专题4浮力——2022-2023浙江省杭州市中考科学一模二模考试试题分类
一.选择题(共18小题)
1.(2023 拱墅区校级二模)水平桌面上,完全相同的甲、乙、丙容器中装有三种不同液体,将同一实心小球放入容器中,静止时三容器中液面相平,如图所示。下列说法正确的是( )
A.小球所受的浮力F浮甲=F浮乙<F浮丙
B.三种液体密度的关系ρ乙<ρ甲=ρ丙
C.液体对容器底的压强p乙<p甲<p丙
D.桌面所受的压力F压甲<F压乙<F压丙
2.(2023 拱墅区校级二模)甲、乙两只完全相同的杯子盛有密度和体积都不同的两种液体将相同的小球放入两杯中,当小球在液体中静止时两杯中的液面相平,如图所示,则下列说法正确的是( )
A.小球在甲杯中受到液体的浮力小于在乙杯中受到的浮力
B.甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度
C.甲杯对地面的压强小于乙杯对地面的压强
D.甲杯底受到液体的压强小于乙杯底受到液体的压强
3.(2023 拱墅区校级二模)甲、乙两个完全相同的杯子盛有不同浓度的盐水放置在水平桌面上,将同一个鸡蛋先后放入其中。当鸡蛋静止时,两个杯子中液面恰好相平,鸡蛋所处的位置如图所示。则( )
A.甲杯底部所受的液体压强较大
B.乙杯对水平桌面的压强较小
C.鸡蛋在乙杯中排开盐水的重力较大
D.乙杯中盐水的密度较大
4.(2023 杭州二模)通过花盆的升降变化提醒人们及时为植物浇水。这只花盆由内外两层容器组成,里层的容器N用于装土和植物,外层的容器M则用来装水。当N放置于水中漂浮时,盆内土壤不同干湿状态,水面在N外侧面的位置记为①②③线。则( )
A.M中水的重力等于N受到的浮力
B.浇水前后N漂浮在水面,所受浮力不变
C.三条线中,水面在①线位置,盆内土壤最潮湿
D.三条线中,水面在③线位置,盆底所受水的压强最大
5.(2023 上城区模拟)室温下,一块0℃的冰放在盛有0℃的水的容器中。已知冰块与容器底部相接触并相互间有压力。则当冰完全熔化为0℃的水后。下列说法正确的是( )
A.因为冰块触底,所以此时冰块不受浮力作用
B.容器内液面上升
C.随冰的熔化,水的温度上升
D.冰化成水后容器对桌面压强变大
6.(2023 杭州二模)如图甲所示,烧杯里盛有6℃的水,小球恰好处于水面下,水的密度随温度的变化如图乙所示,现在烧杯四周放上大量的冰块,在烧杯内水温下降到0℃的过程中,若小球的体积始终不变,则小球所受浮力大小的变化情况是( )
A.先不变,后变小
B.先不变,后变大
C.先变大,后变小,沉底后不变
D.先变大,后变小,4℃时最大
7.(2023 杭州模拟)将合金球和木球用细绳相连放入水中时,木球露出水面的体积为它自身体积的,如图所示,当把细绳剪断后,合金球沉底,木球露出水面的体积是它自身体积的,这时合金球受到池底对它的支持力为3N,若已知合金球和木球体积之比为1:4,则( )
A.合金球沉底后所受浮力为3N
B.合金球的重力为3N
C.合金球的密度为3×103kg/m3
D.绳子剪断前后,两物体所受总浮力相差4N
8.(2023 西湖区模拟)如图甲所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上方连有正方体木块A,容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口,此时木块A刚好完全浸没在水中,接着打开阀门B,缓慢放水,直至木块A完全离开水面时,再关闭阀门B,这个过程中,弹簧弹力F与木块露出水面的体积V的关系如图乙所示。已知ρ水=1.0×103kg/m3,ρ木=0.7×103kg/m3,木块体积为V0,不计弹簧所受浮力,则下列说法正确的是( )
A.C点弹簧处于原长
B.CD段弹簧被压缩
C.D点的横坐标d的值为0.3V0
D.点C与点E的纵坐标c、e的绝对值之比为2:3
9.(2022 拱墅区一模)如图甲所示,一个鸡蛋漂浮在盐水中;向盐水中缓慢加入蒸馏水,直到鸡蛋恰好浸没(如图乙所示);此过程中( )
A.鸡蛋排开液体的体积保持不变
B.鸡蛋受到的浮力逐渐增大
C.盐水对烧杯底部的压强逐渐增大
D.烧杯对水平桌面的压力保持不变
10.(2022 富阳区二模)如图所示,甲、乙两杯液体静止放在水平桌面上,把同一个鸡蛋分别放入甲、乙两杯液体中,鸡蛋在甲杯中漂浮,在乙杯中悬浮,此时两液面相平(注:甲、乙两杯的液体均为食盐水),下列说法中正确的是( )
A.鸡蛋在甲、乙两杯液体中受到的浮力F甲<F乙
B.两杯液体的密度ρ甲>ρ乙
C.在甲杯液体中加入食盐溶解后,鸡蛋会下沉一些
D.两杯液体对容器底部的压强相等
11.(2022 杭州二模)如图所示,小伟将一冰块放在浅水的杯子,冰块底部受到了一定的支持力,请判断当冰块全部熔化后杯中水面的升降情况。(不考虑水的蒸发)( )
A.不变 B.上升 C.下降 D.都有可能
12.(2022 杭州模拟)如图是甲、乙两种液体的质量与体积关系图象,将相同的木块分别放入盛有甲、乙两种液体的容器a和b中,待木块静止时,两容器液面相平,下列说法正确的是( )
A.a容器盛的是甲液体,b容器盛的是乙液体
B.木块在a容器内排开液体的质量较大
C.a、b两容器底部受到液体的压强相等
D.a、b两容器中木块下表面受到液体的压强不相等
13.(2022 杭州模拟)小明看到鸡蛋浮在盐水面上,他沿杯壁缓慢加入清水中使鸡蛋下沉,在此过程中,鸡蛋受到的浮力F随时间t的变化图象可能是如图中的( )
A. B.
C. D.
14.(2022 余杭区三模)将体积相同、材料不同的A、B两个实心小球,分别轻轻放入甲、乙两个相同的装满水的烧杯中,两球静止时,A球沉底,B球漂浮,如图所示,则下列说法正确的是( )
A.两个小球的质量关系mA=mB
B.两个小球所受浮力关系是FA=FB
C.水对两个烧杯底部压强的关系是p甲<p乙
D.两个烧杯对桌面的压力关系是F甲>F乙
15.(2022 滨江区二模)水平桌面上三个完全相同的容器内装有适量的水,将A、B、C三个体积相同的小球分别放入容器内,小球静止后如图所示,此时三个容器内水面高度相同以下说法不正确的是( )
A.小球受到的浮力大小FA<FB<FC
B.容器对桌面的压力大小FA=FB=FC
C.小球的质量大小mA<mB<mC
D.容器底部受到的液体压强大小pA>pB>pC
16.(2022 杭州模拟)如图所示,有一木块(密度ρ木)浮在水面,当用一铁块A(密度ρ铁)放在上面时,木块恰在水面下,如图甲所示,当用另一铁块B(密度ρ铁)吊在木块下时,木块也恰在水面下,如图乙所示。设水的密度为ρ,则VA:VB=( )
A. B.
C. D.
17.(2022 西湖区二模)甲、乙两圆柱形容器放置在水平地面上,容器内分别盛有两种不同液体。将一小球放入甲容器内,待其静止后如图所示,此时甲、乙两容器底部受到的液体压强大小相等。如果将小球从甲容器中取出并放入乙容器中,待小球静止后(无液体溢出),两容器底部受到液体压力的变化量分别为ΔF甲和ΔF乙.则关于ΔF甲和ΔF乙的大小关系,下列判断中正确的是( )
A.ΔF甲一定大于ΔF乙 B.ΔF甲一定小于ΔF乙
C.ΔF甲一定等于ΔF乙 D.ΔF甲可能小于ΔF乙
18.(2022 钱塘区二模)完全相同的甲、乙两个容器内都装满水。静止于水中的A、B两个实心小球体积相同、材料不同,其中A球沉底,B球漂浮,如图所示。则下列说法正确的是( )
A.两个小球的密度相同
B.两个小球所受浮力相同
C.水对两个烧杯底部压强相同
D.两个烧杯对桌面压力相同
二.填空题(共2小题)
19.(2023 西湖区校级二模)如图是小科在科技节活动中制作的简易“蒸汽船”模型,将盛有一定量水的铜制容器安装在“船体”上,用蜡烛对铜制容器底部加热,一段时间后铜管会向右喷蒸汽,“蒸汽船”就向左行驶。
(1)“蒸汽船”行驶时,铜管口冲出一团团“白气”,这是 现象。(填物态变化)
(2)行驶一段时间后,“蒸汽船”受到水的浮力 (填“增大”、“减小”或“不变”)。
20.(2023 西湖区模拟)将两个相同的容器甲和乙放在同一水平桌面上,分别向其中倒入不同种类的液体,并将两个相同的物块分别放入这两个容器中。当两物块静止时,两个容器中液面恰好相平,如图所示。那么,甲容器底部受到液体的压强 (选填“大于”、“等于”或“小于”)乙容器底部受到液体的压强;甲容器中物块排开液体的重力 (选填“大于”、“等于”或“小于”)乙容器中物块排开液体的重力;甲容器中物块下表面受到的压力 (选填“大于”、“等于”或“小于”)乙容器中物块下表面受到的压力。
三.实验探究题(共4小题)
21.(2023 拱墅区模拟)小明利用实验探究浮力大小和哪些因素有关系。他把金属块挂在弹簧测力计上,将它分别浸入水和酒精中的不同位置,如图所示。
(1)上述四种情况, 图中金属块所受到的浮力最小。
(2)做丙、丁两次实验,是为了探究浮力大小与 有关。
(3)如图所示,当弹簧测力计吊着金属块缓慢浸入水中,从金属块底部接触水面开始到完全没入水中直到接触容器底部的过程中,以下能表示弹簧测力计示数F拉与金属块底部浸入水中深度h关系的图象是
22.(2023 拱墅区模拟)小明同学在探究影响浮力大小的因素时,做了如图所示的实验。请你根据小明的实验探究回答下列问题。(g取10N/kg)
(1)在C与E两图中,保持了排开液体的体积不变,研究浮力与 的关系;根据A与E两图所标的实验数据,可知物体浸没在盐水中所受的浮力为 N。
(2)小明对ABCD四个步骤进行了观察研究,发现浮力的大小有时与深度有关,有时与深度又无关。对此正确的解释是浮力的大小随着排开水的体积的增大而 ,当物体完全浸没在水中后排开水的体积相同,浮力的大小与深度无关。
(3)在小明实验的基础上,根据有关实验数据,可以计算出盐水的密度为 kg/m3。
23.(2022 上城区一模)小徐同学想把弹簧测力计改装成液体密度计。他用重力为1.2N的空桶分别盛满酒精、水、盐水三种液体,用弹簧测力计依次测出三种液体和小桶的总重力,所得数据记录于下表中。
液体种类 酒精 水 盐水
液体密度ρ/kg m﹣3 0.8×103 1.0×103 1.1×103
弹簧测力计的示数F/N 2.0 2.2 2.3
(1)应将弹簧测力计的1.2N处标记为 刻度。
(2)利用该“密度计”可测得液体的密度最大为 kg/m3。
(3)已知该“密度计”的最小刻度值为0.1×103kg/m3,则用它 (选填“能”或“不能”)精确测量出0.71×103kg/m3汽油的密度。
24.(2022 杭州模拟)小明改进了压强计的装置来进一步验证浮力产生的原因是物体上下表面的压强差。他将两个金属盒的背面粘贴到一起,橡皮膜朝外,装置气密性良好。
(1)将装置竖直放入到水中之后可以通过观察 来比较物体上下表面受到的压强差。
(2)为了保证两个橡皮膜的松紧程度相同(即发生形变的容易程度),小明的操作是 。
(3)小明将该装置缓慢放入水中,分别记录下各组数据如表所示,其中上底面离水面的距离为H,两个U形管的液面差分别为h1和h2,请根据实验数据推测两个金属盒的厚度h0为 cm。
实验次数 1 2 3 4 5 6
H/cm 0 1 2 3 4 5
h1/格 0 1.5 3 4.5 6 7.5
h2/格 6 7.5 9 10.5 12 13.5
四.计算题(共5小题)
25.(2023 余杭区模拟)如图甲所示,将一长方体物块通过细线悬挂于弹簧测力计的挂钩上,手持弹簧测力计缓慢下降,让长方体物块从盛满水的溢水杯上方缓慢下降至水下一定深度。长方体物块下降过程中,弹簧测力计的示数F随下降高度h的变化关系如图乙所示,g取10N/kg。求:
(1)长方体物块受到的最大浮力为 N;
(2)长方体物块的密度;
(3)将长方体物块继续缓慢下降至容器的水平底部,当弹簧测力计示数为零时,长方体物块对容器底部的压强。
26.(2023 西湖区校级二模)2022年7月28号浙江省青少年皮划艇锦标赛在龙泉市瓯江河畔举行,在双人皮划艇项目中,双人皮划艇(没有载人)浮在水面上时排开水的体积为0.015m3,2名运动员的质量总和为150千克。
(1)皮划艇快船滑行时所受浮力方向为 。
(2)皮划艇在没有载人时受到的浮力多大?
(3)如图所示,2名运动员坐在皮划艇上静止时,皮划艇受到的浮力是多少牛?
27.(2023 西湖区二模)如图甲是一种抽水马桶。冲水原理如图乙,出水阀打开,水箱中的水减少,空心铜球就在重力作用下,随着水位下降而向下运动,通过金属杆AB绕O点转动,向上拉动进水管阀门,使水能通过进水管进入水箱;当出水阀关闭,随着不断进水,水箱中的水位不断上升,空心铜球随着向上运动,当金属杆处于水平位置时,空心铜球恰好浸没,把进水管阀门堵严,不再进水。已知进水管阀门的受力面积是24mm2,能承担的最大压强是5×105Pa。金属杆AB能绕O点转动,其质量及形变可忽略不计。重力和浮力认为作用在铜球的重心C,空心铜球体积为220cm3,AB长216mm,AO长24mm。水箱不再进水时,水箱中水的深度为20cm,水箱的底部面积为200cm2。(g=10N/kg)试求
(1)空心铜球浸没时所受的浮力是多大?
(2)空心铜球的最大质量是多少?
(3)水箱不再进水时,水箱底部受到水的压力是多少?
28.(2022 杭州二模)一个密度为3×103kg/m3、体积为200cm3的长方体实心物体用细线拉着,缓慢浸入水中直到与柱形薄壁容器底部接触(如图所示)。容器底面积为2×10﹣2m2。取g=10N/kg。求:
(1)物体浸没在水中时受到的浮力。
(2)甲、乙两图中水对容器底部的压强差。
(3)当丙图中F3为1N时,求甲、丙两图中容器对水平桌面的压力差。
29.(2022 拱墅区一模)如图所示为“独竹漂”的表演场景,表演者手持竹竿立于楠竹之上,用竹竿划水前行。若表演者脚下楠竹的质量为12kg,此时排开水的体积为0.07m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
(1)表演者用竹竿向后划水,楠竹与人便向前行,这是因为 。
(2)楠竹受到的浮力为多少?
(3)表演者和手中竹竿受到的总重力为多少?
五.解答题(共16小题)
30.(2023 上城区二模)浮筒打捞法是打捞沉船的一种方法。在用浮筒打捞法打捞沉船时,把一组浮筒拖到沉船的作业区,使它们灌满水并沉到水底.潜水员下水,用钢缆把浮筒与沉船拴住,接着,开动打捞船上的压气机,把空气压进这组浮筒,将压力舱的海水排空,这些浮筒就会带着沉船一起浮到水面。如图所示,每个浮筒的质量是500kg,体积是20m3(筒壁厚度不计),现将四个浮筒注满水沉入水底捆绑住沉船。
(1)沉船受到的浮力 自身的重力(选填“大于”、“小于”或“等于”)。
(2)每个浮筒受到的浮力。
(3)四个浮筒对沉船能施加的最大拉力。
31.(2023 江干区校级四模)一正方体塑料块A边长LA=0.2m,密度ρA=0.5×103kg/m3;另一正方体B边长LB=0.1m,密度未知。(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg)
(1)塑料块A的重力是多少?
(2)A、B分别放在水平地面时,B对地面的压强是A对地面压强的4.5倍,B的密度是多少?
(3)如图所示,将A放入一个水平放置、底面是正方形(边长L=0.3m)的水槽,向水槽注入多少体积水后A的底面刚好能离开水槽?
32.(2023 富阳区校级模拟)有一根原长为10cm的弹簧,其一端与边长为10cm的正方体A的下表面中点固定连接,另一端与柱形容器底部相连。如图甲所示,容器中未加水时,正方体A恰好静止,此时弹簧长6cm。现在向容器内加水至A刚好浸没。弹簧所受弹力F的大小与弹簧长度的变化量Δx间的关系如图乙所示。弹簧的体积和质量及其所受的浮力均忽略不计。(提示:t1时刻容器中水深6cm,t2时刻弹簧处于自然伸长状态,t3时刻正方体A恰好完全浸没)求:
(1)物体A的密度。
(2)求t3时刻物体A受到的浮力。
(3)请在丙图中画出从刚开始加水直至A恰好完全浸没时这一过程中弹力F的大小随时间变化的图像,其中各时刻间弹力默认均匀变化,同时需标注相应的弹力F的数据。
33.(2023 上城区模拟)如图所示,在一个装满水的容器中,轻质弹簧的一端连着小球,另一端固定在容器底部,此时弹簧处于拉伸状态。已知小球的体积是50cm3,小球静止时受到弹簧的拉力为0.4N。则:
(1)此时小球受到的浮力为 N。
(2)某时刻小球脱离弹簧,小球最终静止时容器对桌面的压强与小球脱离弹簧前相比将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(3)小球脱离弹簧后再次静止时与脱离弹簧前相比,液面会 (选填“升高”“不变”或“降低”),请列式分析。
34.(2023 滨江区一模)某科学兴趣小组自制了一架简易液体密度计,使用说明书如下:
(1)当金属块下表面刚好接触水面并开始下降,下列图中能正确反映浮力F和小金属块下表面到水面距离h的关系的图象是
。
(2)将小金属块浸没在某种液体时,左边测力计示数为0.8牛,则对应右边的密度值是多少?(写出计算过程)
(3)当弹簧测力计悬挂大金属块浸没在待测液体中进行测量时,请通过计算判断该密度计的量程和精确度(每1N对应的密度变化量)为多少?
35.(2023 下城区校级模拟)央视《加油向未来》的综艺中,主持人向观众展示了汽车意外落水后应迅速安全逃生的技巧。已知汽车总重为1.5t,汽车体积为10m3,已知车窗钢化玻璃所能承受的最大压强为1.2×108Pa。
(1)汽车落水后,在水未充满车内空间前,车门往往打不开是因为 。
(2)成年男子肘击力量可达600N,手肘与车窗的接触面积约为25m2,通过计算说明用手肘撞击方式击打车窗逃生是否可行?
(3)汽车落水后,漂浮在水面时(水还未流入车内),计算此时汽车浸没在水中的体积。(水的密度取1.0×103kg/m3)
36.(2023 下城区校级二模)如图所示,一盛水的圆柱体平底容器静置于水平桌面。容器的底面积为100cm2,容器和水的总质量为4kg。现将底面积为75cm2、高为8cm、质量为2kg的长方体用细绳悬挂在弹簧测力计上,从距离水面上方5cm处缓慢下移,直至长方体恰好完全浸没在水中,金属块底部不接触容器。以上过程中没有液体溢出,g取10N/kg。
(1)求长方体完全浸没时受到的浮力。
(2)求长方体完全浸没时容器对桌面的压强。
(3)试画出整个下移过程中,弹簧测力计示数F随长方体下移的距离的变化的图像。
37.(2023 拱墅区校级二模)如图所示,圆柱形容器内盛有一定量的0℃的水,现向容器的水中放入一块体积为200cm3、温度为0℃的冰,经过一段时间冰吸热而熔化(不考虑水的蒸发,已知冰的密度为0.9g/cm3;水的密度为1g/cm3;g取10牛/千克)。求。
(1)冰块熔化前受到的浮力大小。
(2)冰块熔化前后容器内液面 (填“上升”“下降”或“不变”),请用公式说明理由。
38.(2023 西湖区校级三模)如图所示,将密度为0.6×103kg/m3、边长为10cm的正方体实心物块放入底面积为200cm2的空容器中,正方体物块底部与容器底不密合,并向容器内加入某种液体,g取10N/kg。
(1)求正方体物块的重力。
(2)当液体加到5cm深时,物块对容器底的压力为2N,求液体的密度。
(3)继续向容器中加液体,当正方体对容器底压力为0时,求正方体在液面上方和下方的长度之比。
39.(2023 杭州模拟)一个不吸收液体的圆柱体重10N,底面积S1=5×10﹣3m2。如图所示,将圆柱体浸没在水中,弹簧测力计的示数为6N,已知ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg。
(1)求圆柱体浸没在水中时受到的浮力F浮。
(2)将圆柱体竖直放在水平桌面上,求圆柱体对水平桌面的压强p。
(3)一个足够高的柱形容器放在水平桌面上,装入某种液体后,液体对容器底部的压强为p1。再将圆柱体缓慢地放入容器中,圆柱体始终保持竖直,松开后最终液面与圆柱体顶部的距离d=2cm,液体对容器底部的压强为p2。已知p2﹣p1=240Pa,容器底面积S2=200cm2。求容器中液体的质量。
40.(2023 滨江区二模)2022年4月19日,一头体长约20米的抹香鲸在浙江省宁波市象山县一片海域附近搁浅,与地面接触面积约为25m2。成年抹香鲸体积约24m3,体重一般可以达到50吨,轻松潜至1000米深的海底。(海水密度约为1×103kg/m3)求:
(1)抹香鲸搁浅时对地面压强。
(2)抹香鲸整个身体潜入水中,受到的浮力。
(3)救援队来帮助抹香鲸脱困,下列方案可行的是 。
A.增大海水的密度
B.减小抹香鲸没入水中的体积
C.深挖河道,增大水的深度
41.(2023 余杭区一模)如图甲所示,水平放置的方形容器里有一个重为8N、边长为10cm的立方体物块M,M与容器底部不密合。以5mL/s的恒定水流向容器内注水,容器中水的深度随时间t的变化关系如图乙所示。请解答下列问题:
(1)当t=140s时,物块M在水中处于 (填“沉底”“悬浮”或“漂浮”)状态。
(2)当t=140s时,水对容器底部的压力大小是多少?
(3)图乙中a的值是多少?
42.(2023 拱墅区校级二模)2021年11月13日,全球200多个国家达成了《格拉斯哥气候公约》,一致决定在未来减少碳排放,缓解全球气候变暖。全球气候变暖会导致南极洲冰川(为淡水冰川)大面积熔化,海面上出现大量浮冰,现有一块质量51吨的浮冰漂浮在海面上,若当地海域海水的密度为1.02x103kg/m3,浮冰的密度为0.9x103kg/m3。(g取10N/kg)请解决下列问题:
(1)浮冰受到的浮力是多少?
(2)浮冰在海面以下的体积是多少?
(3)如果海面所有浮冰全部熔化后,请结合相关公式推理说明是否会对海平面水位造成影响。
43.(2023 杭州二模)如图甲所示,一个体积是0.8dm3的立方体木块,下面用一段细线与木块相连,
细线另一端固定在容器底(容器高比细线与木块边长之和大得多)。现向容器中慢慢加水,到细线拉直,如图乙所示。若细线的拉力用表示,倒入容器中水的深度用h表示。图丙是浮力随水深度h变化的图像。
(1)图丙中的B点对应木块在水中的位置是处于 状态。
(2)C点时,拉力为4N,此时该木块在水中所受的浮力为 牛顿
(3)该木块的密度为多少?
44.(2023 余杭区二模)在物理课实践活动中,某活动小组想要用橡皮泥做“船”浮在水面上,并探究橡皮泥“船”的装载能力。他们用一块体积为20cm3的橡皮泥做成一只“船”,放入水中漂浮,试着向其中添加物体,发现最多只能装载25g的物体,如图所示。查阅资料知道橡皮泥的密度为1.5×103kg/m3。已知水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg,求:
(1)将这块橡皮泥浸没在水中时所受的浮力为多少?
(2)这只橡皮泥“船”装载最多物体时受到的浮力为多少?
(3)该小组同学想提高橡皮泥“船”的装载能力,请你帮助他们提出一条合理化的建议。
45.(2023 桐庐县一模)2022年5月15日凌晨1点26分,中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4270m的科考营地顺利升空,达到海拔9032m,超过珠峰8848.86m的高度,创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。“极目一号”Ⅲ型浮空艇体积约为9000m3,总质量约为2.6t。
(1)浮空艇在营地升空时所受空气浮力大小为多少?(海拔4270m处的空气密度约为0.8kg/m3,g取10N/kg)
(2)浮空艇在营地升空前,要使浮空艇不飞走,要用多大的力拉住固定绳索?
(3)“极目一号”浮空艇内部有三层:上层装有氦气(相同条件下氦气密度比空气小得多),中间隔开,下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要 (填“上浮”或“下降”)的时候,可以用上层的氦气排出下层的部分空气,以此改变自身重力,同时使整个浮空艇的压差在安全范围内。
参考答案与试题解析
一.选择题(共18小题)
1.【解答】解:A、由图可知,小球在甲液体中悬浮,所以小球受到的浮力F浮甲=G球;小球在乙中沉底,所以小球受到的浮力F浮乙<G球;小球在丙中漂浮,所以小球受到的浮力F浮丙=G球;
同一实心小球,重力不变,所以小球在三种液体中受到的浮力的大小关系是F浮甲=F浮丙>F浮乙,故A错误;
B、小球在甲液体中悬浮,所以甲液体的密度ρ甲=ρ球;小球在乙中沉底,所以乙液体的密度ρ乙<ρ球;小球在丙中漂浮,所以丙液体的密度ρ丙>ρ球,同一实心小球,密度相同,所以三种液体的密度大小关系是ρ乙<ρ甲<ρ丙,故B错误;
C、三容器的液面等高,根据p=ρ液gh可知,密度大的液体对容器底的压强也大,三种液体对容器底的压强的大小关系是p乙<p甲<p丙,故C正确;
D、甲、乙、丙三个容器完全相同,三容器液面相平,由图可知三种液体的体积大小关系是V甲=V乙<V丙,
因为液体的密度关系为ρ乙<ρ甲<ρ丙,根据m=ρV可知,三容器内液体的质量大小关系是m乙<m甲<m丙;
根据G=mg可知,液体的重力的大小关系是G乙液<G甲液<G丙液;
由于容器对桌面的压力F大小等于容器中液体的重力G液,小球的重力G球,容器自重G容之和,即F=G液+G容+G球,所以桌面所受的压力大小关系是F压乙<F压甲<F压丙,故D错误。
故选:C。
2.【解答】解:A、读图可知,小球在甲杯中漂浮,在乙杯中悬浮,则浮沉条件可知,它们此时所受的浮力都等于自身的重力,即浮力相同,故A错误;
B、小球在甲杯中漂浮,甲液体的密度大于小球的密度;在乙杯中悬浮,乙液体的密度等于小球的密度;说明甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度,故B正确;
C、小球在甲杯中漂浮,则ρ甲>ρ球;在乙杯中悬浮,则ρ乙=ρ球;所以,ρ甲>ρ乙,由图可知,小球排开甲液体的体积小于排开乙液体的体积,小球在液体中静止时两杯中的液面相平,则甲杯中液体的体积大于乙杯中液体的体积,根据ρ知,甲杯中液体质量较大,重力较大,容器重力相同,杯子对地面的压力等于杯子、小球和杯内液体的重力之和,故甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力,容器的底面积相同,据压强公式p得,甲容器对桌面的压强大于乙容器对桌面的压强,故C错误;
D、两杯中液面相平,h相等,甲的密度大于乙的密度,由公式p=ρgh可知,甲杯底部所受液体的压强较大,故D错误。
故选:B。
3.【解答】解:(1)由图可知,鸡蛋在甲、乙两杯中分别处于悬浮和漂浮状态,因为ρ液>ρ物时物体漂浮,ρ液=ρ物时物体悬浮,所以乙杯中盐水的密度大于甲杯中盐水的密度,且两杯中液面相平,由p=ρgh可知,所以乙杯底压强大于甲杯底压强,故A错误,D正确;
(2)因为物体漂浮或悬浮时,受到的浮力和自身的重力相等,根据阿基米德原理原理可知,鸡蛋在甲、乙杯中排开盐水的重力一样大,故C错误;
(3)根据图示可知,V甲<V乙,而乙杯中盐水的密度大于甲杯中盐水的密度,由m=ρV可知,液体乙的质量大于液体甲的质量,因此乙容器的总质量较大,
因为桌面受到的压力等于容器、鸡蛋以及液体的总重力,因此乙容器对桌面的压力较大,又因为受力面积相同,由p可得,乙杯对水平桌面的压强较大,故B错误。
故选:D。
4.【解答】解:
A、由于不知道水盆中水的重力的大小,无法比较水和N的重力的大小,故A错误;
B、浇水前后,N的湿度不同,重力不同,N漂浮在水面上,浮力等于重力,所以受到的浮力不同,故B错误;
C、N始终处于漂浮状态,浮力等于重力,三条线中,水面在①线位置时,N排开的水的体积最大,根据阿基米德原理可知,N受到的浮力最大,盆内土壤最潮湿,故C正确;
D、三条线中,水面在③线位置,盆底的深度最小,根据p=ρgh可知,盆底所受水的压强最小,故D错误。
故选:C。
5.【解答】解:A、冰块与容器底部相接触并相互间有压力,此时冰块虽然触底,但冰的下部有水,所以冰块受浮力作用,故A错误;
B、因为冰熔化前,F浮+F支=G冰,未熔化的冰受到浮力小于冰受到的重力,
所以F浮=ρ水V排g<G冰,﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
冰化水后,G冰=G水,
即:ρ冰V冰g=ρ水V水g,﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得:
ρ水V排g<ρ水V水g,
即:冰熔化为水的体积大于排开水的体积,所以冰熔化后,水面将上升,故B正确;
C、冰水混合物的温度是0℃,随冰的融化水的温度不变,故C错误;
D、冰化成水后质量不变,容器对桌面的压力不变,容器的底面积不变,根据p得,冰化成水后容器对桌面压强不变,故D错误。
故选:B。
6.【解答】解:因烧杯里盛有6℃的水时,小球恰好悬浮,
所以,小球的密度与此时水的密度相等,受到的浮力和自身的重力相等,
由图象可知:4℃的水的密度最大,6℃的水的密度比0℃时水的密度大,
①当水的温度从6℃降到4℃时,水的密度增大,大于小球的密度,小球缓慢上浮、最后漂浮,无论悬浮还是漂浮,小球受到的浮力和自身的重力相等;
②当水的温度从4℃降到0℃时,水的密度减小,
在水的密度不小于小球的密度时,小球由漂浮变为悬浮,受到的浮力仍和自身的重力相等,
在水的密度小于小球的密度时,小球由悬浮变为下沉,受到的浮力小于自身的重力;
综上可知,小球受到的浮力先不变后变小。故A正确,BCD错误。
故选:A。
7.【解答】解:(1)把细绳剪断前,木球和合金球漂浮,木球受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力、竖直向下的拉力,
则G木+F拉=F木浮1,即G木+F拉=F木浮1=ρ水g(1)V木ρ水gV木﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
细绳剪断后,木球漂浮,浮力等于重力,则G木=F木浮2,则G木=F木浮2=ρ水g(1)V木ρ水gV木﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
①式﹣②式得:
F拉=F木浮1﹣F木浮2ρ水gV木;
把细绳剪断前,合金球受竖直向上的浮力、竖直向上的拉力以及竖直向下的重力,即G合金=F拉+F合金浮;
把细绳剪断后合金球受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力以及竖直向上的支持力,即G合金=F+F合金浮;
所以F拉=F,即ρ水gV木=F=3N,
所以ρ水gV木=4×3N=12N,
则根据②得:
G木ρ水gV木12N=6N;
因为V合金:V木=1:4,
合金受到的浮力为:
F合金浮=ρ水gV合金=ρ水gV木12N=3N,故A正确。
(2)把细绳剪断后,木球漂浮,木球排开水的体积为V排=V木V木V木,
F浮=ρ水gV排=m木g,即ρ水gV木=ρ木V木g,
解得:ρ木ρ水,
把细绳剪断前,木球和合金球漂浮,两球的总浮力等于两球的总重力,即F浮前=ρ水gV排′=(m木+m合金)g,所以ρ水g( V木+V合金)=(ρ木V木+ρ合金V合金)g,
V合金:V木=1:4,
ρ水( 4V合金+V合金)=( ρ水×4V合金+ρ合金V合金),
整理可得:ρ合金=2×103kg/m3,故C错误。
(3)绳子剪断前后,两物体所受的总浮力之差为:
F浮前﹣F浮后=(G木+G合金)﹣(G木+F合金浮)=G合金﹣F合金浮=F=3N,故D错误。
则合金的重力为:
G合金=F合金浮+F=3N+3N=6N,故B错误。
故选:A。
8.【解答】解:A、由图乙可知,C点木块A刚好完全浸没在水中,
因为ρ水>ρ木,所以此时木块所受的浮力大于木块的重力,即F浮>G木,
则弹簧对木块有竖直向下的拉力,弹簧被拉伸,处于伸长状态,故A错误;
B、在D点时,弹簧弹力F=0N,弹簧处于原长,所以CD段弹簧被拉伸,故B错误;
C、在D点时,弹簧弹力F=0N,弹簧处于原长,此时木块漂浮在水面上,F浮=G木,即ρ水gV排=ρ木gV0,
ρ水g(V0﹣V)=ρ木gV0,
则木块露出水面的体积:
V=(1)V0=(1)V0=0.3V0,
即D点的横坐标d的值为0.3V0,故C正确;
D、在C点木块完全浸没时,木块排开水的体积V排=V0,
此时弹簧弹力F=F浮﹣G木=ρ水gV0﹣ρ木gV0=(ρ水﹣ρ木)gV0;
在E点木块A完全离开水面时,弹簧被压缩,此时弹簧弹力等于木块的重力,即F′=G木=ρ木gV0,
则,
即点C与点E的纵坐标c、e的绝对值之比为3:7,故D错误。
故选:C。
9.【解答】解:A、由图可知,鸡蛋排开液体的体积变大,故A错误;
B、由甲、乙两图中鸡蛋分别处于漂浮和悬浮状态可知,鸡蛋均处于平衡状态,F浮=G鸡蛋,所以鸡蛋受到的浮力不变,故B错误;
CD、向盐水中缓慢加入蒸馏水,烧杯中盐水的总重力变大,则烧杯对水平桌面的压力变大,由p可知,烧杯对水平桌面的压强变大,由图可知烧杯是规则容器,由于盐水对烧杯底部的压力大小等于盐水和鸡蛋的总重力,根据p可得出盐水对烧杯底部的压强逐渐增大,故C正确,D错误。
故选:C。
10.【解答】解:
BD、由图可知,鸡蛋在甲杯中漂浮,可得ρ甲>ρ物;鸡蛋在乙杯中悬浮,可得ρ乙=ρ物,所以ρ甲>ρ乙;
由题可知,两液面相平,即h甲=h乙,且ρ甲>ρ乙,根据p=ρgh可得容器底部所受液体压强:p甲>p乙,故B正确、D错误;
A、由图可知,同一个鸡蛋在甲、乙两杯液体中分别处于悬浮和漂浮状态,物体漂浮或悬浮时,受到的浮力和自身的重力相等,所以同一只鸡蛋在两杯中受到的浮力相等,都等于鸡蛋的重力,故A错误;
C、在甲杯液体中加入食盐溶化后,甲杯中液体密度变大,鸡蛋仍然漂浮,其所受浮力仍然等于其所受重力,根据F浮=ρ液gV排可知,排开液体的体积变小,所以鸡蛋会上浮一些,故C错误。
故选:B。
11.【解答】解:因冰熔化前冰块底部受到了一定的支持力,
所以,冰的重力大于受到的浮力,即G冰>F浮,
由阿基米德原理可得F浮=ρ水gV排<G冰……①
当冰完全熔化成水后,质量不变,则有G冰=G水,
即:ρ冰V冰g=ρ水V水g……②
由①②可得:ρ水gV排<ρ水V水g,即V排<V水,
即:冰熔化为水的体积大于排开水的体积,
所以,冰熔化后,水面将上升。
故选:B。
12.【解答】解:
A、由图象可知,体积V相同时,甲的质量大于乙的质量,则根据ρ可知:ρ甲>ρ乙;
相同木块在a、b中都处于漂浮,则所受浮力F浮a=F浮b=G木,
根据F浮=ρ液gV排可得:ρagV排a=ρbgV排b;由图可知:V排a<V排b;所以,ρa>ρb;由此可知:a容器盛的是甲液体,b容器盛的是乙液体,故A正确;
B、因F浮a=F浮b,所以由阿基米德原理可知:G排a=G排b,则:m排a=m排b,故B错误;
C、由于两容器中液面相平,且ρa>ρb,根据p=ρ液gh可知,a容器底部受到液体的压强大,故C错误;
D、木块在a、b两容器中都处于漂浮,根据浮力产生的原因可知木块下表面受到液体的压力:Fa下=F浮a,Fb下=F浮b,则Fa下=Fb下;
由于两个木块相同,则底面积相同,根据p可知:pa下=pb下,故D错误。
故选:A。
13.【解答】解:
沿杯壁缓缓加入清水,直至鸡蛋下沉,先后经过了:漂浮、悬浮,最后下沉,
鸡蛋漂浮或悬浮时,所受浮力等于鸡蛋的重力,鸡蛋的重力不变,则浮力不变;
鸡蛋下沉时,排开盐水的体积不变,但盐水的密度减小,由F浮=ρ液gV排可知鸡蛋所受浮力减小,但不能减小为0;
所以,鸡蛋受到的浮力先不变后减小,最后接近于在清水中受到的浮力,不能为0;
由此分析可知:选项BCD错,A正确;
故选:A。
14.【解答】解:
A、A球下沉至容器底部,B球漂浮,所以A球的密度大于水的密度,B球的密度小于水的密度,因此两个小球的密度大小关系是:ρA>ρB,两球的体积相等,根据m=ρV可知,质量大小关系是mA>mB.故A错误。
B、由于AB个实心小球体积相同,则根据图可知排开水的体积关系:V甲排=V球,V乙排<V球,所以V甲排>V乙排,根据F浮=ρ液V排g可知:FA>FB,故B错误。
C、因为两个相同烧杯中都装满水,放入球后烧杯中液面高度不变,根据p=ρgh可知烧杯底部受到水的压强相等,即:p甲=p乙;故C错误。
D、两个相同烧杯中都装满水,里面的水的重力G水相等,由于烧杯底部对桌面的压力等于容器的总重力,则放入物体后对桌面的压力变化为:F=G容器+G水+G球﹣G排和G排=F浮,据此可得:
F′甲=G容器+G水+G甲﹣G排甲=G容器+G水+G甲﹣F甲;
F′乙=G容器+G水+G乙﹣G排乙=G容器+G水+G乙﹣F乙;
由于甲球下沉至容器底部,乙球漂浮,则G甲>F甲;G乙=F乙;
所以F′甲>F′乙;故D正确。
故选:D。
15.【解答】解:由题知,A、B、C三个小球的体积相同;
A、由图可知,A、B、C三个小球排开水的体积关系为VA排<VB排<VC排,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力的大小关系为:FA<FB<FC,故A正确;
B、因小球分别处于漂浮或悬浮状态,则浮力等于自身重力,由阿基米德原理可知,物体受到的浮力等于排开液体的重力,即说明容器中小球的重力等于小球排开水的重力,即可以理解为,容器中小球的重力补充了它排开的水的重力,能看出三个容器内总重力相等;由于容器相同,所以三个容器对桌面的压力关系为F甲=F乙=F丙,故B正确;
C、由图可知,A、B漂浮,C悬浮,则由浮沉条件可知:GA=FA,GB=FB,GC=FC,
由于FA<FB<FC,则GA<GB<GC;所以,mA<mB<mC,故C正确;
D、小球静止时,三个容器内水面高度相同,即h相同,水的密度一定,根据p=ρgh可知,容器底受到水的压强关系为pA=pB=pC,故D错误。
故选:D。
16.【解答】甲图中,铁块A和木块一起漂浮在水面,则F浮木=GA+G木,
所以GA=F浮木﹣G木,
即ρ铁gVA=ρgV木﹣ρ木gV木,
乙图中,铁块B和木块一起悬浮在水中,则F浮木+F浮B=GB+G木,
所以GB﹣F浮B=F浮木﹣G木,
即ρ铁gVB﹣ρgVB=ρgV木﹣ρ木gV木,
所以ρ铁gVA=ρ铁gVB﹣ρgVB=(ρ铁﹣ρ)gVB,
所以A、B的体积之比:。
故选:A。
17.【解答】解:(1)小球放入甲容器内时沉底,则排开液体的体积V排甲=V球,
因此时甲、乙两容器底部受到的液体压强大小相等,
所以,ρ甲gh甲=ρ乙gh乙,即ρ甲h甲=ρ乙h乙,
由图可知,h甲<h乙,则ρ甲>ρ乙;
因小球在甲中沉底,
所以,ρ球>ρ甲>ρ乙,即小球在乙中一定沉底,则V排乙=V球;
(2)将小球从甲容器中取出并放入乙容器中后,
甲中液面下降的高度Δh甲,乙中液面上升的高度Δh乙,
由F=pS=ρghS可得,两容器底部受到液体压力的变化量:
ΔF甲=ρ甲gΔh甲S甲=ρ甲gS甲=ρ甲gV球,ΔF乙=ρ乙gΔh乙S乙=ρ乙gS乙=ρ乙gV球,
由ρ甲>ρ乙可知,ΔF甲>ΔF乙。
故选:A。
18.【解答】解:
A、A球下沉至容器底部,B球漂浮,所以A球的密度大于水的密度,B球的密度小于水的密度,因此两个小球的密度大小关系是:ρA>ρB.故A错误;
B、由于AB个实心小球体积相同,则根据图可知排开水的体积关系:V甲排=V球,V乙排<V球,所以V甲排>V乙排,根据F浮=ρ液V排g可知:FA>FB,故B错误;
C、因为两个相同烧杯中都装满水,放入球后烧杯中液面高度不变,根据p=ρgh可知烧杯底部受到水的压强相等,即:p甲=p乙;故C正确;
D、两个相同烧杯中都装满水,里面的水的重力G水相等,由于烧杯底部对桌面的压力等于容器的总重力,则放入物体后对桌面的压力变化为:F=G容器+G水+G球﹣G排和G排=F浮,据此可得:
F′甲=G容器+G水+G甲﹣G排甲=G容器+G水+G甲﹣F甲;
F′乙=G容器+G水+G乙﹣G排乙=G容器+G水+G乙﹣F乙;
由于甲球下沉至容器底部,乙球漂浮,则G甲>F甲;G乙=F乙;
所以F′甲>F′乙,故D错误。
故选:C。
二.填空题(共2小题)
19.【解答】解:(1)铜管口冲出一团团“白气”,“白气”是由水蒸气液化形成的;
(2)行驶一段时间后,“蒸汽船”自身的重力变小,始终处于漂浮状态,受到的浮力等于自身的重力,所以受到水的浮力减小。
故答案为:(1)液化;(2)减小。
20.【解答】解:(1)甲悬浮,甲的密度等于物体的密度,乙漂浮,乙的密度大于物体的密度,所以甲液体的密度小于乙液体的密度,液体的深度相同,由p=ρ液gh得,甲容器底受到液体的压强小于乙容器底部受到液体的压强;
(2)甲悬浮,浮力等于重力,乙漂浮,浮力等于重力,所以甲、乙容器中受到的浮力相等,根据阿基米德原理,排开液体的重力也相等;
(3)根据浮力产生的原因,F浮=F向上﹣F向下,则F向上=F浮+F向下,浮力相等,甲受液体向下的压力,而乙不受液体向下的压力,所以甲容器中物块下表面受到的压力大于乙容器中物块下表面受到的压力。
故答案为:小于;等于;大于。
三.实验探究题(共4小题)
21.【解答】解:(1)根据称重法测浮力,F浮=G﹣F示,因甲中测力计示数最小,故甲图中金属块所受到的浮力最小;
(2)丙、丁两次实验中,排开液体的体积相同,而排开液体的密度不同,故实验是为了探究浮力大小与排开液体的密度有关;
(3)如图所示,当弹簧测力计吊着金属块缓慢浸入水中,从金属块底部接触水面开始到完全没入水中直到接触容器底部的过程中,根据阿基米德原理,在浸没前,受到的浮力逐渐变大,浸没后,受到浮力不变,根据称重法测浮力,F浮=G﹣F示
表示弹簧测力计示数F拉与金属块底部浸入水中深度h关系的图象是C;
故答案为:(1)甲;(2)排开液体的密度;(3)C。
22.【解答】解:(1)由C与E两图可知,物体浸没在水中和盐水中时,排开液体的体积都等于其自身体积,即物体浸没在水中和盐水中时排开液体的体积相同,液体的密度不同,所以是研究浮力与液体密度的关系;
由图A可知,物体的重力为:G=8N,由图E可知,物体浸没在盐水中时弹簧测力计的示数为:F=5.6N,所以物体浸没在盐水中时所受的浮力为:F浮盐水=G﹣F=8N﹣5.6N=2.4N;
(2)由B、C两个图可知,物体浸入水中的体积逐渐变大,弹簧测力计的示数逐渐变小,根据F浮=G﹣F可知,物体所受浮力的大小随着排开水的体积的增大而增大,当物体完全浸没在水中后排开水的体积相同,浮力的大小与深度无关;
(3)由D可知,物体浸没在水中时弹簧测力计的示数为:F'=6N,则物体浸没在水中时的浮力:F浮水=G﹣F'=8N﹣6N=2N;
由题意可知,在水和盐水中排开液体的体积相等,则:
代入数据得:
解得:ρ盐水=1.2×103kg/m3。
故答案为:(1)液体密度;2.4;(2)增大;(3)1.2×103。
23.【解答】解:(1)由于小桶有重力,所以小桶中没有东西时弹簧测力计也有示数,
已知小桶的重力G桶=1.2N,则弹簧测力计示数为1.2N时,小桶里没有液体,
由于桶内没有液体即液体密度为零时,测力计示数表示的是桶重,故弹簧测力计的1.2N处标记为0刻度;
(2)弹簧测力计测量水时,水的重力为:
G水=F﹣G桶=2.2N﹣1.2N=1N,
根据G=mg=ρVg可得小桶的容积:
V=V水1×10﹣4m3;
能测量液体的最大重力为:G大=F大﹣G桶=5N﹣1.2N=3.8N,
液体的最大密度:ρ大3.8×103kg/m3,
(3)精确测量出0.71×103kg/m3汽油的密度的精确度为0.01×103kg/m3,已知该“密度计”的最小刻度值为0.1×103kg/m3,故不能精确测量出0.71×103kg/m3汽油的密度。
故答案为:(1)0;(2)3.8×103;(3)不能。
24.【解答】解(1)物体上表面受到的压强可以通过左边的压强计来表示,即U形管的高度差h1表示的压强;
物体下表面受到的压强可以通过右边的压强计来表示,即U形管的高度差h2表示的压强;
h1与h2的高度差可以用来比较物体上下表面受到的压强差;
(2)为了保证两个橡皮膜的松紧程度相同,可以将橡皮膜放入同一深度处观察U形管的高度差,具体操作为:将装置放入水中,上表面与水平齐,记录下表面对应压强计的高度,将装置倒转放入水中同一位置,记录下表面对应压强计的高度,比较两次的高度是否相同。
(3)上端橡皮膜受到的压强:ρ液gh1=ρ水gH,代入第二组数据可得:
1.5ρ液g=ρ水g;解得ρ液ρ水;
下端橡皮膜受到的压强:ρ液gh2=ρ水g(H+h0);代入第二组数据可得:
ρ水g×7.5cm=ρ水g(1+h0);解得h0=4cm;
故答案为:(1)h1与h2的高度差;(2)将装置放入水中,上表面与水平齐,记录下表面对应压强计的高度,将装置倒转放入水中同一位置,记录下表面对应压强计的高度,比较两次的高度是否相同;(3)4。
四.计算题(共5小题)
25.【解答】解:(1)由图象知,G=20N,当物块完全浸没时,拉力F=10N,
则完全浸没时的浮力为F浮=G﹣F=20N﹣10N=10N,
此时物块完全浸没,所以浮力最大;
(2)由F浮=ρ液gV排得,物块的体积:
V=V排10×10﹣4m3,
物块的质量:
mkg;
则物块的密度:
ρ2×103kg/m3,
(3)由图象可知,长方体物块的高度h=15cm﹣5cm=10cm=0.1m,
容器底面积S10×10﹣3m2,
则将物块继续缓慢下降至容器的水平底部,当弹簧测力计示数为零时,物块对容器底部的压力等于其重力与浮力之差,即F=G﹣F浮=20N﹣10N=10N,
物块对容器底部的压强:
p1000Pa。
答:(1)10;(2)物块的密度2×103kg/m3;
(3)将物块继续缓慢下降至容器的水平底部,当弹簧测力计示数为零时,物块对容器底部的压强1000Pa。
26.【解答】解:(1)皮划艇快船滑行时所受浮力方向是竖直向上的;
(2)皮划艇在没有载人时受到的浮力为:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.015m3=150N;
(3)皮划艇浮在水面上,所以皮划艇的重力为:G艇=F浮=150N,
两名运动员的重力为;
G人=m人g=150kg×10N/kg=1500N,
两名运动员坐在皮划艇上静止时,皮划艇受到的浮力为:
F浮′=G艇+G人=150N+1500N=1650N。
答:(1)竖直向上;
(2)皮划艇在没有载人时受到的浮力为150N;
(3)2名运动员坐在皮划艇上静止时,皮划艇受到的浮力是1650N。
27.【解答】解:(1)受力如图:
A处受到水向上的压力:F1=p水S=5×105Pa×24×10﹣6m2=12N;
由杠杆平衡条件可得:F1×OA=FB×OB,
则 FB1.5N;
铜球完全浸没时受到的浮力:F浮=ρ水gV排=ρ水gV球=1.0×103kg/m3×10N/kg×220×10﹣6m3=2.2N;
(2)浮球受重力、浮力以及弹力三个力作用平衡,即F浮=FB+G,
则铜球的重力:G=F浮﹣FB=2.2N﹣1.5N=0.7N,
空心铜球的质量:m0.07kg=70g;
(3)水箱不再进水时水箱底部受到水的压强为:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa,
此时水箱底部受到水的压力为:
F=pS=2000Pa×200×10﹣4m2=40N。
答:(1)空心铜球浸没时所受的浮力是2.2N;
(2)空心铜球的最大质量是70g;
(3)水箱不再进水时,水箱底部受到水的压力是40N。
28.【解答】解:(1)物体浸没在水中时受到的浮力为:
F浮=ρ液gV排=ρ液gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×200×10﹣6m3=2N;
(2)当物体全部浸没在水中时,它受到的浮力与它对水的压力为相互作用力,因此乙比甲容器底部压力的增加量等于物体所受的浮力,即ΔF=F浮=2N,
所以甲、乙两图中水对容器底部的压强差为:Δp100Pa;
(3)物体受到的重力为:G=mg=ρVg=3×103kg/m3×200×10﹣6m3×10N/kg=6N,
所以甲、丙两图中容器对水平桌面的压力差为:ΔF=G﹣F3=6N﹣1N=5N。
答:(1)物体浸没在水中时受到的浮力为2N;
(2)甲、乙两图中水对容器底部的压强差为100Pa;
(3)当丙图中F3为1N时,甲、丙两图中容器对水平桌面的压力差为5N。
29.【解答】解:(1)当表演者奋力向后划动划杆时,划杆对水施加了力,力的作用是相互的,水对划杆也施加了力,使楠竹和人向前行;
(2)由阿基米德原理可知,楠竹受到的浮力为:
F浮=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.07m3=700N;
(3)根据漂浮条件可知:G人+G竹竿+G楠竹=F浮,
所以表演者和手中竹竿的总重为:
G人+G竹竿=F浮﹣G楠竹=F浮﹣m楠竹g=700N﹣12kg×10N/kg=580N。
故答案为:(1)物体间力的作用是相互的;
(2)楠竹受到的浮力为700;
(3)表演者和手中竹竿受到的总重力为580N。
五.解答题(共16小题)
30.【解答】解:(1)沉船沉入水底,则沉船受到的浮力小于沉船受到的重力;
(2)因为每个浮筒都浸没在水中,则排开水的体积等于浮筒的体积,
则每个浮筒受到的浮力为:
F浮筒=ρ水gV排=ρ水gV筒=1.0×103kg/m3×10N/kg×20m3=2×105N;
(3)将浮筒内的水排空时,浮筒的总重力最小,对沉船能施加的拉力最大,
则四个浮筒对沉船能施加的最大拉力为:
F拉=4(F浮筒﹣G浮筒)=4(F浮筒﹣m浮筒g)=4×(2×105N﹣500kg×10N/kg)=7.8×105N。
答:(1)小于;
(2)每个浮筒受到的浮力为2×105N;
(3)四个浮筒对沉船能施加的最大拉力为7.8×105N。
31.【解答】解:(1)塑料块A的体积为VA=(LA)3=(0.2m)3=8×10﹣3m3,
由ρ可知,塑料块的质量:mA=ρAVA=0.5×103kg/m3×8×10﹣3m3=4kg,
塑料块A的重力:GA=mAg=4kg×10N/kg=40N;
(2)正方体对水平地面的压强关系为 pB=4.5pA,
根据pρgh可知,ρBgLB=4.5ρAgLA,
代入数值,并化简得4.5×0.5×103kg/m3×0.2m=ρB×0.1m
解得的密度:ρB4.5×103kg/m3;
(3)向水槽中注水时,正方体A受到的浮力等于其重力时,A的底面刚好离开水槽,
则A的受到的浮力:F浮=GA=40N,
根据F浮=ρ液gV排可知,正方体A排开水的体积为:V排4×10﹣3m3,
由V排=SAh可知,水槽中水的深度:h0.1m,
容器的底面积:S容=L2=0.3×0.3m=0.09m2,
向水槽加入水的体积:V水=(S容﹣SA)h=(0.09m2﹣0.04m2)×0.1m=5×10﹣3m3。
答:(1)塑料块A的重力是40N;
(2)B正方体的密度是4.5×103kg/m3;
(3)向水槽注入5×10﹣3m3水后A的底面刚好能离开水槽。
32.【解答】解:(1)容器中未加水时,正方体A压着弹簧,此时弹簧长度的变化量Δx=10cm﹣6cm=4cm,由图乙知,A受到的向上的弹力F弹=6N;
此时正方体A恰好静止,有物体A的重力GA=F弹=6N;
正方体的边长a=10cm=0.1m,
A的体积为VA=a3=(0.1m)3=10﹣3m3,
物体A的密度ρA0.6×103kg/m3。
(2)t3时刻正方体A恰好完全浸没,有V排=VA,
则t3时刻物体A受到的浮力F浮=ρ水gVA=1.0×103kg/m3×10N/kg×10﹣3m3=10N。
(3)弹簧的体积和质量及其所受的浮力均忽略不计,在t1时刻之前,水深未到达6cm,此时正方体A处于平衡状态,弹簧的弹力与物体A的重力相等,始终为6N;
当水深为6cm时,水面与物体A的下表面接触,随着水面的升高,A受到向上的浮力作用,由于正方体始终处于平衡状态,故有GA=F浮+F弹,随着水面的升高,A排开水的体积变大,由F浮=ρ水gVA知浮力在增大,在重力不变的情况下,弹簧的弹力开始减小。当浮力与A的重力相等时,此时弹簧提供的弹力为零,弹簧处于自然伸长状态,由已知条件可知此时为t2时刻;
t2时刻以后,水面继续升高,浮力继续增大且开始大于重力,弹簧将提供向下的拉力,由于正方体始终处于平衡状态,故有F浮=GA+F弹,在重力不变的情况下,随着浮力的变大,弹力将变大。当t3时刻正方体A恰好完全浸没时,浮力最大为10N,则此时弹力最大,此时的弹力为F弹=F浮最大﹣GA=10N﹣6N=4N。
在t3时刻以后,由于浮力不再变化,则弹力不变,保持在4N大小。
根据以上分析画出图丙,如下图所示:
。
答:
(1)物体A的密度为0.6×103kg/m3。
(2)t3时刻物体A受到的浮力为10N。
(3)见解答图。
33.【解答】解:(1)浸没在水中时,V排=V球,则小球受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×50×10﹣6m3=0.5N;
(2)容器对桌面的压力等于容器、水及小球的总重力,小球脱离弹簧,总重力不变,容器对桌面的压力不变,由p可判断容器对桌面的压强不变;
(3)小球未脱离弹簧前,小球受竖直向下的重力、拉力及竖直向上的浮力作用,
则G=F浮﹣F=0.5N﹣0.4N=0.1N<F浮,
则小球脱离弹簧后将上浮最终漂浮在水面,小球排开水的体积减小,液面会降低。
故答案为:(1)0.5;(2)不变;(3)降低。
34.【解答】解:(1)金属块浸入液体中时受到重力、浮力和拉力,由F浮=ρ液gV排可知,当排开液体的体积越大,受到的浮力越大,当金属块浸没时,金属块浸入液体的体积不变,受到的浮力不变,故选C;
(2)因为当小金属块未放入液体时,测力计的示数为2N,因此物体的重力为2N;
当小金属块浸没在某种液体时,测力计示数为0.8N时,此时物体受到的浮力:F浮=G﹣F=2N﹣0.8N=1.2N,
由F浮=ρ液gV排可知液体的密度:
ρ液3×103kg/m3;
(3)由称重法测量浮力可知,金属块受到的浮力F浮=G﹣F拉,由阿基米德原理可知,金属块受到的浮力F浮=ρ液gV排,
所以弹簧测力计的示数F拉与液体密度ρ液的函数关系式是F拉=G﹣ρ液gV排,
由于金属块的重力G和金属块排开液体的体积V排是一个定值,所以弹簧测力计的示数F拉与液体密度ρ液是一次函数关系,且液体密度ρ液越大,F拉越小;
所以若用大金属块时,当弹簧测力计对大金属块的拉力为0时,液体密度最大,最大液体密度:
ρ液′6.25×103kg/m3;
即当拉力F拉=5N时,液体密度为0;当拉力F拉=0N时,液体密度为6.25×103kg/m3,该密度计的量程是0~6.25×103kg/m3;
每相邻1N,密度计上的液体密度相邻ρ液′1.25×103kg/m3。
故答案为:(1)C;
(2)将小金属块浸没在某种液体时,左边测力计示数为0.8牛,则对应右边的密度值是3×103kg/m3;
(3)该密度计的量程为0~6.25×103kg/m3,精确度为1.25×103kg/m3。
35.【解答】解:(1)在水未充满车内空间前,车门外的水压大于车门内部的水压,同时车门的面积也较大,由F=pS知,水对车门产生一个较大的向车内的压力,使车门打开困难。
(2)成年男子手肘对车窗的压强p2.4×105Pa,
已知车窗钢化玻璃所能承受的最大压强为1.2×108Pa,
成年男子手肘对车窗的压强远远小于车窗钢化玻璃所能承受的最大压强,说明用手肘撞击不能使车窗破裂,故可知用手肘撞击方式击打车窗逃生不可行。
(3)汽车漂浮时,F浮=G车=m车g=1.5×103kg×10N/kg=1.5×104N,
汽车浸在水中的体积V排1.5m3。
答:(1)车门外的水压大于车门内部的水压,同时车门的面积也较大,由F=pS知,水对车门产生一个较大的向车内的压力;
(2)成年男子手肘对车窗的压强远远小于车窗钢化玻璃所能承受的最大压强,可知用手肘撞击方式击打车窗逃生不可行;
(3)汽车浸在水中的体积为1.5m3。
36.【解答】解:(1)长方体的体积为:V=75cm2×8cm=600cm3,
长方体完全浸没时受到的浮力为:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×600×10﹣6m3×10N/kg=6N;
(2)因为圆柱形平底容器对水平面的压力等于容器、水以及物体受到的浮力之和,
所以长方体完全浸没时圆柱形平底容器对桌面的压力为:F=G总+F浮=m总g+F浮=4kg×10N/kg+6N=46N;
长方体完全浸没时容器对桌面的压强:p4600Pa;
(3)长方体开始下移时距离水面5cm,此时弹簧测力计示数F1=G物=m物g=2kg×10N/kg=20N,
直到长方体恰好接触水面,弹簧测力计的示数不变,为20N;
当长方体浸入水中后,由于受到水的浮力作用,弹簧测力计的示数减小,
由称重法可知,当长方体恰好浸没时,弹簧测力计示数:F2=G物﹣F浮=20N﹣6N=14N,
假设长方体下移Δh时,长方体刚好浸没在水中,则S容Δh=(S容﹣S物)h物,
则长方体下移的距离Δhh物8cm=2cm,即长方体下移7cm时,长方体刚好浸没;
所以弹簧测力计示数F随长方体下移的距离的变化的图像如下图:
答:(1)长方体完全浸没时受到的浮力为6N;
(2)长方体完全浸没时容器对桌面的压强为4600Pa;
(3)图见解答。
37.【解答】解:(1)由ρ得冰块的质量为:
m冰=ρ冰ρ冰=0.9g/cm3×200cm3=180g=0.18kg,
冰块的重力为:
G冰=m冰g=0.18kg×10N/kg=1.8N,
冰块熔化前处于漂浮状态,受到的浮力等于重力,即F浮=G冰=1.8N;
(2)由于冰块漂浮,F浮=G冰,由阿基米原理:F浮=G排;又因为冰熔化前后重力不变,
G冰=G冰化水即有:G排=G冰化水,
因为:F浮=G排=ρ水V排g,G冰=G冰化水=ρ水V冰化水g,
所以:ρ水V排g=ρ水V冰化水g,
故V排=V冰化水
所以冰熔化前后水面不变化。
故答案为:(1)冰块熔化前受到的浮力大小为1.8N;
(2)不变,由于冰块漂浮,F浮=G冰,由阿基米原理:F浮=G排;又因为冰熔化前后重力不变,
G冰=G冰化水即有:G排=G冰化水,
因为:F浮=G排=ρ水V排g,G冰=G冰化水=ρ水V冰化水g,
所以:ρ水V排g=ρ水V冰化水g,
故V排=V冰化水
所以冰熔化前后水面不变化。
38.【解答】解:(1)正方体物块的体积:V=L3=(10×10﹣2m)3=1×10﹣3m3,
由ρ可知,正方体物块的质量:m=ρV=0.6×103kg/m3×1×10﹣3m3=0.6kg,
则正方体物块的重力:G=mg=0.6kg×10N/kg=6N;
(2)由题意可知,此时正方体物块排开液体的体积:V排=L2h=(10×10﹣2m)2×5×10﹣2m=5×10﹣4m3,
由物体间力的作用是相互的可知,容器对物体的支持力F支=F压=2N,
由力的平衡条件可知,正方体物块在液体中受到的浮力:F浮=G﹣F支=6N﹣2N=4N,
由F浮=ρ液gV排可知,液体的密度:ρ液0.8×103kg/m3;
(3)当正方体对容器底压力为0时,容器对正方体的支持力也为0,此时物体漂浮,F浮=G,
则ρ水gS正h下=ρ物gS正h物,
则,
则。
答:(1)正方体物块的重力为6N;
(2)液体的密度为0.8×103kg/m3;
(3)正方体在液面上方和下方的长度之比为1:3。
39.【解答】解:(1)根据称重法,圆柱体浸没在水中时受到的浮力F浮=G﹣F示=10N﹣6N=4N;
(2)圆柱体竖直放在水平桌面上,圆柱体对水平桌面的压力F=G=10N,
则压强为p2×103Pa;
(3)圆柱体的体积与浸没在水中时排开液体的体积相等V=V排4×10﹣4m3,
圆柱体高h0.08m=8cm,
松开后最终液面与圆柱体顶部的距离d=2cm,当物体顶部高于液面,则浸在液体中的体积V′=S1(h﹣d)=5×10﹣3m2×(8﹣2)×10﹣2m=3×10﹣4m3,
此时液面变化高度Δh0.015m;
液体的密度ρ液1.6×103kg/m3,
圆柱的密度ρ2.5×103kg/m3>ρ液,
所以圆柱沉底。
容器中液体体积V液=(S2﹣S1)(h﹣d)=(200×10﹣4m2﹣5×10﹣3m2)×(0.08m﹣0.02m)=9×10﹣4m3,
容器中液体的质量m液=ρ液V液=1.6×103kg/m3×9×10﹣4m3=1.44kg。
当物体完全浸没在液体中,排开液体的体积为4×10﹣4m3,变化高度Δh′0.02m,
液体的密度ρ液′1.2×103kg/m3,
容器中液体的体积V液′=S2(h+Δh′)﹣V=200×10﹣4m3×(0.08m+0.02m)﹣4×10﹣4m3=1.6×10﹣3m3,
容器中液体的质量m液′=ρ液V液′=1.2×103kg/m3×1.6×10﹣3m3=1.92kg。
答:(1)圆柱体浸没在水中时受到的浮力是4N;
(2)将圆柱体竖直放在水平桌面上,求圆柱体对水平桌面的压强p是 2×103Pa;
(3)容器中液体的质量是1.44kg或1.92kg。
40.【解答】解:(1)抹香鲸搁浅时对地面的压力为:
F=G=mg=50×103kg×10N/kg=5×105N,
抹香鲸搁浅时对地面压强为:
p2×104Pa;
(2)抹香鲸整个身体潜入水中受到的浮力为:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×24m3=2.4×105N;
(3)为了帮助抹香鲸脱困,需要增大抹香鲸受到的浮力,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,可以增大抹香鲸排开的水的体积或增大液体的密度,但海水太多,增大海水的密度不可行,故深挖河道,增大河水的深度,故C不符合题意。
故选:C。
答:(1)抹香鲸搁浅时对地面压强为2×104Pa;
(2)抹香鲸整个身体潜入水中,受到的浮力为2.4×105N;
(3)C。
41.【解答】解:
(1)物块M的体积V=(0.1m)3=0.001m3;
物块M的质量:m0.8kg;
物块M的密度ρM0.8×103kg/m3<1.0×103kg/m3;
即物块的密度小于水的密度,
由图象可知:当t=140s时,水的深度为h=12cm,大于立方体物块M的边长为10cm;
则根据浮沉条件可知物块在水中将漂浮;
(2)当t=140s时,注入的水的体积V水=vt=5mL/s×140s=700mL=7×10﹣4m3,
则G水=ρ水gV水=1.0×103kg/m3×10N/kg×7×10﹣4m3=7N;
所以液体对底部的压力F=G水+GM=7N+8N=15N;
(3)当t=40s时,正好是物块M处于刚刚开始漂浮的状态,则F浮=GM=8N,
根据F浮=ρ液gV排可得:
V排8×10﹣4m3=800cm3,
所以深度a8cm。
答:(1)当t=140s时,物块M在水中处于漂浮状态;
(2)当t=140s时,水对容器底部的压力大小是15N;
(3)图乙中a的值是8cm。
42.【解答】解:(1)浮冰的重力:G冰=mg=51×103kg×10N/kg=5.1×105N;由于浮冰漂浮,则:F浮=G冰=5.1×105N;
(2)根据阿基米德原理可知,浮冰在海面以下的体积:
V排50m3;
(3)因为浮冰漂浮于海面上,所以F浮=ρ海水gV排=G冰①
又因为冰熔化成水后,其质量不变,重力不变,所以G水=ρ水gV水=G冰②
由①②可得:ρ海水gV排=ρ水gV水,所以V排<V水,即:浮冰熔化为水的体积大于浮冰排开水的体积,所以浮冰全部熔化后,海平面水位上升.
答:(1)浮冰受到的浮力是5.1×105N;
(2)浮冰在海面以下的体积是50m3;
(3)如果海面所有浮冰全部熔化后,海平面水位上升。
43.【解答】解:(1)由图丙可知,加水到A点时,木块恰好漂浮,当加水到B点时,细线刚好拉直,当加水到C点时木块恰好浸没,所以图丙中的B点对应木块在水中的位置是处于漂浮状态;
(2)当加水到C点时木块恰好浸没,则木块排开水的体积为:V排=V=0.8dm3=0.8×10﹣3m3,
此时该木块在水中所受的浮力为:F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.8×10﹣3m3=8N;
(3)当加水到C点时木块恰好浸没,此时拉力为4N,则木块的重力为:
G=F浮﹣F拉=8N﹣4N=4N,
由G=mg=ρVg可知,木块的密度为:
ρ0.5×103kg/m3。
故答案为:(1)漂浮;(2)8;(3)木块的密度为0.5×103kg/m3。
44.【解答】解:(1)橡皮泥的体积V=20cm3=2×10﹣5m3,
浸没时V排=V
橡皮泥浸没在水中时所受的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣5m3=0.2N。
(2)物体质量m=25g=0.025kg,
物体重力G=mg=0.025kg×10N/kg=0.25N,
橡皮泥“船”重力G船=m船g=ρ橡Vg=1.5×103kg/m3×2×10﹣5m3×10N/kg=0.3N,
“船”装载最多物体时仍是漂浮状态,则有浮力F浮′=G总=G+G船=0.25N+0.3N=0.55N;
(3)改变橡皮泥“船”的形状,使其空心部分的体积适当增大,增大可利用的浮力,从而提高橡皮泥“船”的装载能力。
答:(1)橡皮泥浸没在水中时所受的浮力为0.2N;
(2)这只橡皮泥“船”装载最多物体时受到的浮力为0.55N;
(3)改变橡皮泥“船”的形状,使其空心部分的体积适当增大,增大可利用的浮力,从而提高橡皮泥“船”的装载能力。
45.【解答】解:(1)该浮空艇在营地升空前受到的浮力大小约为F浮=ρ气gV排=0.80kg/m3×10N/kg×9000m3=7.2×104N;
(2)浮空艇的重力:G=mg=2.6×103kg×10N/kg=2.6×104N;
浮空艇受到重力和拉力、浮力的共同作用,根据力的平衡条件可知绳子拉力:F=F浮﹣G=7.2×104N﹣2.6×104N=4.6×104N;
(3)由于相同条件下氦气密度比空气小得多,当用上层的氦气排出下层的部分空气时,浮空艇的重力减小,而浮空艇的体积可认为不变,外部空气的密度大于内部气体的密度,根据阿基米德原理可知,浮空艇受到的浮力大于自身的重力,从而上升到空中。
答:(1)浮空艇在营地升空时所受空气浮力大小为7.2×104N;
(2)浮空艇在营地升空前,要使浮空艇不飞走,要用4.6×104N的力拉住固定绳索;
(3)上浮。