的下表面距离容器底部始终保持6cm,现往容器内加水,当加入0.24kg和0.27kg水时,杆对长方体的作用力大小相等,(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)则长方体的密度为(  )
A.0.6
g/cm3
B.0.7
g/cm3
C.0.9
g/cm3
D.1.1
g/cm3
7.如图甲所示,一个柱形容器放在水平桌面上,容器中立放着一个底面积为100cm2,高为12cm,质量为900g的均匀实心长方体木块A,A的底部与容器底用一根细绳(细绳体积忽略不计)连在一起,已知细绳长度为L=8cm。现慢慢向容器中加水,当加入1.8kg的水时,木块A对容器底部的压力刚好为0,如图乙所示,若继续缓慢向容器中加水,直到细绳被拉断,然后停止加水,如图丙所示,细绳拉断前、后木块静止时,水对容器底部压强的变化量为50Pa,(整个过程中无水溢出),则下列说法正确的是(  )
A.木块A的密度为7.5×103kg/m3
B.容器的底面积为200cm3
C.细绳拉断前物体所受到的浮力为10N
D.最后容器中水的总质量为4.5kg
8.如图所示,甲图中圆柱形容器中装有适量的水。将密度均匀的木块A放入水中静止时,有的体积露出水面,如图乙所示,此时水对容器底部的压强比图甲水对容器底部的压强增加了300Pa.若在木块A上表面轻放一个质量为m1的物块,平衡时木块A仍有部分体积露出水面,如图丙所示,此时水对容器底部的压强比图甲水对容器底部的压强增加了400Pa.若将容器中的水换成另一种液体,在木块A上表面轻放一个质量为m2的物块,使平衡时木块A露出液面部分与丙图相同,如图丁所示。若m1:m2=5:1,则下列说法中错误的是(  )
A.木块A的质量mA与m1之比为1:3
B.在丁图中,液体的密度为0.8×103kg/m3
C.木块A的密度为0.6×103kg/m3
D.在图丙中,木块A露出水面的体积与木块A的体积之比是1:5
9.如图所示,甲图中圆柱形容器中装有适量的水,将密度均匀的木块A放入水中静止时,有的体积露出水面,如图乙所示,此时水对容器底部的压强比图甲水对容器底部的压强增加了300Pa.若在木块A上表面轻放一个质量为m1的物块,平衡时木块A仍有部分体积露出水面,如图丙所示,此时水对容器底部的压强比图甲水对容器底部的压强增加了400Pa.若将容器中的水换成另一种液体,在木块A上表面轻放一个质量为m2的物块,使平衡时木块A露出液面部分与丙图相同,如图丁所示。若m1:m2=5:1,水的密度为1.0×103kg/m3.则下列说法中正确的是(  )
A.木块A的质量mA与m1之比为1:3
B.木块A的密度为0.6×103kg/m3
C.在图丙中,木块A露出水面的体积与木块A的体积之比是1:6
D.图丁与图甲比较,液体对容器底部的压强增加了320Pa
10.已知有红、黄、蓝三种密度依次增大的材料,选这三种材料按不同的比例做成体积完全相同的甲、乙、丙三个物体,(如图所示),其中,构成甲物体的三种材料质量相等,把它们放入水中后,发现甲物体的红色部分、乙物体的黄色部分、丙物体的蓝色部分均恰好浮在水面上,而且这三部分的体积也正好相等,比较甲、乙、丙三物体所含物质的多少,下列判断中正确的是(  )
a含有红色物质最多的是甲物体,最少的是丙物体,
b含有黄色物质最多的是乙物体,最少的是丙物体,
c含有蓝色物质最多的是丙物体,最少的是乙物体。
A.b正确
B.a,c正确
C.c正确
D.b、c均正确
11.有一重为2N的金属圆筒,口朝上放入水中时有的体积露出水面,如果在筒中倒入5×10﹣5m3的某种液体后,圆筒有体积露出水面,则筒内液体的密度是(  )
A.1.2×103kg/m3
B.1.0×103kg/m3
C.2.0×103kg/m3
D.0.8×103kg/m3
12.如图甲所示,用弹簧测力计吊着一金属圆柱体将其缓慢放入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,分别记下圆柱体下表面距水面的深度h和弹簧测力计对应的示数F,图乙是根据记录数据作出的F和h关系的图象。由图象可知(  )
A.该圆柱体的高度为8cm
B.该圆柱体的横截面积为60cm2
C.该圆柱体的密度为1.5
g/cm3
D.撤去弹簧测力计,将圆柱体置于容器底部时圆柱体对容器底部的压强为3×103Pa
13.一个充气的气球下面挂一个金属块,把它们放入水中某处恰能悬浮,如图所示。如果轻轻触碰一下气球,则金属块和气球(  )
A.仍能静止
B.向下运动
C.向上运动
D.都有可能
14.某学生做以下实验:先在一只玻璃水槽中注入一定量的水,后将盛有一些小石子的塑料小船放入水里(如图所示),测得船底到液面的距离为h,再每隔一定时间向水里加食盐并搅动,直至食盐有剩余。问在他所绘制的吃水线至船底距离h随加盐量而变化的图象中(如图所示)正确的是(  )
A.
B.
C.
D.
15.三个完全相同的长方体木块,把它们分别放在三种密度不同的液体里,木块静止时浸入液体的情况是:甲木块大部分浸入;乙木块一半浸入;丙木块小部分浸入,如图所示。若将三木块露出液面部分切除后,剩下部分分别放入原容器中,则木块露出液面部分的体积(  )
A.甲最多
B.乙最多
C.丙最多
D.一样多
评卷人


二.填空题(共7小题)
16.如图所示,“A”和“B”表示满载的轮船在海水或江水中静止时液面的位置。图示中的轮船是在 
 (填“江水”或“海水”)中停泊。轮船的排水量为17000t,在海水中满载时受到的浮力是 
 N;轮船在江水中,船底处的压强是6×104Pa,船底浸入水中的深度是 
 m。(g取10N/kg,ρ江水=1×103kg/m3,ρ海水=1.03×103kg/m3)
17.如图圆柱形的容器,放置在水平桌面上,两侧容器口齐平,底部相互连通,容器高22cm,容器质量600g,里面装有16cm深的水,容器左侧底面积为100cm2,容器右侧底面积为50cm2.木块A的重力为8N,底面积为50cm2,高20cm,木块A中央固定一轻质弹簧。若用手拿着弹簧末端从木块A的底面刚好与水面接触开始向下移动4cm,此时木块所受浮力大小为 
 N.若用手拿着弹簧末端从木块A的底面刚好与水面接触开始向下移动,直至弹簧末端的B点向下移动了38cm则此时容器对桌面的压力为 
 N.(不计两侧容器之间连接部分内水的体积、弹簧的体积及质量,弹簧每变化2cm,所产生的弹力变化1N,全过程均在弹簧弹性范围内)。
18.在抗震救灾中,某舟桥部队利用冲锋舟为灾区开辟了水上生命线。人们乘坐的冲锋舟满载时排开水的体积是1.5m3,冲锋舟自重为0.6×104N,假设每人的平均质量为60kg。则:
(1)冲锋舟满载时所受的浮力是 
 N;
(2)为保证安全,这条冲锋舟最多能承载 
 人;
(3)冲锋舟底部0.5m深处所受水的压强 
 Pa.(g=10N/kg)
19.底面积为S1的圆柱形容器内盛有适量密度为ρ的液体,在滑轮组的下方,悬挂一底面积为S2的圆柱形物体A,此物体部分浸入液体中,如图。当绳的自由端被向上拉动距离s时(物体下表面一直保持在液体中),不计摩擦,定滑轮对天花板的拉力的变化量为 
 。
20.一个正方体合金块沉在水底,用粗细和质量均不计的细绳系住,挂在弹簧测力计下端,现将物体竖直向上拉出水面,如图甲所示。从第2秒开始物体始终保持匀速运动,整个过程中,弹簧测力计的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示:(水足够多,忽略液面的变化)
(1)合金块的重力是 
 N,露出水面前合全块受到水的浮力是 
 N;
(2)在1s时,金属块对容器底的压力是 
 N,金属块受到的合力是 
 N。
(3)做匀速运动时物体的速度是 
 m/s。
(4)物体静止在水底时,水对物体上表面的压强是 
 Pa.(ρ水=1×103kg/m3;g=10N/kg)
21.庆林要研究浮力大小与物体排开液体的体积的关系。他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如图1所示的探究。
(1)分析图中弹簧测力计示数的变化可知物体排开液体的体积越大,所受的浮力 
 。
(2)实验结束后,庆林绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线,如图2所示。分析图象可知:
①曲线 
 (选填“a”或“b”)描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况。
②该金属圆柱体所受重力为 
 N,金属圆柱体完全浸没时受到的浮力为 
 N。
22.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1所示的装置,将同一物体分别逐渐浸入到水和酒精中,为了便于操作和准确收集数据,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,实验数据记录在表中。
液体种类
实验序号
物体重力G物(N)
弹簧测力计示数F(N)
物体受到浮力F浮(N)
排开液体体积V排(cm3)
水ρ水=1.0g/cm3
1
2
1.5
50
2
1.0
1.0
100
3
0.5
1.5
150
酒精ρ酒精=0.8g/cm3
4
2
1.6
0.4
50
5
1.2
0.8
100
6
0.8
1.2
150
(1)分析表中数据,实验所用物体的重力为 
 N,第一次实验中物体所受的浮力F浮= 
 N。
(2)分析比较实验序号1﹑2和3(或4﹑5和6)可初步得出的结论: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;分析比较实验序号 
 可初步得出的结论:当排开液体的体积相同时,液体密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。
(3)请你计算出第一次实验中物体排开水受到的重力G排= 
 N.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。
(4)本实验在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验,其目的是为了 
 (选填字母序号)。
A.寻找普遍规律
B.取平均值减小误差
(5)实验中小明同学观察到将同一个物体浸没在密度越大的液体中时,弹簧测力计的示数越 
 。于是他灵机一动在弹簧测力计下挂一个重1.5N的物块,如图2(甲);当他把物块浸没在水中时,如图2(乙),弹簧测力计的读数为0.5N,他就在0.5N处对应标上1.0g/cm3的字样;当他把物块浸没在酒精中时,如图2(丙),应该在弹簧测力计刻度盘的 
 N处对应标上0.8g/cm3的字样,聪明的他就将此弹簧测力计改装成了一个能测液体密度的密度秤。
评卷人


三.计算题(共6小题)
23.如图甲所示,用弹簧测力计将一长方体物体从装有水的柱形容器中匀速拉出,t=0s时,物体的下表面与容器底部接触且对容器底部没有压力,已知柱形容器的底面积为100cm2,物体匀速上升的速度是6cm/s,拉力随时间的变化关系如图乙所示。求:
(1)当物体全部浸没水中,物体受到的浮力是多少N?
(2)物体的密度是多少g/cm3?
(3)当t=2s时,水对容器底部的压力是多少N?
24.水平桌面上放置一个底面半径为2r、高为2h的圆柱形薄壁开口容器如图所示,将高为h、半径为r的圆柱体木块竖直放在容器中,木块的密度是液体密度的,然后向容器内注液体,若要使木块竖直漂浮(木块吸液忽略不计),求:向容器中注入液体的质量范围。(ρ木=0.5×103kg/m3)
25.如图甲所示,A、B为不同材料制成的体积相同的实心正方体,浸没在盛有水的薄壁圆柱形容器中,容器底面积是正方体下表面积的4倍,现在沿竖直方向缓慢匀速拉动绳子,开始时刻,A的上表面刚好与水面相平,A、B之间的绳子绷直,B在容器底部(未与容器底部紧密接触),A上端绳子的拉力是F,F随A上升的距离h变化的图像如图乙所示,除了连接A、B间的绳子承受拉力有一定限度外,其它绳子不会被拉断,绳的质量和体积忽略不计,求:
(1)正方体A的体积;
(2)正方体B的密度;
(3)整个过程中,水对容器底部压强的最小值。
26.底面积为400cm2、重2N的薄壁圆柱形容器放在水平地面上,用原长为16cm的弹簧将边长为10cm的正方体A的下表面中点与容器底部相连,向容器内加水至A刚好浸没,如图甲所示,此时弹簧长18cm,A对弹簧的拉力为F1.现打开阀门B缓慢放水,当A对弹簧的作用力大小再次等于F1时关闭阀门B.已知弹簧受力F的大小与弹簧长度的变化量△x间的关系如图乙所示。不计弹簧的体积及其所受的浮力。求:
(1)物体A浸没时受到的浮力;
(2)正方体A的密度;
(3)从开始放水到关闭阀门B,放出水的质量。
27.如图是小勇研究弹簧测力计的示数F与物体A下表面离水面的距离h的关系实验装置。其中A是底面积为50cm2的实心均匀圆柱形物体。用弹簧测力计提着物体A,使其缓慢浸入水中(水未溢出),得到F与h的关系图象如图中实线所示。
(1)完全浸没时,A受到水的浮力;
(2)A圆柱形物体的高;
(3)A圆柱形的密度;
(4)小勇换用另一种未知液体重复上述实验并绘制出图中虚线所示图象,则该液体密度。
28.如图所示,将一个体积为1.0×10﹣3m3,重6N的木块用细线系在底面积为50cm2的圆柱形容器的底部,当容器中倒入足够的水使木块被浸没时,求:
(1)木块浸没在水中受到的浮力;
(2)细线对木块的拉力;
(3)剪断细线,木块处于静止时,木块露出水面的体积多大?
(4)木块在水面处于静止后,容器底所受到水的压强减少了多少?
一.选择题(共15小题)
1.【解答】解:圆柱体的下表面接触水面至向下运动到容器底过程中,圆柱体受竖直向下的重力和竖直向上的浮力及弹簧测力计的拉力,当圆柱体浸没前,由F浮=ρgV排可知,V排增大,F浮增大,根据弹簧测力计的示数F=G﹣F浮,圆柱体的重力G不变,F浮增大,则弹簧测力计的示数F变小;当圆柱体完全浸没,V排不变,则弹簧测力计的示数F也不变,即弹簧测力计的示数和圆柱体下表面到水面距离h的关系图像如图C。
故选:C。
2.【解答】解:
A、由乙图可知,物体处于漂浮状态,则F浮=G物,即ρ水gV排=ρ物gV物,因V排=V物,则ρ物=ρ水=0.75×103kg/m3,故A错误;
B、甲图物体全部浸没,物体受到的浮力F甲浮=ρ水gV物,乙图可知物体漂浮,且V排=V物,物体受到的浮力F乙浮=ρ水gV物,因此F甲浮:F乙浮=4:3,故B正确;
C、由甲乙图可知,甲图物体全部浸没,排开水的体积大,容器中水深度大,根据p=ρgh可知,甲图容器底部受到水的压强大,故C错误;
D、由于容器的底面积相同,甲容器底部受到的压强大,由公式F=ps可知,甲容器底部受到水的压力大,故D错误。
故选:B。
3.【解答】解:(1)设A的体积为V、容器的底面积为S,
∵A在水中漂浮,
∴F浮=ρ水V排g=ρ水(1﹣)Vg=GA,
甲图和乙图比较,容器底受到的压力差:△F=GA=mAg,
比较甲乙两图,△p====300Pa﹣﹣﹣﹣①
同理,比较甲丙图,△p′====400Pa﹣﹣﹣﹣②

得:mA:m1=3:1,V排′=V;
此时木块A露出水面的部分占自身体积
;故AC错误。
(2)在丙图中,由于m1和A漂浮,可得:
ρ水g
V=GA+m1g=ρ水g
V+m1g,
所以m1=ρ水V,
在丁图中,ρ液g
V=GA+m2g=ρ水g
V+m2g,
所以m2=ρ液V﹣ρ水V,
因为m1:m2=5:1,
即:(ρ水V):(ρ液V﹣ρ水V)=5:1,
解得:ρ液=0.8ρ水=0.8×1.0×103kg/m3=0.8×103kg/m3=0.8g/cm3.故D正确;
(3)在乙图中,木块漂浮,则ρ水gV=ρ木gV,
所以ρ木=ρ水=×1×103kg/m3=0.6×103kg/m3.故B错误。
故选:D。
4.【解答】解:AB、如图甲,铁球受到竖直向下的重力G铁、竖直向上的拉力F拉和竖直向上的浮力F铁,
根据平衡力得,G铁=F铁+F拉,
如图乙,铜球受到竖直向下的重力G铜、竖直向上的拉力F'拉和竖直向上的浮力F铜,
根据平衡力得,G铜=F铜+F'拉,
因为,铁球和铜球所受细线的拉力大小相等,即F拉=F'拉,
所以,G铁﹣F铁=G铜﹣F铜,
由于铁球和铜球分别浸没在水和煤油中,
所以,ρ铁gV铁﹣ρ水gV铁=ρ铜gV铜﹣ρ油gV铜,
整理得,(ρ铁﹣ρ水)V铁=(ρ铜﹣ρ油)V铜,
由于ρ油<ρ水<ρ铁<ρ铜,
所以,ρ铁﹣ρ水<ρ铜﹣ρ油,
所以,V铁>V铜,故A和B都错误。
CD、根据阿基米德原理得,
铁球受到的浮力为:F铁=ρ水gV铁,
铜球受到的浮力为:F铜=ρ油gV铜,
因为ρ油<ρ水,V铜<V铁,
所以铜球受到的浮力小于铁球受到的浮力,即F铜<F铁,故C错误,D正确。
故选:D。
5.【解答】解:物块的体积V物=100cm3=1×10﹣4m3,物块浸没在水和酒精中时V排=V物=1×10﹣4m3,
物块浸没在水中:F浮=ρ水gV物=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N。
物块浸没在酒精中:F浮′=ρ酒精gV物=0.8×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=0.8N。
物块浸没在水中和酒精中受力分析分别如图甲、乙所示;
若物块都受弹簧的支持力,由于重力不变,浮力不同,故这种情况不可能;同理都受弹簧的拉力也不可能。
只可能是一个为拉力,另一个为支持力。由于物块在水中浮力大,物块会上浮,故弹簧会对它有拉力;在酒精中物块会受支持力作用。
所以根据物体受力平衡可得:
图甲中:F浮=F拉+G,
所以,F拉=F浮﹣G=1N﹣G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
图乙中:F浮′+F支=G,
所以,F支=G﹣F浮′=G﹣0.8N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
已知:当物块浸没在水中静止时与浸没在酒精中静止时,弹簧的弹力大小相等;
即:F拉=F支,
所以,1N﹣G=G﹣0.8N
解得:G=0.9N;
A、物块浸没在水中静止时,弹簧会对物块的拉力为F拉=F浮﹣G=1N﹣0.9N=0.1N,
由于力的作用是相互的,则弹簧对底部的拉力F拉′=F拉=0.1N,故A错误;
B、当弹簧脱离容器底部后静止时物块处于漂浮,则:F浮″=G=0.9N,
根据F浮=ρ液gV排可得:V排″===9×10﹣5m3,
所以,===;故B错误;
C、物块浸没在酒精中静止时弹簧对物块的支持力F支=G﹣F浮′=0.9N﹣0.8N=0.1N;故C正确;
D、质量m===0.09kg,故D错误。
故选:C。
6.【解答】解:0.24kg=240g,0.27kg=270g
(1)如果把图中黄色部分加满,黄色部分是物体底部到容器底的部分,
h1=6cm,体积:V1=S1h1=30cm2×6cm=180cm3,加水质量:m1=ρV1=1.0g/cm3×180cm3=180g
(2)240g水剩余的质量:m2=240g﹣180g=60g,60g体积为:V2===60cm3,60g的水要加在绿色部分,
水面升高距离:h2===4cm
此时物体受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和杆对物体的拉力,G=F浮+F﹣﹣①
(3)继续加水,又加水270g﹣240g=30g,这30g水首先把红色部分填满,
红色部分高度:h3=11cm﹣6cm﹣4cm=1cm,红色部分的体积:V3=(S1﹣S)h3=(30cm2﹣15cm3)×1cm=15cm3,红色部分加水质量:m3=ρV3=1.0g/cm3×15cm3=15g
(4)把红色部分加满,剩余质量:m4=30g﹣15g=15g,15g水要加在蓝色部分,
蓝色部分的体积:V4===15cm3,蓝色部分的高度:h4===3cm
此时物体受到竖直向下的重力和杆对物体向下的压力、竖直向上的浮力,G=F'浮﹣F﹣﹣②
由①②得,F浮+F=F'浮﹣F,
ρ水gV排+F=ρ水gV'排﹣F,
ρ水gSh2+F=ρ水gS(h2+h3+h4)﹣F,
2F=ρ水gS(h2+h3+h4)﹣ρ水gSh2,
2F=ρ水gS(h3+h4),
2F=1.0×103kg/m3×10N/kg×15×10﹣4m2×(1+3)×10﹣2m,
解得,F=0.3N,
由①得,G=F浮+F
ρgV=ρ水gV排+F
ρ×10N/kg×15×10﹣4m2×10×10﹣2m=1.0×103kg/m3×10N/kg×15×10﹣4m2×4×10﹣2m+0.3N,
解得,ρ=0.6×103kg/m3=0.6
g/cm3
故选:A。
7.【解答】解:
(1)木块的体积:
VA=SAhA=100cm2×12cm=1200cm3,
木块的密度:
ρA===0.75g/cm3=0.75×103kg/m3,故A错误;
(2)当加入1.8kg的水时,木块A对容器底部的压力刚好为0,此时木块恰好漂浮,
因木块受到的浮力和自身的重力相等,
所以,由阿基米德原理可得F浮=G木=ρ水gV排,即m木g=ρ水gV排,
则木块排开水的体积:
V排===900cm3,
容器内水的深度:
h水===9cm,
容器内加入水的体积:
V水===1800cm3,
由V水=(S容﹣SA)h水可得,容器的底面积:
S容=+SA=+100cm2=300cm2,故B错误;
(3)细绳拉断前、后木块静止时,由p=ρgh可得,容器内水深度的变化量:
△h===5×10﹣3m=0.5cm,
木块排开水体积的减少量:
△V排=S容△h=300cm2×0.5cm=150cm3,
则剪断细绳前木块排开水的体积:
V排′=V排+△V排=900cm3+150cm3=1050cm3,
木块受到的浮力:
F浮′=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×1050×10﹣6m3=10.5N,故C错误;
细绳拉断前木块浸入水中的深度:
h水′===10.5cm,
容器内水的深度:
h水″=h水′+h绳=10.5cm+8cm=18.5cm,
容器内水的体积:
V水总=S容h水″﹣V排′=300cm2×18.5cm﹣1050cm3=4500cm3,
则最后容器中水的总质量:
m水总=ρ水V水总=1.0g/cm3×4500cm3=4500g=4.5kg,故D正确。
故选:D。
8.【解答】解:(1)设A的体积为V、容器的底面积为S,
∵A在水中漂浮,
∴F浮=ρ水V排g=ρ水Vg=GA,
甲图和乙图比较,容器底受到的压力差:△F=GA,
比较甲乙两图,△P====300Pa,﹣﹣﹣﹣①
同理,比较甲丙图,△P′===400Pa,﹣﹣﹣﹣②
得:
mA:m1=3:1,
V排′=V;
此时木块A露出水面的部分占自身体积;故A错误,D正确。
(2)在丙图中,由于m1和A漂浮,可得:
ρ水gV=GA+m1g=ρ水gV+m1g,
∴m1=ρ水V,
在丁图中,ρ液gV=GA+m2g=ρ水gV+m2g,
∴m2=ρ液V﹣ρ水V,
∵m1:m2=5:1,
即:
(ρ水V):(ρ液V﹣ρ水V)=5:1,
解得:
ρ液=0.8ρ水=0.8×1.0×103kg/m3=0.8×103kg/m3.故B正确;
(2)在乙图中,木块漂浮,则
ρ水gV=ρ木gV
ρ木=ρ水=×1×103kg/m3=0.6×103kg/m3.故C正确。
故选:A。
9.【解答】解:设A的体积为V、容器的底面积为S,
A在水中漂浮,
所以F浮=ρ水V排g=ρ水Vg=GA,
甲图和乙图比较,容器底受到的压力差:△F=GA,
比较甲乙两图,△p====300Pa,﹣﹣﹣﹣①
同理,比较甲丙图,△p′===400Pa,﹣﹣﹣﹣②
比较甲丁图,△p″=﹣﹣﹣﹣③
得:
=,=,
解得mA:m1=3:1,
V排′=V;
此时木块A露出水面的部分占自身体积,即木块A露出水面的体积与木块A的体积之比是1:5,故A错误,C错误。
在乙图中,木块漂浮,则
ρ水gV=ρ木gV
ρ木=ρ水=×1×103kg/m3=0.6×103kg/m3.故B正确。
②﹣①得:=100Pa,则G1=100Pa×S﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④,
已知m1:m2=5:1,则G2=G1=×100Pa×S=20Pa×S﹣﹣﹣﹣﹣⑤,
由①可得,GA=300Pa×S﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑥,
丙丁两图中物体都漂浮,且由题意可知,A排开水的体积相同,则:
G1+GA=ρ水gV排﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑦
G2+GA=ρ液gV排﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑧
将④⑤⑥代入⑦⑧解得:ρ液=0.8ρ水,
因丙丁两图中水和液体的体积相同,则G液=0.8G水,
图丁中液体对容器底部的压强:
p丁===320Pa+,
图甲中水对容器底部的压强:
p甲=,
所以,图丁与图甲比较,液体对容器底部的压强增加量:
△p″=p丁﹣p甲=320Pa+﹣=320Pa﹣,故D错误。
故选:B。
10.【解答】解:
(1)设每个物体体积为V,露出水面的体积为a,
由题知红黄蓝三种物质密度依次增大,设三者密度之比为4:5:6,
甲物体中三者体积比例为15:12:10,则红色物质体积为a=V,
同理乙中的黄色物质和丙中的蓝色物质体积也均为V,
设乙中红色物质体积为V,则蓝色物质体积为V,
设丙中红色物质体积为V,则黄色物质体积为V,
(2)∵三物体体积相同,露出液面的体积相同,
∴排开液体的体积相同,
由阿基米德原理可知受到的浮力相等,
∵F浮=G=mg,
∴三物体的质量相同;
依据前面已知的三个物体质量相等列等式
4×15+5×12+6×10=4×x+5×15+6×(22﹣x)=4×y+5×(22﹣y)+6×15,
解得x=13.5,y=20,
所以甲物体:含有红色物质V、黄色物质V、蓝色物质V;
乙物体:含有红色物质V、黄色物质V、蓝色物质V;
丙物体:含有红色物质V、黄色物质V、蓝色物质V;
由此分析:
含有红色物质最多的是丙物体,最少的是乙物体,故a错
含有黄色物质最多的是乙物体,最少的是丙物体,故b正确
含有蓝色物质最多的是丙物体,最少的是乙物体,故c正确。
故选:D。
11.【解答】解:(1)金属筒漂浮,F浮=G筒=2N。
∵F浮=ρ水V排g
∴V排===2×10﹣4m3,
∵的体积露出水面。
∴V筒==×2×10﹣4m3=3×10﹣4m3。
(2)装入液体后的浮力:F浮′=ρ水g(1﹣)V筒=1×103kg/m3×10N/Kg××3.0×10﹣4m3=2.4N,
装入液体后的浮力等于金属筒重力加上液体重力,所以:G液=F浮′﹣G筒=2.4N﹣2N=0.4N,
筒内液体的密度ρ====0.8×103kg/m3。
故选:D。
12.【解答】解:(1)由图知,圆柱体刚浸没时下表面所处的深度:
h=10cm=0.1m,即圆柱体的高度为0.1m,故A错误;
(2)∵当圆柱体全浸入时,弹簧测力计的示数F′=2N,
∴圆柱体受到的最大浮力(全浸入时):
F浮=G﹣F′=8N﹣2N=6N,
∵F浮=ρgV排,
∴圆柱体的体积:
V=V排===6×10﹣4m3,
由V=Sh可得,圆柱体的横截面积:
S===6×10﹣3m2=60cm2,故B正确;
(3)由图可知,圆柱体重G=8N,则圆柱体的质量:
m===0.8kg,
圆柱体的密度:
ρ==≈1.3×103kg/m3=1.3g/cm3,故C错误;
(4)撤去弹簧测力计,将圆柱体沉入容器底部,
则圆柱体对容器底部的压力为:
F=G﹣F浮=8N﹣6N=2N,
圆柱体对容器底部的压强:
p==≈333Pa,故D错误。
故选:B。
13.【解答】解:
原来气球和金属块悬浮在水中,F浮=G,
如果向上碰的话,由于气球受到水的压强变小、气球的体积变大,气球受到的浮力增大,大于自重,气球和金属块将向上运动;
如果向下碰的话,由于气球受到水的压强变大、气球的体积变小,气球受到的浮力减小,小于自重,气球和金属块将向下运动;
当水平碰,由于气球受到水的压强不变、气球的体积不变,气球受到的浮力不变,还等于自重,仍处于悬浮,还处于静止状态;
由以上分析和知静止、向上运动、向下运动都有可能。
故选:D。
14.【解答】解:塑料小船一直漂浮在水面上,它受到水的浮力不变;由阿基米德原理得,在浮力不变时,小船排开水的体积随液体的密度增大而减小,也就是h随着液体密度增大而减小;考虑到液体的溶解度,盐的溶解达到饱和时,盐水的密度不再发生变化,此时小船排开水的体积也不变化,即h也不再变化。
故选:D。
15.【解答】解:设长方体木块的体积为V,则将木块露出液面的部分切除后:
图中甲木块的体积为V浸入,木块再次露出液面部分的体积仍为现有体积的,即V甲=V×=V。
图中乙木块的体积为V浸入,木块再次露出液面部分的体积仍为现有体积的,即V乙=V×=V。
图中丙木块的体积为V浸入,木块再次露出液面部分的体积仍为现有体积的,即V丙=V×=V。
因为V>V,所以乙图木块再次露出液面部分的体积较大。
故选:B。
二.填空题(共7小题)
16.【解答】解:轮船在海水或江水中,都处于漂浮状态,受到的浮力的大小等于轮船的受到的总重力,即F浮=G,由于总重力G不变,即轮船受到的浮力F浮不变,由F浮=ρgV排可知,ρ海水>ρ江水,则V排海水<V排江水,因此图中B位置时,表示轮船在海水中;
轮船满载漂浮时,受到的浮力F浮=G排=m排g=17000×103kg×10N/kg=1.7×108N;
由p=ρgh可得h===6m。
故答案为:海水;1.7×108;6。
17.【解答】解:(1)由题意分析知,物体下降4cm
排开水的体积等于容器中液面上升部分的体积,
即:SA×4cm=(S容器﹣SA)△h
50cm2×4cm=100cm2×△h
解得:△h=2cm,
所以物块浸在液面以下的深度为:h=4cm+△h=4cm+2cm=6cm,
此时排开液体的体积为:
V排=SAh=50cm2×6cm=300cm3=3×10﹣4m3,
此时木块所受浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10﹣4m3=3N;
(2)木块A的底面刚好与水面接触开始向下移动前,木块对弹簧的拉力是8N,即弹簧产生的弹力是8N,弹簧每变化2cm,所产生的弹力变化1N,所以此时弹簧的伸长量为16cm;由题意知物体下移16cm时与容器底接触,而弹簧末端的B点向下移动了38cm,说明弹簧比木块入水前缩短了22cm,前16cm恢复到原长,后6cm产生3N的弹力,对木块的弹力为3N。
木块的体积:VA=SAhA=50cm2×20cm=1000cm3,
容器中水的体积:V水=S容器h水=150cm2×16cm=2400cm3,
容器的容积:V容=S容器h容=150cm2×22cm=3300cm3,
因VA+V水>V容,物体A完全浸没在水中时会有一部分水排在容器的外面。那么剩余水的体积为:
V剩=V容﹣VA=3300cm3﹣1000cm3=2300cm3,
由密度公式ρ=得,剩余水的质量:
m=ρV=1g/cm3×2300cm3=2300g=2.3kg,
剩余水的重力为:G剩=mg=2.3kg×10N/kg=23N,
容器的重为G容器=m′g=0.6kg×10N/kg=6N,
所以此时容器对桌面的压力为:
F=G剩+G容器+G木+F弹=23N+6N+8N+3N=40N。
故答案为:3;40。
18.【解答】解:(1)冲锋舟满载时所受的浮力是F浮=ρgV排=1000kg/m3×10N/kg×1.5m3=1.5×104N;
(2)一个人的重力G=mg=60kg×10N/kg=600N;
最多承载的人数为n===15人;
(3)冲锋舟底部0.5m深处所受水的压强P=ρgh=1000kg/m3×10N/kg×0.5m=5×103Pa;
故答案为:1.5×104;15;5×103。
19.【解答】解:(1)由图可知,n=3,
当绳的自由端被向上拉动距离s时,由滑轮组的特点可知,物体A提升的高度为h=s,
设此过程中液面降低的高度为△h,如图所示:
由图知,物体浸入液体中的深度变化量:△h浸=△h+h=△h+s,
物体排开液体体积的变化量:△V排=S2△h浸=S2(△h+s
)﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
且排开液体体积的变化量也可以写为:△V排=S容△h=S1△h﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
联立①②解得:△h=,
则:△V排=S1△h=,
由阿基米德原理可得,物体受到浮力的变化量:
△F浮=ρg△V排=ρg×=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
(2)不计摩擦,且滑轮的重力不变,为方便求出定滑轮对天花板的拉力的变化量,可不考虑2个滑轮的重力,
由图知,n=3,则绳子自由端的拉力:F=(G物﹣F浮),
原来绳子自由端的拉力:F1=(G物﹣F浮1),
当绳的自由端被向上拉动距离s时,绳子自由端的拉力:F2=(G物﹣F浮2),
因向上拉动物体时,浮力减小,绳端的拉力增大,则绳子自由端拉力的变化量:
△F=F2﹣F1=(G物﹣F浮2)﹣(G物﹣F浮1)=(F浮1﹣F浮2)=△F浮=×=﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④,
对定滑轮进行受力分析,受下方两段绳子的拉力2F和天花板对定滑轮的拉力F0,如下图:
由于定滑轮对天花板的拉力与天花板对定滑轮的拉力是一对相互作用力,
根据力的平衡条件,可得定滑轮对天花板的拉力:F0=2F﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤;
由④⑤两式可得,定滑轮对天花板的拉力的变化量:
△F0=2△F=2×=。
故答案为:。
20.【解答】解:(1)由图示图像可知,金属块的重力:G=50N;
金属块离开容器底而露出水平前,测力计示数为金属块受到的浮力为F浮=G﹣F1=50N﹣40=10N;
(2)由图示图像可知,1s时,测力计示数为F2=20N,
则金属块对容器底的压力为:N=G﹣F浮﹣F2=50N﹣10N﹣20N=20N,
此时金属块静止,处于平衡状态,所受合力为零。
(3)由浮力公式:F浮=ρgV排可知,金属块的体积:
V=V排===0.001m3,
金属块的边长:L===0.1m,
由图示图像可知,金属块从上表面露出水面到完全离开水面需要的时间为8s﹣6s=2s,
金属块的速度:v====0.05m/s;
(4)由图示图像可知,金属块上表面到达水面需要的时间为4s(即BC段时间为4s,而AB段表示拉力逐渐增大但物体仍然静止),
金属块静止在水中时上表面到水面的距离:h=vt=0.05m/s×4s=0.2m,
物体静止在水底时,水对物体上表面的压强:p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa;
故答案为:(1)50;10;(2)20;0;(3)0.05;(4)2000。
21.【解答】解:(1)根据图中物体浸入到液体中的体积和弹簧测力计示数的变化,物体进入到液体中的体积越大,即排开液体的体积越大,弹簧测力计的拉力越小,根据F浮=G﹣F拉可知,物体重力不变,物体受的浮力会越大;
(2)①因为在物体全部浸没前,物体进入到液体中的深度越深。排开液体的体积越大,浮力越大;物体全部浸没后,排开液体的体积不变,根据F浮=ρgV排可知,浮力不再变化;所以图象a符合金属圆柱体所受浮力和浸入深度的关系;
②图象b是弹簧测力计对金属圆柱体的拉力变化图象,物体没有浸入到水中前的拉力即为物体的重力G=F=2.7N;
由图象a可知,圆柱体完全浸没后,圆柱体受的浮力为1.0N。
故答案为:(1)越大;(2)①a;②2.7;1.0。
22.【解答】解:(1)分析表中数据可知,实验所用物体的重力为2N;第一次实验中物体所受的浮力F浮=G﹣F′=2N﹣1.5N=0.5N;
(2)①分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可知,液体的密度相同,物体浸入液体中的体积越大,弹簧测力计的示数越小,即所受的浮力变大;
故可得结论: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。
②在探究浮力的大小与液体密度的关系时,应控制排开液体的体积不变,改变液体的密度;结合表格可知1、4或者2、5或者3、6符合。
(3)第一次实验中物体排开水受到的重力:
G排=m排g=ρV排g=1.0×103kg/m3×50×10﹣6m3×10N/kg=0.5N,
因F浮=G排=0.5N,所以可以验证阿基米德原理。
(4)在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验的目的是减小偶然性,使实验得出的实验规律更具有普遍性,所以本实验的目的是寻找普遍规律。
(5)根据F浮=ρgV排可知,物体浸没时排开水的体积和本身的体积相等,所以将同一个物体浸没在密度越大的液体中时受到的浮力变大,根据F浮=G﹣F′可知弹簧测力计的示数越小;
当他把物块浸没在水中时,受到的浮力:
F浮=G﹣F′=1.5N﹣0.5N=1N,
根据阿基米德原理得:
1N=ρ水gV排﹣﹣﹣﹣﹣①
当他把物块浸没在酒精中时,
F浮酒=ρ酒gV排﹣﹣﹣﹣﹣②
因两者排开液体的体积相等,
所以,①②两式相比可得:
F浮酒=0.8N,
此时应标在弹簧测力计的1.5N﹣0.8N=0.7N处。
故答案为:
(1)2;0.5;
(2)大;1、4或者2、5或者3、6;
(3)0.5;阿基米德;
(4)A;
(5)小;0.7。
三.计算题(共6小题)
23.【解答】解:(1)由乙图可知,物体的重力G=5N,全部浸没时,弹簧测力计的示数F示=3N;
根据称重法,物体全部浸没时受到的浮力F浮=G﹣F示=5N﹣3N=2N;
(2)物体的质量m===0.5kg;
物体的体积V物=V排===2×10﹣4m3;
物体的密度ρ===2.5×103kg/m3=2.5g/cm3;
(3)从0s~2s时间内,物体刚好从容器底部上升到上表面与水面相平,物体上升的高度h1=vt1=6cm/s×2s=12cm;
物体从上表面露出水面至全部露出水面,用时t2=1s,该过程中物体上升的高度h2=vt2=6cm/s×1s=6cm;
物体的体积V物=2×10﹣4m3=200cm3;
物体从上表面露出水面至全部出水面,水面下降的高度h3===2cm;
由下图可知,t=2s时容器中水的深度等于前3秒内物体上升的高度加上水面下降的高度,
当t=2s时容器中水的深度h=h1+h2+h3=12cm+6cm+2cm=20cm;
当t=2s时,水对容器底部的压强p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10﹣2m=2000pa;
此时水对容器底部的压力F=pS=2000pa×100×10﹣4m2=20N。
答:(1)当物体全部浸没水中,物体受到的浮力是2N;
(2)物体的密度是2.5g/cm3;
(3)当t=2s时,水对容器底部的压力是20N。
24.【解答】解:∵木块的密度是液体密度的,∴当加入一定量的液体后,木块会一直漂浮在液体中。
∵,∴=1×103kg/m3。
当木块刚处于漂浮状态时,注入液体的质量最小,根据物体的漂浮条件可知:
F浮=G木,即ρ液gV排=ρ木gV木;
∵,∴;
∴;
V液最小=(S容﹣S木)?h排==1.5πr2h;
∴m液最小=ρ液?V液最小=1×103kg/m3×1.5πr2h=1500πr2h(kg);
V液最大=V容﹣V排===7.5πr2h,
∴m液最大=ρ液?V液最大=1×103kg/m3×7.5πr2h=7500πr2h(kg);
由此可知,向容器中加入液体质量的范围是1500πr2h(kg)~7500πr2h
(kg)。
25.【解答】解:(1)由图乙AB段可知,此过程是物体A出水面的过程,BC段中物体B处于浸没状态,CD段此过程是物体B出水面的过程,
根据称重法可知:
在A点时,(GA+GB)﹣(FA浮+FB浮)=FA=25N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
在B点时,(GA+GB)﹣FB浮=FB=35N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
根据①②可得:FA浮=10N,
根据F浮=ρ液gV排可得:
物体A的体积VA=VA排===1×10﹣3m3,
(2)因为物体上升时在C、D间的距离小于A、B间的距离,说明在D点时物体A、B间的绳子断了。
E点是绳子断了之后,此时绳端的拉力FE=GA,
则:GA=FE=25N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
因为A、B两物体的体积相同,所以物体A、B浸没时受到的浮力相等,
即:FB浮=FA浮=10N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④
由②③④可得:GB=20N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤
因为A、B两物体的体积相同,所以物体B的体积VB=VA=1×10﹣3m3,
根据G=mg=ρVg可得:
正方体B的密度ρB===2×103kg/m3;
(3)由图乙可以看出从B到C的过程中拉力的大小不变,由此可知,B点是物体A的下表面刚好离开水面的时候,C点是物体B的上表面刚好到达水面的时候。
所以,据此可知:此时水的深度h′=13.5cm+10cm=23.5cm=0.235m;
由于在D处时物体B受到的浮力为FB浮′,
在D点时,(GA+GB)﹣FB浮′=FD=41N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑥
由③⑤⑥可得:FB浮′=4N,
则VB排′===4×10﹣4m3,
正方体的边长L===0.1m,
根据已知可得:
容器内部底面枳S容=4S正=4L2=4×(0.1m)2=4×10﹣2m2,
VB露=VB﹣VB排′=1×10﹣3m3﹣4×10﹣4m3=6×10﹣4m3,
从C处到D处时液面下降的高度△h===0.015m,
水的最小深度h最小=h′﹣△h=0.235m﹣0.015m=0.22m,
水对容器底部最小压强p最小=ρ水gh最小=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.22m=2.2×103Pa。
答:(1)正方体A的体积为1×10﹣3m3;
(2)正方体B的密度为2×103kg/m3;
(3)整个过程中,水对容器底部压强的最小值为2.2×103Pa。
26.【解答】解:(1)物块A体积:
VA=(10cm)3=103cm3=10﹣3m3,
因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,
所以,物体A浸没时受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×10﹣3m3=10N;
(2)由题意可得:当物体A浸没时,弹簧由16cm伸长到18cm,则弹簧伸长2cm,
由图象可知物体受到的弹力F弹=3N,
甲图中,正方体A受到竖直向下的重力和弹力、竖直向上的浮力,
则正方体A的重力:
GA=F浮﹣F弹=10N﹣3N=7N,
由G=mg可得,正方体A的质量:
mA===0.7kg,
正方体A的密度:
ρA===0.7×103kg/m3;
(3)放水前水的深度为弹簧现在的长度18cm加上正方体A的边长,如图甲所示:
即h=18cm+10cm=28cm,
则容器内水的体积:
V水=Sh﹣VA=400cm2×28cm﹣1000cm3=10200cm3,
打开阀门B缓慢放水,当A对弹簧的作用力大小再次等于F1时,弹簧的压缩量为2cm,如图丙所示:
正方体A受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和弹力,
则此时物体受到的浮力:
F浮'=GA﹣F弹=7N﹣3N=4N,
此时正方体A排开水的体积:
V排===4×10﹣4m3=400cm3,
正方体A浸入水的深度:
h1===4cm,
容器内水的深度等于弹簧的原长减去压缩量再加上正方体浸入水的深度,即
h′=16cm﹣2cm+4cm=18cm,
容器内剩余水的体积:
V水'=Sh'﹣V排=400cm2×18cm﹣400cm3=6800cm3,
放出水的体积:
V放=V水﹣V水'=10200cm3﹣6800cm3=3400cm3,
则放出水的质量:
m放=ρ水V放=1.0g/cm3×3400cm3=3400g=3.4kg。
答:(1)物体A浸没时受到的浮力为10N;
(2)正方体A的密度为0.7×103
kg/m3;
(3)从开始放水到关闭阀门B,放出水的质量为3.4kg。
27.【解答】解:
(1)由图知,当h=0时,弹簧测力计的示数为3N,即物体A的重力G=3N,
完全浸没在水中时,A受到水的浮力:F浮=G﹣F=3N﹣1N=2N,
(2)完全浸没在水中,由F浮=ρ水gV排可得,物体的体积:
V=V排===2×10﹣4m3;
则圆柱形物体的高度:h===0.04m=4cm;
(3)物体A的质量:m===0.3kg,
物体A的密度:ρ===1.5×103kg/m3;
(4)完全浸没在另一种液体中,此时物体受到的浮力:F浮′=G﹣F′=3N﹣1.4N=1.6N,
由F浮=ρgV排可得,该液体的密度:
ρ液===0.8×103kg/m3。
答:(1)完全浸没时,A受到水的浮力为2N;
(2)物体A的物体的高为4cm;
(3)A圆柱形的密度为1.5×103kg/m3;
(3)该液体密度为0.8×103kg/m3。
28.【解答】解:(1)木球浸没在水中受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1.0×10﹣3m3=10N;
(2)木块被浸没时处于静止,则木块受平衡力作用,
则细线对木球的拉力:
F=F浮﹣G=10N﹣6N=4N;
(3)剪断细线,木块静止时漂浮在水面上,则F浮′=G=6N,
由F浮=ρ水gV排得:
V排′===6×10﹣4m3。
露出水面的体积:
V露=V﹣V排′=1.0×10﹣3m3﹣6×10﹣4m3=4×10﹣4m3。
(4)液面下降的高度:
△h===0.08m,
剪断细线后水对容器底的压强变化量:
△p=ρ水g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.08m=800Pa。
答:(1)木块浸没在水中受到的浮力为10N;
(2)细线对木块的拉力为4N;
(3)剪断细线,木块处于静止时,木块露出水面的体积为4×10﹣4m3。
(4)木块在水面处于静止后,容器底所受到水的压强减少了800Pa。