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2024期末冲刺之第三章 浮力专题复习
一、选择题(每空2分,总计40分)
1. 木雕是我国历史悠久、技艺精湛的雕刻工艺,是我国工艺美术中一项珍贵的艺术遗产。如图所示,这是一名工艺师正在一个质地均匀的木头上进行雕刻。雕刻过程中不发生变化的是( )
A.木头的质量 B.木头的体积 C.木头的密度 D.木头的质量和密度
2. 如图,两个完全相同的瓶子装有不同的甲、乙两种液体,放在已调平的天平上,天平再次保持平衡。下面说法中正确的是( )
A.甲的密度大于乙的密度 B.甲的密度等于乙的密度
C.甲的密度小于乙的密度 D.无法比较
3. 如图所示的物理量之间的关系正确的是( )
A.匀速直线运动的路程和时间关系 B.物体的重力与质量的关系
C.受力面积一定时,压强和压力关系 D.物质的密度与其组成物体质量的关系
4. 弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中(如图甲),图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像,水的密度为1×103kg/m3,g取10N/kg,忽略液面的变化,则下列说法中正确的是( )
A.物体受到的最大浮力是5N B.物体刚浸没时下表面受到水的压力是9N
C.物体的密度是2.25×103 kg/m3 D.物体刚浸没时下表面受到水的压强是8×102 Pa
5. 甲、乙、丙三个正方体,边长之比为1:2:3,质量分别为3g、24g、36g,已知它们是同种材料制成的,但有一个是空心的,空心正方体是( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.无法判断
6. 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,如图所示,乒乓球保持静止状态则乒乓球( )
A.仍受水的浮力 B.不受水的浮力,也不受水对它的压力
C.不受水的浮力,但受水对它的压力 D.无法判断
7. 如图所示,同一物体浸在甲液体中悬浮(图a),浸在乙液体中漂浮(图b)。比较物体在两种液体中所受浮力F甲和F乙的大小及两种液体的密度ρ甲和ρ乙的大小,可以确定正确的是( )
A.F甲=F乙,ρ甲=ρ乙 B.F甲=F乙,ρ甲<ρ乙
C.F甲<F乙,ρ甲=ρ乙 D.F甲>F乙,ρ甲>ρ乙
8. 如图所示,一个边长为10cm的实心正方体竖直浸没在某种液体中保持静止状态,其上表面受到液体的压强为500Pa,下表面受到的液体压强为1300Pa,(g取10N/kg)下列说法正确的是( )
A.正方体受到的浮力为10N B.该正方体的质量为1kg
C.正方体上表面的深度h1为5cm D.液体的密度为0.8×103kg/m3
9. 两个完全相同的容器A、B中分别装满了两种不同的液体,把甲、乙两球分别轻轻放入两杯液体中,静止后的情况如图所示,已知甲、乙两球所受的浮力相等,则下列说法正确的是( )
A.甲球排开液体的质量更大
B.甲球排开液体的重力小于乙球排开液体的重力
C.容器A中液体密度大于B中液体的密度
D.容器B中液体对容器底部的压强大于A中液体对容器底部的压强
10.以下是一则新闻消息:“今天零时,发改委将95号汽油零售价格每吨降低230元,测算到95号汽油零售价格每升降低0.17元…”。据此估测95号汽油的密度约为( )
A.0.80×103kg/m3 B.0.74×103kg/m3 C.0.70×103kg/m3 D.0.68×103kg/m3
11.水平桌面上的甲、乙两个相同的圆柱形容器中分别装有两种液体,将物体A分别以如图甲、乙所示的方式放置于两个容器中,在甲、乙容器中A受到细绳的拉力均为4N,若甲、乙容器中A所受浮力分别为F甲和F乙,则下列判断正确的是( )
A.F甲=F乙 B.F甲<F乙 C.F甲>F乙 D.F甲、F乙大小无法判断
12.小明利用天平和量杯测量某种液体的密度,得到的数据如下表,请计算量杯的质量与液体的密度分别是( )
液体与量杯的质量m/g 40 60 80 100
液体的体积V/cm3 20 40 60 80
A.20g,0.8×103kg/m3 B.10g,0.8×103kg/m3 C.10g,1.0×103kg/m3 D.20g,1.0×103kg/m3
13.一个气球下挂一个铁块置于水中某一位置,处于静止状态(如图所示)。现用手轻轻向上拉一下气球,但气球不露出水面,那么手离开气球后,气球和铁块的运动情况是( )
A.仍然处于静止状态 B.加速向上运动 C.匀速向上运动 D.加速向下运动
14.科学考察队员在北极考察时,为了探索冰层下海水的成分,他们在厚薄均匀的冰层打一个深达250米的冰洞,则为了取海水水样,系在取水筒上绳子的长度至少为( )(已知海水的密度为1.03×103kg/m3,冰的密度为0.9×103kg/m3)
A.10m B.32m C.218m D.250m
15.台秤上放一个装有水的杯子,通过固定在台秤上的支架用细线悬挂一小球,球全部浸没在水中,平衡时台秤的示数为某一数值,今剪断悬线,在球下落但还没有到达杯底的过程中,若不计水的阻力,则台秤的示数将( )
A.变大 B.变小 C.不变 D.不能判定
16.如图所示,密度均匀的长方体木块漂浮在水面上。若将木块虚线以下的部分截去,则( )
A.木块和水面均下降,且下降的高度相同 B.木块和水面均下降,且木块下降的高度更大
C.木块和水面均下降,且水面下降的高度更大 D.木块下降,水面上升,且变化的高度不相同
17.把装满水的烧杯放在托盘秤的秤盘上,再把易拉罐缓慢下压至易拉罐刚好完全浸没的过程中(易拉罐未触底),排开的水溢至秤盘中,下列说法错误的是( )
A.手对易拉罐的压力逐渐增大 B.水对烧杯底的压强保持不变
C.烧杯底对秤盘的压强逐渐增大 D.托盘秤的示数逐渐增大
18.(2023龙凤区)如图(a)所示,在盛有水的圆筒形容器内,铁块甲放在木块乙上,木块乙浮在水面上,木块受的浮力为F,水对容器底部的压强为p,水面距容器底部的高度为h。现将甲取下并用轻绳系在乙的下方,如图(b)所示,则( )
A.浮力F不变 B.压强p不变 C.高度h减小 D.甲受到的合力减小
19.大桥施工期间,要向江中沉放大量的施工构件。假设一正方体构件被缓缓吊入江水中如图甲模型图(忽略江面水位变化)。在沉入过程中,其下表面到水面的距离为h,随着h的增大,正方体构件所受浮力F1、钢绳拉力F2的变化如图乙所示。下列判断正确的是( )
A.浮力F1随h变化的图线是图乙中的①图线 B.构件的密度为2.5×103kg/m3
C.构件所受的最大浮力为1.2×105N D.此构件的重力为2.4×105N
20.一物块轻轻放入盛满水的大烧杯中,静止后有68g水溢出;将其轻轻放入盛满酒精的大烧杯中,静止后有64g酒精溢出。酒精的密度是0.8×103kg/m3,则物块的密度是( )
A.0.85×103kg/m3 B.0.90×103kg/m3 C.0.94×103kg/m3 D.1.10×103kg/m3
二、填空题(每空2分,总计36分)
21.如图所示“蛟龙”号,它完成了世界最深处下潜,“蛟龙”号潜水器与潜水艇原理相同,都是靠改变 _________ 来实现上浮与下沉的。“蛟龙”号潜水器在没入水面下继续下潜时(海水密度不变),它受到的浮力 _____ ,它的上表面受到海水的压强 _______ (后两空均选填“变大”、“不变”或“变小”)。
22.已知001A型航母满载时的排水量(排水量指航母排开水的质量)约为6.5万吨,它满载时受到的浮力约为 ________ N;当航母从海水密度较小的港口驶达密度较大的远海时,若不计航母质量的变化,其浮力会 _______ (变大/不变/变小)。
23.为了探究浮力大小跟哪些因素有关,某兴趣小组的同学,用同一物体进行了如图所示的操作,并记下物体静止时弹簧测力计的示数.图乙中物体未放入前溢水杯装“满”了水,物体浸没后,水全部溢出到旁边的小烧杯中,溢出水倒入量筒后的情况如图丁所示。
(1)该小组同学选择甲丙两图来探究浮力的大小与 _____的关系,由甲丙两图可以得出的实验结论是 ________________________________________________________________ ;
(2)该小组同学通过比较甲、乙两图中F1和F2的大小,得到“浮力大小与物体浸没的深度有关”的结论,此结论是_____(选填“正确”或“错误”)的,理由是 _________________________________ ;
(3)根据浮力的知识,由图示信息可得:物体浸没在水中时所受浮力的大小为 ___ N;图丙中盐水的密度为 ________ kg/m3。(g取10N/kg,水的密度为1.0×103kg/m3)
24.新型冠状病毒肆虐,ICU重症监护室内配有体积为0.5m3,充满氧气的钢瓶,供急救病人时使用,其密度为6kg/m3。若某次抢救病人用去瓶内氧气的,则瓶内氧气的质量将________(变大/变小/不变),其密度为 ______ g/cm3;小明实验探究小组探究了化验室甲、乙两种液体质量与体积的关系,绘制质量与体积关系图象如图所示,由图象可知:2cm3的甲液体质量为________g,甲液体的密度_______乙液体的密度(大于/等于/小于)。如果将液体换成酒精,则它的质量与体积关系图象应在________(Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ)区。(ρ酒精=0.8g/cm3)
25.如图所示是我国某型号常规动力潜艇,它具备先进的通讯设备、武器、导航系统和隐蔽性强、噪声低、安全可靠等优异性能。潜艇在深海中匀速潜行时,如果遭遇海水密度突变造成的“断崖”险情,潜艇会急速掉向数千米深的海底,潜艇突遇“断崖”险情是因为遇到海水的密度突然 (选填“变大”、“变小”或“不变”)造成的,此时应立即 。(选填字母代号)
A.将潜艇水舱中的水全部排出 B.打开阀门使海水进入水舱
26.如图所示,边长为10cm的立方体木块A通过细线与圆柱形容器底部相连,容器中水面与A上表面齐平。从打开容器底部的抽液机匀速向外排水开始计时,细线中拉力F随时间t的变化图像如图(2)所示。木块密度ρ=0.5×103kg/m3,容器底部面积为200cm2,木块重力为 N;当t=5s时,与未抽水时比较圆柱形容器对桌面压强减小了 Pa。
三、探究题(每空2分,总计26分)
27.小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作了简易密度计。取一根粗细均匀的饮料吸管,在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口。
(1)为了给密度计标上刻度,他进行了如下操作:
a.将其放入水中,竖立漂浮后,在密度计上与水面相平处标上1g/cm3;
b.将其放入密度0.9g/cm3植物油中,用同样的方法在密度计上标上0.9g/cm3;
c.接着他以两刻度线间的长度表示0.1g/cm3,将整个饮料吸管均匀标上刻度。
(2)上述密度计在工作时,密度计受到的浮力 (>/</=)密度计的重力。
(3)小明按上述操作制作好的密度计如图甲所示,你认为刻度0.9g/cm3应该在 (p/q)点.
(4)如图乙所示,若被测液体的密度为ρ液、密度计浸入被测液体的深度为h、自制密度计的质量为m,横截面积为S,用给定的字母推导出ρ液与h的关系式为ρ液= 。通过关系式可知:小明这样均匀标注刻度是 (正确/错误)的。
(5)改正后,小明测量出饮料吸管总长为14cm,密度计在水中漂浮时,露出水面的长度是10cm;放入另一种液体中漂浮时,露出液面的长度是9cm,则该液体的密度为 g/cm3。
28.小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块,两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和煤油),对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究。探究过程及有关数据如图1所示。
(1)金属块浸没在水中所受的浮力是 N。
(2)观察A、B、C、D可得出金属块受到的浮力大小与 有关。比较A、E、F可知浮力大小还与 有关。
(3)为了使实验现象更明显,在满足条件的情况下,所选金属块的体积应选 (选填“较小”或“较大”)
(4)已知容器的底面积为200cm2,则对比A、D步骤,容器对桌面的压强增大 Pa。
(5)小明接下来利用浮力测量泡沫密度(p泡沫<0.5g/cm3),小明发现所用泡沫体积较大,不能放入量筒中测量其体积,但可以放进容器中,于是他找来一个量程合适的台秤、2个小滑轮,再利用梯形容器、水和细线顺利测出了泡沫的密度。
①以下是他的操作,请帮他完善实验:
A、把小滑轮固定在容器底部,再在容器中盛上适量的水,将盛水的容器放在台秤上(如图2甲所示),读出台秤示数m1;
B、用细线拴住泡沫放入容器中,泡沫漂浮时,读出台秤示数m2;
C、将细线绕过小滑轮, ,读出台秤示数m3。
②泡沫刚浸没与其未放入时相比,容器对台秤的压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
③则所测泡沫的密度ρ泡沫= (用所测的物理量的字母和ρ水表达)
四、计算题(每题6分,总计18分)
29.[2022·温州] 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、g取10牛/千克)
30.如图甲所示,在水平桌面上放有一薄壁柱形容器,一个重力为5N,底面积为0.02m2,高为10cm的柱形玻璃杯A漂浮于水面,在A的底部连接有一个体积为4×10﹣5m3的实心金属块B。此时A、B两物体在水中处于静止状态,细线未拉直(B未与容器底部紧密接触,细线不可伸长且质量、体积忽略不计)。向容器中注水,细线拉力随时间变化的图象如图乙所示(容器足够高)。(水密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)图甲中玻璃杯A所受浮力的大小。
(2)图甲中水对玻璃杯A底部的压强大小。
(3)实心金属块B的密度。
31.如图甲所示,是小科家的“懒人花盆”。它的外面是一个储水盆,里面是一个栽培盆,栽培盆中有一圆柱体浮子能在光滑的管中自由上下运动,浮子的顶端可显示水位高低,栽培盆底的陶粒通过渗透与蒸发的原理起到吸水和透气的作用,从而为土壤提供水分。“懒人花盆”的原理图可简化成图乙。已知浮子重为0.02N,横截面积为0.5cm2.请回答下列问题:
(1)从植物细胞吸水或失水原理分析,若储水盆内所用营养液浓度过高,会导致植物细胞_________
(2)浮子在水中漂浮时,浸入水中的深度是多少
(3)当储水盆内盛有密度比水大的营养液时,营养液对漂浮的浮子底面的压强多大
2024期末冲刺之第三章 浮力专题复习(参考答案)
一、选择题
1. 【答案】C
【解析】解:由题意知,一名工艺师正在一个质地均匀的木头上进行雕刻过程中,木头的质量和体积会变小;密度是物质的一种特性,同种物质,密度相同,所以密度不变,故C正确,ABD错误。
故选:C。
2. 【答案】C
【解析】解:(1)原来天平的横梁已调平,放上装有液体的两瓶子后,此时的游码归零,横梁仍然平衡,则两个瓶子及瓶中液体的总质量相同;因为两个瓶子完全相同(两瓶子的质量相同),所以甲液体的质量等于乙液体的质量;
(2)两液体的质量相同,由图可知,甲液体的体积大一些,由ρ=可知甲液体的密度小于乙液体的密度,
综上分析可知,选项ABD错误,C正确。
故选:C。
3. 【答案】B
【解析】解:A、匀速直线运动中路程与时间成正比,图象应是过原点的直线;故A错误。
B、重力与质量成正比,图象应是过原点的直线;故B正确。
C、受力面积一定时,压强和压力成反比,故该图象不能反应压强和压力的关系;故C错误。
D、密度与质量无关,随质量的增加,密度不变,而图中密度随物体质量的增加而增大;故D错误。
故选:B。
4. 【答案】C
【解析】【考点】浮力大小的计算;密度的计算;液体的压强的计算;阿基米德原理的应用.
【分析】(1)由图像可知,当h<4cm时,弹簧测力计示数为9N不变,此时物体在空气中,根据二力平衡条件求出物体重力,当h>8cm时,弹簧测力计示数为5N不变,此时物体浸没在水中受到的浮力最大,根据称重法F浮=G﹣F′求出物体受到的最大浮力;
(2)物体刚浸没时上表面受到水的压力为零,根据浮力产生的原因F浮=F向上﹣F向下求出下表面受到水的压力;
(3)根据F浮=ρ液gV排求出物体浸没时排开水的体积即为自身的体积,根据G=mg求出物体的质量,利用ρ=求出物体的密度;
(4)根据图乙可知,物体从h=4cm时下表面与水面接触,到h=8cm时刚好浸没,忽略水面的变化可求物体的高度,根据p=ρ液gh求出物体刚浸没时下表面受到水的压强。
【解答】解:
A.由图像可知,当h<4cm时,弹簧测力计示数为9N不变,此时物体在空气中,由二力平衡条件可知,物体重力G=F=9N,
当h>8cm时,弹簧测力计示数为5N不变,此时物体浸没在水中受到的浮力最大,则物体受到的最大浮力F浮=G﹣F′=9N﹣5N=4N,故A错误;
B.物体刚浸没时上表面受到水的压力为零,由浮力产生的原因F浮=F向上﹣F向下可得,下表面受到水的压力F向上=F浮+F向下=F浮=4N,故B错误;
C.因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,所以由F浮=ρ液gV排可得,物体的体积V=V排===4×10﹣4m3,
由G=mg可得,物体的质量:m===0.9kg,则物体的密度:ρ===2.25×103kg/m3,故C正确;
D.由图乙可知,物体从h=4cm时下表面与水面接触,到h=8cm时刚好浸没,忽略水面的变化,则物体的高度H=4cm=0.04m,
物体刚浸没时下表面受到水的压强p=ρ水gH=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa,故D错误。
故选:C。
【点评】本题考查了称重法求浮力公式和液体压强公式、阿基米德原理、重力公式、密度公式的应用,从图象中获取有用的信息是关键,要注意物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等。
5. 【答案】C
【解析】【考点】空心、混合物质的密度计算.
【分析】已知三个正方体是由同种物质制成的,如果都是实心的密度都相等,密度不同的就是空心的;
设它们的边长分别为1cm,2cm,3cm.然后可求它们的体积,根据密度公式求出各自的密度进行比较即可。
【解答】解:设甲、乙、丙三个正方体它们的边长分别为1cm,2cm,3cm。
甲的体积V甲=(1cm)3=1cm3;乙的体积V乙=(2cm)3=8cm3;丙的体积V丙=(3cm)3=27cm3;
甲的密度ρ甲===3g/cm3;乙的密度ρ乙===3g/cm3;丙的密度ρ丙==≈1.3g/cm3;不相同的是丙,所以可以肯定丙是空心的。
故选:C。
6. 【答案】C
【解析】解:浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差,图中小球下部没有水,不能产生向上的压力,因而不受浮力,上部有水,产生向下的压力,故C正确。故选:C。
7. 【答案】B
【解析】B 解析:由于是同一个物体,所以两次浮力都等于重力,即F甲=F乙,根据浮沉条件可知,ρ甲=ρ物<ρ乙。故而选B
8. 【答案】D
【解析】解:A、正方体上、下表面积S=L2=(10cm)2=100cm2=1×10﹣2m2,
已知其上表面受到液体的压强p上=500Pa,下表面受到的液体压强p下=1300Pa,
由p=可得,上表面受到的压力F上=p上S=500Pa×1×10﹣2m2=5N,
下表面受到的压力F下=p下S=1300Pa×1×10﹣2m2=13N,
由浮力产生的原因可得,正方体受到的浮力F浮=F下﹣F上=13N﹣5N=8N,故A错误;
BCD、物体悬浮时排开液体的体积:V排=V=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
由F浮=ρ液gV排可得液体的密度:ρ液===0.8×103kg/m3;
物体悬浮时,ρ物=ρ液=0.8×103kg/m3,
由ρ=可得,该正方体的质量:m=ρ物V=0.8×103kg/m3×1×10﹣3m3=0.8kg,
由p=ρgh可得,正方体上表面到液面的距离:h上===0.0625m=6.25cm,
故B、C错误,D正确。
故选:D。
9. 【答案】D
【解析】【考点】物体的浮沉条件及其应用;液体压强的比较大小;阿基米德原理的应用.
【分析】(1)已知甲、乙所受浮力相等,排开液体的重力相等,排开液体的质量相等;
(2)根据两球排开的液体的体积的大小,利用阿基米德原理公式分析液体密度的大小。
【解答】解:AB.已知甲、乙两球所受的浮力相等,根据阿基米德原理可知甲、乙两球排开液体的重力相等,即G排甲=G排乙
根据G=mg得到甲、乙两球排开液体的质量相等,即m排甲=m排乙
故AB错误;
CD.根据阿基米德原理可知:ρ液甲gV排甲=ρ液乙gV排乙,由图可知,甲球排开液体的体积要大于乙球排开液体的体积,则甲球所在的液体的密度要小于乙球所在的液体的密度,两容器中液体深度相同,根据p=ρgh可知,容器B中液体对容器底部的压强大于A中液体对容器底部的压强,故D正确,C错误。
故选:D。
10.【答案】B
【解析】解:由题意可知,95号汽油零售价格每吨降低230元时95号汽油零售价格每升降低0.17元,
则降价0.17元对应汽油的质量(即1L汽油对应的质量):
m=×1000kg=kg,
1L汽油的体积:
V=1L=1×10﹣3m3,
95号汽油的密度:
ρ==≈0.74×103kg/m3。
故选:B。
11.【答案】B
【解析】【考点】物体的浮沉条件及其应用;阿基米德原理的应用.
【分析】物体处于平衡状态时受平衡力的作用,对图甲、图乙中的物体进行受力分析,根据力的平衡条件列出关系式,再比较所受浮力大小。
【解答】解:由题知,将物体A分别以如图甲、乙所示的方式放置于两个容器中,在甲、乙容器中A受到细绳的拉力均为4N,对甲图中的物体A进行受力分析,物体A受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和细线对它的拉力,根据力的平衡条件可得:G=F甲+F拉,则F甲=G﹣F拉=G﹣4N﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
对乙图中的物体A进行受力分析,物体A受到竖直向下的重力和细线对它的拉力、竖直向上的浮力,
根据力的平衡条件可得:F乙=G+F拉=G+4N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由①②可得:F甲<F乙,故B正确,ACD错误。
故选:B。
12.【答案】D
【解析】解:设烧杯的质量为m杯,液体的密度为ρ,读图可知,
当液体体积为V1=20cm3时,液体和杯的总质量m总1=m1+m杯=40g,
由ρ=可得m=ρV,可得:ρ×20cm3+m杯=40g……①,
当液体体积为V2=80cm3时,液体和杯的总质量m总2=m2+m杯=100g,
可得:ρ×80cm3+m杯=100g……②,
联立①②可得:ρ=1g/cm3=1.0×103kg/m3,m杯=20g,故D正确。
故选:D。
13.【答案】B
【解析】【考点】力与运动的关系.
【分析】将气球和铁块作为整体进行研究,轻轻向上拉一下气球,所处的深度减小,根据液体压强公式p=ρgh知,气球受到的压强减小,气球的体积增大,排开水的体积增大,据此分析气球和铁块排开水的总体积的变化,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排分析气球和铁块受到的总的浮力的变化,最后根据物体的浮沉条件分析判断气球和铁块的运动情况。
【解答】解:将气球和铁块作为整体进行研究,原来金属块和小气球悬浮在水中,F浮=G;
用手轻轻向上拉一下气球,所处的深度减小,由公式p=ρgh知,小气球受到水的压强减小,气球的体积变大,所以气球排开水的体积增大,而铁块排开水的体积不变,故气球和体块排开水的总体积增大,由公式F浮=ρ液gV排知,气球和铁块受到的总的浮力增大,而气球和铁块的总重力不变,使二者所受的总浮力大于总重力,故气球和铁块的运动情况是向上加速运动。
故选:B。
【点评】此题将铁块和小气球连接在一起,使其悬浮在水中,解析时应把两者看成一个整体加以分析;同时还要注意气球的特点(体积可变)。
14.【答案】B
【解析】【解答】解:由题意可知,冰洞的深度等于冰层的厚度,即h冰=250m,
冰层漂浮在海水上,设冰层浸入海水的深度为h1,如图所示(由于冰面很大,实际上看不到海水表面):
因为冰层漂浮在海水上,所以冰层所受的浮力等于冰层的重力,则F浮=G冰,
由阿基米德原理和重力公式可得:ρ海水gV排=m冰g=ρ冰gV冰,
设冰层表面积为S,则可得:ρ海水gSh1=ρ冰gSh冰,整理可得:ρ海水h1=ρ冰h冰,
所以==﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
把h冰=250m代入①解得:h1≈218m,由于钻穿洞后,海水会从洞中涌上来,则绳子的长度至少为:
L=h冰﹣h1=250m﹣218m=32m。故选:B。
15.【答案】
【解析】【解答】
【方法一】从受力分析的角度可知,在绳子剪断之前,球的重力与浮力和绳子的拉力平衡,而这两个力,通过水和支架被传递到台秤上;绳子剪断后,球只受到浮力,而浮力小于重力,所以传递到台秤上的力减小,故而在球下落到杯底之前,台秤示数变小
【方法二】由题意“今剪断悬线,在球下落﹣﹣﹣”可知球的密度大于水的密度;以容器和小球组成的整体研究对象,将细线割断,在小球下沉的过程中小球加速下降,加速度方向向下,存在失重现象,而小球下降留下的空位由水来填充,所以相当于一个与小球同样大小的水球向上加速运动,存在超重现象,由于同样体积的小球质量大于水球的质量,所以整体存在失重现象,台秤的示数小于系统总重力,台秤的示数减小。故B正确。故选:B。
16.【答案】B
解:因为木块漂浮,所以浮力与重力相等,则F浮=G木 ρ水gV排=ρ木gV木 =
因为木块密度和水的密度不变,因此木块淹没的体积与木块体积的比值不变;当将木块虚线以下的部分截去后,木块淹没的体积与此时木块体积的比值变小,要使比值不变,应增大比值,即增大排开液体的体积,故剩下的木块会下沉一些;由于木块的总体积减小,因此淹没的体积也将减小,则水面也将下降。
由于木块的底面积小于容器的底面积,且木块下降时水面也会适当升高,所以可知木块下降的高度大。
【简要说明】下图中,两红线间的距离为水面下降的高度,两蓝线间的距离为木块下降的高度;
设水面下降的高度为Δh水,木块下降的高度Δh木,容易得知木块两次露出水面的高度h露>h露′,即h露﹣h露′>0;则由图知,Δh木=h露+Δh水﹣h露′>Δh水,即木块下降的高度较大。
故选:B。
17.【答案】C
【解析】解:
A、手往下按易拉罐时,手对易拉罐的压力、易拉罐的重力以及易拉罐受到的浮力三力平衡,即:G+F压=F浮,在重力不变时,根据F浮=ρ液gV排可知,易拉罐浸入水中的体积逐渐增大时,易拉罐受到的浮力逐渐增大,所以手对易拉罐的压力逐渐增大,故A正确;
B、把易拉罐缓缓按入装满水的烧杯中时,水会溢出,但烧杯中水的深度不变,根据p=ρgh可知,水对烧杯底部的压强保持不变,故B正确
C、物体间力的作用是相互的,易拉罐对水的压力与水对易拉罐的浮力相互作用,大小相等,此时烧杯底部对秤盘的压力为F=G杯+G水+F浮﹣G排,由阿基米德原理可知:F浮=G排,因此烧杯底部对秤盘的压力不变;
根据p=可知,在受力面积一定时,烧杯底对秤盘的压强不变,故C错误;
D、将易拉罐缓缓按入水中时,易拉罐受到的浮力变大,而溢出的水仍留在托盘秤中,此时盘秤的示数F示=G杯+G水+F浮,由此可知托盘秤的示数逐渐增大,故D正确。
故选:C。
18.【答案】B
【解析】【解答】解:A、铁块甲放在木块乙上,只有乙受到的浮力,等于它们的总重力;
放入水中静止后(甲不触底),铁块甲和木块乙整体上受到的浮力是甲受到的浮力与乙受到的浮力之和等于它们的总重力;所以木块受的浮力F减小,故A错误;
B和C、由于受到的浮力相等,根据阿基米德原理知道它们排开水的体积相同,则水面距容器底部的高度不变,故C错误。根据p=ρgh可知:水对容器底部的压强不变,故B正确;
D、铁块甲由于始终处于静止状态,受平衡力的作用,则合力为零,故D错误。
故选:B。
19.【答案】B
【解析】解:(1)由图可知,构件在浸入水中的过程是排开的水的体积变大,根据F浮=ρ液gV排知浮力逐渐变大;当构件浸没后排开水的体积不变,所以浮力不变,因此浮力F1随h变化的图线是图乙中的②;故A错误;
(2)从乙图中可以看出,当构件完全浸没时受到的浮力小于1.2×105 N;故C错误;
(3)从乙图中可以看出,构件刚好完全浸没时,h=2m即其边长为:a=h=2m,
此时构件排开水的体积为:V排=V=a3=(2m)3=8m3,拉力F2=1.2×105 N;则有:F浮=G﹣F2,
即:ρ水gV排=ρgV﹣F2,由此可得:1×103kg/m3×10N/kg×8m3=ρ×10N/kg×8m3﹣1.2×105 N
解得:ρ=2.5×103kg/m3,故B正确;
(4)由ρ=可得构件的质量为:m=ρV=2.5×103kg/m3×8m3=2×104kg,
构件的重力为:G=mg=2×104kg×10N/kg=2×105N;故D错误。
故选:B。
20.【答案】A
【解析】A 解析:
二、填空题
21.【答案】自身重力;不变;变大
【解析】解:(1)潜水器的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的;
(2)潜水器在没入水面下继续下潜过程中,ρ液和V排均不变,根据F浮=ρ液gV排可知,它受到的浮力不变。
(3)潜水器在下潜的过程中,所处深度h变大,由p=ρgh可知,潜水器受到水的压强变大;
故答案为:自身重力;不变;变大。
22.【答案】6.5×108;不变
【解析】解:(1)航母满载时受到的浮力:
F浮=G排=m排g=6.5×104×103kg×10N/kg=6.5×108N;
(2)不计航母质量的变化,航母重力不变,当航母从海水密度较小的港口驶达密度较大的远海时,始终处于漂浮状态,浮力等于重力,所以航母所受到的浮力不变。
故答案为:6.5×108;不变。
23.【答案】(1)液体的密度;当排开液体体积相同时,液体密度越大,物体所受浮力越大;
(2)错误;乙图中物体碰到容器底部,物体受到容器对它的支持力;
(3)0.5;1.2×103。
【解析】解:(1)甲丙两图排开液体的体积相同,液体的密度改变,是探究浮力与液体密度的关系;
由甲丙两图知,物体浸没在水中时测力计的示数大于浸没在盐水中时的示数,说明物体在盐水中受到的浮力大,由此可知,当排开液体体积相同时,液体密度越大,物体所受浮力越大;
(2)探究浮力的大小与浸没深度的关系,应该控制排开液体的体积和液体的密度不变,改变物体浸没的深度,选择图甲和乙,比较F1和F2的大小,得出结论,但是乙图中物体碰到容器底部,物体受到容器对它的支持力,使得测力计的读数变小,得出了错误结论;
(3)量筒中排开水的体积:V排=50cm3=50×10﹣6m3,
物体浸没在水中时所受浮力为:
F浮=G排=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×50×10﹣6m3=0.5N,
物体的重力:G=F浮+F拉=0.5N+1.5N=2N,
物体在盐水中受到的浮力:F浮′=G﹣F拉′=2N﹣1.4N=0.6N,
由F浮=ρ盐水gV排得,盐水的密度:
ρ盐水===1.2×103kg/m3。
故答案为:(1)液体的密度;当排开液体体积相同时,液体密度越大,物体所受浮力越大;
(2)错误;乙图中物体碰到容器底部,物体受到容器对它的支持力;
(3)0.5;1.2×103。
24.【答案】变小;4×10﹣3;3;大于;Ⅲ
【解析】解:(1)某次抢救病人用去瓶内氧气的,所含氧气减少,则瓶内氧气的质量将变小,
氧气瓶内原有氧气的质量为:m氧=ρ氧V瓶=6kg/m3×0.5m3=3kg,
用去之后剩余的氧气质量为:,
由于剩余的氧气仍然会充满整个氧气瓶,故剩余的氧气体积还是等于氧气瓶的容积,
则剩余氧气的密度为:==4×10﹣3g/cm3;
(2)由图像可知当甲的质量为m甲=6g时,V甲=4cm3,
则甲的密度为:,
则2cm3的甲液体质量为:,
同理由图像可知m乙=6g时,V乙=6cm3,则乙液体的密度为:,
所以
(3)已知酒精的密度为0.8g/cm3,所以,
因此如果将液体换成酒精,则它的质量与体积关系图象应在Ⅲ区。
故答案为:变小;4×10﹣3;3;大于;Ⅲ。
25.【答案】(1)变小 (2)A
【解析】(1)变小 (2)A
26.【答案】5;250。
【解析】【分析】(1)根据木块的边长可求体积,已知密度,然后可求质量,利用G=mg可求木块重力;
(2)t=0s时,木块完全浸没,结合图象数据得出细绳对木块的拉力,根据F浮=G+F拉求出木块受到的浮力;
t=5s时,细绳的拉力为零,木块恰好漂浮,根据漂浮条件得出木块排开水的体积,从而求得木块露出水面的体积,根据V=Sh求得水面下降的高度和排出水的体积;
根据G=mg=ρVg求得排出水的重力,即圆柱形容器对水平桌面的压力减小量,根据Δp=计算容器对桌面的压强减小量。
【解答】解:(1)木块体积为:V=(0.1m)3=1×10﹣3m3,
由ρ=可得,木块的质量为:m=ρ木V=0.5×103kg/m3×1×10﹣3m3=0.5kg,
木块的重力为:G=mg=0.5kg×10N/kg=5N,
(2)当t=0s时,A与液面的上表面相平,处于静止状态,此时A受到重力、绳子的拉力及液体对它的浮力的作用,
根据力的平衡条件可得,此时木块受到的浮力为:F浮=G+F拉=5N+5N=10N,大于木块的重力,所以t=5s时,细绳的拉力为零,木块恰好漂浮,
木块此时受到的浮力为:F浮′=G,即:ρ水gV排=ρ木gV
木块此时排开水的体积为:V排===5×10﹣4m3,
木块露出水面的体积为:V露=V﹣V排=1×10﹣3m3﹣5×10﹣4m3=5×10﹣4m3,
木块露出水面的高度,即水面下降的高度为:Δh===0.05m,
排出水的体积为:V排出=(S容﹣S木)Δh=(200﹣10×10)×10﹣4m2×0.05m=5×10﹣4m3,
排出水的重力为:G排出=m排出g=ρ水V排出g=1.0×103kg/m3×5×10﹣4m3×10N/kg=5N,
由于圆柱形容器对水平桌面的压力等于圆柱形容器的总重力,所以与未排出水时相比,圆柱形容器对水平桌面的压力减小量为:ΔF=G排出=5N,
容器对桌面的压强减小量为:Δp===250Pa。
故答案为:5;250。
【点评】此题考查了有关浮力的计算,涉及到了密度、重力公式的应用,解决此题的关键是能从图象中得出有关信息,结合力的平衡条件进行作答,是一道难度较大的题目。
三、探究题
27.【答案】(2)=;(3)p; (4)ρ液=;错误;(5)0.8×103
【解析】解:(2)密度计在工作时是漂浮在液体中的,密度计受到的浮力等于密度计的重力;
(3)因为植物油的密度小于水的密度,浸在水中的体积小于浸在植物油中的体积,V排水<V排油,所以密度计放在植物油中,液面的位置在水密度值刻度线的上方,即刻度0.9应该在p点;
(4)密度计漂浮,受到的浮力等于自身的重力;因为V=Sh,F浮=G物,根据阿基米德原理可知:ρ液gV排=ρ液gSh=G物=mg;
则液体的密度为:ρ液=;
密度计处于漂浮状态时浸没的深度与液体密度成反比,所以密度计刻度不均匀,即小明这样均匀标示刻度不对;
(5)吸管露出水面的长度是10cm,则浸入水中的深度h水=14cm﹣10cm=4cm,
将该密度计放入某液体中,吸管浸入液体的深度h液=14cm﹣9cm=5cm,
因为密度计不管是在水中还是在液体中,都是漂浮状态,
所以,F浮水=F浮液=G,
由F浮=ρgV排可得:
ρ水gSh水=ρ液gSh液,即1.0×103kg/m3×g×S×0.04m=ρ液×g×S×0.05m,
解得:ρ液=0.8×103kg/m3。
故答案为:(2)=;(3)p; (4)ρ液=;错误;(5)0.8×103。
28.【答案】故答案为:(1)4。(2)排开液体的体积;液体的密度。(3)较大。(4)200。(5)①C.拉动细线使泡沫浸没在水中;②变小;③。
【解析】【解答】解:(1)由图1A可知,金属块的重力G=10N;由图1D可知,金属块浸没时弹簧测力计的示数F拉=6N,则金属块浸没在水中所受的浮力为F浮=G﹣F拉=10N﹣6N=4N。
(2)图B、C、D中,金属块均浸入了水中,但是排开水的体积不同,由弹簧测力计的示数不同可知三种情况中金属块受到的浮力不同,据此可得出结论:金属块受到的浮力大小与排开液体的体积有关。图E、F中,金属块排开液体的体积相同,液体的密度不同,由弹簧测力计的示数不同可知这两种情况中金属块受到的浮力不同,据此可得出结论:金属块受到的浮力大小与液体的密度有关。
(3)由以上分析可知,影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积。选用体积较大的金属块时,水面的变化情况更为明显,所以在满足条件的情况下,应选较大体积的金属块。
(4)容器底的压强为S=200cm2=0.02m2。由力的作用是相互的可推得,在柱状容器中,金属块浸入液体后所受的浮力=容器底所受压力增加量=容器对水平面压力的增大量。已知F浮=4N,则对桌面的压力增加量ΔF=4N,则容器对桌面的压强增加量为Δp===200Pa。
(5)①A.当泡沫未放入水中时,容器对台秤的压力F压1=m1g。
B.当泡沫漂浮时,容器对台秤的压力=泡沫重+容器及水重,即F压2=m2g=m泡沫g+m1g,则泡沫的质量为m泡沫=m2﹣m1。
C.由公式p=可得,还需要求得泡沫的体积才可以求得其密度。所以我们应将泡沫完全浸入水中,然后利用阿基米德原理求得泡沫的体积。
②当泡沫完全浸没在水中时,容器对台秤的压力=泡沫重+容器及水重﹣拉力,即F压3=m3g=m泡沫g+m1g﹣F拉。
由二力平衡条件可知,泡沫浸没时的受力情况为:F浮=G泡沫+F拉。
由p泡沫<0.5g/cm3可得,泡沫漂浮时浸入水中的体积小于其体积的一半,则可推得:F拉>G泡沫=m泡沫g。由此比较F压1与F压3可得,F压1>F压3。
③由压2=m2g=m泡沫g+m1g可得,F压3=m3g=m泡沫g+m1g﹣F拉=m2g﹣F拉,则F拉=(m2﹣m3)g。
泡沫浸没时所受的浮力为F浮= 水gV泡沫,则有p水gV泡沫=G泡沫+F拉=(m2﹣m1)g+(m2﹣m3)g=(2m2﹣m1﹣m3)g。求得V泡沫=。
则泡沫的密度为p泡沫===。
故答案为:(1)4。(2)排开液体的体积;液体的密度。(3)较大。(4)200。(5)①C.拉动细线使泡沫浸没在水中;②变小;③。
四、计算题
29.【答案】 (1)解:由v=得,t===240秒
答:水从水管起始端流到终端最多要240秒。
(2)解:该浮筒处于漂浮状态时,F浮=G物=mg=0.02千克×10牛/千克=0.2牛,由F浮=ρ液gV排,得V排===2×10-5米3
答:排气阀排气时浮筒浸在水中的体积为2×10-5米3。
【解析】[命题考向: 考查速度的计算、物体的浮沉条件及其应用、阿基米德原理的应用。解析:(1)已知水管总长和水流速度,根据t=可求出水从水管起始端流到终端所需时间。(2)由图可知,排气阀排气时浮筒处于漂浮状态,据此求出此时浮筒所受的浮力,根据阿基米德原理求出排气阀排气时浮筒浸在水中的体积。]
【答案】 (1)解:由v=得,t===240秒
答:水从水管起始端流到终端最多要240秒。
(2)解:该浮筒处于漂浮状态时,F浮=G物=mg=0.02千克×10牛/千克=0.2牛,由F浮=ρ液gV排,得V排===2×10-5米3
答:排气阀排气时浮筒浸在水中的体积为2×10-5米3。
30.【答案】(1)图甲中玻璃杯A所受浮力的大小为5N。
(2)图甲中水对玻璃杯A底部的压强大小250Pa。
(3)实心金属块B的密度为6×103kg/m3。
【解析】解:
(1)由题意可知,甲中玻璃杯A处于漂浮状态,其受到的浮力和自身的重力相等,
所以,玻璃杯A受到的浮力:F浮=GA=5N;
(2)玻璃杯A漂浮,根据浮力产生的原因可知,水对玻璃杯A底部的压力F=F浮=5N,
则玻璃杯A底部受到水的压强:p===250Pa;
(3)由图乙可知当金属块B被提起时绳子的拉力F=2N,
金属块B浸没在水中排开水的体积:VB排=VB=4×10﹣5m3,
则金属块B受到浮力:FB浮=ρ水gVB排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10﹣5m3=0.4N;
因金属块B受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力和拉力,且金属块受平衡力,
所以金属块B的重力:GB=FB浮+F=0.4N+2N=2.4N,
由G=mg可知,金属块B的质量:m===0.24kg,
则金属块B的密度:ρB===6×103kg/m3。
答:(1)图甲中玻璃杯A所受浮力的大小为5N。
(2)图甲中水对玻璃杯A底部的压强大小250Pa。
(3)实心金属块B的密度为6×103kg/m3。
31.【答案】 ( 1)失水;
(2)浮子在水中漂浮时,浸入水中的深度是0.04m。
( 3)当储水盆内盛有密度比水大的营养液时,营养液对漂浮的浮子底面的压强是400Pa。
【解析】
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