浮力
1. 2020年4月23日,“雪龙”号考察船圆满完成历时198天的南极考察任务,返回上海码头落锚.在铁链拉着铁锚缓慢放入水中时,经历了如图所示三种情况:图甲中铁锚部分浸入水中;图乙中铁锚完全浸没水中但未触底;图丙中铁锚沉底.三种情况下船身受到的浮力大小分别为F甲、F乙、F丙,它们的大小关系正确的是( )
第1题图
A. F甲=F乙=F丙 B. F甲>F乙=F丙
C. F甲>F乙>F丙 D. F甲
2.如图所示,小智将质量相同的木块、塑料球、石块投入到水中.静止时,三个物体所受的浮力分别是F1、F2、F3, 下列说法正确的是( )
A. F1=F2>F3 B. F1>F2>F3 C. F1=F2第2题图
3. 如图所示,烧杯中装有一定量的水,把金属箔卷成一卷放入水中,金属箔沉底.再把它做成碗状放入水中(水的质量未变),金属箔漂浮.与原来相比,金属箔受到的浮力和水对容器底的压强将会( )
第3题图
A. 变大 变大 B. 变大 不变 C. 不变 不变 D. 不变 变小
4.如图所示,物体悬浮在水中,水对物体向上、向下的压力分别为F2和F1,下列说法正确的是( )
第4题图
A. F1与F2是一对相互作用力
B. F2与F1的差等于物体的重力
C. 由于物体静止不动,F1与F2是一对平衡力
D. 因为物体上表面距液面的距离大于物体下表面距容器底的距离,所以F1>F2
5. 如图所示,两个质量相等、底面积不等的圆柱形容器放在水平桌面上,分别装有质量相等的两种液体,两个相同的小球分别放入容器中,一个漂浮,一个沉底.甲、乙两图中小球所受浮力分别为F1和F2,容器对桌面的压强分别为p1和p2.下列说法正确的是( )
第5题图
A. F1>F2 p1>p2 B. F1>F2 p1C. F1p2D. F16.如图所示,水平桌面上两只相同的烧杯中分别盛有甲、乙两种不同的液体,两个相同的物块在液体中静止时,两烧杯液面相平,则( )
第6题图
A. 甲液体中的物块所受浮力大 B. 乙液体对烧杯底部的压强大
C. 两烧杯对桌面的压强一样大 D. 两物块排开液体的质量一样大
7. (多选)水平桌面上的甲、乙两个相同容器内分别装有水和盐水.小民将一个放了很久的小鸡蛋a放在水中,发现a漂浮,他又找来一个新鲜的大鸡蛋b放在盐水中,b却沉在杯底,如图所示,此时水和盐水的液面相平.下列说法正确的是( )
第7题图
A. 水对杯底的压强小于盐水对杯底的压强
B. 小鸡蛋a的密度等于大鸡蛋b的密度
C. 水对a的浮力大于盐水对b的浮力
D. 甲容器对桌面的压强小于乙容器对桌面的压强
8. 一个底部横截面积为200 cm2的圆柱形薄壁玻璃容器静止于水平桌面上,一个物体悬挂于弹簧秤下端,开始完全浸没在水中处于静止状态,如图甲,此时弹簧秤的读数为5.0 N;后来缓慢提起物体,直到物体的体积露出水面,如图乙,发现容器底部水的压强减少了100 Pa,
第8题图
已知ρ水=1.0×103 kg/m3,g=10 N/kg.则下列说法不正确的是( )
A. 物体的质量为1.3 kg
B. 物体的密度为1.625×103 kg/m3
C. 容器底部对桌面的压力减小2 N
D. 弹簧秤的读数变为8 N
9. 一个盛有足够多水的溢水杯放在水平桌面上,先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20 g,再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80 g,此时小球A、B受到的总浮力为F浮,水对溢水杯底部产生的压力比两小球投入溢水杯前增加了ΔF.已知小球A、B的密度均小于水的密度,则( )
A. F浮=1.2 N,ΔF=0.2 N B. F浮=1.2 N,ΔF=1.2 N
C. F浮=1.0 N,ΔF=1.0 N D. F浮=1.0 N,ΔF=0 N
10. (2020福建)我国自主研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器,填补了我国万米级作业型无人潜水器的空白.当潜水器下潜到1.0×104 m深度静止时,受到海水的压强约为________Pa(ρ海水取1.03×103 kg/m3,g取10 N/kg);在预定深度完成任务后,潜水器抛掉配重物,潜水器受到的浮力________(选填“大于”“等于”或“小于”)自重,从而上浮.
11. 图中是“远望6号”远洋测量船,排水量为25 000吨,满载时受到的浮力为________N.“远望6号”可在南北纬60度以内的任何海域航行,完成对各类航天飞行器的海上跟踪、测控任务.满载的测量船在密度不同的海域漂浮时,受到的浮力________(选填“相同”或“不同”).船静止在测控点,水下3 m处船体受到海水的压强为________Pa.(g取10 N/kg,ρ海水=1.03×103 kg/m3)
第11题图
12. 质量相等的甲、乙两物体的密度分别为2 g/cm3和3 g/cm3,现分别用弹簧测力计钩住使之完全浸没在水中,弹簧测力计测得的示数之比是________.
13. 将一不吸水、体积为10-3 m3的长方体缓慢放入装有一定水的圆柱形容器内,如图所示长方体静止时有体积露出水面.(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)长方体受到的浮力F浮与重力G的大小关系是:F浮________G,长方体所受浮力F浮=________N;
(2)放入长方体后,水面上升了4 cm,容器底部受到水的压强增加了______Pa.
第13题图
14. 在透明薄塑料袋中装入大半袋水,用弹簧测力计钩住塑料袋缓慢放入水中,水袋受到的浮力不断________(选填“增大”或“减小”).当塑料袋中的水面与容器中水面________时,水袋中水的重力和排开水的重力相等.用塑料袋进行实验的好处是________________________________(说出一点即可).
第14题图
15.如图所示,水平桌面上两个相同的玻璃缸装满了水,水中分别漂浮着大、小两只玩具鸭,甲、乙两图中水对缸底的压强分别为p1和p2,缸对桌面的压强分别为p1′和p2′,两只玩具鸭受到的浮力分别为F1和F2,则它们的大小关系为:p1________p2,p1′________p2′,F1________F2,若乙图中小玩具鸭的质量为15 g,它排开水的体积是________cm3.(g取10 N/kg)
第15题图
16. 如图所示,重为12 N、边长0.1 m的正方体物块静置于粗糙的水平桌面上,物块对桌面的压强为________Pa.向右推动物块,在运动过程中,它受到________(选填“向左”或“向右”)的摩擦力.物块掉入水槽中(水足够深),其静止后所受浮力为________N(g取10 N/kg)
第16题图
17. 如图甲所示,一个质量为270 g的铝块悬挂在弹簧测力计的挂钩上,铝块的下表面刚好接触某未知液体的液面.将铝块缓慢浸入液体,弹簧测力计的示数随浸入深度的变化如图乙所示.则铝块浸没时所受的浮力为______N,液体的密度为______kg/m3(g=10 N/kg,ρ铝=2.7×103 kg/m3).
第17题图
18.如图甲所示,水平放置的方形容器里有一个重为8 N、棱长为10 cm的正方体物块M,M与容器底部不密合.以5 mL/s的恒定水流向容器内注水,容器中水的深度h随时间t的变化关系如图乙所示(g=10 N/kg),则:当t=140 s时,物块M在水中处于________(选填“沉底”“悬浮”或“漂浮”)状态;当t=140 s时,水对容器底部的压力大小是________;图乙中a的值是________;40~140 s时段,浮力对物体做功是________.
第18题图
19. 小明有一个不吸水的工艺品,底座为质地均匀的柱形木块A,木块上粘有合金块B.他将工艺品竖直放置在水中(如图甲),静止时木块浸入水中的深度为h1;按图乙竖直放置,静止时木块浸入水中的深度为h2,工艺品所受浮力与甲图相比________(选填“变大”“变小”或“不变”).因粘合处松开导致合金块沉底,若不计粘合材料的影响,合金的密度为水的n倍,当木块在水中竖直静止时浸入的深度h3=________(用h1、h2、n表示).
第19题图
20.物理兴趣小组在进行 “探究浮力的大小与哪些因素有关”实验中,用弹簧测力计挂着一实心圆柱体,以下图a、b、c、d、e分别为实验情景. (g取10 N/kg)
第20题图
(1)通过a、c两次实验,可知物体浸没在水中所受浮力大小是________N;
(2)通过________两次实验,可探究物体所受浮力大小与浸没深度的关系;
(3)通过c、e两次实验,可探究物体所受浮力大小与________的关系;
(4)在某种液体中进行探究的过程中,记录实验数据,得到如图f所示弹簧测力计读数与圆柱体下表面浸入深度的关系图像,则该液体的密度为________kg/m3.
21.如图所示,将底面积为0.02 m2的长方体实心铝块放在刻度面板已改装好的台秤上稳定时,台秤示数为27 N,已知铝的密度为2.7×103 kg/m3,g取10 N/kg.求:
(1)铝块对水平台秤的压强.
(2)如果再把铝块完全浸没在水中静止时,受到的浮力.
第21题图
22. 如图所示,底面积为100 cm2的长方形容器里盛满水,将一个底部粗糙的金属瓢放在容器中的水面上,水溢出一部分.将金属瓢取出,水面下降了5 cm,再将金属瓢沉入水中,静止在容器底部,液面又上升了2 cm.(已知水的密度为ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)求:
(1)金属瓢的密度是多少kg/m3;
(2)金属瓢漂浮在水面和沉入水底,水对容器底部的压强变化了多少;
(3)金属瓢静止在容器底部时,容器对金属瓢的支持力是多少.
第22题图
23.如图所示,底面积为200 cm2、重为10 N的薄壁柱形容器,放在水平桌面上,把边长为10 cm的实心正方体A(不吸水)用细线悬挂固定在容器正上方静止时,正方体A有的体积浸入水中,此时容器内水深12 cm,已知正方体A的密度ρA=3.0 g/cm3.(g取10 N/kg)求:
(1)水对容器底部的压强;
(2)正方体A受到的浮力大小;
(3)解开细线,将正方体A缓缓放入水中,待正方体A静止后(容器中的水未溢出),容器对桌面的压强.
第23题图
参考答案
1. C 2. A 3. A
4. B 【解析】因为物体在竖直方向上受到水对物体向上的压力、水对物体向下的压力和物体自身的重力作用,又因为物体悬浮,所以物体受力平衡,则物体上下表面受到的压力差等于物体的重力.故选B.
5. B 【解析】两个小球相同,即重力相等,甲图中小球漂浮,受到的浮力等于其自身重力,乙图中小球沉底,受到的浮力小于其自身重力,因此F1>F2;桌面受到的压强是固体压强,其大小与压力及受力面积有关,容器及液体的质量相同、小球相同,因此桌面受到的压力相同,由题图可知乙的底面积小于甲的底面积,因此乙对桌面的压强大于甲,即p16. D
7. AD 【解析】盐水的密度大于水的密度,深度相同,根据p=ρgh,水对杯底的压强小于盐水对杯底的压强,A正确;小鸡蛋a的密度小于水的密度,而大鸡蛋b的密度大于盐水的密度,所以a的密度小于b的密度,B错误;a排开水的体积小于b排开盐水的体积,根据F浮=ρ液gV排,此时水对a的浮力小于盐水对b的浮力,C错误;甲容器对桌面的压力F甲=G容+G水+Ga=G容+G水+Ga排水,乙容器对桌面的压力F乙=G容+G盐水+Gb>G容+G盐水+Gb排盐水,因为G水+Ga排水8. D 【解析】由题意可知,当物体的体积露出水面时,水对容器底部的压强减小了100 Pa,由p=ρgh可得,水面下降的深度为Δh===0.01 m=1 cm,则物体排开水的体积的减小量为:V排=V物=S容Δh=200 cm2×1 cm=200 cm3,所以物体的体积为V物=4×V排=4×200 cm3=800 cm3,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可得,物体浸没在水中受到的浮力:F浮=ρ水gV物=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×8×10-4 m3=8 N;因浸没在水中时:F浮=G-F拉,物体的重力为G=F浮+F拉=8 N+5 N=13 N,所以物体的质量为m===1.3 kg,A正确,不符合题意;由ρ=可得,物体的密度为ρ物===1.625×103 kg/m3,B正确,不符合题意;由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可得,当物体体积露出水面时,容器对桌面压力的减小量就等于物体所受浮力的减小量:ΔF浮=ρ水gΔV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2×10-4 m3=2 N,C正确,不符合题意;此时物体浸入水中的体积为:V排′=8×10-4 m3-2×10-4 m3=6×10-4 m3,所以物体受到的浮力为:F浮′=ρ水gV排′=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×6×10-4 m3=6 N,由F浮′=G-F拉′得,此时测力计的示数为:F拉′=G-F浮′=13 N-6 N=7 N,D错误,符合题意.故选D.
9. A 【解析】由题意可知,加入质量为m的小球A时溢水杯中溢出水的质量为20 g,加入质量为2m的小球B时溢水杯中溢出水的质量为80 g,且小球A、B密度均小于水,这说明第一次放入小球A时溢水杯中未装满水,则第二次放入小球B时溢出水的质量为小球B的质量,即mB=2m=80 g,则小球A的质量mA=m=40 g,则水对溢水杯底产生的压力比两小球投入溢水杯前增加了F=(mA-20 g)g=0.2 N,A、B小球受到的总浮力F浮=(mA+mB)g=1.2 N.故选A.
10. 1.03×108 大于
11. 2.5×108 相同 3.09×104 【解析】满载时测量船受到的浮力为F浮=G=mg=2.5×107 kg×10 N/kg=2.5×108 N,满载时测量船漂浮在不同的海面上,浮力等于它的重力,因此浮力相同;水下3 m船体受到海水的压强p=ρ海水gh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×3 m=3.09×104 Pa.
12. 3∶4 【解析】甲、乙物体的体积之比V甲:V乙=∶=ρ乙∶ρ甲=3∶2;甲、乙物体浸没水中时弹簧测力计的示数分别为:F甲=G甲-F甲浮=ρ甲gV甲-ρ水gV甲=(ρ甲-ρ水)gV甲=(2 g/cm3-1 g/cm3)gV甲=1 g/cm3×gV甲;F乙=G乙-F乙浮=ρ乙gV乙-ρ水gV乙=(ρ乙-ρ水)gV乙=(3 g/cm3-1 g/cm3)gV乙=2 g/cm3×gV乙,所以,甲、乙物体浸没水中时弹簧测力计的示数之比为:F甲:F乙=1 g/cm3×gV甲:2 g/cm3×gV乙=V甲:2V乙=3∶4.
13. (1)= 7.5 (2)400 【解析】(1)因为长方体处于漂浮状态,根据物体浮沉条件可知,此时长方体受到的浮力等于重力,即:F浮=G;长方体所受浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg××10-3 m3=7.5 N;(2)容器底部受到水的压强增加了Δp=ρ水gΔh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.04 m=400 Pa.
14. 增大 相平 便于观察袋内水面与容器中水面的变化情况
【解析】在塑料袋浸没在水中之前,因F浮=ρ水gV排,塑料袋排开水的体积增大,所以水对塑料袋的浮力F浮增大;当袋内水面与容器中的水面相平时,排开水的体积等于袋内水的体积,即:V排=V水,所以排开水的重力等于袋内水的重力;因塑料袋是透明的,便于观察袋内水面与容器中水面的变化情况.
15. = = > 15 【解析】两个相同的玻璃缸装满了水,则水的密度和深度均相同,由p=ρgh可知,p1=p2;缸对桌面的压力等于缸中物体的重力和缸自身的重力,故缸对桌面的压力相等,由于两个玻璃缸相同,则受力面积相同,由p=可知,p1′=p2′;由题图可知,甲图中玩具鸭排开水的体积大于乙图中玩具鸭排开水的体积,由F浮=ρ液gV排可知F1>F2;乙图中玩具鸭漂浮在水面上,故其受到的浮力等于它自身的重力,即F浮=G=mg=0.015 kg×10 N/kg=0.15 N,由F浮=ρ液gV排可知小玩具鸭排开水的体积V排===0.15×10-4 m3=15 cm3.
16. 1.2×103 向左 10
17. 1.2 1.2×103 【解析】铝块所受的重力G=mg=270×10-3 kg×10 N/kg=2.7 N,由题图乙可知,当深度h=10 cm后,弹簧测力计的示数不变,即铝块浸没,此时所受的浮力F浮=G-F=2.7 N-1.5 N=1.2 N;ρ铝=2.7×103kg/m3=2.7 g/cm3,浸没时,铝块排开液体的体积等于自身的体积,即V排=V===100 cm3=10-4 m3,液体的密度为ρ液===1.2×103 kg/m3.
18. 漂浮 15 N 8 0.32 J 【解析】当M浸没时受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×103×10-6 m3=10 N>G,故t=140 s时,M漂浮;t=140 s时,容器内水的重力G水=ρ水gV水=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×5×10-6 m3/s×140 s=7 N,则水对容器底部的压力F=G物+G水=8 N+7 N=15 N;水的深度为a时,M受到的浮力等于重力,即G=F浮=ρ水gSa,解得a===0.08 m=8 cm;40~140 s时段,浮力对物体做功即克服物体重力做的功为W=Gh=8 N×(12-8)×10-2 m=0.32 J.
19. 不变 h1-n(h1-h2) 【解析】由题意可知,按甲、乙所示放置时,工艺品都是漂浮在水面上,受到的浮力F浮=G物,所以受到的浮力不变;由甲图可知,工艺品受到的浮力:F甲=GA+GB=ρ水gSh1①;由乙图可知,工艺品倒置受到的浮力:F乙=GA+GB=ρ水g(Sh2+VB)②;由①②得,ρ水gSh1 =ρ水g(Sh2+VB),又因ρB=nρ水,所以gSh1=gSh2+③;当合金块沉底后,木块A漂浮在水面,受到的浮力:FA=GA=ρ水gSh3④;把③④代入①得,h3=h1-n(h1-h2).
20. (1)0.5 (2)c、d (3)液体密度 (4)0.8×103
21. 解:(1)铝块对水平台秤的压强p====1 350 Pa
(2)铝块质量为m===2.7 kg
铝块体积为V===1×10-3 m3
铝块浸没在水中静止时,受到浮力为F浮=ρ水gV=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-3 m3=10 N
22. 解:(1)金属瓢漂浮时排开水的体积
V排=Sh=100 cm2×5 cm=500 cm3
因为金属瓢漂浮在水面,根据漂浮条件得:
F浮=G物=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×500×10-6 m3=5 N
由G=mg得m金===0.5 kg
当金属瓢浸没时V金=V排′=Sh′=100 cm2×2 cm=200 cm3
金属瓢的密度ρ金===2.5×103 kg/m3
(2)水变化高度Δh=5 cm-2 cm=3 cm
变化的压强Δp=ρ水gΔh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×3×10-2 m=300 Pa
(3)金属瓢沉底时受到的浮力
F浮′=ρ水gV排′=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2×10-4 m3=2 N
根据对金属瓢的受力分析,金属瓢所受支持力
F支=G-F浮′=5 N-2 N=3 N
23. 解:(1)水对容器底部的压强:p=ρ水gh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.12 m=1.2×103 Pa
(2)正方体A的体积:VA=(0.1 m)3=1×10-3 m3
正方体A有体积浸入水中,则
V排=VA=×1×10-3 m3=0.6×10-3 m3
正方体A受到水的浮力:F浮=ρ水gV排=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.6×10-3 m3=6 N
(3)容器中水的体积为V水=200 ×10-4 m2×0.12 m-0.6×10-3 m3=1.8×10-3 m3
容器中水的重力为:G水=ρ水V水g=1×103 kg/m3×1.8×10-3 m3×10 N/kg=18 N
正方体A的重力:GA=ρAVAg=3.0×103 kg/m3×1×10-3 m3×10 N/kg=30 N
由p=可得,容器对水平面的压强为:p=====2 900 Pa
(
1
)