专题4浮力——2022-2023年浙江省温州市中考科学一模二模考试试题分类
一.选择题(共17小题)
1.(2023 洞头区模拟)如图小明制作的潜水器模型,当向外拉注射器,抽出瓶内部分气体,瓶中就会进入等体积的水。该同学匀速向外拉动活塞,潜水器从①位置缓慢下沉至②位置,在这过程中,潜水器受到的浮力大小随时间变化的关系是( )
A. B.
C. D.
2.(2023 龙港市模拟)如图所示耙耙柑放入一杯水中处于漂浮状态,去皮再次放入水中,发现其沉入水底,若在两种情况下耙耙柑所受的浮力分别为F甲和F乙,重力分别为G甲和G乙,则( )
A.F甲<F乙,G甲<G乙 B.F甲>F乙,G甲>G乙
C.F甲>F乙,G甲<G乙 D.F甲<F乙,G甲>G乙
3.(2023 鹿城区校级三模)如图是某﹣海底隧道的施工现场,起重船将圆柱形物体放入水中至全部浸没的过程中,起重船所受浮力大小的变化是( )
A. B.
C. D.
4.(2023 温州模拟)一密封袋放在非常精密的电子秤上如图甲所示,若密封袋装入适量空气后密封(空气未被压缩)如图乙所示,则电子秤的示数将( )
A.变大 B.变小 C.不变 D.无法判断
5.(2023 文成县二模)科学家研制的一种“金属基质复合材料”,即镁合金复合材料,其密度非常小,仅为0.92g/cm3,它的质量较轻,还非常结实,并且具有耐热性。下列关于“金属基质复合材料”的说法错误是( )
A.它可以漂浮在水中
B.它能承受一定深度海水的压强
C.它是绝缘体,不易导电
D.它可以制作火箭的外壳
6.(2023 鹿城区模拟)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
7.(2023 瑞安市模拟)下列四个物体的所产生的现象中,有一个所依据的原理与其它三个不同的是( )
A.热气球升空 B.飞机飞向天空
C.孔明灯升空 D.轮船能浮在水面上
8.(2023 鹿城区模拟)2021年12月9日,王亚平等宇航员在“天宫课堂”中做了浮力消失的实验。地空两地分别把乒乓球放在适量的水中,用外力将乒乓球压入水中后撤去外力。下列说法正确的是( )
A.太空中的乒乓球处于“失重”状态,质量为零
B.太空中的乒乓球“悬浮”在水中,乒乓球与水的密度相等
C.地球上的乒乓球“漂浮”在水面,乒乓球受到的浮力大于重力
D.在地球上将乒乓球压入水中,浸没前杯底受到的压强逐渐增大
9.(2023 鹿城区模拟)如图,甲、乙、丙分别是形状不同的铝块、铁块、铜块浸没在水里,受到的浮力相同,由此可知它们的( )
A.体积相同 B.质量相同 C.密度相同 D.重力相同
10.(2023 鹿城区模拟)如图所示,已知鸡蛋的质量为55克,体积为50cm3。将鸡蛋放在盛有清水的玻璃杯里,鸡蛋沉入杯底(图甲);逐渐将食盐溶解在水中,鸡蛋恰好悬浮(图乙);继续溶解食盐,最终鸡蛋漂浮(图丙)。下列说法正确的是( )
A.图甲中鸡蛋所受浮力为0.55牛
B.图乙中盐水的密度是1.1×103千克/米3
C.图丙中鸡蛋所受浮力大于鸡蛋自身重力
D.图中三种状态下浮力的大小关系是F甲<F乙<F丙
11.(2023 平阳县模拟)在两支相同的平底试管内装入等量铁砂,然后分别放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯里,其静止状态如图所示,则下列说法正确的是( )
A.试管在甲液体中受到的浮力较大
B.试管在乙液体中排开的液体质量较小
C.两个烧杯底部所受液体压强相等
D.两支试管底部所受液体压强相等
12.(2023 鹿城区校级一模)1783年法国蒙格菲尔发明了载人热气球,成功在空中飞行半小时。1852年法国工程师吉法尔发明了飞艇,如图所示,飞艇由巨大的流线型艇体、吊舱、主气囊、副气囊和推进装置组成。主气囊内充满密度比空气小的氦气,副气囊体积不变,内部空气量可调节。主副气囊协同工作,控制飞艇的升降。结合所学知识回答问题。下述操作能实现飞艇由上升状态变为悬停状态的是( )
A.将副气囊内的空气排出 B.将空气压缩进副气囊内
C.将吊舱内的配重往外扔 D.将副气囊内的空气加热
13.(2023 鹿城区模拟)水平桌面上放有两个完全相同的烧杯,分别盛有两种不同液体,将A、B两个质量相等的实心物体(VB=2VA)分别放入甲、乙两种液体中,如图所示,两物体静止时两容器中液面相平,下列说法不正确的是( )
A.甲容器中液体密度大于乙容器中液体密度
B.A物体受到的浮力小于B物体受到的浮力
C.甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力
D.两物体放入前,甲容器底受到的压强大于乙容器底受到的压强
14.(2022 瓯海区一模)小朋友牵着气球在公园内游玩,气球所受浮力的方向正确的是( )
A. B.
C. D.
15.(2022 乐清市模拟)某学习小组将船体改装成“水下飞机”,并通过调节“机翼”形状来实现其在水中的不同浮沉状态。某次调试过程时“机翼”形状如图所示,该小组想要“水下飞机”实现的状态是( )
A.上浮 B.下沉 C.漂浮 D.悬浮
16.(2022 温州模拟)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 温州校级二模)一个长方体容器,里面放置一个等腰三角形木块,现向容器内逐渐均匀加水,则三角形木块受到的浮力为F浮,容器底部受到三角形木块的压强为p强,则F浮和p强随时间的关系正确的是( )
A. B.
C. D.
二.填空题(共10小题)
18.(2022 龙湾区模拟)小龙用如图所示的装置研究浮力大小的影响因素,用细绳连接硬盒底部和弹簧测力计,牵拉弹簧测力计时,带刻度的硬盒便会逐渐浸入液体中。
(1)随着硬盒浸入液体的深度逐渐变大,弹簧测力计的示数变化是 。
(2)小龙还想利用此装置探究液体内部压强与深度的关系,他的思路如下:
相比用压强计进行实验,请你评价此装置的优缺点: 。
19.(2023 温州模拟)在透明密闭正方体塑料盒的上下左右四个面的中心处,挖出四个大小相同的圆孔,并加一层橡皮膜,通过手柄将塑料盒竖直浸没到水中,橡皮膜发生形变,如图。
(1)比较 两处形变程度,可以得出“液体内部同一深度处各个方向的压强大小相等”的结论。(选填字母)
(2)浸没后,不断增加塑料盒在水中的深度(手柄体积不计),塑料盒受到的水的浮力将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
20.(2023 文成县二模)配制一定质量的硝酸钾溶液,将一木块漂浮于50℃时的硝酸钾的饱和溶液中,(如图a所示)当温度改变时(不考虑由此引起的木块和溶液体积的变化),木块排开液体的体积V排随时间t发生了如图b所示的变化。
(1)由此推测出温度的改变是 (填“升温”或“降温”)。
(2)同时观察到烧杯底部硝酸钾晶体 (填“增多”或“减少”)。
(3)木块受到的浮力 (填“增多”或“减少”或“不变”)。
21.(2023 平阳县模拟)如图为一款市售熔岩灯(一种工艺品),其结构可以分为三部分,底部中含有一盏白炽灯,中部的密封玻璃瓶中装有一种蜡状物A和另一种液体B,顶部为一个装饰作用的盖子。白炽灯未通电时,蜡状物沉在底部;白炽灯通电后,蜡状物变为液态,在液体B中出现不断上浮、下沉的景象。
(1)白炽灯通电后,蜡状物通过 的方式获得物态变化所需的内能。
(2)制作熔岩灯所用的蜡状物应具备哪些物理性质? 。(至少答一种)
22.(2023 鹿城区校级一模)在制作潜艇模型比赛中,小温用3个500mL的矿泉水瓶黏在一起,两个密封的作“生活舱”,一个瓶身开孔的作“工作舱”。矿泉水瓶质量不计,替代潜艇质量的若干金属螺母放在“工作舱”内,通过往“工作舱”向内注水和向外排水实现潜艇的上浮、悬浮和下沉。(ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)比赛中,小温要让漂浮状态的“潜艇”下沉入水,他应该往“工作舱” (填“向内注水”和“向外排水”)
(2)潜艇悬浮中,有小螺母从“工作舱”的小孔中掉落至水底,此时潜艇的浮力 。(填“变大”、“变小”或“不变”)
(3)若金属螺母体积不计,要实现潜艇上浮和下沉,则金属螺母重力的取值范围为 。
23.(2023 温州模拟)近期,考古专家在温州西山发现了唐开元前后的独木舟,为我国独木舟发展的历史研究提供了重要实物资料。
(1)如图是茎的结构示意图,制作独木舟主要取材于茎中结构a,a为 。
(2)确定独木舟建造于唐开元前后,是利用碳﹣14测定的。碳﹣14原子核中有8个中子,6个质子,则其核外有 个电子。
(3)若独木舟漂浮在河面上,排开水的体积为1.2米3,则其受到水的浮力为 牛。(河水密度取1.0×103千克/米3)
24.(2023 鹿城区模拟)排气阀是供暖设备中的重要部件,它能及时排出管内热水汽化产生的气体,使水正常流动,从而保证供暖效果。
排气阀工作原理如图所示:水中气体在流动过程中,积聚于封闭的排气阀内,使阀内气压变大,浮筒随水面一起下降,此时阀内气体排出使气压变小,从而浮筒上升,堵杆重新堵住排气孔。
(1)水管内的水流速度至少达到0.25米/秒才能携带气泡流动。若水管总长为60米,要使水流能携带气泡流动,则水从水管起始端流到终端最多要多少时间?
(2)排气阀中的浮筒和堵杆总质量为0.02千克,计算排气阀排气时浮筒浸在水中的体积。(水的密度取1.0×103千克/米3)
25.(2022 鹿城区校级三模)公园里有一艘游船乙被风吹到了湖中央,管理员乘坐另一艘游船甲,将绳子套在乙船上,然后站在甲船上用力拉绳子,将两船连接到一起(如图所示),随后开动甲船将乙船带回岸边。根据上述信息回答问题:
(1)管理员拉动绳子,甲、乙两船会运动,这说明力的作用效果之一是 。
(2)甲、乙两船质量都是200千克,人的质量是50千克,则甲船比乙船排开水的体积要多 m3。
26.(2022 温州模拟)有一质量m=0.1kg,容积V=1×10﹣3m3,横截面积S=2.5×10﹣3m2的圆筒形薄壁容器B(壁厚忽略不计),现注入体积为V的某种液体A后,将其封闭放入水中,且保持竖直漂浮状态,如图甲所示,此时水对容器底部的压强p=2.8×103Pa,(容器B内空气质量不计,g取10N/kg)求:
(1)液体A的密度;
(2)若要使容器B恰好竖直悬浮在水中(如图乙所示)注入液体A的体积是多少?
27.(2022 温州模拟)“灰汤粽”是指用草木灰的浸出液过滤后(俗称“灰汤”)浸泡或蒸煮做成的粽子。
(1)糯米属于淀粉类食物。糯米消化的最终产物主要是 。
(2)用灰汤蒸煮能软化糯米纤维,使粽子软糯可口。若一粽子的体积为200cm3,灰汤的密度为1.05g/cm3,则该粽子完全浸没在灰汤中,受到的浮力为 牛。
三.实验探究题(共4小题)
28.(2023 温州模拟)如图是兴趣小组利用一质量为2g的空心圆柱形塑料管制成的标有刻度的液体密度计,密度计左侧中间处做有一标记。其工作原理是:测量某种液体密度时,将管子放入水中,再向塑料管中倒入待测液体,直至塑料管外液面达到左侧标记处,然后取出管子,读取管内待测液体液面对应右侧的刻度作为待测液体的密度值。
(1)如图所示液体密度计右侧刻度值自上而下逐渐 (选填“增大”或“减小”)。
(2)当加入2mL水时,塑料管外水面达到标记处,此时该塑料管和内部水所受浮力大小为 牛。
(3)为了增大该密度计的精确度,下列方法可行的有 。(可多选)
A.增加烧杯中水的质量
B.将烧杯中水改为密度更小的液体
C.使用管径较细的空心管
D.将标记处往上移
29.(2023 温州一模)为证明空气浮力的存在,科学兴趣小组利用自行车气嘴、矿泉水瓶、细绳、气球等器材进行了如下实验:
步骤一:在矿泉水瓶盖和底部上各钻一个小孔,将两个自行车气嘴分别固定在瓶盖和底部,将气球用细绳与底部的气嘴绑紧,如图甲所示。打开瓶盖,使瓶内外气压一致,再拧紧瓶盖不漏气。
步骤二:关闭气嘴2,打开气嘴1;用气泵向矿泉水瓶充入气体,待手压瓶子感觉较硬时停止充气;用天平称出整个装置的质量为m1。
步骤三:关闭气嘴1,打开气嘴2;让瓶内的高压气体进入气球,至气球停止胀大;称出整个装置的质量为m2。
步骤四:比较m1与m2的大小。
(1)实验装置的气密性是本实验成功的关键,写出一种检查图甲装置气密性的方法: 。
(2)本实验能验证气球在空气中受到浮力,其依据是m1 m2。
(3)实验中,小组同学发现气球与气嘴2之间漏气,于是设计了如图乙所示的改进型实验装置:将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上,调节配重质量使二者保持静止,用气泵往密闭玻璃容器内缓慢压入空气,观察到 现象,说明金属球受到空气浮力的作用。
30.(2022 温州模拟)某项目化学习小组同学制作“浮漂器”,成功地验证了阿基米德定律。选取溢水杯、泡沫块、托盘和粗铁丝、细铁丝等材料制作成“浮漂器”。“浮漂器”的支撑杆由粗铁丝制成,下托盘由细铁丝制成。
①将“浮漂器”置于装有适量水的溢水杯,取一小石块放在上托盘,在支撑杆上标出水位刻度线。
②将小石块改放在下托盘,往上托盘加砝码,同时用空烧杯接收溢出的水,直到水位刻度线与水面相平。
③取下砝码,把烧杯中的水全部倒入上托盘。
由步骤①②得出石块所受浮力F浮=G砝码,由步骤②③得出烧杯中水的重力G排=G砝码。因此,F浮=G排,即石块所受浮力等于其所排开的水受到的重力,从而验证了阿基米德原理。
(1)泡沫块是制作“浮漂器”的关键要素之一。确定泡沫块高度,应考虑的因素有 。(可多选)
A.支撑杆的高度
B.托盘的质量
C.溢水杯的质量
D.泡沫块的密度
E.液体的密度
(2)步骤①中将“浮漂器”置于溢水杯,判断杯中水为“适量”的依据是 。
(3)分析步骤②③,该组同学得出结论:烧杯中所收集水的重力等于砝码的总重力,即G排=G砝码。推测其观察到的现象为 。
(4)有同学认为,往上托盘“加砝码”的操作存在缺陷,改进方法有 (写出一种)。
31.(2022 温州模拟)深海探究,可进入到海洋深处的水域王国,对一个国家的国防和经济建设都有很重要的意义,我国在这一领域的研究也处于世界领先水平。如图甲所示是我们自行研制的水下智能潜航器,其外形与潜艇相似,相关参数:体积2.8m3,质量2200kg,最大下潜深度7000m,最大下潜速度12km/h(不考虑海水密度变化,密度ρ海水取1.1×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)某次执行任务,当潜航器在深海里下潜过程中,潜航器上下表面的压力差将 (选填“变小”或“不变”或“变大”)。
(2)潜航器任务完成后,通过改变自重上浮(水排空),最后静止漂浮在海面上,此时露出海面的体积 。
(3)当潜航器漂浮在海面时,由起重装置将其匀速竖直吊离海面。起重装置拉力的功率随时间变化的图像如图乙所示,图中P3=3P1,求t1时刻起重装置对潜航器的拉力 (不考虑水的阻力)。
四.计算题(共3小题)
32.(2023 文成县二模)如图所示,已知甲、乙两弹簧测力计的示数分别为30牛、12牛,把甲测力计下移,使物块刚好没入水中时,甲的示数变成了25牛。求:
(1)浸没在水中的物块所受到浮力为多少牛?乙测力计的示数为多少?
(2)物块的体积为多少?物块的密度为多少?
33.(2023 平阳县二模)水平桌面上放置底面积为80cm2,质量为400g圆筒,筒内装有16cm深的某液体,弹簧测力计悬挂底面积为40cm2、高为8cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直到浸没,弹簧测力计示数F与圆柱体浸入液体深度h的关系如图所示。(圆筒的厚度忽略不计,筒内液体没有溢出)求:
(1)圆柱体浸没在液体中所受浮力是多少?
(2)筒内液体的密度是多少?
(3)圆柱体浸没时,圆筒对桌面的压强是多少?
34.(2023 瓯海区二模)2021年4月25印度尼西亚的一艘排水量1390吨的潜艇在海下300m处断裂,通过水下搜索发现了海面下850m处的失事潜艇。应印方要求,我国派出排水量为7000吨的军舰协助施救。发现水下有一块排水体积为20m3的残骸,假设残骸被军舰上的起重机匀速向上拉起。已知海水密度为1.03×103kg/m3。求:
(1)此潜艇残骸在海底受到的浮力多大?残骸向上拉的过程中(未出水)浮力 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)已知起重机的拉力为1.2×106N,求该残骸的密度。
五.解答题(共12小题)
35.(2023 龙湾区模拟)如图甲是一款无人水下航行器,其内部装有控制系统、推进系统、摄像模块、电池模块,总质量为8千克,采用全封闭结构。它的底部还有一个活塞式浮力系统调节装置(如图乙),活塞位置可上下调节,从而改变航行器排开水的体积,以实现航行器在水中的上下运动或停留。某次测试时,航行器竖直上升并停留在水中的某个位置,该过程中速度随时间的变化关系如图丙所示。
(1)航行器在测试过程中停留在水中的某个位置时排开水的体积是多少?
(2)航行器在水中匀速上升这段时间内克服重力做功多少焦?
(3)当航行器在水下运动时,会受到水的阻力。根据丙图分析,航行器在第9秒时受到的浮力与重力的大小关系如何,请作出判断并说明理由。 。
36.(2023 鹿城区模拟)小明运用浮力相关知识制作了可以用来测量物体质量的“浮力秤”,其构造如图所示。称量时,把待测物体放入秤盘后,指针下降浮筒上升,静止后,待测物体的质量就可以通过指针在刻度盘上的位置反映出来。请你回答下列问题(不计细线、指针的质量以及线与滑轮的摩擦)
(1)刻度盘上质量刻度线,越上面的刻度线指示的质量值越 。(填“大”或“小”)
(2)已知浮筒的横截面积为10cm2,秤盘上没放物体时的,浮筒上表面距离水面的距离是5cm,若将待测物体放在秤盘上,浮筒静止时其上表面距离水面的距离是10cm。若浮筒始终漂浮,则待测物体质量为多少?
(3)若将原来的浮筒更换为长度相同、质量相同、横截面积更小的另一个浮筒,刻度面上的零刻度线应往上移还是往下移,请说明原因 。
37.(2023 鹿城区二模)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)
38.(2023 温州模拟)2019年12月,我国第一艘国产航空母舰“山东舰”正式交付海军。
歼﹣15部分参数
质量m机 1.8×104千克
翼总面积S 60米2
舰上起飞滑跑距离s 120米
(1)交接入列仪式中,习近平主席检阅了仪仗队,舰长与政委同步并列行进在习主席后方(如图甲)。以舰长为参照物,此时政委是 的。
(2)山东舰以重油为燃料。在一次补给训练中,补给舰向山东舰加注了6×103米3的重油,则山东舰浮力将增加 牛。(重油密度取0.8×103千克/米3,海水密度取1.0×103千克/米3)
(3)歼﹣15是山东舰的舰载机,其部分数据如上表。歼﹣15舰载机起飞时升力由机翼获得,沿水平方向低空飞行时,机翼上、下表面的压强差p和飞机速度v的关系为Pρv2(式中p表示空气密度)。图乙是满载燃油的歼﹣15舰载机正飞离甲板,若此时飞机速度v为90米/秒,飞行员的质量为60千克,则该舰载机装载燃油的最大质量是多少千克?(空气密度为1.2千克/米3)
39.(2023 鹿城区模拟)在生活中可以利用一碗水来鉴别鸡蛋的新鲜程度。
资料一:鸡蛋放置时间越久,越不新鲜,不同新鲜程度的鸡蛋在水中的浮沉情况如图甲。
资料二:用放大镜观察鸡蛋外壳,发现鸡蛋壳表面布满一个个气孔,如图乙所示。
资料三:鸡蛋在放置过程中,体积不会发生变化。
请结合上述资料并综合运用所学知识,对“不同新鲜程度鸡蛋在水中的浮沉情况”进行解释。
40.(2023 文成县二模)为了给立方体实心工件表面均匀地涂上某种油,需要用竖直向下的力F把漂浮在油面上的工件缓缓压入油内,如图甲所示;收集有关数据并处理获得工件的下底面与油面的距离h与力F的大小关系如图乙所示,小明觉得图中CB的延长线BA段是没有意义的。老师告诉他,力F为负值时,表明它的方向与原来的方向相反了。
(1)从工件逐渐被压入至h=0.6m过程中,工件受到的浮力怎样变化?工件下表面受到的液体压强怎样变化?
(2)若A点的横坐标值为﹣400,该工件的密度为多少?
(3)油的密度为多少?
41.(2023 平阳县二模)近期在日本召开了以美欧日等国的“七国峰会”,在会上日本再次无理提出了我国南海问题。为了捍卫国家主权,我军派满载排水量达67500t的“辽宁”号航空母舰加强了对南海黄岩岛等岛屿的巡逻,在某次巡逻演习中雷达发现假想敌潜艇在15海里外的水下10m处潜行,随即投下质量为100kg的感应式浅水水雷攻击,并成功将敌潜艇击沉(g=10N/kg、水的密度为1×103kg/m3)。问:
(1)航空母舰满载时受到的浮力为多少? 。
(2)假设欲使水雷悬浮在水中,需在其下方用细绳悬挂一个密度为5×103kg/m3、质量为31.25kg的物体,求水雷的密度?(细绳的体积和质量忽略不计) 。
42.(2023 温州模拟)近几年县、市均开展自制潜水艇比赛,某小组同学开展了自制潜水艇项目,过程如下:
【产品设计】图甲为某小组自制的潜水艇,由生活舱和水舱构成,生活舱体积大于水舱体积。其材质为硬质塑料瓶,塑料瓶厚度不计,两个舱之间密封不连通,水舱与200毫升的注射器通过塑料软管相连,移动注射器活塞可以实现潜水器的浮沉。
【产品调试】
任务一:如图乙所示,潜水艇完成从水面A位置下潜到B位置并稳定停留;
任务二:能从水底上浮到B位置并稳定停留;
任务三:完成从水底打捞一个重物(重0.3牛,体积为10厘米3)到B位置并稳定停留。
(1)小明关闭进出水口将自制潜水器浸没在水中,当观察到 现象,则气密性良好。
(2)完成任务二上浮过程,对注射器活塞的操作是: 。
(3)已知完成任务二时注射器活塞稳定在刻度a毫升。完成任务三时(用体积和质量均忽略不计的细线系住重物打捞),注射器活塞需要稳定在哪个刻度?(提示:结果用含a的代数式表示;注射器内气压始终等于外界大气压;水的密度为1克/厘米3)
43.(2023 苍南县模拟)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:
精确度简易密度计使用说明书
结构: 使用方法: (1)弹簧测力计左边表示测力计示数,右边表示相应液体密度示数。 (2)将小金属块用细线挂于测力计挂钩处,测力计的示数为2牛,密度计的标记数值为0。 (3)将小金属块完全浸没于待测液体中。 (4)在右边刻度板上读出相应密度值。
(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1牛,则对应右边的密度值是多少?(写出计算过程)
(3)若将小金属块换成大金属块,判断该密度计的量程和精确度将如何改变,并说明理由。
44.(2022 温州模拟)如图所示是一个带“救生圈”的钥匙链。这个钥匙链遇水将会弹出一个安全气囊,它能拉起超过了1千克的物体。另外,水还会触发这个钥匙链的LED灯,使它发出明亮的光,即使是在晚上,你也很容易找到漂浮在水中的钥匙。注意:洗衣服或游泳的时候一定要把钥匙链放到安全的地方,否则就会“嘭……”。
(1)此钥匙链遇水后LED灯发光,说明水能够 (填物理性质);
(2)若重物为1千克时,气囊刚好完全浸没(忽略钥匙链和钥匙的体积),则气囊中产生的气体体积多大?
(3)安全气囊中的气体是由水与过氧化钠反应产生的,化学方程式:2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑,请根据化学方程式计算:此钥匙链中最少需要放入多少克过氧化钠才能浮起1千克的物体(已知氧气密度为:1.429克/升,结果保留2位小数)。
45.(2022 乐清市模拟)某项目小学同学制作“迷你潜水艇”模拟洞穴紧急救援活动。暴雨或雨季,溶洞会被水淹没,洞内情况如图甲所示,导致原在洞穴处的人们被困且有生命危险。利用迷你潜水艇可将被困人员逐一营救出洞,潜水器结构形状如图乙。
(1)“迷你潜水器”要在此洞穴里正常行进时处于 状态。(选填“漂浮”、“悬浮”和“沉底”)
(2)“迷你潜水器”自重125kg,3位被困人员体重如图丙所示。营救过程中“迷你潜水器”每次只能承载一人,计算此“迷你潜水器”的体积至少为多少?(写出计算过程)
(3)为保证救援行动顺利进行,“迷你潜水器”的设计除了考虑其体积外,还要考虑其它因素的限制。“迷你潜水器”内部结构设计中应考虑的因素有 。(写出一点即可)
46.(2022 温州二模)如图甲所示是打捞船上的电动机和缆绳从水底竖直打捞一重为30000N的长方体物体,通过打捞船的吃水线变化测得,当物体完全浸没在水中时受到的浮力为10000N,如右图横坐标为打捞时间,纵坐标为打捞机对物体的拉力,如果被打捞的物体始终以0.1m/s的速度匀速上升,g取10N/kg。求:
(1)当重物露出水面的过程中,打捞船将 (下沉、不变、上浮)。
(2)图中X的值为 。
参考答案与试题解析
一.选择题(共17小题)
1.【解答】解:由图可知:潜水器从①位置缓慢下沉至②位置,水的密度不变,
由于该同学匀速向外拉动活塞,所以潜水艇排开水的体积先是均匀变大,浸没后排开水的体积不变(等于潜水艇自身的体积),
由阿基米德原理F浮=ρgV排可知,潜水艇受到的浮力先均匀变大,浸没后浮力保持不变,故B图象符合。
故选:B。
2.【解答】解:耙耙柑放入一杯水中处于漂浮状态,F甲=G甲;去皮再次放入水中,发现其沉入水底,F乙<G乙,去皮后,重力减小,G乙<G甲,所以F甲>F乙,G甲>G乙,故B正确,ACD错误。
故选:B。
3.【解答】解:起重船受竖直向上的浮力、竖直向下的重力,重物对船向下的拉力,重力始终不变,当物体逐渐浸入水时,根据F浮=ρ液gV排知,浮力逐渐增大,根据F浮=G﹣F知,拉力逐渐减小,船受到的浮力逐渐减小,等物体全部浸没后浮力不变,物体受拉力不变,船的浮力不变,
浸没前圆柱形物体排开液体的体积与深度成正比,因而拉力与深度是一次函数,图像是直线,图A符合题意。
故选:A。
4.【解答】解:甲密封袋中几乎没有空气,由于它的体积很小,所以受到的空气浮力很小,几乎为0,那么电子秤的示数等于密封袋的重力;
乙密封袋装入适量空气后,由于密封袋很薄,密封袋内空气的体积和它排开空气的体积相等,根据G=mg=ρ空气Vg和F浮=ρ空气gV排可知密封袋受到的浮力等于密封袋内空气的重力,二力大小相等,方向相反,相互抵消,所以电子秤的示数等于密封袋的重力,故电子秤的示数不变。
故选:C。
5.【解答】解:A、复合材料,其密度非常小,仅为0.92g/cm3,此密度小于水的密度,所以可以漂浮在水中,故A正确;
B、因为该材料非常结实,所以它能承受一定深度海水的压强,故B正确;
C、因为镁是导体,所以该镁合金材料是导体,易导电,故C错误;
D、因为它的质量较轻,还非常结实,并且具有耐热性,所以它可以制作火箭的外壳,故D正确;
故选:C。
6.【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。
7.【解答】解:A、热气球在升空前,会向气球内充入热空气,通过加热气体,使热气球内的空气膨胀、体积增大、密度减小;根据阿基米德原理可知,排开气体的体积越大,受到的浮力越大,这时自身重力小于浮力而升空;
B、飞机飞向太空是利用上方空气流速大,压强小,下方空气流速小,压强大,产生一个向上的升力;
C、孔明灯升空是因为灯内的空气被加热,空气膨胀溢出,密度变小,灯罩内气体的密度小于灯罩外空气的密度,受到空气的浮力大于其重力时,孔明灯就上升;
D、轮船能浮在水面上,是因为受到了浮力,且浮力等于重力。
综上分析可知,热气球升空、孔明灯升空、轮船能浮在水面上都是利用浮力工作的,而飞机飞向天空利用的是流体压强与流速的关系。
故选:B。
8.【解答】解:A、太空中的乒乓球处于“失重”状态,乒乓球所含物质的多少没有发生变化,所以乒乓球得到质量没有发生变化,乒乓球的质量不为零,故A错误;
B、太空中的乒乓球处于失重状态,乒乓球不受重力和浮力的作用,所以乒乓球“悬浮”在水中,与密度无关,此时乒乓球的密度小于水的密度,故B错误;
C、地球上的乒乓球“漂浮”在水面,根据物体的浮沉条件可知,乒乓球受到的浮力等于重力,故C错误;
D、在地球上将乒乓球压入水中,浸没前,乒乓球排开水的体积增大,液面上升,根据p=ρgh可知,杯底受到的压强增大,故D正确。
故选:D。
9.【解答】解:已知受到的浮力相同,液体密度一定,根据公式F浮=ρgV排可知,排开的水的体积相同,
因为形状不同的铝块、铁块、铜块浸没在水里,所以排开的水的体积与物体的体积相等。
则由此可知它们的体积相同。
故选:A。
10.【解答】解:
A、图甲中鸡蛋处于沉底状态,则浮力小于重力,鸡蛋的重力为G=mg=0.055kg×10N/kg=0.55N,即浮力小于0.55N,故A错误;
B、鸡蛋的密度为:ρ1.1g/cm3=1.1×103kg/m3,图乙中,鸡蛋悬浮在盐水中时,由浮沉条件可知鸡蛋的密度等于盐水的密度,则盐水的密度为1.1×103kg/m3,故B正确;
C、图丙中鸡蛋漂浮,所受浮力等于鸡蛋自身的重力,故C错误;
D、图甲中鸡蛋处于沉底状态,则浮力F甲<G鸡蛋;
图乙中鸡蛋悬浮在液体中时,则浮力F乙=G鸡蛋;
图丙中鸡蛋漂浮,则浮力F丙=G鸡蛋,
所以三种状态下浮力的大小关系是F甲<F乙=F丙,故D错误。
故选:B。
11.【解答】解:A、由于装入等量铁砂的相同的平底试管在两液体中都漂浮,所以试管受到的浮力:F甲=F乙=G,故A错误;
B、根据阿基米德原理可知:F浮=G排=m排g,所以试管排开的液体质量相等,故B错误;
C、由图可知:排开的液体体积V甲>V乙,而F甲=F乙,则根据F浮=ρ水V排g可知,ρ甲<ρ乙,
由图可知:放入试管后液面等高,根据p=ρgh可得:烧杯底部所受压强p甲<p乙,故C错误;
D、物体受到的浮力等于物体上下表面受到液体的压力差,而上表面受到的压力为0,所以F浮=F下表面﹣F上表面=F下表面,
由于受到的浮力相等,所以下表面受到的压力相等,即:F甲=F乙,
由p可得:p甲=p乙,故D正确。
故选:D。
12.【解答】解:将副气囊内的空气排出,飞艇所受浮力不变,重力减小,所以飞艇继续上升,故A错误;
B、将空气压缩进副气囊内,飞艇所受的重力增大,增大到等于浮力时,飞艇处于悬停状态,故B正确;
C、将吊舱内的配重往外扔,飞艇所受浮力不变,重力减小,故飞艇继续上升,故C错误;
D、将副气囊内的空气加热,飞艇所受重力不变浮力不变,飞艇继续上升,故D错误。
故选:B。
13.【解答】解:
AB、两物体质量相等,其重力也相等,
甲图,物体A漂浮,浮力等于重力,即F甲=G;
乙图,物体B悬浮,浮力等于重力,即F乙=G,
所以A物体受到的浮力等于B物体受到的浮力;故B错误;
根据F浮=ρ液gV排,在浮力相同时,由图知VA排<VB排,所以ρ甲>ρ乙,故A正确;
C、放入物体AB后,两容器液面相平,VA<VB,所以VA排<VB排,说明没放物体之前甲容器中液体的体积大于乙容器中液体的体积,即V甲>V乙,ρ甲>ρ乙,由ρ可知,m甲>m乙,G甲>G乙;
两容器质量相同,则容器的重力相同,物体质量相同,其重力也相等,但液体的重力G甲>G乙,
两容器对桌面的压力分别为F甲=G器+G物+G甲,F乙=G器+G物+G乙,
所以F甲>F乙,故C正确;
D、放入AB后,两容器液面相平,且VA排<VB排,说明没放物体之前甲容器中液体的体积大于乙容器中液体的体积,即V甲>V乙,两容器底面积相同,所以h甲>h乙,又因为ρ甲>ρ乙,根据p=ρgh可知,p甲>p乙,故D正确。
故选:B。
14.【解答】解:无论气球处于什么状态,气球所受空气浮力的方向总是竖直向上的,故A正确。
故选:A。
15.【解答】解:
在相同时间内,经过流线型的下方的路程比经过上方路程长,水流速大压强小,流线型在压强差下,产生向下力,故该小组想要“水下飞机”实现的状态是下沉。
故选:B。
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:长方体容器,里面放置一个等腰三角形木块,现向容器内逐渐均匀加水,
(1)当木块未漂浮时,水面在单位时间里上升的高度越来越小,
所以,V排的增加越来越小,F浮的增加越来越小,故AB错误,
容器底部受到三角形木块的压强:p强,
G、S底一定,由于F浮的增加越来越小,所以,p强减小也越来越小,故D错误
(2)当木块漂浮时,随着水的不断注入,
F浮=G,保持不变,
容器底部受到三角形木块的压强:p强0。
故选:C。
二.填空题(共10小题)
18.【解答】解:(1)在硬盒浸没之前,排开液体的体积变大,根据F浮=ρ水gV排知硬盒受到的浮力变大,弹簧测力计的示数变大;在硬盒全部浸没后,排开液体的体积不变,根据F浮=ρ水gV排知硬盒受到的浮力不变,弹簧测力计的示数不变,故弹簧测力计的示数先变大后不变;
(2)实验中小龙还想利用此装置探究液体内部压强与深度的关系,在完全浸没之前,可以定量反映液体压强与深度的关系:但当硬盒完全浸没后,弹簧测力计的示数将保持不变,无法继续探究液体压强与深度的关系。
故答案为:(1)先变大后不变;(2)优点:可以定量反映液体压强与深度的关系:缺点:当硬盒完全浸没后,弹簧测力计的示数将保持不变,无法继续探究液体压强与深度的关系。
19.【解答】解:(1)橡皮膜b、d处于水中相同深度处,且橡皮膜b、d的形变程度相同,说明液体内部同一深度处各个方向压强大小相等;
(2)浸没后,不断增大塑料盒浸没后的深度,各橡皮膜受到的压强不断增大,形变程度不断增大,塑料盒的体积不断减小,在水的密度一定时,由公式F浮=ρ液gV排可知,塑料盒受到的浮力变小。
故答案为:(1)b、d;(2)变小。
20.【解答】解:(1)木块漂浮时,受到的浮力等于重力,根据F浮=ρ液gV排可知,木块排开液体的体积越大,则溶液的密度越小,由此可知硝酸钾溶液的密度变小。密度减小的原因是溶液中的溶质减少,当温度降低时,硝酸钾饱和溶液会析出溶质,溶液的密度就减小,由此可知温度的改变是降温;
(2)当温度降低时,硝酸钾饱和溶液会析出溶质,因而烧杯底部硝酸钾晶体增多;
(3)木块总是处于漂浮状态,所以受到的浮力等于木块的重力,大小不变。
故答案为:(1)降温;(2)增多;(3)不变。
21.【解答】(1)热传递;(2)熔点低;不溶于液体B;固态时密度大于液体B,液态时密度小于液体B。
解:白炽灯通电后,放出热量,传递给蜡状物,所以蜡状物是通过热传递的方式获得物态变化所需的内能;
(2)制作熔岩灯所用的蜡状物固体时在B液体中下沉,熔化后在B液体中上升,应具备熔点低、不溶于液体B、固态时密度大于液体B,液态时密度小于液体B等性质。
故答案为:(1)热传递;(2)熔点低、不溶于液体B、固态时密度大于液体B,液态时密度小于液体B。
22.【解答】(1)要让漂浮状态的“潜艇”下沉入水,此时潜艇受到的重力应该大于浮力,所以需增大潜艇的重力,他应该往“工作舱”内注水;
(2)潜艇悬浮时,浸没在水中,有小螺母从“工作舱”的小孔中掉落至水底时,潜艇排开水的体积不变,根据F浮=ρ水gV排可知潜艇所受浮力不变;
(3)潜艇悬浮时受到的浮力最大为:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×500×10﹣6m3=15N,
工作舱未装水时,金属螺母重力最大,此时金属螺母重力等于潜艇受到的浮力,金属螺母的重力最大为15N,
工作舱装满水时,金属螺母重力最小,
工作舱装满水时水的重力:G=ρ水gV1=1.0×103kg/m3×10N/kg×500×10﹣6m3=5N,
此时金属螺母重力最小为:G金=F浮﹣G=15N﹣5N=10N,
所以金属螺母体积不计,要实现潜艇上浮和下沉,金属螺母重力的取值范围为10N~15N。
故答案为:(1)向内注水;(2)不变;(3)10N~15N。
23.【解答】(1)木质部是树干的主要组成部分,木质部由导管、管胞、木纤维和木薄壁组织细胞以及木射线组成,导管存在于木质部中,是运输水分和无机盐的通道,具有重要的经济价值,制作独木舟主要取材于茎中结构木质部;
(2)电子数是电子的数量,一般是指原子或离子的核外电子数目,原子中质量数=核外电子数,碳有6个质子,说明其核外有6个电子;
(3)根据F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.2m3=1.2×104N。
故答案为:
(1)木质部;
(2)6;
(3)1.2×104。
24.【解答】解:(1)由v可知,水从水管起始端流到终端所需时间为:
t240s;
(2)由图可知,排气阀排气时浮筒处于漂浮状态,则此时浮筒所受的浮力为:
F浮=G=mg=0.02kg×10N/kg=0.2N,
由阿基米德原理可知,排气阀排气时浮筒浸在水中的体积为:
V排2×10﹣5m3。
答:(1)水从水管起始端流到终端最多要240s;
(2)排气阀排气时浮筒浸在水中的体积为2×10﹣5m3。
25.【解答】解:(1)管理员拉动绳子,甲、乙两船会运动,这说明力的作用效果之一是力可以改变物体的运动状态;
(2)甲、乙两船都漂浮在水面上,受到的浮力等于自身的重力,根据物体的浮沉条件可知两船受到的浮力之差等于人的重力,即ΔF浮=G人,则甲船与乙船排开水的体积之差为:ΔV0.05m3。
故答案为:(1)力可以改变物体的运动状态;(2)0.05。
26.【解答】解:(1)由p可得,F浮=F向上=p向上S=2.8×103Pa×2.5×10﹣3m2=7N,
容器B漂浮,则F浮=G总=GA+G筒=(mA+m筒)g,即7N=(mA+0.1kg)×10N/kg,
解得,mA=0.6kg,
液体A的密度:ρA1.8×103kg/m3;
(2)容器B悬浮,则ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N,
同时有:G筒=(m筒)g,即10N=(0.1kg)×10N/kg,
解得,0.9kg,
由可得,
VA5×10﹣4m3。
答:(1)液体A的密度为1.8×103kg/m3;
(2)若要使容器B恰好竖直悬浮在水中,注入液体A的体积是5×10﹣4m3。
27.【解答】解:(1)糯米属于淀粉类食物,淀粉的消化开始于口腔,胃不能消化淀粉,在小肠内淀粉被彻底消化为葡萄糖;
(2)粽子受到的浮力:
F浮=ρ灰汤V排g=1.05×103kg/m3×200×10﹣6m3×10N/kg=2.1N。
故答案为:(1)葡萄糖;(2)2.1。
三.实验探究题(共4小题)
28.【解答】解:(1)密度计在测量液体的密度时是漂浮在液体中的,此时受到的浮力等于自身的重力,即在不同液体中密度计受到浮力的大小相同,根据阿基米德原理公式F浮=ρ液gV排可知,在浮力不变时,液体的密度越大,密度计排开的液体的体积越小,故密度计的刻度值从上向下应逐渐变大;
(2)加入水的体积V水=2mL=2cm3,
水的质量为:m水=ρ水V水=1g/cm3×2cm3=2g,
则塑料管和内部水所受重力为:G总=G水+G管=(m水+m管)g=(2+2)×10﹣3kg×10N/kg=0.04N,
因密度计漂浮,则此时受到的浮力为:F浮=G总=0.04N;
(3)A、密度计始终漂浮大水面,增加烧杯中水的质量,无法增大密度计的准确度,故A错误;
B、如果将烧杯中水改为密度更小的液体,不同密度的液体放入塑料管中进行测量时,塑料管排开液体的体积变化就会比较明显,因此这样可以提高准确度,故B正确;
C、如果使用管径较细的空心管时,排开水的体积变化相同时,液柱的高度变化就会比较明显,因此这样可以提高准确度,故C正确;
D、将标记处(1g/cm3)往上移,则排开水的体积变大,则加入规定的待测液体的体积增加,则待测液体的质量就会增大,受到的重力就会增大,塑料管受到的浮力相应增大,这样对于不同液体塑料管排开水的体积变化会比较明显,因此这样可以提高准确程度,故D正确。故选:BCD。
故答案为:(1)增大;(2)0.04;(3)BCD。
29.【解答】解:(1)若本实验装置的气密性良好,则用天平称出整个装置的质量为m1保持不变;
(2)在步骤三中:关闭气嘴1,打开气嘴2;让瓶内的高压气体进入气球,至气球停止胀大,则气球受到的浮力变大,称出整个装置的质量为m2。本实验能验证气球在空气中受到浮力,其依据是m1>m2;
(3)如图乙所示的改进型实验装置:将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上,调节配重质量使二者保持静止,空心金属球与的体积明显大于配重的体积,用气泵往密闭玻璃容器内缓慢压入空气,金属球受到空气浮力的作用(比配重受到的浮力大),故观察到金属球会上升,配重下降现象,说明金属球受到空气浮力的作用。
故答案为:(1)用天平称出整个装置的质量为m1保持不变;(2)>;(3)金属球会上升,配重下降。
30.【解答】解:(1)泡沫块高度与泡沫块所受浮力有关,而其浮力应大于托盘质量,故B正确;
浮漂器能上浮,说明其所受浮力还得大于自身重力,即泡沫块的密度小于液体的密度,故DE正确;
又因为溢水杯和支撑杆在溢水杯的外部,溢水杯静止不动,所以AC与泡沫块所受浮力无关。
故选:BDE。
(2)为避免对实验结果产生影响,判断杯中水为“适量”的依据是将小石块放入上托盘时,有少量水溢出(或水位刚好达到溢水口处);
(3)两重力相等直观的现象是有相同的作用效果,即水位刻度线与水面相平;
(4)砝码有最小重量,食盐颗粒的最小重量较砝码更小,故更精确。
故答案为:(1)BDE;(2)将小石块放入上托盘时,有少量水溢出(或水位刚好达到溢水口处);(3)水位刻度线与水面相平;(4)加细食盐。
31.【解答】解:(1)在下潜过程中,潜水艇完全浸没在水里,排开水的体积不变,由F浮=ρ液gV排知所受到的浮力不变。由浮力产生的原因知海水对潜水艇上下表面的压力差不变;
(2)潜航器搜寻任务完成后,静止漂浮在海面上时,受到的浮力和自身的重力相等,
所以,此时潜航器受到的浮力:
F浮=G=mg=2200kg×10N/kg=22000N,
由F浮=ρ海水gV排得排开水的体积:
V排2m3,
潜航器露出海面体积:
V露=V﹣V排=2.8m3﹣2m3=0.8m3;
(3)分析图象可知,在t3时刻潜航器完全离开水面,由于潜航器匀速运动,所以,此时起重装置对潜航器的拉力等于潜航器的重力,即F3=G=22000N,
因起重装置将潜航器匀速竖直吊离海面,所以,速度保持不变,即v1=v3;
根据PFv可得,P1=F1v1,P3=F3v3,
已知P3=3P1,即F3v3=3F1v1,
所以F3=3F1,
则F1F322000N≈7333.3N。
故答案为:(1)不变;(2)0.8m3;(3)7333.3N。
四.计算题(共3小题)
32.【解答】解:(1)物块浸入水中前,甲测力计的示数,即物块的重力为:G=30N,
物块浸没在水中时,受到的浮力为:F浮=G﹣F甲=30N﹣25N=5N,
根据阿基米德原理可知,物块排开水的重力为:G排=F浮=5N,
由图示可知,物块浸入水中前,溢水杯刚好装满水,则溢出水的重力为:G溢=G排=5N,
所以乙测力计的示数增大为:F乙′=F乙+G溢=12N+5N=17N;
(2)物块浸没在水中时,排开水的体积等于物块的体积,根据F浮=ρ水gV排可得,
V物=V排5×10﹣4m3,
根据G=mg=ρVg可得,物块的密度:
ρ物6×103kg/m3。
答:(1)浸没在水中的物块所受到浮力为5N;乙测力计的示数为17N;
(2)物块的体积为5×10﹣4m3;物块的密度为6×103kg/m3。
33.【解答】解:(1)由图象知,当h=0时,此时测力计的示数等于圆柱体的重力,所以G=10N;
当h≥8cm时,测力计的示数不变,说明此时浮力不变,圆柱体完全浸没,此时F=2N;
所以F浮=G﹣F=10N﹣2N=8N;
(2)物体排开液体的体积V排=V物=40×8×10﹣6m3=3.2×10﹣4m3
由F浮=ρ液gV排得,
ρ液2.5×103kg/m3
(3)液体的质量m液=ρ液V液=2.5×103kg/m3×80×16×10﹣6m3=3.2kg
将圆柱体、圆筒、液体看做一个整体,则其对地面的压力F′=(m液+m筒)g+G物﹣F拉=(3.2kg+400×10﹣3kg)×10N/kg+10N﹣2N=44N
p5.5×103Pa
答:(1)圆柱体浸没在液体中所受浮力是8N;(2)筒内液体的密度是2.5×103kg/m3;(3)圆柱体浸没时,圆筒对桌面的压强是5.5×103Pa。
34.【解答】解:(1)此潜艇残骸在海底受到的浮力:F浮=ρ海水V排g=1.03×103kg/m3×20m3×10N/kg=2.06×105N;
残骸向上拉的过程中(未出水),残骸排开的水的体积不变,水面的密度不变,根据F浮=ρ海水V排g可知,浮力不变;
(2)残骸在水中受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力、竖直向上的浮力的共同作用,残骸做匀速直线运动,受力平衡,则残骸的重力为:
G=F+F浮=1.2×106N+2.06×105N=1.406×106N;
残骸的密度为:ρ7.03×103kg/m3。
故答案为:(1)此潜艇残骸在海底受到的浮力为2.06×105N;不变;
(2)残骸的密度为7.03×103kg/m3。
五.解答题(共12小题)
35.【解答】解:(1)航行器在测试过程中停留在水中的某个位置时处于平衡状态,所受的浮力F浮=G=mg=8kg×10N/kg=80N,
根据阿基米德原理可知排开水的体积V排8×10﹣3m3;
(2)航行器在水中匀速上升这段时间内运动的路程h=vt=0.2m/s×(15s﹣6s)=1.8m,
克服重力做功W=Gh=80N×1.8m=144J;
(3)当航行器竖直上升时,会受到水的阻力;根据丙图分析,航行器在第9秒时处于平衡状态,受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和阻力的作用,由力的平衡条件可得F浮=G+f,则可知航行器受到的浮力大于重力。
答:(1)航行器在测试过程中停留在水中的某个位置时排开水的体积是8×10﹣3m3;
(2)航行器在水中匀速上升这段时间内克服重力做功144J;
(3)根据丙图分析,航行器在第9秒时处于平衡状态,受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和阻力的作用,由力的平衡条件可得F浮=G+f,所以此时航行器受到的浮力大于重力。
36.【解答】解:(1)由图知当秤盘上的物体质量越大时,秤盘下降越多,指针下移越多,刻度盘上质量值越大,相反当秤盘上的物体质量越小时,秤盘下降越少,指针下移越少,刻度盘上质量值越小,所以刻度盘上质量刻度线,越上面的刻度线指示的质量值越小;
(2)已知S=10cm2=0.001m2,h1=5cm=0.05m,h2=10cm=0.1m,
物体的质量为:m物=Δmρ水ΔV排=ρ水SΔh=ρ水S(h2﹣h1)=1×103kg/m3×0.001m2×(0.1m﹣0.05m)=0.05kg=50g;
(3)当浮筒受到的重力和浮力是一对平衡力时,指针指的是零刻度线,根据题意,即是要使浮力不变,也就是在水的V排不变,根据V=Sh,当浮筒横截面积变小,h变大,也就是指针会上移。
答:(1)小;
(2)待测物体质量为50g;
(3)上移,浮力不变,S减小,浮筒浸入深度增加,指针上移。
37.【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。
38.【解答】解:(1)以舰长为参照物,此时政委和舰长之间没有位置的变化,是静止的;
(2)在一次补给训练中,补给舰向山东舰加注了6×103米3的重油,根据ρ可知,重油的质量为:
m=ρV=0.8×103kg/m3×6×103m3=4.8×106kg;
山东舰是漂浮在水面上的;漂浮时浮力等于重力;则增加的物体的重力等于增加的浮力:
F浮=G=mg=4.8×106kg×10N/kg=4.8×107N;
(3)舰载机机翼受到的压强差为:Pρv21.2kg/m3×(90m/s)2=4860Pa;
根据p可知,舰载机机翼受到的压力F=pS=4860Pa×60m2=291600N;
舰载机起飞的质量为:m总29160kg;
所加燃油的质量为:m油=m总﹣m机﹣m人=29160kg﹣18000kg﹣60kg=11100kg。
答:(1)静止;(2)4.8×107;(3)该舰载机装载燃油的最大质量是11100千克。
39.【解答】解:由浮沉条件可知,新鲜鸡蛋的密度大于水,所以,新鲜鸡蛋沉于水底;鸡蛋在放置的过程中内部不断地进行呼吸作用,消耗自身营养物质,呼吸作用产生的二氧化碳与水蒸气通过气孔排出鸡蛋壳外,使鸡蛋质量减小;由于鸡蛋在放置过程中,体积不会发生变化,根据密度公式,鸡蛋密度减小,鸡蛋放置越久,其密度越小,放置4周以上的鸡蛋密度小于水,所以,漂浮在水面。
40.【解答】解:(1)根据浮力公式F浮=ρ油gV排和压强公式p=ρ油gh知随着h的增大,工件排开油的体积也随之增大,完全浸没后,排开水的体积不变,所以受到的浮力先变大再不变,油对工件下底面的压强也变大;
(2)由图乙坐标系,可知道A是一次函数为y=kx+b上的一点,函数过(0,0.2)和(600,0.5)两点,所以,函数为y=5×10﹣4x+0.2;
当y=0时,解得x=﹣400;则A=400,它表示的量就是工件受到的重力。
由图象知,物体受到的重力G=400N,物体完全浸没时施加的压力为F=600N,
此时根据物体受力平衡可得:F浮=G+F=400N+600N=1000N,
物体的边长为a=0.5m,则体积V=(0.5m)3=0.125m3,
由G=mg知工件的质量为:
m40kg,
该工件的密度为:
ρ320kg/m3=0.32g/cm3。
物体完全浸没时受到的浮力为F浮=ρ油gV排得油的密度为:
ρ油0.8×103kg/m3。
答:(1)从工件逐渐被压入至h=0.6m过程中,工件受到的浮力是先增大后不变,工件下表面受到的液体压强变大;
(2)若A点的横坐标值为﹣400,该工件的密度为0.32g/cm3;
(3)油的密度为0.8×103kg/m3。
41.【解答】解:(1)航空母舰满载时受到的浮力为:F浮=G排=m排g=67500×103kg×10N/kg=6.75×108 N;
(2)物体的体积为V物6.25×10﹣3m3;
在水雷下方悬挂一物体,使水雷悬浮在水中,水雷和物体一起浸没在水中处于静止状态,水雷和物体看作一个整体,故它们受到的总浮力等于总重力;水雷和物体一起浸没在水中时,排开水的总体积为:V排总=V水雷+V物;
根据力的平衡条件有:F浮总=G总,即ρ水g(V水雷+V物)=(m水雷+m物)g;
代入数据得:1.0×103kg/m3×10N/kg×(V水雷+6.25×10﹣3m3)=(100kg+31.25kg)×10N/kg,
解得:V水雷=0.125m3;
则水雷的密度:ρ水雷0.8×103kg/m3。
故答案为:(1)6.75×108 N;(2)0.8×103kg/m3。
42.【解答】解:(1)关闭进出水口将自制潜水器浸没在水中,如果漏气,会观察到气泡产生,即:当观察没有气泡产生现象,则气密性良好。
(2)完成任务二上浮过程,要减小潜水器自身的重力,需要向外排水,对注射器活塞的操作是:向内推活塞;
(3)重物G=0.3N,受到的浮力为:F浮=ρ水v排g=1.0×103kg/cm3×10×10﹣6m3×10N/kg=0.1N,
完成从水底打捞这个重物到B位置并稳定停留,在浮力不变的情况下,要减小自身的重力,即向外排出水的重力为:G水=G﹣F浮=0.3N﹣0.1N=0.2N,
向外排出水的质量为:m水0.02kg=20g,
根据密度公式得,向外排出水的体积为:V水20cm3=20mL,
则注射器活塞需要向内推入V气=V水=20mL的气体,
已知完成任务二时注射器活塞稳定在刻度a毫升,完成任务三时(用体积和质量均忽略不计的细线系住重物打捞),注射器活塞需要稳定在的刻度是:a﹣V水=a﹣20mL。
故答案为:(1)没有气泡产生;(2)向内推活塞;(3)完成任务三时(用体积和质量均忽略不计的细线系住重物打捞),注射器活塞需要稳定在a﹣20mL刻度。
43.【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1N时,此时物体受到的浮力:F浮=G﹣F=2N﹣1N=1N,
由F浮=ρ液gV排可知,液体的密度:ρ液2.5×103kg/m3;
(3)液体密度等于金属块密度时,金属块悬浮于液体中,此时弹簧测力计示数为0,此时液体密度最大,金属块悬浮在液体中,金属块受到的浮力等于自身的重力,
所以小金属块受到的最大浮力为2N,此时液体的密度最大为:ρ5×103kg/m3,
将小金属块换成大金属块,大金属块受到的最大浮力为5N,此时液体的密度最大为:ρ′6.25×103kg/m3,
所以该密度计的量程变大,但弹簧测力计的刻度不变,所以该密度计的精确度变小。
答:(1)C;
(2)右边的密度值应为2.5×103kg/m3;
(3)将小金属块换成大金属块,金属块受到的浮力变大为5N,所测液体的密度变大,所以该密度计的量程变大,但弹簧测力计的刻度不变,所以该密度计的精确度变小。
44.【解答】解:(1)物理性质指物质不需要通过化学变化就能表现出来的性质;此钥匙链遇水后LED灯发光,说明水能够导电,故答案为:导电;
(2)F浮=G=mg=1kg×10N/kg=10N;
V球=V排=F浮/ρ水g=10N/(1×103kg/m3×10N/kg)=1L,
答:气囊中产生的气体体积为1L;
(3)设需过氧化钠的质量为x,
氧气的质量为:1.429g/L×1L=1.429g,
2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2↑
156 32
x 1.429g
x=6.97g
答:此钥匙链中最少需要放入6.97克过氧化钠才能浮起1千克的物体。
45.【解答】解:(1)“迷你潜水器”进入洞穴时完全浸没在水中,处于悬浮状态;
(2)营救过程中“迷你潜水器”每次只能承载一人,所以潜水器的最大质量为:
m=m1+m2=125kg+75kg=200kg,
由于潜水器处于悬浮状态,所以潜水器受到的浮力等于其重力,即F浮=G=mg=200kg×10N/kg=2000N;
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知此“迷你潜水器”的体积至少为:
V=V排0.2m3;
(3)“迷你潜水器”在水中会受到来自液体压强的挤压,所以要考虑其耐压性。
答:(1)悬浮;
(2)此“迷你潜水器”的体积至少为0.2m3;
(3)耐压性。
46.【解答】解:(1)重物露出水面的过程中,打捞船和重物整体始终漂浮在水面上,受到的浮力等于打捞船和重物的重力的和,根据阿基米德原理可知,打捞船和重物排开的水的体积不变,重物露出水面,重物排开的水的体积减小,则打捞船排开的水的体积变大,即打捞船将下沉一些;
(2)由图象可知,前50s内物体浸在水中,此时拉力F=G﹣F浮=30000N﹣10000N=20000N,即X的值为20000N。
故答案为:(1)下沉;(2)20000。