名称 | 3.3 阿基米德原理 学案(典例剖析+课练对接+课练全解) | | |
格式 | zip | ||
文件大小 | 3.2MB | ||
资源类型 | 试卷 | ||
版本资源 | 华师大版 | ||
科目 | 科学 | ||
更新时间 | 2021-10-18 16:48:34 |
知识点2:
如图所示,一个圆柱形薄壁容器的底面积为0.04m2 , 将一个横截面积为0.01m2的圆柱形木块用非弹性细线与容器底部相连,倒入水并使木块部分浸入水中,直至细线刚好伸直。已知ρ水=1×103kg/m3 , g=10 N/ kg。请回答:
(1)在答题卡上画出细线刚好伸直时,木块在竖直方向上的受力示意图。
(2)继续往容器中缓慢注入水,当液面升高0.05m时,细线未被拉断,这一过程中木块受到的浮力增大了多少N?
(3)已知细线所能承受的最大拉力为10N,从细线刚好伸直到刚好被拉断,木块排开水的体积增加多少?
:细线刚好伸直时,木块不受细线的拉力,它受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力,如下图所示:
(2)木块排开水的体积的增大量△V排=S△h排=0.05m×0.01m2=5×10-4m3;
浮力的增大值F浮力=ρ液g△V排=103kg/m3×10N/kg ×5×10-4m3=5N。
(3)当细线刚好伸直时,它受到的浮力F浮1=G;
当细线刚好被拉断时,
它受到的浮力F浮2=G+F拉 ,
即F浮2=F浮1+F拉;
解得:△F浮'=F浮2-F浮1=F拉;
那么木块排开水的体积增大值为:。
F拉=ρ水g(V排2-V排1)=10N
得△V=10m
小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和煤油)对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,下图表示探究过程及有关数据。
(1)分析图A、B、C、D,说明浮力大小跟________有关。
(2)分析图________,说明浮力大小跟液体密度有关。
(3)物体的重力是________N。
(4)物体完全浸没在煤油中所受的浮力是________N。
(5)综合以上分析,得出最后的实验结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小与________和 ________有关。
(6)在进行实验D、E过程中,也运用了控制变量法,保持了________不变,进行探究、验证。
(7)分析上图可知,金属块的体积是________。
(8)金属块的密度是________。
(9)为了使实验结论更具有普遍性,应___________
A.多次测量取平均值
B.换用其他液体多次实验
:(1)分析图A、B、C、D可知,物体排开水的体积不断增大,测力计的示数不断减小,说明浮力大小跟排开水的体积有关。(2)探究浮力大小与液体密度的关系时,必须控制排开液体的体积相同而改变液体的种类,故选ADE;(3)根据A图可知,物体的重力为10N;(4)根据图E可知,物体完全浸没在煤油中受到的浮力为:F浮=G-F示=10N-7.6N=2.4N;
(5)根据(1)和(2)的分析可知,浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体密度和 物体排开液体的体积有关。(6)在进行实验D、E过程中,也运用了控制变量法,保持了排开水体积不变,进行探究、验证。(7)根据AD图可知,物体的体积为:V=800mL-500ML=300L=300cm3;(8)金属块的密度;(9)为了使实验结论更具有普遍性,应换用其他液体多次实验,故选B。21世纪教育网版权所有
1.(2021 罗湖区校级开学)潜水员由水面下20m深处上浮至水面下10m处的过程中,他受到水的压强和浮力的变化情况是( )
A.压强增大,浮力增大 B.压强不变,浮力增大
C.压强增大,浮力不变 D.压强减小,浮力不变
:(1)潜水员在上浮的过程中,深度越来越小,由液体压强公式p=ρgh可知,潜水员在上浮的过程中,所受的压强逐渐减小;
(2)由于潜水员是完全潜入水中,潜水员排开水的体积不变,而液体的密度不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,在潜水员上浮过程中,受到的浮力大小不变。
故选:D。
2.(2021春 头屯河区校级月考)如图所示,装有石块的小船浮在水面上时所受浮力为10N,当把石块投入水中后,石块所受浮力为2N,池底对石块的支持力为3N,下列判断中不正确的是( )
A.空船所受浮力为5N
B.池底所受水的压力减小
C.石块所受重力等于5N
D.船排开水的体积减小了8×10﹣4m3
:把石块投入水中后,石块下沉至池底,
石块的重力为:
G石=F浮+F支=2N+3N=5N,故C正确;
石块在船上,二者受到水的浮力:
F浮1=G船+G石,
空船的重力为:
G船=F浮1﹣G石=10N﹣5N=5N,
空船在水中处于漂浮状态,空船的浮力等于空船的重力,
所以为空船所受浮力为:
F浮船=G船=5N,故A正确;
根据F浮=ρ水V排g知石块在船上时排开水的体积为:
V排===10﹣3m3,
船自身排开水的体积:
V排′===5×10﹣4m3,
船排开水的体积减小了:
ΔV=V排﹣V排=10﹣3m3﹣5×10﹣4m3=5×10﹣4m3,故D错误;
把石块投入水中后,二者受到水的浮力:F浮1′=G船+F石,
因为石块在水中下沉,
所以石块在水中受到水的浮力小于石块重,
所以F浮1>F浮1′,
根据F浮=ρ水V排g知将石块放入水中后,二者排开水的体积变小,使得池内水位下降、水深h变小;
由p=ρgh知水对池底的压强变小,根据p=知水对池底的压力减小,故B正确。
故选:D。
3.(2021春 百色期末)浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开液体的( )
A.质量 B.体积 C.密度 D.重力
:根据阿基米德原理可知,浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力,浮力的大小等于它排开液体受到的重力。
故选:D。
4.(2021春 柳州期末)如图,在抗洪救灾中,许多战士都在迷彩服外穿一件厚厚的黄色“背心”“背心”的主要作用是( )2·1·c·n·j·y
A.方便相互识别
B.统一着装,便于指挥
C.类似于棉衣,起到保暖作用
D.当人被风浪卷入水中时,起救生作用
:这种背心由密度小、重力小的泡沫类物质做成,可以增大人在水中时排开水的体积,从而增大人受到的浮力,这样当人被风浪卷入水中时,可以起到救生的作用。
故选:D。
5.(2021春 章丘区期末)探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示,其中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N。下列分析正确的是( )
A.如果金属块a浸没在水中,受到浮力的大小必为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
:A、金属块a浸没在水中时,根据称重法测浮力可知,受到浮力的大小为F浮=G﹣F乙=1.6N﹣1.0N=0.6N,故A错误;21*cnjy*com
B、根据甲、乙可知,物体浸在液体的体积不同,排开的液体的体积不同,所以可以探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系,故B错误;【来源:21cnj*y.co*m】
C、根据乙、丙可知,物体的重力相同、物体的密度不同、物体的体积不同,浸没在同种液体中时排开的液体的体积不同,测力计示数不同,探究浮力与密度关系时,需要控制物体的体积相同(排开液体的体积相同),物体的密度不同,故C错误;
D、根据丙、丁可知,同一个物体浸没在不同液体中,排开的液体的体积相同,液体的密度不同,所以可以探究浮力的大小与液体密度的关系,故D正确。
故选:D。
6.(2021春 巩义市期末)为了探究影响浮力大小的因素,某校学习小组设计了如下三组实验。
(1)图1是第一组的实验过程,整个过程为同一物体:
①分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与 有关。
②分析图甲、丙、丁,说明浮力的大小与 无关。
③图戊中物体受到的浮力为 N。
(2)图2是第二组的实验过程,探究浮力的大小可能与物体的形状有关,图中的物体是两块相同的橡皮泥分别捏成的圆锥体和圆柱体。实验后小组交流认为实验方案存在问题,请你写出改进意见 。【出处:21教育名师】
(3)图3是第三组的实验过程,完全相同的两个烧杯装有相同体积的水放在水平桌面上,A、B两个不同的实心物体放入两个烧杯后,两液面的高度仍相同。则:A物体所受浮力
B物体所受浮力,两实心物体的密度ρA ρB。(两空均选填“<”、“=”或“>”)
:(1)①由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关;21教育名师原创作品
②分析图甲、丙、丁可知,物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同,弹簧测力计的示数相同,则受到的浮力相同,由此可得,浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关;21*cnjy*com
③由图甲、丙所示实验可知,圆柱体浸没在水中时受到的浮力:F浮=G﹣F=5N﹣1N=4N;
(2)为了研究“浮力的大小可能与物体的形状有关”,要控制排开液体的体积和密度相同,用两块相同的橡皮泥分别捏成圆锥体和圆柱体进行如图2所示的实验,由图可知,两块橡皮泥排开的水的体积是不同的,由此得出的结论不可靠的,主要原因是没有控制排开液体的体积相同;所以改进的方法是:两块橡皮泥都浸没在水中;
(3)完全相同的两个烧杯装有相同体积的水放在水平桌面上,A、B两个不同的实心物体放入两个烧杯后,两液面的高度仍相同,则两个物体排开的水的体积是相同的,水的密度相同,根据F浮=ρ液gV排可知,两个物体受到的浮力相同;A下沉,说明A的密度大于水的密度,B漂浮,说明B的密度小于水的密度,所以ρA>ρB。
故答案为:( 1)①物体排开液体的体积;②浸没的深度;4;(2)两块橡皮泥都浸没在水中;( 3 )=;>。
7.(2021春 阳东区期末)如图所示是正在黄岩岛海域执行维权任务的中国海监船,船满载排水量6200吨。(海水的密度为1.1×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)满载时,海监船受到的浮力有多大?
(2)海监船在执行任务时,以20km/h的速度匀速航行4小时,巡航的路程为多少km?
(3)若船底某处距海面的深度为8m,则该处受到海水的压强是多少?
:(1)船满载的排水量为:m排=6200t=6.2×106kg,
满载时,海监船受到的浮力为:
F浮=G排=m排g=6.2×106kg×10N/kg=6.2×107N;
(2)海监船在执行任务时,以20km/h的速度匀速航行4小时,
根据v=可知巡航的路程为:s=vt=20km/h×4h=80km;
(3)若船底某处距海面的深度为8m,则该处受到海水的压强为:p=ρ海水gh=1.1×103kg/m3×10N/kg×8m=8.8×104Pa。
答:(1)海监船受到的浮力有6.2×107N;
(2)巡航的路程为80km;
(3)该处受到海水的压强是8.8×104Pa。
8.(2020春 肇东市校级期末)如图所示的小球重5N,用弹簧测力计挂着小球,并使小球的体积浸在容器的水中,此时弹簧测力计的示数为2N。
(1)求小球有体积浸在水中时受到的浮力;
(2)求小球的体积。
:
(1)小球有体积浸在水中时受到的浮力:
F浮=G﹣F′=5N﹣2N=3N。
(2)由F浮=ρgV排得,小球排开水的体积:
V排===3×10﹣4m3,
因小球的体积浸没在水中,
所以,小球的体积:
V=V排=×3×10﹣4m3=7.5×10﹣4m3。
答:(1)小球有体积浸在水中时受到的浮力为3N;
(2)小球的体积为7.5×10﹣4m3。
9.(2021春 西华县期末)某大桥在施工时,要向江中沉放大量的施工构件。如图甲所示,假设一正方体构件从江面被匀速吊入江水中,在沉入过程中,其下表面到水面的距离h逐渐增大,构件所受浮力F1和钢绳拉力F2随h 的变化如图乙所示,其中浮力F1随h变化的图像是图乙中的 (选填图乙中序号);当构件的下表面距江面4m深时,构件上表面受到江水的压强为 Pa;根据图乙可知该构件的密度为 kg/m3。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)21·cn·jy·com
:(1)由图可知,构件在浸入水的过程中排开水的体积逐渐变大,所以浮力也逐渐变大,则钢丝绳的拉力F2逐渐减小;当构件浸没后排开水的体积不变,所以浮力不变,钢丝绳的拉力F2也不变,因此反映钢丝绳拉力F2随h变化的图线是①,构件所受浮力F1随h变化的图线是②;
(2)从乙图中可以看出,当构件完全淹没时的高度为2m,则构件边长为2m;
当构件的下表面距江面4m深时,构件上表面受到江水的压强为:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×(4m﹣2m)=2×104Pa;
(3)由图乙可知,构件完全淹没时,拉力F2=1.6×105N,
构件体积:V=L3=(2m)3=8m3,
构件完全淹没时,V排=V=8m3,
由公式F浮=G﹣F拉、F浮=ρ液gV排可得:F浮=G﹣F2,即:ρ水gV排=ρgV﹣F2,
代入数值可得:1×103kg/m3×10N/kg×8m3=ρ×10N/kg×8m3﹣1.6×105N,
解得,构件的密度为:ρ=3×103kg/m3。
故答案为:②;2×104;3×103。
10.(2021 碑林区校级一模)如图所示是龙舟赛精彩场面,运动员向后划水,船就前进,这说明物体间力的作用是 的,以船上的运动员为参照物,龙舟是 (选填“运动”或“静止”)的。如果龙舟和运动员总质量为4t,龙舟体积为6m3,吃水深度为20cm,则比赛中龙舟受到的浮力约为 N,龙舟底部所受液体压强为 Pa(ρ水=1.0×103kg/m3;g取10N/kg)。【来源:21·世纪·教育·网】
:(1)物体间力的作用是相互的,用桨向后划水,同时水给桨一个向前的力,推动船向前行驶;
以船上的运动员为参照物,船上的运动员相对龙舟的位置没有发生改变,是静止的;
(2)因为龙舟是漂浮在水面上,所以受到的浮力:
F浮=G=mg=4×103kg×10N/kg=4×104N;
(3)龙舟底部所受液体压强p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa。
故答案为:相互;静止;4×104;2000。
1.(2021 南山区校级三模)两个相向的烧杯中分别装满了两种不同的液体,把甲、乙两球分别轻轻放入两杯液体,最后处于如图所示状态。甲、乙排开液体的重力相等,两种情况相比,下列判断正确的是( )21教育网
A.甲液体对容器底部的压强较大
B.甲、乙液体对容器底部的压强相等
C.甲所受浮力更大
D.甲、乙所受浮力一样大
:(1)根据阿基米德原理可知:F浮甲=G甲排,F浮乙=G乙排,已知甲、乙排开液体的重力相等,所以F浮甲=F浮乙,故C错误,D正确;www.21-cn-jy.com
(2)根据阿基米德原理可知:ρ液甲gV排甲=ρ液乙gV排乙,由图可知,甲球排开的液体的体积要大于乙球排开的液体的体积,浮力相同,则甲球所在的液体的密度要小于乙球所在的液体的密度,根据p=ρgh可知:乙液体对容器底部的压强大。故AB错误;
故选:D。
2.(2020秋 海淀区校级月考)如图所示,水平桌面上放置一个电子秤,电子秤上有一盛水的溢水杯,杯内水面跟溢水口相平.现用弹簧测力计悬挂一个圆柱体铝块,将铝块缓缓地浸入水中,直到铝块完全浸没在水中为止,整个过程铝块未接触杯底和侧壁.则从铝块下表面开始接触水面到上表面刚没入水中的过程中( )
A.测力计的示数变小,电子秤的示数变大
B.测力计的示数变小,电子秤的示数不变
C.测力计的示数变大,电子秤的示数变小
D.测力计的示数变大,电子秤的示数不变
:
根据阿基米德原理可知,浸入液体中的物体受到的浮力的大小等于其排开的液体受到的重力,从铝块下表面开始接触水面到上表面刚没入水中的过程中,整个过程铝块未接触杯底和侧壁,排开水的体积变大,根据F=G﹣F浮可得测力计的示数变小;故CD错误;
根据阿基米德原理可知铝块受到的浮力等于排开的水重,铝块对水的压力大小与浮力相等,根据力的作用是相互的,铝块给杯底一个压力,大小等于浮力,由于溢水杯中装满水,从铝块下表面开始接触水面到上表面刚没入水中的过程中,所以溢水杯对电子秤的压力不变,即电子秤示数不变;故A错误,B正确。
故选:B。
3.(2021春 通城县期末)如图所示,先将溢水杯装满水,然后用弹簧测力计拉着重为4N、体积为100cm3的石块,缓慢浸没在水中,溢出的水全部收集到小空桶中,桶中水重为 N。石块静止时弹簧测力计的示数为 N。
:
(1)石块缓慢浸没在水中,V排=V=100cm3=1×10﹣4m3,
石块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N,
根据阿基米德原理知,桶中水重(排开水的重):G排=F浮=1N。
(2)石块静止时,根据称重法可知测力计示数为:
F=G﹣F浮=4N﹣1N=3N。
故答案为:1;3。
4.(2020秋 宝应县月考)一个体积为20cm3的金属圆柱体,用细线吊着慢慢浸入水中,当它一半没入水中时,它排开水的体积是 cm3,排开这部分水的重力是 N,它受到的浮力是 N,如果它全部没入水中,它受到的浮力是 N。
:
因为金属圆柱体一半没入水中,所以V排=V=×20cm3=10cm3;
由ρ=和G=mg可得,排开水的重力:G排=m排g=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×10×10﹣6m3=0.1N;21·世纪*教育网
根据阿基米德原理可知,它受到的浮力F浮=G排=0.1N;
当圆柱体全部没入水中时,排开水的体积变为原来的2倍,由F浮=ρ水gV排可得,圆柱体受到的浮力也变为原来的2倍,即F浮′=2F浮=2×0.1N=0.2N。
故答案为:10;0.1;0.1;0.2。
5.(2021春 鞍山期中)如图所示,水平地面上有一个盛水容器,内有边长为10cm的正方体物块B,一根细线与容器底部相连,此时细线受到的拉力是6N,(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)物块受到的浮力;
(2)物块的密度是多大?
(3)剪断绳子,待物块静止后受到的浮力。
:(1)物块的体积:V=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,
所以,物块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N;
(2)因物块受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力、绳子的拉力作用处于平衡状态,
所以,由物块受到的合力为零可得:F浮=G+F拉,
则物块的重力:G=F浮﹣F拉=10N﹣6N=4N,
由G=mg可得,物块的质量:m===0.4kg,
物块的密度:ρ===0.4×103kg/m3;
(3)由ρ<ρ水可知,剪断绳子,待物块静止后处于漂浮状态,
则物块受到的浮力:F浮=G=4N。
答:(1)物块受到的浮力为10N;
(2)物块的密度是0.4×103kg/m3;
(3)剪断绳子,待物块静止后受到的浮力为4N。
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