9.3 研究物体的浮沉条件
第2课时 习题课
一、选择题
1.饺子在古代被称为“娇耳”,是我国传统美食之一,饺子刚下锅时沉在水底,排开水的体积为V1;煮熟后会漂浮在水面上,排开水的体积为V2,此时饺子受到的浮力为F,重力为G。下列关系正确的是( )
A.F=G,V1>V2 B.F>G,V1>VC.F>G,V12.在远洋轮船的船舷上都漆着五条“吃水线”,又称“载重线”,如0所示,其中标有“W”的是北大西洋载重线,标有“S”的是印度洋载重线。当船从北大西洋驶向印度洋时,轮船受到的浮力以及北大西洋的海水密度ρ1与印度洋的海水密度ρ2的关系是( )
A.浮力增大,ρ1=ρ2 B.浮力减小,ρ1=ρC.浮力不变,ρ1>ρ2 D.浮力不变,ρ1<ρ3.(2021遂宁)小明将体积相等的A、B、C三种不同水果放入水中静止后,A漂浮、B悬浮、C沉底,如1所示。下列关于水果的密度和受到浮力大小的判断正确的是( )
A.FA>FB>FC B.FA>FB=FC
C.ρA<ρB<ρC D.ρA<ρB=ρC
4.有a、b、c三个实心小球,其中a与b质量相等,b与c体积相等;将三个小球缓慢放入盛有水的容器中,待小球静止后,其状态如2所示,其中c球沉在容器底部。则下列判断中正确的是( )
A.重力关系为Ga=Gb>Gc
B.密度关系为ρa=ρb<ρc
C.所受浮力关系为Fa=Fb=Fc
D.排开水的质量关系为ma=mb5.(2021南京)用硬塑料瓶、透明胶带、螺母、塑料管、容器和水等,制作如3所示的潜艇模型,不计进、排气管的体积。要让原本悬浮在a位置的潜艇下潜至b位置悬浮,采取的措施是使瓶内气体( )
A.增加 B.减少 C.先增加后减少 D.先减少后增加
6.把两个完全相同的小球分别放入盛满不同液体的甲、乙两个溢水杯中,静止时的状态如4所示。甲杯中溢出的液体质量是40 g,乙杯中溢出的液体质量是50 g,若甲杯中的液体是水,则小球的质量和体积分别为( )
A.40 g 40 cm3 B.40 g 50 cmC.50 g 40 cm3 D.50 g 50 cm二、填空题
7.如5所示是A、B、C三种物质的质量m和体积V的关系图线,由图可知,A、B、C三种物质的密度ρA、ρB、ρC的关系是 。由C物质组成的实心物体M重为1 N,放进水中后,自然状态下M受到的浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)1 N。
8.将一物块轻轻放入盛满水的大烧杯中,静止后有76 g水溢出;将其轻轻放入盛满酒精的大烧杯中,静止后有64 g酒精溢出。已知酒精密度是0.8×103 kg/m3,则物块在水中的状态是 ,物块的密度是 kg/m3。
9.质量相同的两个实心物体甲和乙,体积之比V甲∶V乙=3∶2,密度之比ρ甲∶ρ乙=2∶3;将它们轻轻放入水中,若甲、乙均漂浮,此时受到的浮力之比F甲∶F乙= ;若甲、乙均浸没,此时受到的浮力之比F甲'∶F乙'= ;若一物体漂浮,另一物体下沉,则漂浮的是 。
三、实验探究题
10.(2020泰州节选)为做好消毒防疫,学校给各班准备了一些瓶装的75%消毒酒精。小明所在的物理兴趣小组围绕这些消毒酒精开展下列活动。
(1)如6甲所示是小明用粗细均匀的吸管制成的简易密度计,竖直漂浮在水中时,水面位于图中A处,图中AB间距离为10.5 cm,则A处应标为 g/cm3。再将该密度计漂浮在75%消毒酒精中,此时所受的浮力 (选填“大于”“等于”或“小于”)其在水中所受的浮力,它浸入酒精中的深度为 cm。(75%消毒酒精的密度取0.875 g/cm3)
(2)如图乙所示,用粗细不同的均匀吸管制成的三支密度计竖直漂浮在水中,其中密度计
(选填“①”“②”或“③”)测量液体密度时结果更精确。
四、计算题
11.如7所示,体积为V=200 cm3的木块在绳子拉力F=0.8 N的作用下浸没在水中。求:(g取10 N/kg,绳子重力不计)
(1)木块此时受到的浮力。
(2)木块的重力。
(3)剪断绳子,木块静止时排开水的体积。
12.(2020聊城)潜艇为增强国防力量,维护祖国安定发挥了重要作用。潜艇截面如8所示,通过向水舱中充水或从水舱向外排水来改变潜艇的自重,从而使其下潜或上浮。我国某型号潜艇的总体积为2×103 m3,水舱未充海水时潜艇总重为1.26×107 N,最大下潜深度可达400 m。海水密度取1.03×103 kg/m3,g取10 N/kg。求:
(1)最大下潜深度处的海水压强。
(2)潜艇完全潜入海水中时受到的浮力。
(3)潜艇悬浮在海水中时,水舱中充入海水的质量。
答案
9.3 研究物体的浮沉条件
第2课时 习题课
1.D 饺子刚下锅时沉在水底,浮力F12.C 轮船漂浮在水面上,浮力都等于重力,浮力不变。由图可知轮船在印度洋里排开水的体积大于在北大西洋里排开水的体积,由阿基米德原理可得,ρ1>ρ2。
3.C (1)液体密度相等,水果排开液体的体积:VAρ水,综上可知ρA<ρB<ρC。
4.C b悬浮、c沉底,故Fb=Gb,Fc5.D 因为潜艇是靠改变自身的重力实现浮沉的,所以让原本悬浮在a位置的潜艇下潜至b位置悬浮,应先向瓶内充水,则瓶内气体减少,使潜艇受到的重力大于浮力,实现下沉;然后停止充水,再向外排水使重力等于浮力而悬浮,故使潜艇下潜至b位置悬浮,则瓶内气体先减少后增加。
6.C 因小球在乙杯液体中漂浮,则有:F浮乙=G球=m球g,由阿基米德原理可知,F浮乙=G溢乙=m溢乙g,则m球g=m溢乙g,即m球=m溢乙=50 g。小球沉入甲杯底部,由ρ=可得,小球的体积:V球=V溢甲===40 cm3。
7.ρA>ρB>ρC 等于
8.漂浮 0.95×103 物块排开水的质量是76 g,根据阿基米德原理和密度公式,物块的体积至少为76 cm3;物块排开酒精的质量是64 g,排开酒精的体积是80 cm3,所以在水中漂浮,两次物块受到的浮力不等,因此在酒精中一定下沉,物块的体积是80 cm3。在水中漂浮时,由G=F浮=G排水可知,物块的质量是76 g,所以物块的密度ρ物===0.95 g/cm3,即0.95×103 kg/m3。
9.1∶1 3∶2 甲 若甲、乙均漂浮,因漂浮时物体受到的浮力和自身的重力相等,且甲、乙两物体的质量相等,所以,甲、乙受到的浮力相等,即F甲∶F乙=1∶1;若甲、乙均浸没,则物体排开液体的体积和自身的体积相等,由F浮=ρ液gV排可知,它们受到的浮力之比为F甲'∶F乙'=(ρ液g×3V)∶(ρ液g×2V)=3∶2;若一物体漂浮,另一物体下沉,因为甲的密度小于乙的密度,则甲物体漂浮,乙物体下沉。
10.(1)1.0 等于 12
(2)②
(1)密度计竖直漂浮在水中时,水面位于图中A处,说明此时密度计在A处显示的密度值为水的密度,所以A处应标为1.0 g/cm3;密度计在消毒酒精和水中都处于漂浮状态,所受的浮力等于密度计的重力,所以F浮水=F浮酒精,则ρ水gV排水=ρ酒精gV排酒精,
ρ水gS吸管h水=ρ酒精gS吸管h酒精,
解得h酒精===12 cm,故它浸入酒精中的深度为12 cm。
(2)密度计的特点是刻度不均匀,上疏下密,上小下大,而且分度值越小越准确;深度深,刻度间隔越大;由题图可知密度计②所处的深度最深,刻度间隔最大,测量值最准确。
11.(1)木块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×200×10-6m3=2 N。
(2)木块的重力:G=F浮-F=2 N-0.8 N=1.2 N。
(3)因GV排'===1.2×10-4 m3。
12.(1)最大下潜深度处的海水压强:
p=ρgh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×400 m=4.12×106 Pa。
(2)潜艇完全潜入海水中,潜艇受到的浮力:
F浮=ρgV排=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×2×103 m3=2.06×107 N。
(3)潜艇悬浮在海水中时,受力平衡,所受浮力等于潜艇重力与充入海水的重力之和,即:
F浮=G艇+G海水;
水舱中充入海水的重力:G海水=F浮-G艇=2.06×107 N-1.26×107 N=8×106 N,
充水质量:m===8×105 kg。9.3 研究物体的浮沉条件
第1课时 物体的浮沉条件及应用
知识点 1 物体的浮沉条件
1.物体的浮沉条件:浸没在液体中的物体,如果F浮 G物,物体上浮;如果F浮
G物,物体下沉;如果F浮 G物,物体可以悬浮在液体中的任何位置。
2.根据物体的浮沉条件填空,并在中画出物体受力示意图。
(1)漂浮:F浮 G物、ρ液 ρ物、V排 V物。
(2)上浮(物体在液面下):F浮 G物、ρ液 ρ物、V排 V物。
(3)悬浮:F浮 G物、ρ液 ρ物、V排 V物。
(4)下沉(物体在液面下):F浮 G物、ρ液 ρ物、V排 V物。
(5)沉底:F浮 G物、ρ液 ρ物、V排 V物。(均选填“>”“<”或“=”)
3.一个空心金属球的质量为0.5 kg,体积为6×10-4 m3,把它投入水中,静止时它将 (选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”),它所受浮力大小为 N。(g取10 N/kg)
4.有一重力为5 N、体积为5×10-4 m3的小球,将它浸没在水中时,小球所受浮力的大小为
N,放开手后,小球将 ;若将此小球浸没在酒精中,放开手后,小球将 。(后两空均选填“上浮”“下沉”或“悬浮”,g取10 N/kg)
5.将一块实心均匀物体放入盛水的烧杯中,物体静止时如所示。若将该物体分成大小不同的两块,仍然放在盛水的烧杯中,则( )
A.大块沉入杯底,小块漂在水面上
B.大块、小块都沉入杯底
C.大块、小块都漂在水面上
D.大块、小块都悬浮在水中
知识点 2 浮沉条件的应用
6.轮船是采用 的方法增大V排,从而增大 的;一艘满载时排开水的质量为3000 t的轮船在河水中航行,满载时船及所装的货物共重 N,该轮船受到的浮力是
N。(g取10 N/kg)
7.潜艇是通过改变 的方法来实现下潜和上浮的;它浸没时所受的浮力 (选填“改变”或“不变”)。
8.探测气球内部充入了密度 空气密度的气体,使其受到的浮力 重力来实现升空。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
9.如所示,用密度计测量液体密度时,密度计的重力和所受浮力大小 ,液体的密度越大,密度计排开液体的体积越 ,密度计的位置也就越 (选填“高”或“低”)。
10.(2020自贡)一枚重力为G的鸡蛋悬浮在盐水中,如所示。往盐水中继续均匀缓慢加盐,鸡蛋所受浮力F随时间t变化的图像可能是中的( )
11.(2020舟山)我国自主研发的第一艘航母“山东舰”在海上进行科目训练。下列说法正确的是( )
A.战斗机从甲板上起飞后,航母受到的浮力变小
B.战斗机起飞后航母仍处于漂浮状态,其所受的浮力不变
C.战斗机从甲板上起飞后,航母将下沉一些
D.航母能浮在海面上是因为它受到的浮力大于它的总重力
12.如甲所示,测量液体密度的仪器叫密度计,将其插入被测液体中,待静止后直接读取液面处的刻度值。图乙和图丙的烧杯中是同一个自制的简易密度计,它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的,烧杯中盛有不同的液体,密度计均竖直立在液体中,由图中现象可以判断( )
A.密度计在图乙中受到的浮力较大
B.密度计在图丙中受到的浮力较大
C.图乙中液体的密度较大
D.图丙中液体的密度较大
13.三国时期,诸葛亮曾放过一种“会飞”的灯笼,后人称其为“孔明灯”,如所示,它能上升的主要原因是灯笼内热空气的密度 灯笼外冷空气的密度,使灯笼受到的浮力
灯笼所受的重力,所以灯笼会上升。(均选填“大于”“等于”或“小于”)
14.如所示是小明自制的说明潜艇浮沉原理的装置。该装置重0.5 N,它在水槽中处于漂浮状态时受到的浮力是 N;欲使小瓶逐渐向下运动,水应该 (选填“流入”或“流出”)小瓶;在小瓶由漂浮到没入水中的过程中,它受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
15.如所示,一个边长为10 cm的实心正方体木块,密度是0.5×103 kg/m3,其在液体中静止时,刚好有露出液面。求:(g取10 N/kg)
(1)木块漂浮时受到的浮力。
(2)液体的密度。
(3)用手将木块缓慢压入液体中,当木块刚好全部没入液体中时,手对木块的压力。
考|题|展|示
16.(2021南充改编)下列表述错误的是( )
A.轮船浮在水面上不会沉入水中,是因为浮力大于重力
B.氢气球在空中上升过程中受气压影响,体积会变大
C.热气球中充入的是加热后体积膨胀的热空气
D.潜艇工作时是通过改变自身重力来实现浮沉的
答案
9.3 研究物体的浮沉条件
第1课时 物体的浮沉条件及应用
1.> < =
2.(1)= > < (2)> > = (3)= = =
(4)< < = (5)< < =
如图所示
3.漂浮 5 当金属球浸没时受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×6×10-4 m3=6 N,空心金属球的重力:G=mg=0.5 kg×10 N/kg=5 N,因为F浮>G,所以金属球静止时将漂浮,受到的浮力为F浮'=G=5 N。
4.5 悬浮 下沉 因为小球浸没在水中,所以小球排开水的体积V排=V物,根据阿基米德原理可得:F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5×10-4 m3=5 N,因为F浮=G物=5 N,故放开手后小球将悬浮。当小球浸没在酒精中时,由于酒精的密度小于水的密度,所以小球在酒精中受到的浮力小于5 N,即F浮'5.D 此题容易误解,原因是不理解题目所给信息的含义,认为浮沉与物体的体积或质量有关,体积大的质量也大,要下沉。其实,实心均匀物体悬浮于水中,由物体的浮沉条件知,此时实心物体的密度等于水的密度;将该物体分成大小不同的两块时,每块的密度仍等于水的密度,故每块仍悬浮在水中。
6.空心 浮力 3×107 3×107.自身重力 不变 8.小于 大于
9.相等 小 高
10.A 由物体的浮沉条件可知,当鸡蛋悬浮在盐水中时,浮力等于鸡蛋的重力;当往盐水中继续均匀缓慢加盐时,盐水密度增大,而浮出水面前鸡蛋排开水的体积不变,由F浮=ρ液gV排可知,鸡蛋所受浮力逐渐增大,鸡蛋向上运动;当浮出水面后鸡蛋漂浮时,所受浮力等于鸡蛋的重力,浮力不再变化,故A正确。
11.A
12.D 密度计在两种液体中都处于漂浮状态,受到的浮力等于其自身的重力,故受到的浮力相等;根据公式F浮=ρ液gV排可知,当浮力保持不变时,液体的密度和物体排开液体的体积成反比,由于图乙中排开液体的体积大于图丙中排开液体的体积,故图乙液体的密度小于图丙液体的密度。
13.小于 大于 14.0.5 流入 变大
15.(1)由题意知,木块的体积为V=l3=(10 cm)3=1000 cm3=1×10-3 m3,由于木块处于漂浮状态,所以木块受到的浮力为F浮=G=ρVg=0.5×103 kg/m3×1×10-3 m3×10 N/kg=5 N。
(2)木块排开液体的体积:
V排=V=×1×10-3 m3=5×10-4 m3,
液体的密度:
ρ液===1×103 kg/m3。
(3)木块浸没后受到的浮力:
F浮'=ρ液gV排'=ρ液gV=1×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-3 m3=10 N,
手对木块的压力:
F压=F浮'-G=10 N-5 N=5 N。
16.A 轮船浮在水面,此时轮船处于漂浮状态,受力平衡,重力和浮力相等,A错误;氢气球在空中上升过程中,外界气压减小,氢气球体积会变大,B正确;热气球中充入的是加热后体积膨胀的热空气,C正确;潜艇工作时是通过改变自身重力来实现浮沉的,D正确。
