10.1 浮力
一、单选题
1.关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.浮力的施力物体只能是液体
B.浮力的方向不一定总是竖直向上
C.正在水中下沉的石头受到浮力的作用
D.只有漂浮在水面的物体才受到浮力的作用
2.下列物体中,不受浮力作用的是( )
A.在水中下沉的铁块 B.在水中的桥墩
C.浮在水面上的轮船 D.空中上升的气球
3.关于浮力,下列说法中正确的是( )
A.浸在气体中的物体不受浮力
B.浸在液体中的物体受到的浮力就是液体对物体压力的合力
C.浸在液体中的物体受到的浮力只与液体的密度有关
D.在液体中上升的物体受浮力、下降的物体不受浮力
4.下列物理量可用来鉴别物质种类的是( )
A.质量 B.密度 C.压强 D.浮力
5.如图所示的甲、乙、丙三个物体,底部均与容器底密切接触,向容器内逐渐注水,则受到水的浮力的物体是( )
A.甲、乙、丙三个物体 B.甲物体
C.乙物体 D.丙物体
6.一个盛满水的溢水杯对桌面的压力为,将一重物挂在测力计上从高处缓慢放入溢水杯中,直至重物完全浸入水中,但不触底。如图所示,是测力计的示数关于时间的图象,则最终物体所受浮力以及溢水杯对桌面压力大小分别是( )
A. B.
C. D.
7.将一个乒乓球放入倒置的饮料瓶中,然后向瓶内注入水将乒乓球浸没,如图甲,乒乓球保持静止状态,后将饮料瓶瓶口盖住并拧紧,乒乓球迅速向上浮起,如图乙,则乒乓球( )
A.乒乓球一直受到浮力作用
B.前者不受水的浮力作用,也不受水对它的压力作用
C.前者不受水的浮力作用,但受水对它的压力作用
D.后者受到水的浮力作用的同时也受水的压力作用
8.将同一长方体分别水平与竖直放置在水中,如图所示,它所受到的( )
A.向上、向下压力差不等,浮力相等
B.向上、向下压力差不等,浮力不等
C.向上、向下压力差相等,浮力不等
D.向上、向下压力差相等,浮力相等
9.在综合实践活动中,小明制作了一只长12cm 宽5cm的小纸船,如图甲,图乙是按图甲所示箭头方向观察到的船的主视图,现让纸船漂浮在水面上,向船内轻轻放入目前我们常用的一元硬币,估测纸船最多能承载的硬币数目最接近于( )
A.15枚 B.35枚 C.55枚 D.75枚
10.小清在探究“浮力大小与物体重力是否有关”的实验中,进行了以下实验,如图所示,他所测的相同体积的铜块和铁块的相关数据分别为、、、。若浮力大小与物体重力无关,则满足的条件是( )
A., B.
C. D.
11.下列情境中,没有受到浮力的物体是( )
A.遨游的“嫦娥五号” B.下潜的“核潜艇”
C.航行的航母“山东舰” D.上升的飞艇
12.小红用弹簧测力计、铁圆柱体、两个相同的大烧杯做“探究影响浮力大小的因素”的实验, 其实验步骤和弹簧测力计示数如图所示。下列说法正确的是( )
A.铁圆柱体浸没在水中所受浮力大小为1N
B.由甲、乙、戊三图可探究浮力大小与液体密度的关系
C.由甲、乙、丁三图可知,物体浸入液体的深度越深,所受浮力越大
D.再增加一个体积和铁圆柱体相等的铜圆柱体,可探究浮力大小与物体质量的关系
二、填空题
13.如图甲所示,一个足够高的圆柱形容器置于水平桌面上,容器底面积,容器内放入实心长方体A和正方体B,A、B通过轻质弹簧相连,弹簧原长,体积不计。向容器内缓慢注入水,当B刚好浸没时停止注水,如图乙所示。整个过程中,A对容器底的压力随容器中水深度h的变化关系如图丙所示,弹簧所受拉力或压力每改变,弹簧的长度改变,正方体B的密度为_______;剪断乙图中的弹簧,正方体B静止时液体对容器底部的压强为_________。
14.小华在探究浮力大小与哪些因素有关的实验中,做了如图所示的实验 比较甲和乙可知,物体受到的浮力F浮=____ (用图中的物理量符号表示)该实验是为了探究浮力大小与____的关系
15.建筑工人在砌房子时,用如图所示的水平仪R来检查所彻墙面是否水平,当AB中空气泡在AB的_______位置,表示墙面水平:若空气泡在B端,则表示B端墙面______(选填“高”或“低”)。
16.一个正方体铁块,在水下某深度时,上表面受到15N压力,下表面受到20N压力,则铁块受到浮力是______N;当铁块下沉到某位置时,上表面受到的压力增大至20N,下表面受到的压力是______N,此时铁块上、下表面的压力差是______N。
三、综合题
17.下面是小强探究“鸡蛋生、熟在水中的浮沉情况”的实验实验过程:
①现把一只重为 50g 的生鸡蛋放入水中,发现鸡蛋排开了 40g 的水,并慢慢下沉;
②把鸡蛋和水一起从20℃加热到沸腾(标准大气压下),发现鸡蛋还是继续下沉;
③从实验说明鸡蛋不论生与熟都不影响浮沉.
回答下面问题:
(1)鸡蛋在水中受到_____N 的浮力,若鸡蛋的下表面离水面 15cm,则鸡蛋受到水的压强为_____Pa;
(2)鸡蛋在加热过程中,吸收_____J 的热量;(鸡蛋的比热容近似水为 4.2×103J/(kg ℃))
(3)为了让鸡蛋浮起来,现小强身边有酒精和盐,应选择_____,最终鸡蛋浮力_____N.
18.水平升降台面上有一个足够深、底面积为 40cm2的柱形容器,容器中水深 20cm则水对容器底部的压强为 _____ Pa,现将底面积为 10cm2、高 20cm 的圆柱体 A悬挂在用绳固定的轻质弹簧测力计下端,使 A 浸入水中,稳定后,A 的下表面距水面 4cm,弹簧测力计的示数为0.8N,则物块的密度为 _____ kg/m3,如图所示,然后使升降台上升 7cm,再次稳定后,A 所受的浮力为 _____ N(已知弹簧受到的拉力每减小1N,弹簧的长度就缩短1cm)(取 g=10N/kg,ρ水=1×103kg/m3)
19.将一盛有水的圆柱形容器置于水平桌面上。用细线拴一质量为0.2kg的小球,将小球浸没在水中,细线对小球的拉力为0.5N,如图所示,g取10N/kg。求:
(1)小球所受重力的大小;
(2)画出小球受力示意图;
(3)小球所受浮力的大小。
20.如图甲是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,用弹簧测力计提着物体A,使其缓慢浸入水中(水未溢出),根据实验数据绘制了弹簧测力计的示数F与物体A的下表面浸入水中的深度h的关系图象(如图乙).
(1)物体A浸没在水中之前,弹簧测力计的示数随A向下运动距离的增加而减小,说明浮力与_____(选填“物体体积”或“排开液体体积”)有关;
(2)物体A浸没在水中后,所受的浮力为_____N,若某同学在使用弹簧测力计时,指针在零刻度线以上,该同学没有调零而直接进行测量,这样计算出的浮力值_____(选填“偏大”、“不变”或“偏小”);
(3)结合实验数据,物体A的密度为_____kg/m3,圆柱体A的底面积为_____cm2;
(4)如果将盛水的柱形容器换成梯形容器,如图丙,再将A物体按上述操作进行实验,则物体放入水的过程中水对容器底部的压强增加量△p随h的变化图象是图丁中的_____(选填“A”或“B”).
21.一个用混凝土做成的封闭长方形空心箱子(有注水口),它能漂浮在水面A位置.箱子长、宽、高分别是20m,5m,10m,总质量为6×105kg(水密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)对空心箱子灌水,使上表面刚好水平浸没在水中(B位置)静止时,此时箱子受到的浮力为 _______N,注入的水为_______kg
(2)继续对空心箱子灌水,使其下沉到水底C位置,从A到C的过程中,箱子下表面受到水的压强大小将___(选填“变小”、“不变”、“变大”),箱子所受的浮力将_______ (选填序号)
A.先变大后变小 B.先变大后不变 C.先不变后变大 D.先变小后变大
试卷第1页,共3页
试卷第2页,共2页
参考答案:
1.C
【解析】
【详解】
A.物体浸在空气中也会受到浮力的作用,此时的施力物体是空气,故A错误;
B.浮力方向总是与重力方向相反,是竖直向上的,故B错误;
CD.浸在液体中的物体会受到液体产生的向上托的力,即受浮力作用,漂浮的物体受浮力,下沉的物体也受浮力,故C正确,D错误。
故选C。
2.B
【解析】
【详解】
ACD.在水中下沉的铁块和浮在水面上的轮船受到液体的浮力,空中上升的气球,受到气体的浮力,故ACD不符合题意;
B.桥墩由于底面埋在地下,其底面不与水接触,因此桥墩没有受到水对其向上的压力,故桥墩不受浮力作用,故B符合题意。
故选B。
3.B
【解析】
【详解】
A.阿基米德原理既适用于液体又适用于气体,因此浸在液体或气体中的物体都受浮力,故A错误;
B.浸在液体中的物体受到各个方向的压力,由于上下表面存在高度差,因此只有受到竖直向上的压力与竖直向下的压力无法抵消,即上下表面的压力差等于浮力,浸在液体中的物体受到的浮力就是液体对物体压力的合力,故B正确;
C.浸在液体中的物体受到的浮力与液体的密度和排开液体的体积有关,故C错误;
D.浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,与物体在液体上升和下降无关,故D错误。
故选B。
4.B
【解析】
【详解】
ACD.质量、压强、浮力不是物质的特性,和物质的种类没有关系,故ACD不符合题意;
B.密度是物质的一种特性,不同物质的密度一般是不同的,所以鉴别物质的种类应该利用密度的特性,故B符合题意。
故选B。
5.C
【解析】
【分析】
【详解】
甲、乙、丙三个物体的下表面与容器底密切接触,所以下表面均不会产生向上的压力,而三个物体的上表面均产生向下的压力。甲物体为上小下大,侧面受到水产生向下压的合力,即甲没有受到水的浮力;乙物体上大下小,水对乙物体的侧面产生向上压的合力,乙物体侧面受到向上的压力和上表面向下的压力差即为浮力;丙物体为柱形体,侧面受到沿水平方向的压力,合力为零,没有受到向上的压力,即丙物体没有水的浮力。综上所述,只有乙物体受到水的浮力。
故选C。
6.D
【解析】
【详解】
由图知重物浸没水中前的拉力为
此时拉力等于重物的重力,重物浸没水中后的拉力为
根据称重法测浮力可知,重物受到的浮力
重物浸没在水中后,水面高度不变,根据知水对杯底的压强不变,根据
可知,水对杯底的压力不变,溢水杯的重力不变;因溢水杯对桌面的压力等于水对溢水杯底的压力与溢水杯的重力之和,所以溢水杯对桌面的压力不变,即
故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
7.C
【解析】
【分析】
【详解】
甲图中,乒乓球下部没有水,它的底部不受水的向上的压力,所以,乒乓球不受浮力,乒乓球上部有水,水对乒乓球有一个向下的压力;乙图中,乒乓球上浮时,上下表面受到水的压力,所以产生了一个向上的压力差,该压力差就是浮力,漂浮时只受向上的力即浮力,不受水给乒乓球向下的压力。
故选C。
8.D
【解析】
【分析】
【详解】
物体浸没在水中受到的浮力等于物体上下表面受到水的压力差;长方体物块悬浮在水中,由阿基米德原理知道,受到水的浮力不变,所以,长方体物块上下表面受到水的压力差相等,故D正确。
故选D。
9.D
【解析】
【详解】
由图可知,纸船的高度约为其长度的一半,所以纸船高约6cm;纸船在水面上漂浮,其排开水的体积最大值接近船的体积
纸船排开水的体积达到最大值时,受到的浮力最大
纸船漂浮,其受到的浮力等于船和硬币的总重力,由于纸船的重力很小可忽略不计,故纸船受到的浮力近似等于硬币的总重力
一枚一元硬币的质量约为5g,其重力
纸船最多能承载的硬币数目
故选D。
10.B
【解析】
【分析】
【详解】
A.相同体积的铜块和铁块,质量不等,重力不等,故A不符合题意;
BCD.因为体积相同,根据阿基米德原理,完全浸没后浮力相同,即
故CD不符合题意,B符合题意。
故选B。
11.A
【解析】
【详解】
A.太空中没有空气,故遨游的“嫦娥五号”不受到浮力,故A符合题意;
B.下潜的“核潜艇”,浸没在水中,仍然受到水的浮力,故B不符合题意;
C.航行的航母“山东舰”,能浮在海水面上,就是因为受到的浮力等于重力,故C不符合题意;
D.上升的飞艇,因为受到的浮力大于重力,故D不符合题意。
故选A。
12.D
【解析】
【详解】
A.由图甲可知铁圆柱体的重力为5N,由图丙可知铁圆柱体浸没在水中时,弹簧测力计的示数为1N,根据称重法可知铁圆柱体浸没在水中所受浮力
故A错误;
B.由甲、乙、戊三图可知,液体密度种类不同,铁圆柱体排开液体体积不同,无法探究浮力大小与液体密度的关系,故B错误;
C.由甲、乙、丁三图可知,物体浸入液体的深度越深,排开液体的体积也越大;物体在液体中受到的浮力只与排开液体的体积有关,排开液体的体积越大,所受浮力越大,跟浸入深度无关,故C错误;
D.再增加一个体积和铁圆柱体相等的铜圆柱体,控制两种圆柱体浸入液体的密度和排开液体的体积相同,可探究浮力大小与物体质量的关系,故D正确。
故选D。
13. 0.8 3000
【解析】
【分析】
【详解】
[1]当水深到10cm时,A对容器底的压力为42N,接着保持42N不变,说明此时水浸没A,水深在10到18cm中F保持不变,18cm后开始减小,最终减小到32N,将AB和弹簧看成一个整体,水接触到B的下端至水刚好淹没B,F减小了10N,B的体积为
由图可知,当B不受浮力时,重力和弹簧弹力是二力平衡,弹簧的长度为8cm,压缩了2cm,长度改变1cm,弹簧测力计示数改变4N,所以B的重力为8N,B的质量为
正方体B的密度为
[2]因为B所受的浮力大于B所受的重力,所以弹簧被拉长,此时A受到弹簧的拉力向上,A静止不动,B的密度小于水的密度,B漂浮,水面下降,此时B受的浮力等于B的重力为8N,排开水的体积为
露出水面的体积为
水面下降的高度为
容器底的深度为
容器底部受到的压强为
14. 排开液体的体积
【解析】
【详解】
[1]图甲示数为物体重力,图乙示数为重力和浮力的合力,其中重力方向竖直向下,浮力和拉力方向竖直向上,即
所以
[2]影响浮力的因素有液体的密度和物体排开液体的体积,由题意知液体的密度不变,物体排开液体的体积发生了改变,所以本实验是为了探究浮力大小与物体排开液体体积的关系。
15. 中间 高
【解析】
【详解】
[1][2]水平仪中的气泡受到液体的浮力作用,浮力方向是竖直向上,气泡漂浮于水面上,故当AB中空气泡在中间位置时,表示墙面水平,若空气泡偏向B端,则表示B端的墙面高。
16. 5 25 5
【解析】
【分析】
【详解】
[1]浮力是物体在液体中受到的上、下表面的压力差产生的。当铁块上表面受到15N压力,下表面受到20N压力时,物体完全浸没在水中,铁块受到的浮力
[2]当铁块继续下沉时,铁块排开水的体积不变,浸入的液体也不变,所以铁块受到的浮力大小不变,由
得上表面受到的压力增大至20N时,下表面受到的压力大小
[3]因为铁块下沉时,浮力大小不变,所以此时铁块上、下表面的压力差等于5N。
17. 0.392 1470 1.68×104 盐 0.49
【解析】
【详解】
(1)鸡蛋在水中受到的浮力是:F浮=G排=m排g=0.04kg×9.8N/kg=0.392N;
鸡蛋受到水的压强是:p=ρ水gh=1×103kg/m3×9.8N/kg×0.15m=1470Pa;
(2)鸡蛋在加热过程中,吸收的热量是:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg ℃)×0.05kg×(100℃﹣20℃)=1.68×104J;
(3)由于浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关;所以,由物体浮沉条件知道,要想使鸡蛋浮起来,需要增大水的密度,由于盐的密度大于水的密度,酒精的密度小于水的密度,所以应该加盐;当水的密度大于鸡蛋的密度时,鸡蛋会上浮,最终漂浮在水面上,此时鸡蛋受到的浮力是:F浮′=G=mg=0.05kg×9.8N/kg=0.49N.
18. 2000 1.2
【解析】
【详解】
[1]水对容器底部的压强:
;
[2]物体A下表面距水面4cm时受到的浮力:
;
根据力的平衡,物体的重力:
;
物体的质量:
;
物体的密度:
;
[3]如图所示,然后使升降台上升7cm,再次稳定后,可等效为将容器下部切去7cm,将切去的7cm水再倒入,则加入水的体积:
V加=7cm×40cm2=280cm3;
而V加=△h弹S容+△h浸(S容﹣S柱);(△h浸为圆柱体在水中增加的深度,弹簧缩短的量为△h弹)
代入已知量:280cm3=△h弹×40cm2+△h浸×(40cm2﹣10cm2)﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
因浮力的变化量等于弹簧弹力的变化量,△F浮=△F弹,即
ρ水g△h浸S物=k△h弹
代入已知量:
1.0×103kg/m3×10N/kg×△h浸×10×10﹣4 m2=100×△h弹
△h浸=10△h弹﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②得:
△h弹≈0.82cm,已知弹簧受到的拉力每减小1N,弹簧的长度就缩短1cm,故增加的浮力为0.82N,
原来弹簧测力计的示数为0.8N,弹簧伸长0.8cm;
因0.82cm>0.8cm;故物体漂浮,
故F′浮=G=1.2N。
19.(1)2N;(2);(3)2.5N
【解析】
【分析】
【详解】
解:(1)小球所受重力的大小
(2)小球受到竖直向下的重力,绳的拉力,浮力,三力平衡,如图
(3)小球所受浮力的大小
答:(1)小球所受重力的大小为2N;
(3)小球所受浮力的大小为2.5N。
20. 排开液体的体积 1 不变 1.2×10 20 A
【解析】
【详解】
(1)物体A浸没在水中之前,浸入水中深度越大排开水的体积越大,由称重法测浮力知道,F浮=G﹣F示,由于弹簧测力计的示数减小,所以,受到的浮力增大,说明浮力与排开液体体积有关;
(2)由图乙知道,h=0时弹簧测力计的示数即为物体A的重力:GA=1.2N,h=5cm时物体刚好浸没在液体中,弹簧测力计的示数F示=0.2N,则物体A浸没在水中后所受的浮力是:F浮=GA﹣F示=1.2N﹣0.2N=1N;若某同学在使用弹簧测力计时,指针在零刻度线以上,则相当于提前少加了示数,没有调零而直接进行测量,这样每次测量的结果偏小,都少加了示数,但浮力F浮=GA﹣F示是两次测量结果之差,所以计算出的浮力值不变;
(3)当物体A完全浸没在水中时,由F浮=ρgV排知道,故物体A的体积是:
VA=V排=﹣﹣﹣①
由G=mg知道物体A的密度是:ρA= ﹣﹣﹣②
由①②得: ﹣﹣﹣③
将已知量代入③得: ×1.0×103kg/m3=1.2×103kg/m3;
由①解得: =1.0×10﹣4m3;
由于h=5cm时物体刚好浸没在液体中,所以圆柱体A的底面积是: =2×10﹣3m2=20cm2;
(4)物体A未浸没水中前,梯形容器与柱形容器相比较,A浸没水中的深度相同,排开水的体积相同,则缩口的梯形容器液面上升的高度较高一些,根据p=ρg△h,则梯形容器水对容器底部的压强增加量△p更大一些,如下图所示,即A正确.
21. 109N 4×105kg 变大 B
【解析】
【详解】
[1]空心箱子的上表面刚好水平浸没在水中,,此时箱子受到的浮力为
;
[2]空心箱子的上表面刚好水平浸没在水中并静止,所以,则
,
;
[3]根据,液体内部的压强随深度的增大而增大,从A到C的过程中,箱子下表面受到海水的压强将变大;
[4]由可知,物体受到的浮力与液体的密度和排开液体的体积有关,因此在对箱子灌水使其下沉到海底的过程中,液体的密度不变,排开的液体的体积先变大后不变,因此箱子受到的浮力先变大后不变,故选B.
答案第1页,共2页
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