浙教版科学中考复习优中选优-物理-第19节-浮力
一、单选题
1.(2023八上·杭州期中)水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体,将两个不同材料制成的正方体A,B(VAA.甲液体密度大于乙液体的密度
B.甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强
C.甲液体对B下表面的压强等于乙液体对A下表面的压强
D.装甲液体的容器对水平桌面的压力小于装乙液体的容器对水平桌面的压力
2.有甲、乙两支刻度磨损的密度计,将它们放入水中,恰好甲磨损的部分都在水面以下,乙磨损的部分都在水面以上。现要测量某医用酒精的具体密度,可选的密度计是( )
A.甲 B.乙
C.甲和乙都可以 D.甲和乙都不可以
3.如图,体积相同的两个物体A、B用不可伸长的细线系住,放入水中后,A刚好完全浸没入水中,细线被拉直。已知A重6N,B受到的浮力为8N,A、B密度之比为3:5,以下说法中不正确的是( )
A.B受到的重力为10N B.细线对A的拉力为1N
C.A的密度为 D.B对容器底部的压力为零
4.(2020七下·海宁月考)早在1685年,意大利科学家波雷里正式提出了:“鱼用改变鳔中气体多少来控制自身在水中自由沉浮”的论断。这一论断一直被普遍认可。2008年下半年,上海的5名中学生在向明中学黄曾新老师的指导下,通过大量观察和实验,推翻了鱼鳔功能的传统说法。研究中他们收集了大量事实依据。下列各种事实依据对传统观点支持的是( )
A.实验观察发现:几乎没有一条鱼在向下游时先用嘴向外吐气
B.生活经验:我们经常可以看到鱼在水中吐出的泡泡冒出水面
C.解剖取出的鱼鳔没有出气孔,用手压不会瘪,也没有气管通入鱼口中
D.鲨鱼没有鳔,但它也能自由沉浮
5.(2023·舟山模拟)定性分析和定量研究是科学研究的两种不同的方法,定性是为了确定研究对象是否具有某种性质或确定引起某一现象变化原因、变化过程的研究,下列不属于定性研究的是( )
A.阿基米德实验中浮力与排开液体重力的关系
B.探究影响物质溶解性的因素
C.马德堡半球实验
D.气体压强与流速的关系
6.(2023八上·长兴月考)如图所示,放在水平桌面上的三个完全相同的容器内,装有适量的水,将A、B、C三个体积相同的正方体分别放入容器内,待正方体静止后,三个容器内水面高度相同。下列说法中正确的是( )
A.容器对桌面的压力大小关系为F甲=F乙=F丙
B.容器底部受到水的压强大小关系为p甲>p乙>p丙
C.物体受到的浮力大小关系为FA>FB>FC
D.三个物体的密度大小关系是ρA>ρB>ρC
7.(2022八上·兰溪期中)如图是探究浮力的大小跟哪些因素有关时的情景,图甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0牛、2.8牛和2.5牛。若盐水的密度为1.2×103千克/米3,则下列结论正确的是( )
A.图丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5牛
B.物体A的密度为3.2×103千克/米3
C.图丁中,容器底部受到的压力为0.3牛
D.图乙中,物体A受到的拉力为3牛
8.(2018八上·衢州期中)在温度 60℃时,一只盛有不饱和蔗糖水的水槽中放着一只乒乓球,乒乓球处于漂浮状态。而后,温度降低到 20℃,乒乓球仍处于漂浮状态。其中一定没有发生变化的是( )
A.乒乓球所受到的浮力 B.乒乓球露出液面的体积
C.蔗糖的溶解度 D.溶液质量分数
9.(2023八上·浙江期中)小明在洗碗时发现,同一只碗既可以漂浮在水面上,也可以沉入水底(如图所示)。对此下列说法正确的是( )
A.碗漂浮时所受的浮力大于它所受的重力
B.碗漂浮时所受的浮力小于它排开的水所受的重力
C.碗沉底时所受的浮力小于漂浮时所受的浮力
D.碗沉底时排开水的体积等于它漂浮时排开水的体积
10.(2023八上·浙江期中)用细线将两个半径相同的实心小球A和B连接在一起,放入水中,静止后的状态如图所示(线处于紧绷状态)。下列判断正确的是( )
A.F浮A=GA B.F浮A=F浮B C.GA>GB D.ρA>ρ水
11.(2021八上·绍兴期中)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,静止时的状态如图所示。甲杯中溢出的液体质量是40g,乙杯中溢出的液体质量是50g,若甲杯中的液体是水,则小球的质量和体积分别为( )
A.40g 40cm3 B.40g 50cm3 C.50g 40cm3 D.50g 50cm3
12.(2021·海曙模拟)如图甲所示的力学装置,杠杆OAB始终在水平位置保持平衡,O为杠杆的支点,OB=20A,竖直细杆a的上端通过力传感器相连在天花板上,下端连接杠杆的A点,竖直细杆b的两端分别与杠杆的B点和物体M固定,水箱的质量为0.8kg,底面积为200cm2,不计杠杆、细杆及连接处的重力,力传感器可以显示出细杆a的上端受到作用力的大小,图乙是力传感器的示数大小随水箱中水的质量变化的图像,则( )
A.物体M的密度为0.6×103kg/m3
B.当传感器示数为0N时,加水质量为1.4kg
C.当加水质量为1.8kg时,容器对桌面的压强为
D.加水质量为2kg时,水对水箱底部的压力为31N
13.(华师大版初中科学八年级上学期 3.4 物体浮沉条件及其应用(第2课时))如图所示,将甲、乙两个容器放在水平桌面上,甲、乙两容器的底面积分别为S甲和S乙。甲容器中盛有密度为ρ1的液体,乙容器中盛有密度为ρ2的液体。现将体积相等的A、B两个物体分别放入甲、乙两容器后,物体A悬浮,物体B漂浮且有一半体积露出液面,此时两容器液面相平。液体对甲容器底部的压强为p1,压力为F1;液体对乙容器底部的压强为p2,压力为F2。已知物体A与物体B的密度之比为2∶3,S乙=3S甲。则下列判断正确的是( )
A.p1=p2,9F1=F2 B.p1<p2,9F1=F2
C.p1=p2,6F1=F2 D.p1<p2,6F1=F2
14.(2021八上·绍兴期中)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木块=0.6×103kg/m3,木块体积为V,不计弹簧所受浮力,则下列说法正确的是 ( )
A.CD段弹簧被压缩
B.C点与E点的纵坐标c、e的绝对值之比为2:3
C.C点弹簧处于原长
D.D点的横坐标d值为0.3V0
二、填空题
15.如图所示,一个小船中放有 A、B、C三个小球,小船和球一起漂浮在水面上,其中 A 球密度小于水,B 球密度等于水,C 球密度大于水,小船可以自由漂浮在水面上。
(1)只将 A 球放入水中,则A 球 (填浮沉状况,下同),液面 (选填“上升”“下降”或“不变”,下同)。
(2)只将 B 球放入水中,则 B 球 ,液面 。
(3)只将 C 球放入水中,则C球 ,液面 。
(4)若将A、B、C三球同时从船中取出放入水中,则液面 。
16. 将冰块投入某足量液体中:
(1)冰块放在水中,漂浮,熔化后,液面 ;
(2)冰块放在盐水中,漂浮,熔化后,液面 ;
(3)冰块放在煤油(或酒精)中,沉底,熔化后,液面 。
17.(2023八上·杭州期末)三个相同的轻质弹簧,一端固定在容器底部,另一端分别与三个体积相同的实心球相连。向容器内倒入某种液体直到将三个球均完全浸没。待液体和球都静止后,观察到如图所示的情况,乙球的弹簧长度恰好等于它没受到力时的长度(即弹簧原长)。
(1)三个球受到的浮力F甲、F乙、F丙的大小关系是 。
(2)三个球中密度最大的是 球。
(3)如果地心引力减半,则三个球中会向上运动的是 球。
18.(2020·绍兴)小敏将质量为20克,体积为25厘米3的塑料块放入水平平衡的容器右端下降。撒去塑料块,往容器内缓慢倒入一定量的水,使容器再次水平平衡(图乙),将该塑料块轻轻放入图丙所示位置,放手后容器最终将 (选填“左低右高”、“左高右低”或“水平平衡”)。此时,塑料块所受浮力为 牛。
三、实验探究题
19.(2023九上·浙江模拟)在“科学学具制作”选修课上,小明依据如图甲的双探头压强计,设计了如图乙的创新装置,并用这两个装置进行了如下探究:
(1)小明利用甲装置探究液体压强时发现,保持探头C和D在水中的深度位置不变时,U形管A内的液面高度差保持不变,但U形管B内的面高度差却在缓变小,则出现缓慢变小的原因可能是 。
(2)解决甲装置的上述问后,上下移动金属支架,发现始终大于,说明 。
(3)利用乙装置可以探究力产生的原因。若浮筒(包括玻璃圆筒及橡皮膜)完全浸没在水中后,让浮筒继续下降,浮筒受到的浮力将 。
20.(2022八上·临海期末)某兴趣小组利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶、铁架台等器材验证阿基米德原理(细线的质量和体积均忽略不计)。
(1)某同学发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样会使溢出水的重力 (填“偏大”、“偏小”或”无影响”)。
(2)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示。甲、乙两图中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4,当它们满足关系式 时,可以验证阿基米德原理。
(3)继续实验,将物块浸没在装满酒精(ρ酒精<ρ水)的溢水杯中,如图丙所示,发现F5 F3(填”大于”、“小于”或”等于”),说明物块受到的浮力大小与液体的密度有关。
(4)请计算实验所用物块的密度为 千克/米3。
四、解答题
21.(2023八上·萧山月考)在干净的塑料杯中倒入雪碧后,饮料中不断地产生一个个小气泡。将几粒葡萄干加入饮料中,葡萄干沉入杯底,不久,有些葡萄干吸附了小气泡上升,上升到液面后,又下沉到杯底,如此反复像“跳舞”一样。请用所学知识解释这一现象。
22.创新科技小组用轻质杆设计制作了测量液体密度的工具——密度秤。其中经防腐处理的合金块重8N,体积100cm ,秤砣重2N,秤纽处O到A端长10cm。测量时手提着秤纽将密度秤的合金块浸没在待测液体中(不接触容器),调节秤砣位置使秤杆水平平衡,秤砣悬挂处的刻度值为被测液体密度。请解答下列问题(g=10N/kg):
(1)在底面积为100cm 的烧杯内装入20cm深的待测液体,测量情况如图,测得OC长34cm。求秤杆A端受到绳子的拉力大小;
(2)C点刻度表示的待测液体密度多大
(3)以上过程中合金块放入前后,待测液体对烧杯底部压强变化多少
23.将一密度比水小的木块,系好绳子后放入甲图容器中,并把绳子的另一端固定在容器底部的中央,然后沿器壁缓慢匀速倒入水(忽略其他因素影响),容器中水与木块位置变化如乙图.请你在丙图中画出木块从加水到浸没后的过程中浮力随时间的变化情况图,并说出各段变化的理由。(温馨提示:t1时木块恰好离开杯底,t2时绳子刚好拉直,t3时木块刚好充全浸没。
24.(2020九上·镇海月考)如图甲所示,正方体A边长0.2m,作为配重使用,杠杆OE:OF=2:3,某同学用这个装置和一个密闭容器D提取水中的圆柱体B, 圆柱体B的体积是密闭容器D的1/3;旁边浮体C的体积是0.1m3,该同学站在浮体C上,总体积的3/5浸入水中;该同学用力拉动滑轮组绕绳自由端,手拉绳的功率P和密闭容器D匀速被提升的距离关系如图乙所示;密闭容器D上升速度0.05m/s保持不变,密闭容器D被提出水后,圆柱体B从密闭容器D中取出放在浮体C的上面,同时手松开绳子时,浮体C露出水面的体积减少总体积的7/25;在提升全过程中,配重A始终没有离开地面。两个定滑轮总重10 N.(绳的重力,滑轮与轴的摩擦及水的阻力不计。g=10N/kg),求:
(1)圆柱体B的重力;
(2)密闭容器D离开水面时,滑轮组提升重物B的机械效率;(百分号前面保留一位小数);
(3)圆柱体B的密度;
(4)在提升全过程中配重A对地面的压强的最大变化量。
五、综合说理题
25.(2020九上·温州开学考)如图甲所示是一种自动浮沉的装置。其制作过程如下:
①将新鲜的植物枝条插入装有湿润泥沙的烧瓶中,并放入一支盛有适量二氧化碳缓冲液的试管;
②烧瓶口紧包一个可伸缩的气球,调节泥沙的质量,使烧瓶悬浮在装有水的容器中;
③将装置置于实验室中,白天用1千勒克斯以上的光源持续照射,晚上使装置处于黑暗中。
资料1:二氧化碳缓冲液能调节烧瓶内二氧化碳气体的浓度,并使其基本保持不变。
资料2:烧瓶中植物对二氧化碳的吸收量和光照强度的关系如乙所示。
根据上述信息,请你对自动浮沉装置白天和夜晚的浮沉状况做出判断,并结合所学知识予以解释。
答案解析部分
1.【答案】D
【知识点】密度公式的应用;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用;液体压强计算公式的应用
【解析】【分析】A.将两个物体看做一个整体,根据漂浮条件比较受到浮力大小,再根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较液体密度大小;
B.根据液体压强公式p=ρ液gh比较杯底受到压强大小;
C.首先根据浮力产生的原因F浮力=F向上-F向下比较下表面受到压力大小,再根据比较下表面受到液体压强大小;
D.根据图片比较液体体积大小,根据G=ρVg比较液体重力大小,最后根据F=G杯+GA+GB+G液比较容器对桌面压强大小。
【解答】A.把A、B两物体作为一个整体,它们在两液体中都处于漂浮状态,
根据漂浮条件得到:F浮=GA+GB,则它们在两液体中受到的浮力相等;
根据图片可知,排开液体的体积V排甲>V排乙;
因根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体密度ρ甲<ρ乙,故A错误;
B.根据图片可知,两液体的深度h相同,且ρ甲<ρ乙,由液体压强公式p=ρ液gh可知,甲液体对杯底的压强小于乙液体对杯底的压强,故B错误;
C.两个物体受到的浮力相等,且两物体上表面没有受到液体的压力,
由浮力产生的原因F浮力=F向上-F向下可知,甲液体中B物体与乙液体中A物体的下表面受到的液体压力相等,
而B的底面积更大,由可知,甲液体对B下表面的压强小于乙液体对A下表面的压强,故C错误;
D.两烧杯中液面恰好相平且烧杯相同,则液体与物块排开液体的体积之和相同,但V排甲>V排乙,所以甲液体的体积较小。因为ρ甲<ρ乙,则根据G液=m液g=ρ液gV液可知,甲液体的重力较小。
根据烧杯对水平桌面的压力F=G杯+GA+GB+G液可知,因甲液体的重力较小,所以装甲液体的烧杯对水平桌面的压力较小,故D正确。
故选D。
2.【答案】A
【知识点】浮力的变化
【解析】【分析】知道密度计的原理,和它的刻度规律。
【解答】密度计的原理是G=F浮 =,液体密度越大,浸没的体积越小,故密度计的刻度特点是上小下大。因为水的密度大于医用酒精的密度,甲磨损的部分在下部,此区域大于水的密度,故不影响医用酒精测量。乙磨损的部分在上部,此区域小于水的密度,影响医用酒精密度测量。BCD错误,A正确。
故答案为:A。
3.【答案】B
【知识点】浮力大小的计算
【解析】【分析】关键在与对A、B正确的受力分析。
【解答】A.由题知,A、B的密度之比=3:5,V A:VB=1:1,所以A、B的重力之比GA:GB=,已知GA=6N,所以GB=10N。A正确。
B.已知A、B的体积相同,都浸没在水中,则A、B排开水的体积相等,根据阿基米德原理可得A受到的浮力F浮A=F浮B=8N,A在重力、拉力和浮力的共同作用下刚好完全浸没入水中,细线被拉直,根据力的合成可得细线对A的拉力为F拉A=F浮A-GA=8N-6N=2N。B错误。
C.,。C正确。
D.根据力的作用的相互性可得,细线对B的拉力F拉B=F拉A=2N,方向竖直向上,则B对容器底部的压力:F压 = GB - F浮B - F拉B = 10N - 8N- 2N = ON。D正确。
故答案为:B。
4.【答案】B
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】根据鱼类在水中的浮沉方法分析判断。
【解答】 鱼本身的重力几乎不变,它们通过改变鳔中气体的多少从而改变自身体积,进而改变受到浮力的大小,来控制自身在水中自由沉浮,因此我们经常看到鱼在水中吐出的泡泡冒出水面。鱼在下沉时吐出泡泡,减小体积,从而减小浮力;鱼鳔上有气管通过鱼的口中,从而实现吸气或排气,故B符合题意,而A、C、D不合题意。
故选B。
5.【答案】A
【知识点】流体压强与流速的关系;阿基米德原理;大气压强的存在;影响溶解快慢的因素
【解析】【分析】根据对各个选项中实验结论的认识判断。
【解答】A.根据阿基米德原理F浮=G排可知,物体受到的浮力等于排开液体的重力,得到定量的结论,故A符合题意;
B.探究影响物质溶解性的因素时,没有得到定量的结论,属于定性研究,故B不合题意;
C.马德堡半球实验证明大气压强的存在,并没有准确测量大气压强的值,属于定性研究,故C不合题意;
D.流体流速越大压强越小,但是没有明确速度增大多少压强减小多少,属于定性研究,故D不合题意。
故选A。
6.【答案】A
【知识点】压强大小比较;浮力大小的计算
【解析】【分析】考查物体浮沉条件和液体压强的影响因素,以及浮力计算相关内容,三个物体都是漂浮,浮力等于重力。
【解答】A.液体压强与液体的密度和深度有关,甲乙丙三图中水深度相同,所以压强相同,同时底面积一样,对容器的压力相同,容器质量相同,所以整个容器对桌面压力相同,所以A正确;
B.水深度和密度都相同,压强相同,所以B错误;
C.由阿基米德定律可知,浮力等于排开液体重力,排开液体体积丙图最多,甲图最少,所以浮力丙最大甲最小,所以C错误;
D.三个图浮力都等于重力,C浮力最大,重力也最大,甲浮力最小重力也最小,所以D错误;
故答案为:A
7.【答案】D
【知识点】阿基米德原理
【解析】【分析】A.A在乙中与丙中弹簧测力计的示数进行比较可得结论;
B.由甲和乙可得出,A完全浸没时受到的浮力,根据阿基米德原理可计算出它排开水的体积即A的体积,在甲中,弹簧测力计的示数就是A的重力,可以得出它的质量,进一步计算出A的密度;
C.根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F=G-F浮-F拉可求容器底部所受的压力;
D.先求出在水中受到的浮力,再根据F浮=G-F拉可得A在乙中的拉力。
【解答】实验甲、丙中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N,
由F浮=G-F拉可得,
F浮=ρ盐水g V排,
物体A全部浸没,所以V排=V物,则:
ρ盐水gV排=G-F拉,
,
将ρ盐水=1.2×103kg/m3、G=4N、F拉=2.8N代入上式可得:
V排=V物=1×10-4m3,
D.物体A在水中受到的浮力,
F浮水=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10-4m3=1N,
在乙中物体A受到的拉力:F=G-F浮水=4N-1N=3N,故D正确;
A.在实验丙中,弹簧测力计的示数:F丙拉=2.8N,在乙中物体A受到的拉力:F=3N,
弹簧测力计的示数比乙中小:3N-2.8N=0.2N,故A错误;
B.物体A的质量,
物体A的密度,
故B错误;
C.由甲、丙,F浮盐水=G-F丙拉=4N-2.8N=1.2N,根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力:F压=G-F浮盐水-F丁拉=4N-1.2N-2.5N=0.3N,容器底部也受到盐水对它的压力,故压力大于0.3N,故C错误。
故答案为:D。
8.【答案】A
【知识点】浮力产生的原因;浮力的变化
【解析】【分析】力指物体在流体(包括液体和气体)中,各表面受流体(液体和气体)压力的差(合力)。
【解答】A、改变前后乒乓球都是处于漂浮状态,所以受到的浮力都等于其自身的重力,则浮力不会变;故A正确;
B、温度 60℃的不饱和蔗糖水,降温到20℃时,溶液的质量分数变大,则溶液的密度增大,浮力不变,所以乒乓球排开液体体积会减小;故B错误;
C、温度发生改变,则蔗糖的溶解度一定会变;故C错误;
D、蔗糖的溶解度随着温度的降低而降低,所以蔗糖的溶质质量分数变大;故D错误;
故答案为:A。
9.【答案】C
【知识点】阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】AC.根据浮沉条件分析判断;
BD.根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排分析判断。
【解答】A.根据漂浮条件可知,碗漂浮时所受的浮力等于它所受的重力,故A错误;
B.根据阿基米德原理F浮=G排可知,碗漂浮时所受的浮力等于它排开的水所受的重力,故B错误;
C.碗沉底时,它受到的浮力小于重力,而漂浮时浮力等于重力。比较可知,碗沉底时所受的浮力小于漂浮时所受的浮力,故C正确;
D.碗沉底时所受的浮力小于漂浮时所受的浮力,根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排可知,碗沉底时排开水的体积小于它漂浮时排开水的体积,故D错误。
故选C。
10.【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】B.根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较小球受到浮力大小;
AC.对小球进行受力分析,比较浮力和重力大小,从而确定二者重力大小;
D.根据浮沉状态比较密度大小。
【解答】B.两个小球半径相同,则二者体积相同,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,二者受到的浮力相等,故B正确;
A.根据图片可知,A受到的浮力等于重力和向下的拉力之和,即浮力大于重力,故A错误;
C.根据图片可知,B受到的浮力和向上的拉力之和等于重力,即浮力小于重力,那么A的重力小于B的重力,故C错误;
D.A受到的浮力大于A的重力,则A在水中上浮,那么A的密度小于水的密度,故D错误。
故选B。
11.【答案】C
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】根据浮沉条件计算出小球的质量,根据“排水法”计算出小球的体积。
【解答】根据图片可知,小球在乙中漂浮,它受到的浮力等于重力。根据阿基米德原理F浮=G排可知,此时小球排开液体的重力等于自重,即G排=G。根据G=mg可知,小球的质量m=m排=50g。
在甲中,小球沉底,则它的体积等于排开液体的体积,即。
故选C。
12.【答案】C
【知识点】密度公式的应用;二力平衡的条件及其应用;浮力大小的计算;杠杆的平衡条件
【解析】【分析】(1)由图乙可知,水箱中没有水时力传感器的示数,即细杆a的上端受到的拉力,根据杠杆的平衡条件得出等式即可求出物体M的重力;确定M完全浸没时力传感器的示数,根据杠杆的平衡条件计算出此时B端受到的作用力,再根据二力平衡原理计算出M受到的浮力,然后根据阿基米德原理计算出物体的体积,最后根据密度公式计算出M的密度;
(2)设M的底面积为S,压力传感器示数为0时M浸入水中的深度为h1,M的高度为h,压力传感器的压力为零时受到的浮力等于M的重力,根据阿基米德原理表示出此时M受到的浮力,由图乙可知M完全浸没时压力传感器的示数,根据杠杆的平衡条件求出B点竖直向下的作用力,对M受力分析可知,受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和杆的作用力,据此求出此时M受到的浮力,根据阿基米德原理表示出M受到的浮力,从而得出每加0.1kg水物体M受到的浮力增加1N,据此求出当传感器示数为0N时加水的质量;
(3)由(2)可知,每加0.1kg水,物体M受到的浮力增加1.5N,加水1kg时水面达到M的下表面,据此求出加水质量为1.8kg时受到的浮力,然后求出物体M受到细杆b向下的压力,水箱对水平面的压力等于水箱、水、M的重力之和加上物体M受到细杆b向下的压力,利用压强公式求出容器对桌面的压强。
(4)加水质量为2kg时,M刚好完全浸没,由(2)可知此时M受到的浮力,根据阿基米德原理可知排开水的重力,水对水箱底部的压力等于水和排开水的重力之和。
【解答】A.由图乙可知,水箱中没有水时(m=0),力传感器的示数为F0=6N(即细杆a的上端受到的拉力为6N),
由杠杆的平衡条件可得:F0×OA=GM×OB;
6N×OA=GM×2OA;
解得:GM=3N。
由图乙可知,当M完全浸没时,压力传感器的示数为24N,
由杠杆的平衡条件可得:FA×OA=FB×OB,
24N×OA=FB×2OA;
解得:FB=12N。
对M受力分析可知,受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和杆的作用力,
则此时M受到的浮力:F浮=GM+FB=3N+12N=15N,
那么M的体积为:;
则M的密度
故A错误;
B.设M的底面积为S,压力传感器示数为0时M浸入水中的深度为h1,M的高度为h,
当压力传感器的压力为零时,M受到的浮力等于M的重力3N,
由阿基米德原理F浮力=ρ水gV排可得:ρ水gSh1=3N ①;
由图乙可知,当M完全浸没时,压力传感器的示数为24N,
则此时M受到的浮力:F浮=15N,
由阿基米德原理可得:ρ水gSh=15N ②
由①和②得:h=5h1,
由图乙可知,加水1kg时水面达到M的下表面(此时浮力为0),加水2kg时M刚好浸没(此时浮力为15N),该过程中增加水的质量为1kg,浮力增大了15N,
所以,每加0.1kg水,物体M受到的浮力增加1.5N,当向水箱中加入质量为1.2kg的水时,受到的浮力为3N,此时传感器的示数为0N,故B错误;
C.由选项B可知,每加0.1kg水,物体M受到的浮力增加1.5N,加水1kg时水面达到M的下表面,加水质量为1.8kg时,浮力为12N,
物体M受到细杆b向下的压力:FB′=F浮′-GM=12N-3N=9N,
水箱对水平面的压力:F=(m水箱+m水)g+GM+FB′=(0.8kg+1.8kg)×10N/kg+3N+9N=38N,
容器对桌面的压强为:,故C正确;
D.加水质量为2kg时,M刚好完全浸没,
由选项B可知此时M受到的浮力是15N,
由阿基米德原理可知排开水的重力是15N,
水对水箱底部的压力:F压=G水+G排=m水g+G排=2kg×10N/kg+15N=35N,故D错误。
故选C。
13.【答案】B
【知识点】压强的大小及其计算;浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】(1)首先根据浮沉条件计算出甲液体和A,乙液体和B的密度关系,然后再根据A和B的密度关系计算出两种液体之间的比例关系,最后利用液体压强公式p=ρ液gh计算容器底部压强的大小并进行比较;
(2)根据压强的比例关系和底面积的比例关系,利用公式F=pS计算容器底部受到压力的关系。
【解答】(1)物体A在甲液体中悬浮,那么它的密度ρ甲=ρA;
B在乙液面漂浮,
那么:F浮=G;
ρ乙gV排=ρBgV;
ρ乙×=ρBV;
解得:ρ乙=2ρB。
因为ρA:ρB=2:3;
所以:ρ甲:ρ乙=2:(2×3)=1:3;
h甲:h乙=1:1;
根据液体压强公式p=ρ液gh得到:p甲;p乙=ρ甲h甲:ρ乙h乙=(1×1):(1×3)=1:3;
因此对容器底部的压强p1<p2。
(2)容器底部受到的压强之比:p甲;p乙=1:3,底面积之比S甲:S乙=1:3,根据公式F=pS可知,容器底部受到的压力之比:F甲:F乙=(1×1):(3×3)=1:9,即9F甲=F乙,也就是9F1=F2,故B正确,而A、C、D错误。
故选B。
14.【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;阿基米德原理;浮力大小的计算
【解析】【分析】(1)根据C点时木块的状态对木块进行受力分析,进而判断弹簧的所处的情况;
(2)根据C点木块的受力情况求出弹簧弹力F即为点C的纵坐标c的绝对值;E点时木块A完全离开水面,此时弹簧弹力F′等于木块的重力,即为点E的纵坐标e的绝对值,二者相比即可。
(3)由图象分析D点时木块的受力情况,再结合C点弹簧的情况来判断CD段弹簧是被压缩还是被拉伸;
(4)D点时,木块处于漂浮状态,根据F浮=G木,求出木块露出水面的体积V即D点的横坐标d的值。
【解答】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2:3,故B正确;
C.在D点时,弹簧弹力F=0N,弹簧处于原长,故C错误;
D.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:,
故D错误。
故选B。
15.【答案】(1)漂浮;不变
(2)悬浮;不变
(3)下沉(或沉底);下降
(4)下降
【知识点】浮力的变化
【解析】【分析】阿基米德原理的理解和沉浮条件的运用。
【解答】
(1)由题可知,A球密度小于水,根据沉浮条件可知,若只将A球放入水中,则A球漂浮。根据漂浮条件可知,小船及三个小球受到的总浮力仍等于它们的总重力,根据,总浮力不变,则排开水的总体积不变,故液面不变。
(2)由题可知,B球密度等于水,根据沉浮条件可知,若只将B球放入水中,则B球悬浮。根据悬浮条件可知,B球受到的浮力等于它受到的重力。小船和另外两个小球处于漂浮状态,它们受到的浮力等于它们受到的重力,则小船及三个小球受到的总浮力仍等于它们的总重力。根据,总浮力大小不变,则排开水的总体积不变,故液面不变。
(3)由题可知,C球密度大于水,根据沉浮条件可知,若只将C球放入水中,则C球下沉。根据C球下沉可知,C球受到的浮力小于它受到的重力,小船和另外两个小球处于漂浮状态,它们受到的浮力等于它们受到的重力,则小船及三个小球受到的总浮力小于它们的总重力,即总浮力变小。根据
,总浮力变小,则排开水的总体积变小,故液面下降。
(4)若将A、B、C三球同时从船中取出放入水中,则A球漂浮,B球悬浮,C球下沉,A球、B球、小船受到的浮力分别等于它们的重力,C球受到的浮力小于它受到的重力。则小船及三个小球受到的总浮力小于它们的总重力大小,即总浮力变小,根据,总浮力变小,则排开水的总体积变小,故液面下降。
16.【答案】(1)不变
(2)上升
(3)下降
【知识点】浮力的变化
【解析】【分析】根据浮力公式计算排开水的体积和溶化后的体积,比较大小即可。
【解答】
(1)当冰块漂浮时,根据漂浮条件可知,,即,,冰块熔化成水后,冰块的质量与水的质量没有变化,所以,V排=V化水,即冰块完全熔化后液面不变。
(2)冰块熔化前,在盐水中处于漂浮状态,则有,即,所以,冰块熔化成水后,冰块的质量与水的质量没有变化,所以,因为,所以V排(3)冰块熔化前,在煤油(或酒精)中沉底;冰块熔化后,密度变大,水在煤油(或酒精)中沉底。熔化前后质量不变,密度变大,体积变小,则液面下降。
17.【答案】(1)F甲=F乙=F丙
(2)丙
(3)丙
【知识点】平衡状态的判断;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】阿基米德原理:物体受到的浮力等于排开水的重力,即F浮=G排=ρ液gV排
【解答】(1)甲乙丙三个球的体积相等且全部浸没在水中,因此三个球的V排相同,根据阿基米德原理,三个球受到的浮力相等,即
F甲=F乙=F丙
(2)甲弹簧处于拉伸状态,乙球的弹簧长度恰好等于它没受到力时的长度,丙弹簧处于压缩状态,三个球受力分析如下
三个小球处于静止状态,因此F甲=G甲+F,F乙=G乙,F丙+F=G丙,由于F甲=F乙=F丙,可以推出G甲<G乙<G丙,m甲<m乙<m丙,
根据可以得出,ρ甲<ρ乙<ρ丙,故密度最大的是丙球
(3)根据F甲=G甲+F,F甲=ρ液gV排,G甲=ρ甲gV,得出ρ液gV排=ρ甲gV+F,地心引力减半是实质是g变成原来的1/2,,故甲会下沉
根据F乙=G乙,得出ρ液gV排=ρ乙gV,当g变成原来的1/2时,,故乙保持静止
根据F丙+F=G丙,得出ρ液gV排+F=ρ丙gV,当g变成原来的1/2时,,故丙会上浮
故三个球中向上运动的是丙球
故答案为(1) F甲=F乙=F丙 (2)丙 (3)丙
18.【答案】水平平衡;0.2
【知识点】浮力大小的计算;杠杆的动态平衡分析
【解析】【分析】要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1·L1=F2·L2。浸在流体内的物体受到流体竖直向上托起的作用力叫作浮力。浮力指物体在流体(液体和气体)中,各表面受流体压力的差(合力)。
【解答】装上水后,把塑料放入水中,容器的水面升高一部分,这时塑料对容器底部的力是均匀的,因此整个装置依然平衡;
,所以塑料块在水中处于漂浮状态,浮力等于重力,;
故答案为:水平平衡;0.2.
19.【答案】(1)漏气
(2)同种液体,深度越深,压强越大
(3)变小
【知识点】影响液体压强大小的因素;浮力的变化;气体压强跟体积的关系
【解析】【分析】(1)当压强计漏气时,当探头受到压强时,里面的气体会溢出,从而使U形管两侧的高度差逐渐减小。
(2)U形管的液面高度差越大,则说明压强越大,根据甲图分析哪个因素相同,哪个因素不同,根据控制变量法的要求描述结论即可。
(3)首先分析浮筒排开水的体积变化,然后根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较浮力的变化即可。
【解答】(1)U形管B内的面高度差却在缓慢变小,则出现缓慢变小的原因可能是漏气。
(2)解决甲装置的上述问后,上下移动金属支架,发现 始终大于 ,说明:同种液体,深度越深,压强越大。
(3) 若浮筒(包括玻璃圆筒及橡皮膜)完全浸没在水中后, 橡皮膜向内凹陷,则它排开水的体积减小。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,浮筒受到的浮力变小。
20.【答案】(1)偏小
(2)F4-F2=F3-F2
(3)大于
(4)4×103
【知识点】阿基米德原理
【解析】【分析】(1)如果溢水杯中没有装满水,那么浸入物体后不会立刻有水排出,据此分析溢出水的重力变化;
(2)根据F浮=G-F拉计算浮力,根据G排=G总-G桶计算排开水的重力,根据阿基米德原理F浮=G排分析四个示数的关系即可。
(3)首先根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较在酒精中受到浮力的大小,然后根据F拉=G-F浮分析测力计的示数变化即可。
(4)首先根据F浮=G-F拉计算物体浸没在水中受到的浮力,再根据计算物体的体积,最后根据计算物体的密度。
【解答】(1)某同学发现溢水杯中未装满水,那么放入物体后不会立刻有水流出,这样会使溢出水的重力偏小。
(2)根据图片可知,物体浸没在水中受到的浮力:F浮=G-F拉=F1-F3=4N-3N=1N;物体排开水的重力:G排=G总-G桶=F4-F2=1.5N-0.5N=1N。比较可知,当F4-F2=F1-F3时,即F浮=G排,此时可以验证阿基米德原理。
(3)酒精的密度小于水的密度,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,物体浸没在酒精中受到的浮力小于在水中受到的浮力。根据F拉=G-F浮可知,此时测力计的拉力偏大,即F5>F3;
(4)根据图片可知,物体浸没在水中受到的浮力为1N,
则物体的体积为:;
则物体的密度为:.
21.【答案】将几粒葡萄干加入饮料中,由于葡萄干的密度比饮料的密度大,所以沉入杯底葡萄干由于吸附了足够多的小气泡,使得他们排开液体的体积增大,浮力变大,使葡萄干的浮力大于重力,从而上升。上浮到液面后,由于小气泡破裂,导致它们受到的浮力变小,当浮力小于重力时又沉入杯底。
【知识点】阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】刚开始时,将葡萄干的密度与饮料密度进行比较,根据浮沉条件说明葡萄干下沉的原因。当葡萄干吸附了气泡后,说明排开液体的体积变化,根据阿基米德原理说明浮力的变化,进而说明此时上浮的原因。当气泡破裂后,再用同样的方法分析葡萄干下沉的原因即可。
22.【答案】(1)由杠杆平衡条件
可得
解得
(2)合金块受到的浮力
因合金块浸没,则物体排开液体的体积
由 可得待测液体密度
(3)因容器成柱状,合金块放入液体后对容器底增大的压力
增大的压强
答:(1)A端受到绳子的拉力大小是6.8N;(2)C点刻度表示的待测液体密度是 1.2×10 kg/m ;(3)以上过程中合金块放入前后,待测液体对烧杯底部压强变化是 120 Pa。
【知识点】压强的大小及其计算;阿基米德原理;浮力大小的计算;杠杆的平衡条件
【解析】【分析】(1)根据图片确定动力臂和阻力臂,根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2列式计算即可;
(2)首先根据平衡力的知识 计算合金块受到的浮力,然后根据 计算合金块排开液体的体积,最后根据 计算待测液体的密度。
(3)当容器为上下粗细一致的柱体时,合金块放入后液体增大的压力等于它受到的浮力,据此根据 计算增大的压强即可。
23.【答案】【解答】由F浮=ρ液gV排,ρ液、g不变,V排越大,F浮越大;
从0→t1加水过程中,木块没有离开杯底,木块排开水的体积增大,浮力增大;
从t1→t2加水的过程中,木块离开杯底处于漂浮状态,排开水的体积不变,浮力不变;
从t2→t3加水过程中,绳子拉直,木块排开水的体积又不断变大,浮力再次变大;
从t3→t4加水过程中,木块完全浸没,排开水的体积不再发生变化,浮力也不再发生变化。
图象如图所示:
【知识点】阿基米德原理
【解析】【分析】根据阿基米德原理及物体漂浮时浮力与重力的关系进行分析,将整个过程分为离开容器底前、漂浮且绳子未拉直时、绳子拉直后未完全浸没前、完全浸没后几个阶段进行分析。
【解答】答:由F浮=ρ液gV排,ρ液、g不变,V排越大,F浮越大;
从0→t1加水过程中,木块没有离开杯底,木块排开水的体积增大,浮力增大;
从t1→t2加水的过程中,木块离开杯底处于漂浮状态,排开水的体积不变,浮力不变;
从t2→t3加水过程中,绳子拉直,木块排开水的体积又不断变大,浮力再次变大;
从t3→t4加水过程中,木块完全浸没,排开水的体积不再发生变化,浮力也不再发生变化。
故答案为:图象如图所示。
24.【答案】(1)解:由图象可知,D完全露出水面时F1的功率P1=12W,
此时的拉力 ,
B放在C上,且放开手后, ,
∴GB+80N=1×103kg/m3×10N/kg× ×0.1m3;
解得:GB=200N
(2)解:
(3)解:根据F1= (GB+GD+G轮)得到:GD+G动=3F1-GB=3×80N-200N=40N;
D未出水面时的功率为P2=6W,
拉力 ;
根据根据F1= (GB+GD+G轮)得到,
D受浮力F浮=GB+GD+G动-3F2=200N+40N-3×40N=120N,
此时排开水的体积 ,
那么B的体积 ,
那么圆柱体B的密度
(4)解:定滑轮对杠杆右端的最大拉力:Fmax=4F1+G定=4×80N+10N=330N,
由杠杆平衡条件得:Fmax×OF=FE1×OE,
330N×3=FE1×2,
解得:FE1=495N;
定滑轮对杠杆右端的最小拉力:Fmin=4F2+G定=4×40N+10N=170N,
由杠杆平衡条件得:Fmin×OF=FE2×OE,
170N×3=FE1×2,
解得:FE1=255N。
配重A对地面的压强的最大变化量:
【知识点】阿基米德原理;功率计算公式的应用;杠杆的平衡条件;滑轮组绳子拉力的计算;机械效率的计算
【解析】【分析】(1)根据乙图可知,当D完全出水后,拉力F1的功率为12W。动滑轮上承担重力的绳子段数n=3,根据v=nvD计算出自由端的拉力F1移动的速度,并根据计算出此时的拉力。将B放到C上后,且放开手,那么C浮力的增大量等于B的重力和减小的拉力F1的和,此时露出体积的减少量就是排开水的体积对应的变化量,根据阿基米德原理列出方程,计算出物体B的重力即可。
(2)当容器D离开水面后,不受浮力,那么根据 计算出提升B的机械效率。
(3)当容器D出水后,它不再受浮力,根据 F1= (GB+GD+G轮) 计算出容器D和动滑轮的重力之和。当容器D还未出水时的功率为6W,根据公式 计算出此时自由端的拉力F2;此时根据F浮=GB+GD+G动-nF2计算出D浸没时受到的浮力,接下来根据阿基米德原理 计算出D的体积,根据 计算出B的体积 计算出物体B的密度。
(4)以定滑轮为受力对象进行分析,它受到杠杆向上的拉力F拉,向下的四根绳子上的拉力和定滑轮向下的重力,即F拉=4F+G定;据此分别计算出自由端的拉力为F1和F2时对应的拉力F拉,并根据杠杆的平衡条件分别计算出杠杆对物体A的拉力。两个拉力之差就是物体A对地面的压力的最大变化量,最后根据 计算A对地面的压强的最大变化量即可。
25.【答案】白天烧瓶上浮露出水面,晚上下沉到水底。白天,光照强度在1千勒克斯以上,植物光合作用强于呼吸作用,产生氧气多于消耗的氧气,而二氧化碳基本保持不变。烧瓶内气体增多,气球膨胀,导致浮力增大。根据质量守恒定律,烧瓶重力保持不变。而原来烧瓶悬浮时浮力等于重力,所以白天浮力会大于重力,烧瓶会上浮露出水面。晚上,植物只进行呼吸作用消耗氧气;气体减少,气球收缩,导致浮力减小。所以晚上浮力会小于重力,烧瓶下沉到水底。
【知识点】光合作用和呼吸作用的相互关系;物体的浮沉条件及其应用;浮力的变化
【解析】【分析】首先根据烧瓶的悬浮状态,推算出它受到的浮力和重力的关系,然后根据白天时植物的光合作用,分析烧瓶内氧气的体积变化,进而确定气球体积的变化,根据阿基米德原理得到烧瓶受到浮力的变化,进而判断白天时它的浮沉状态。夜晚时,光照减弱,根据植物的呼吸作用分析氧气体积的变化,进而得到气球体积的变化,根据阿基米德原理分析浮力的变化,根据浮沉条件判断晚上时烧瓶的状态即可。
【解答】白天烧瓶上浮露出水面,晚上下沉到水底。白天,光照强度在1千勒克斯以上,植物光合作用强于呼吸作用,产生氧气多于消耗的氧气,而二氧化碳基本保持不变。烧瓶内气体增多,气球膨胀,导致浮力增大。根据质量守恒定律,烧瓶重力保持不变。而原来烧瓶悬浮时浮力等于重力,所以白天浮力会大于重力,烧瓶会上浮露出水面。晚上,植物只进行呼吸作用消耗氧气;气体减少,气球收缩,导致浮力减小。所以晚上浮力会小于重力,烧瓶下沉到水底。
1 / 1浙教版科学中考复习优中选优-物理-第19节-浮力
一、单选题
1.(2023八上·杭州期中)水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体,将两个不同材料制成的正方体A,B(VAA.甲液体密度大于乙液体的密度
B.甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强
C.甲液体对B下表面的压强等于乙液体对A下表面的压强
D.装甲液体的容器对水平桌面的压力小于装乙液体的容器对水平桌面的压力
【答案】D
【知识点】密度公式的应用;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用;液体压强计算公式的应用
【解析】【分析】A.将两个物体看做一个整体,根据漂浮条件比较受到浮力大小,再根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较液体密度大小;
B.根据液体压强公式p=ρ液gh比较杯底受到压强大小;
C.首先根据浮力产生的原因F浮力=F向上-F向下比较下表面受到压力大小,再根据比较下表面受到液体压强大小;
D.根据图片比较液体体积大小,根据G=ρVg比较液体重力大小,最后根据F=G杯+GA+GB+G液比较容器对桌面压强大小。
【解答】A.把A、B两物体作为一个整体,它们在两液体中都处于漂浮状态,
根据漂浮条件得到:F浮=GA+GB,则它们在两液体中受到的浮力相等;
根据图片可知,排开液体的体积V排甲>V排乙;
因根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,液体密度ρ甲<ρ乙,故A错误;
B.根据图片可知,两液体的深度h相同,且ρ甲<ρ乙,由液体压强公式p=ρ液gh可知,甲液体对杯底的压强小于乙液体对杯底的压强,故B错误;
C.两个物体受到的浮力相等,且两物体上表面没有受到液体的压力,
由浮力产生的原因F浮力=F向上-F向下可知,甲液体中B物体与乙液体中A物体的下表面受到的液体压力相等,
而B的底面积更大,由可知,甲液体对B下表面的压强小于乙液体对A下表面的压强,故C错误;
D.两烧杯中液面恰好相平且烧杯相同,则液体与物块排开液体的体积之和相同,但V排甲>V排乙,所以甲液体的体积较小。因为ρ甲<ρ乙,则根据G液=m液g=ρ液gV液可知,甲液体的重力较小。
根据烧杯对水平桌面的压力F=G杯+GA+GB+G液可知,因甲液体的重力较小,所以装甲液体的烧杯对水平桌面的压力较小,故D正确。
故选D。
2.有甲、乙两支刻度磨损的密度计,将它们放入水中,恰好甲磨损的部分都在水面以下,乙磨损的部分都在水面以上。现要测量某医用酒精的具体密度,可选的密度计是( )
A.甲 B.乙
C.甲和乙都可以 D.甲和乙都不可以
【答案】A
【知识点】浮力的变化
【解析】【分析】知道密度计的原理,和它的刻度规律。
【解答】密度计的原理是G=F浮 =,液体密度越大,浸没的体积越小,故密度计的刻度特点是上小下大。因为水的密度大于医用酒精的密度,甲磨损的部分在下部,此区域大于水的密度,故不影响医用酒精测量。乙磨损的部分在上部,此区域小于水的密度,影响医用酒精密度测量。BCD错误,A正确。
故答案为:A。
3.如图,体积相同的两个物体A、B用不可伸长的细线系住,放入水中后,A刚好完全浸没入水中,细线被拉直。已知A重6N,B受到的浮力为8N,A、B密度之比为3:5,以下说法中不正确的是( )
A.B受到的重力为10N B.细线对A的拉力为1N
C.A的密度为 D.B对容器底部的压力为零
【答案】B
【知识点】浮力大小的计算
【解析】【分析】关键在与对A、B正确的受力分析。
【解答】A.由题知,A、B的密度之比=3:5,V A:VB=1:1,所以A、B的重力之比GA:GB=,已知GA=6N,所以GB=10N。A正确。
B.已知A、B的体积相同,都浸没在水中,则A、B排开水的体积相等,根据阿基米德原理可得A受到的浮力F浮A=F浮B=8N,A在重力、拉力和浮力的共同作用下刚好完全浸没入水中,细线被拉直,根据力的合成可得细线对A的拉力为F拉A=F浮A-GA=8N-6N=2N。B错误。
C.,。C正确。
D.根据力的作用的相互性可得,细线对B的拉力F拉B=F拉A=2N,方向竖直向上,则B对容器底部的压力:F压 = GB - F浮B - F拉B = 10N - 8N- 2N = ON。D正确。
故答案为:B。
4.(2020七下·海宁月考)早在1685年,意大利科学家波雷里正式提出了:“鱼用改变鳔中气体多少来控制自身在水中自由沉浮”的论断。这一论断一直被普遍认可。2008年下半年,上海的5名中学生在向明中学黄曾新老师的指导下,通过大量观察和实验,推翻了鱼鳔功能的传统说法。研究中他们收集了大量事实依据。下列各种事实依据对传统观点支持的是( )
A.实验观察发现:几乎没有一条鱼在向下游时先用嘴向外吐气
B.生活经验:我们经常可以看到鱼在水中吐出的泡泡冒出水面
C.解剖取出的鱼鳔没有出气孔,用手压不会瘪,也没有气管通入鱼口中
D.鲨鱼没有鳔,但它也能自由沉浮
【答案】B
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】根据鱼类在水中的浮沉方法分析判断。
【解答】 鱼本身的重力几乎不变,它们通过改变鳔中气体的多少从而改变自身体积,进而改变受到浮力的大小,来控制自身在水中自由沉浮,因此我们经常看到鱼在水中吐出的泡泡冒出水面。鱼在下沉时吐出泡泡,减小体积,从而减小浮力;鱼鳔上有气管通过鱼的口中,从而实现吸气或排气,故B符合题意,而A、C、D不合题意。
故选B。
5.(2023·舟山模拟)定性分析和定量研究是科学研究的两种不同的方法,定性是为了确定研究对象是否具有某种性质或确定引起某一现象变化原因、变化过程的研究,下列不属于定性研究的是( )
A.阿基米德实验中浮力与排开液体重力的关系
B.探究影响物质溶解性的因素
C.马德堡半球实验
D.气体压强与流速的关系
【答案】A
【知识点】流体压强与流速的关系;阿基米德原理;大气压强的存在;影响溶解快慢的因素
【解析】【分析】根据对各个选项中实验结论的认识判断。
【解答】A.根据阿基米德原理F浮=G排可知,物体受到的浮力等于排开液体的重力,得到定量的结论,故A符合题意;
B.探究影响物质溶解性的因素时,没有得到定量的结论,属于定性研究,故B不合题意;
C.马德堡半球实验证明大气压强的存在,并没有准确测量大气压强的值,属于定性研究,故C不合题意;
D.流体流速越大压强越小,但是没有明确速度增大多少压强减小多少,属于定性研究,故D不合题意。
故选A。
6.(2023八上·长兴月考)如图所示,放在水平桌面上的三个完全相同的容器内,装有适量的水,将A、B、C三个体积相同的正方体分别放入容器内,待正方体静止后,三个容器内水面高度相同。下列说法中正确的是( )
A.容器对桌面的压力大小关系为F甲=F乙=F丙
B.容器底部受到水的压强大小关系为p甲>p乙>p丙
C.物体受到的浮力大小关系为FA>FB>FC
D.三个物体的密度大小关系是ρA>ρB>ρC
【答案】A
【知识点】压强大小比较;浮力大小的计算
【解析】【分析】考查物体浮沉条件和液体压强的影响因素,以及浮力计算相关内容,三个物体都是漂浮,浮力等于重力。
【解答】A.液体压强与液体的密度和深度有关,甲乙丙三图中水深度相同,所以压强相同,同时底面积一样,对容器的压力相同,容器质量相同,所以整个容器对桌面压力相同,所以A正确;
B.水深度和密度都相同,压强相同,所以B错误;
C.由阿基米德定律可知,浮力等于排开液体重力,排开液体体积丙图最多,甲图最少,所以浮力丙最大甲最小,所以C错误;
D.三个图浮力都等于重力,C浮力最大,重力也最大,甲浮力最小重力也最小,所以D错误;
故答案为:A
7.(2022八上·兰溪期中)如图是探究浮力的大小跟哪些因素有关时的情景,图甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0牛、2.8牛和2.5牛。若盐水的密度为1.2×103千克/米3,则下列结论正确的是( )
A.图丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5牛
B.物体A的密度为3.2×103千克/米3
C.图丁中,容器底部受到的压力为0.3牛
D.图乙中,物体A受到的拉力为3牛
【答案】D
【知识点】阿基米德原理
【解析】【分析】A.A在乙中与丙中弹簧测力计的示数进行比较可得结论;
B.由甲和乙可得出,A完全浸没时受到的浮力,根据阿基米德原理可计算出它排开水的体积即A的体积,在甲中,弹簧测力计的示数就是A的重力,可以得出它的质量,进一步计算出A的密度;
C.根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F=G-F浮-F拉可求容器底部所受的压力;
D.先求出在水中受到的浮力,再根据F浮=G-F拉可得A在乙中的拉力。
【解答】实验甲、丙中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N,
由F浮=G-F拉可得,
F浮=ρ盐水g V排,
物体A全部浸没,所以V排=V物,则:
ρ盐水gV排=G-F拉,
,
将ρ盐水=1.2×103kg/m3、G=4N、F拉=2.8N代入上式可得:
V排=V物=1×10-4m3,
D.物体A在水中受到的浮力,
F浮水=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10-4m3=1N,
在乙中物体A受到的拉力:F=G-F浮水=4N-1N=3N,故D正确;
A.在实验丙中,弹簧测力计的示数:F丙拉=2.8N,在乙中物体A受到的拉力:F=3N,
弹簧测力计的示数比乙中小:3N-2.8N=0.2N,故A错误;
B.物体A的质量,
物体A的密度,
故B错误;
C.由甲、丙,F浮盐水=G-F丙拉=4N-2.8N=1.2N,根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力:F压=G-F浮盐水-F丁拉=4N-1.2N-2.5N=0.3N,容器底部也受到盐水对它的压力,故压力大于0.3N,故C错误。
故答案为:D。
8.(2018八上·衢州期中)在温度 60℃时,一只盛有不饱和蔗糖水的水槽中放着一只乒乓球,乒乓球处于漂浮状态。而后,温度降低到 20℃,乒乓球仍处于漂浮状态。其中一定没有发生变化的是( )
A.乒乓球所受到的浮力 B.乒乓球露出液面的体积
C.蔗糖的溶解度 D.溶液质量分数
【答案】A
【知识点】浮力产生的原因;浮力的变化
【解析】【分析】力指物体在流体(包括液体和气体)中,各表面受流体(液体和气体)压力的差(合力)。
【解答】A、改变前后乒乓球都是处于漂浮状态,所以受到的浮力都等于其自身的重力,则浮力不会变;故A正确;
B、温度 60℃的不饱和蔗糖水,降温到20℃时,溶液的质量分数变大,则溶液的密度增大,浮力不变,所以乒乓球排开液体体积会减小;故B错误;
C、温度发生改变,则蔗糖的溶解度一定会变;故C错误;
D、蔗糖的溶解度随着温度的降低而降低,所以蔗糖的溶质质量分数变大;故D错误;
故答案为:A。
9.(2023八上·浙江期中)小明在洗碗时发现,同一只碗既可以漂浮在水面上,也可以沉入水底(如图所示)。对此下列说法正确的是( )
A.碗漂浮时所受的浮力大于它所受的重力
B.碗漂浮时所受的浮力小于它排开的水所受的重力
C.碗沉底时所受的浮力小于漂浮时所受的浮力
D.碗沉底时排开水的体积等于它漂浮时排开水的体积
【答案】C
【知识点】阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】AC.根据浮沉条件分析判断;
BD.根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排分析判断。
【解答】A.根据漂浮条件可知,碗漂浮时所受的浮力等于它所受的重力,故A错误;
B.根据阿基米德原理F浮=G排可知,碗漂浮时所受的浮力等于它排开的水所受的重力,故B错误;
C.碗沉底时,它受到的浮力小于重力,而漂浮时浮力等于重力。比较可知,碗沉底时所受的浮力小于漂浮时所受的浮力,故C正确;
D.碗沉底时所受的浮力小于漂浮时所受的浮力,根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排可知,碗沉底时排开水的体积小于它漂浮时排开水的体积,故D错误。
故选C。
10.(2023八上·浙江期中)用细线将两个半径相同的实心小球A和B连接在一起,放入水中,静止后的状态如图所示(线处于紧绷状态)。下列判断正确的是( )
A.F浮A=GA B.F浮A=F浮B C.GA>GB D.ρA>ρ水
【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】B.根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较小球受到浮力大小;
AC.对小球进行受力分析,比较浮力和重力大小,从而确定二者重力大小;
D.根据浮沉状态比较密度大小。
【解答】B.两个小球半径相同,则二者体积相同,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,二者受到的浮力相等,故B正确;
A.根据图片可知,A受到的浮力等于重力和向下的拉力之和,即浮力大于重力,故A错误;
C.根据图片可知,B受到的浮力和向上的拉力之和等于重力,即浮力小于重力,那么A的重力小于B的重力,故C错误;
D.A受到的浮力大于A的重力,则A在水中上浮,那么A的密度小于水的密度,故D错误。
故选B。
11.(2021八上·绍兴期中)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,静止时的状态如图所示。甲杯中溢出的液体质量是40g,乙杯中溢出的液体质量是50g,若甲杯中的液体是水,则小球的质量和体积分别为( )
A.40g 40cm3 B.40g 50cm3 C.50g 40cm3 D.50g 50cm3
【答案】C
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】根据浮沉条件计算出小球的质量,根据“排水法”计算出小球的体积。
【解答】根据图片可知,小球在乙中漂浮,它受到的浮力等于重力。根据阿基米德原理F浮=G排可知,此时小球排开液体的重力等于自重,即G排=G。根据G=mg可知,小球的质量m=m排=50g。
在甲中,小球沉底,则它的体积等于排开液体的体积,即。
故选C。
12.(2021·海曙模拟)如图甲所示的力学装置,杠杆OAB始终在水平位置保持平衡,O为杠杆的支点,OB=20A,竖直细杆a的上端通过力传感器相连在天花板上,下端连接杠杆的A点,竖直细杆b的两端分别与杠杆的B点和物体M固定,水箱的质量为0.8kg,底面积为200cm2,不计杠杆、细杆及连接处的重力,力传感器可以显示出细杆a的上端受到作用力的大小,图乙是力传感器的示数大小随水箱中水的质量变化的图像,则( )
A.物体M的密度为0.6×103kg/m3
B.当传感器示数为0N时,加水质量为1.4kg
C.当加水质量为1.8kg时,容器对桌面的压强为
D.加水质量为2kg时,水对水箱底部的压力为31N
【答案】C
【知识点】密度公式的应用;二力平衡的条件及其应用;浮力大小的计算;杠杆的平衡条件
【解析】【分析】(1)由图乙可知,水箱中没有水时力传感器的示数,即细杆a的上端受到的拉力,根据杠杆的平衡条件得出等式即可求出物体M的重力;确定M完全浸没时力传感器的示数,根据杠杆的平衡条件计算出此时B端受到的作用力,再根据二力平衡原理计算出M受到的浮力,然后根据阿基米德原理计算出物体的体积,最后根据密度公式计算出M的密度;
(2)设M的底面积为S,压力传感器示数为0时M浸入水中的深度为h1,M的高度为h,压力传感器的压力为零时受到的浮力等于M的重力,根据阿基米德原理表示出此时M受到的浮力,由图乙可知M完全浸没时压力传感器的示数,根据杠杆的平衡条件求出B点竖直向下的作用力,对M受力分析可知,受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和杆的作用力,据此求出此时M受到的浮力,根据阿基米德原理表示出M受到的浮力,从而得出每加0.1kg水物体M受到的浮力增加1N,据此求出当传感器示数为0N时加水的质量;
(3)由(2)可知,每加0.1kg水,物体M受到的浮力增加1.5N,加水1kg时水面达到M的下表面,据此求出加水质量为1.8kg时受到的浮力,然后求出物体M受到细杆b向下的压力,水箱对水平面的压力等于水箱、水、M的重力之和加上物体M受到细杆b向下的压力,利用压强公式求出容器对桌面的压强。
(4)加水质量为2kg时,M刚好完全浸没,由(2)可知此时M受到的浮力,根据阿基米德原理可知排开水的重力,水对水箱底部的压力等于水和排开水的重力之和。
【解答】A.由图乙可知,水箱中没有水时(m=0),力传感器的示数为F0=6N(即细杆a的上端受到的拉力为6N),
由杠杆的平衡条件可得:F0×OA=GM×OB;
6N×OA=GM×2OA;
解得:GM=3N。
由图乙可知,当M完全浸没时,压力传感器的示数为24N,
由杠杆的平衡条件可得:FA×OA=FB×OB,
24N×OA=FB×2OA;
解得:FB=12N。
对M受力分析可知,受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和杆的作用力,
则此时M受到的浮力:F浮=GM+FB=3N+12N=15N,
那么M的体积为:;
则M的密度
故A错误;
B.设M的底面积为S,压力传感器示数为0时M浸入水中的深度为h1,M的高度为h,
当压力传感器的压力为零时,M受到的浮力等于M的重力3N,
由阿基米德原理F浮力=ρ水gV排可得:ρ水gSh1=3N ①;
由图乙可知,当M完全浸没时,压力传感器的示数为24N,
则此时M受到的浮力:F浮=15N,
由阿基米德原理可得:ρ水gSh=15N ②
由①和②得:h=5h1,
由图乙可知,加水1kg时水面达到M的下表面(此时浮力为0),加水2kg时M刚好浸没(此时浮力为15N),该过程中增加水的质量为1kg,浮力增大了15N,
所以,每加0.1kg水,物体M受到的浮力增加1.5N,当向水箱中加入质量为1.2kg的水时,受到的浮力为3N,此时传感器的示数为0N,故B错误;
C.由选项B可知,每加0.1kg水,物体M受到的浮力增加1.5N,加水1kg时水面达到M的下表面,加水质量为1.8kg时,浮力为12N,
物体M受到细杆b向下的压力:FB′=F浮′-GM=12N-3N=9N,
水箱对水平面的压力:F=(m水箱+m水)g+GM+FB′=(0.8kg+1.8kg)×10N/kg+3N+9N=38N,
容器对桌面的压强为:,故C正确;
D.加水质量为2kg时,M刚好完全浸没,
由选项B可知此时M受到的浮力是15N,
由阿基米德原理可知排开水的重力是15N,
水对水箱底部的压力:F压=G水+G排=m水g+G排=2kg×10N/kg+15N=35N,故D错误。
故选C。
13.(华师大版初中科学八年级上学期 3.4 物体浮沉条件及其应用(第2课时))如图所示,将甲、乙两个容器放在水平桌面上,甲、乙两容器的底面积分别为S甲和S乙。甲容器中盛有密度为ρ1的液体,乙容器中盛有密度为ρ2的液体。现将体积相等的A、B两个物体分别放入甲、乙两容器后,物体A悬浮,物体B漂浮且有一半体积露出液面,此时两容器液面相平。液体对甲容器底部的压强为p1,压力为F1;液体对乙容器底部的压强为p2,压力为F2。已知物体A与物体B的密度之比为2∶3,S乙=3S甲。则下列判断正确的是( )
A.p1=p2,9F1=F2 B.p1<p2,9F1=F2
C.p1=p2,6F1=F2 D.p1<p2,6F1=F2
【答案】B
【知识点】压强的大小及其计算;浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】(1)首先根据浮沉条件计算出甲液体和A,乙液体和B的密度关系,然后再根据A和B的密度关系计算出两种液体之间的比例关系,最后利用液体压强公式p=ρ液gh计算容器底部压强的大小并进行比较;
(2)根据压强的比例关系和底面积的比例关系,利用公式F=pS计算容器底部受到压力的关系。
【解答】(1)物体A在甲液体中悬浮,那么它的密度ρ甲=ρA;
B在乙液面漂浮,
那么:F浮=G;
ρ乙gV排=ρBgV;
ρ乙×=ρBV;
解得:ρ乙=2ρB。
因为ρA:ρB=2:3;
所以:ρ甲:ρ乙=2:(2×3)=1:3;
h甲:h乙=1:1;
根据液体压强公式p=ρ液gh得到:p甲;p乙=ρ甲h甲:ρ乙h乙=(1×1):(1×3)=1:3;
因此对容器底部的压强p1<p2。
(2)容器底部受到的压强之比:p甲;p乙=1:3,底面积之比S甲:S乙=1:3,根据公式F=pS可知,容器底部受到的压力之比:F甲:F乙=(1×1):(3×3)=1:9,即9F甲=F乙,也就是9F1=F2,故B正确,而A、C、D错误。
故选B。
14.(2021八上·绍兴期中)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木块=0.6×103kg/m3,木块体积为V,不计弹簧所受浮力,则下列说法正确的是 ( )
A.CD段弹簧被压缩
B.C点与E点的纵坐标c、e的绝对值之比为2:3
C.C点弹簧处于原长
D.D点的横坐标d值为0.3V0
【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;阿基米德原理;浮力大小的计算
【解析】【分析】(1)根据C点时木块的状态对木块进行受力分析,进而判断弹簧的所处的情况;
(2)根据C点木块的受力情况求出弹簧弹力F即为点C的纵坐标c的绝对值;E点时木块A完全离开水面,此时弹簧弹力F′等于木块的重力,即为点E的纵坐标e的绝对值,二者相比即可。
(3)由图象分析D点时木块的受力情况,再结合C点弹簧的情况来判断CD段弹簧是被压缩还是被拉伸;
(4)D点时,木块处于漂浮状态,根据F浮=G木,求出木块露出水面的体积V即D点的横坐标d的值。
【解答】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2:3,故B正确;
C.在D点时,弹簧弹力F=0N,弹簧处于原长,故C错误;
D.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:,
故D错误。
故选B。
二、填空题
15.如图所示,一个小船中放有 A、B、C三个小球,小船和球一起漂浮在水面上,其中 A 球密度小于水,B 球密度等于水,C 球密度大于水,小船可以自由漂浮在水面上。
(1)只将 A 球放入水中,则A 球 (填浮沉状况,下同),液面 (选填“上升”“下降”或“不变”,下同)。
(2)只将 B 球放入水中,则 B 球 ,液面 。
(3)只将 C 球放入水中,则C球 ,液面 。
(4)若将A、B、C三球同时从船中取出放入水中,则液面 。
【答案】(1)漂浮;不变
(2)悬浮;不变
(3)下沉(或沉底);下降
(4)下降
【知识点】浮力的变化
【解析】【分析】阿基米德原理的理解和沉浮条件的运用。
【解答】
(1)由题可知,A球密度小于水,根据沉浮条件可知,若只将A球放入水中,则A球漂浮。根据漂浮条件可知,小船及三个小球受到的总浮力仍等于它们的总重力,根据,总浮力不变,则排开水的总体积不变,故液面不变。
(2)由题可知,B球密度等于水,根据沉浮条件可知,若只将B球放入水中,则B球悬浮。根据悬浮条件可知,B球受到的浮力等于它受到的重力。小船和另外两个小球处于漂浮状态,它们受到的浮力等于它们受到的重力,则小船及三个小球受到的总浮力仍等于它们的总重力。根据,总浮力大小不变,则排开水的总体积不变,故液面不变。
(3)由题可知,C球密度大于水,根据沉浮条件可知,若只将C球放入水中,则C球下沉。根据C球下沉可知,C球受到的浮力小于它受到的重力,小船和另外两个小球处于漂浮状态,它们受到的浮力等于它们受到的重力,则小船及三个小球受到的总浮力小于它们的总重力,即总浮力变小。根据
,总浮力变小,则排开水的总体积变小,故液面下降。
(4)若将A、B、C三球同时从船中取出放入水中,则A球漂浮,B球悬浮,C球下沉,A球、B球、小船受到的浮力分别等于它们的重力,C球受到的浮力小于它受到的重力。则小船及三个小球受到的总浮力小于它们的总重力大小,即总浮力变小,根据,总浮力变小,则排开水的总体积变小,故液面下降。
16. 将冰块投入某足量液体中:
(1)冰块放在水中,漂浮,熔化后,液面 ;
(2)冰块放在盐水中,漂浮,熔化后,液面 ;
(3)冰块放在煤油(或酒精)中,沉底,熔化后,液面 。
【答案】(1)不变
(2)上升
(3)下降
【知识点】浮力的变化
【解析】【分析】根据浮力公式计算排开水的体积和溶化后的体积,比较大小即可。
【解答】
(1)当冰块漂浮时,根据漂浮条件可知,,即,,冰块熔化成水后,冰块的质量与水的质量没有变化,所以,V排=V化水,即冰块完全熔化后液面不变。
(2)冰块熔化前,在盐水中处于漂浮状态,则有,即,所以,冰块熔化成水后,冰块的质量与水的质量没有变化,所以,因为,所以V排(3)冰块熔化前,在煤油(或酒精)中沉底;冰块熔化后,密度变大,水在煤油(或酒精)中沉底。熔化前后质量不变,密度变大,体积变小,则液面下降。
17.(2023八上·杭州期末)三个相同的轻质弹簧,一端固定在容器底部,另一端分别与三个体积相同的实心球相连。向容器内倒入某种液体直到将三个球均完全浸没。待液体和球都静止后,观察到如图所示的情况,乙球的弹簧长度恰好等于它没受到力时的长度(即弹簧原长)。
(1)三个球受到的浮力F甲、F乙、F丙的大小关系是 。
(2)三个球中密度最大的是 球。
(3)如果地心引力减半,则三个球中会向上运动的是 球。
【答案】(1)F甲=F乙=F丙
(2)丙
(3)丙
【知识点】平衡状态的判断;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】阿基米德原理:物体受到的浮力等于排开水的重力,即F浮=G排=ρ液gV排
【解答】(1)甲乙丙三个球的体积相等且全部浸没在水中,因此三个球的V排相同,根据阿基米德原理,三个球受到的浮力相等,即
F甲=F乙=F丙
(2)甲弹簧处于拉伸状态,乙球的弹簧长度恰好等于它没受到力时的长度,丙弹簧处于压缩状态,三个球受力分析如下
三个小球处于静止状态,因此F甲=G甲+F,F乙=G乙,F丙+F=G丙,由于F甲=F乙=F丙,可以推出G甲<G乙<G丙,m甲<m乙<m丙,
根据可以得出,ρ甲<ρ乙<ρ丙,故密度最大的是丙球
(3)根据F甲=G甲+F,F甲=ρ液gV排,G甲=ρ甲gV,得出ρ液gV排=ρ甲gV+F,地心引力减半是实质是g变成原来的1/2,,故甲会下沉
根据F乙=G乙,得出ρ液gV排=ρ乙gV,当g变成原来的1/2时,,故乙保持静止
根据F丙+F=G丙,得出ρ液gV排+F=ρ丙gV,当g变成原来的1/2时,,故丙会上浮
故三个球中向上运动的是丙球
故答案为(1) F甲=F乙=F丙 (2)丙 (3)丙
18.(2020·绍兴)小敏将质量为20克,体积为25厘米3的塑料块放入水平平衡的容器右端下降。撒去塑料块,往容器内缓慢倒入一定量的水,使容器再次水平平衡(图乙),将该塑料块轻轻放入图丙所示位置,放手后容器最终将 (选填“左低右高”、“左高右低”或“水平平衡”)。此时,塑料块所受浮力为 牛。
【答案】水平平衡;0.2
【知识点】浮力大小的计算;杠杆的动态平衡分析
【解析】【分析】要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1·L1=F2·L2。浸在流体内的物体受到流体竖直向上托起的作用力叫作浮力。浮力指物体在流体(液体和气体)中,各表面受流体压力的差(合力)。
【解答】装上水后,把塑料放入水中,容器的水面升高一部分,这时塑料对容器底部的力是均匀的,因此整个装置依然平衡;
,所以塑料块在水中处于漂浮状态,浮力等于重力,;
故答案为:水平平衡;0.2.
三、实验探究题
19.(2023九上·浙江模拟)在“科学学具制作”选修课上,小明依据如图甲的双探头压强计,设计了如图乙的创新装置,并用这两个装置进行了如下探究:
(1)小明利用甲装置探究液体压强时发现,保持探头C和D在水中的深度位置不变时,U形管A内的液面高度差保持不变,但U形管B内的面高度差却在缓变小,则出现缓慢变小的原因可能是 。
(2)解决甲装置的上述问后,上下移动金属支架,发现始终大于,说明 。
(3)利用乙装置可以探究力产生的原因。若浮筒(包括玻璃圆筒及橡皮膜)完全浸没在水中后,让浮筒继续下降,浮筒受到的浮力将 。
【答案】(1)漏气
(2)同种液体,深度越深,压强越大
(3)变小
【知识点】影响液体压强大小的因素;浮力的变化;气体压强跟体积的关系
【解析】【分析】(1)当压强计漏气时,当探头受到压强时,里面的气体会溢出,从而使U形管两侧的高度差逐渐减小。
(2)U形管的液面高度差越大,则说明压强越大,根据甲图分析哪个因素相同,哪个因素不同,根据控制变量法的要求描述结论即可。
(3)首先分析浮筒排开水的体积变化,然后根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较浮力的变化即可。
【解答】(1)U形管B内的面高度差却在缓慢变小,则出现缓慢变小的原因可能是漏气。
(2)解决甲装置的上述问后,上下移动金属支架,发现 始终大于 ,说明:同种液体,深度越深,压强越大。
(3) 若浮筒(包括玻璃圆筒及橡皮膜)完全浸没在水中后, 橡皮膜向内凹陷,则它排开水的体积减小。根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,浮筒受到的浮力变小。
20.(2022八上·临海期末)某兴趣小组利用弹簧测力计、物块、溢水杯、小桶、铁架台等器材验证阿基米德原理(细线的质量和体积均忽略不计)。
(1)某同学发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样会使溢出水的重力 (填“偏大”、“偏小”或”无影响”)。
(2)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示。甲、乙两图中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4,当它们满足关系式 时,可以验证阿基米德原理。
(3)继续实验,将物块浸没在装满酒精(ρ酒精<ρ水)的溢水杯中,如图丙所示,发现F5 F3(填”大于”、“小于”或”等于”),说明物块受到的浮力大小与液体的密度有关。
(4)请计算实验所用物块的密度为 千克/米3。
【答案】(1)偏小
(2)F4-F2=F3-F2
(3)大于
(4)4×103
【知识点】阿基米德原理
【解析】【分析】(1)如果溢水杯中没有装满水,那么浸入物体后不会立刻有水排出,据此分析溢出水的重力变化;
(2)根据F浮=G-F拉计算浮力,根据G排=G总-G桶计算排开水的重力,根据阿基米德原理F浮=G排分析四个示数的关系即可。
(3)首先根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排比较在酒精中受到浮力的大小,然后根据F拉=G-F浮分析测力计的示数变化即可。
(4)首先根据F浮=G-F拉计算物体浸没在水中受到的浮力,再根据计算物体的体积,最后根据计算物体的密度。
【解答】(1)某同学发现溢水杯中未装满水,那么放入物体后不会立刻有水流出,这样会使溢出水的重力偏小。
(2)根据图片可知,物体浸没在水中受到的浮力:F浮=G-F拉=F1-F3=4N-3N=1N;物体排开水的重力:G排=G总-G桶=F4-F2=1.5N-0.5N=1N。比较可知,当F4-F2=F1-F3时,即F浮=G排,此时可以验证阿基米德原理。
(3)酒精的密度小于水的密度,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,物体浸没在酒精中受到的浮力小于在水中受到的浮力。根据F拉=G-F浮可知,此时测力计的拉力偏大,即F5>F3;
(4)根据图片可知,物体浸没在水中受到的浮力为1N,
则物体的体积为:;
则物体的密度为:.
四、解答题
21.(2023八上·萧山月考)在干净的塑料杯中倒入雪碧后,饮料中不断地产生一个个小气泡。将几粒葡萄干加入饮料中,葡萄干沉入杯底,不久,有些葡萄干吸附了小气泡上升,上升到液面后,又下沉到杯底,如此反复像“跳舞”一样。请用所学知识解释这一现象。
【答案】将几粒葡萄干加入饮料中,由于葡萄干的密度比饮料的密度大,所以沉入杯底葡萄干由于吸附了足够多的小气泡,使得他们排开液体的体积增大,浮力变大,使葡萄干的浮力大于重力,从而上升。上浮到液面后,由于小气泡破裂,导致它们受到的浮力变小,当浮力小于重力时又沉入杯底。
【知识点】阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】刚开始时,将葡萄干的密度与饮料密度进行比较,根据浮沉条件说明葡萄干下沉的原因。当葡萄干吸附了气泡后,说明排开液体的体积变化,根据阿基米德原理说明浮力的变化,进而说明此时上浮的原因。当气泡破裂后,再用同样的方法分析葡萄干下沉的原因即可。
22.创新科技小组用轻质杆设计制作了测量液体密度的工具——密度秤。其中经防腐处理的合金块重8N,体积100cm ,秤砣重2N,秤纽处O到A端长10cm。测量时手提着秤纽将密度秤的合金块浸没在待测液体中(不接触容器),调节秤砣位置使秤杆水平平衡,秤砣悬挂处的刻度值为被测液体密度。请解答下列问题(g=10N/kg):
(1)在底面积为100cm 的烧杯内装入20cm深的待测液体,测量情况如图,测得OC长34cm。求秤杆A端受到绳子的拉力大小;
(2)C点刻度表示的待测液体密度多大
(3)以上过程中合金块放入前后,待测液体对烧杯底部压强变化多少
【答案】(1)由杠杆平衡条件
可得
解得
(2)合金块受到的浮力
因合金块浸没,则物体排开液体的体积
由 可得待测液体密度
(3)因容器成柱状,合金块放入液体后对容器底增大的压力
增大的压强
答:(1)A端受到绳子的拉力大小是6.8N;(2)C点刻度表示的待测液体密度是 1.2×10 kg/m ;(3)以上过程中合金块放入前后,待测液体对烧杯底部压强变化是 120 Pa。
【知识点】压强的大小及其计算;阿基米德原理;浮力大小的计算;杠杆的平衡条件
【解析】【分析】(1)根据图片确定动力臂和阻力臂,根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2列式计算即可;
(2)首先根据平衡力的知识 计算合金块受到的浮力,然后根据 计算合金块排开液体的体积,最后根据 计算待测液体的密度。
(3)当容器为上下粗细一致的柱体时,合金块放入后液体增大的压力等于它受到的浮力,据此根据 计算增大的压强即可。
23.将一密度比水小的木块,系好绳子后放入甲图容器中,并把绳子的另一端固定在容器底部的中央,然后沿器壁缓慢匀速倒入水(忽略其他因素影响),容器中水与木块位置变化如乙图.请你在丙图中画出木块从加水到浸没后的过程中浮力随时间的变化情况图,并说出各段变化的理由。(温馨提示:t1时木块恰好离开杯底,t2时绳子刚好拉直,t3时木块刚好充全浸没。
【答案】【解答】由F浮=ρ液gV排,ρ液、g不变,V排越大,F浮越大;
从0→t1加水过程中,木块没有离开杯底,木块排开水的体积增大,浮力增大;
从t1→t2加水的过程中,木块离开杯底处于漂浮状态,排开水的体积不变,浮力不变;
从t2→t3加水过程中,绳子拉直,木块排开水的体积又不断变大,浮力再次变大;
从t3→t4加水过程中,木块完全浸没,排开水的体积不再发生变化,浮力也不再发生变化。
图象如图所示:
【知识点】阿基米德原理
【解析】【分析】根据阿基米德原理及物体漂浮时浮力与重力的关系进行分析,将整个过程分为离开容器底前、漂浮且绳子未拉直时、绳子拉直后未完全浸没前、完全浸没后几个阶段进行分析。
【解答】答:由F浮=ρ液gV排,ρ液、g不变,V排越大,F浮越大;
从0→t1加水过程中,木块没有离开杯底,木块排开水的体积增大,浮力增大;
从t1→t2加水的过程中,木块离开杯底处于漂浮状态,排开水的体积不变,浮力不变;
从t2→t3加水过程中,绳子拉直,木块排开水的体积又不断变大,浮力再次变大;
从t3→t4加水过程中,木块完全浸没,排开水的体积不再发生变化,浮力也不再发生变化。
故答案为:图象如图所示。
24.(2020九上·镇海月考)如图甲所示,正方体A边长0.2m,作为配重使用,杠杆OE:OF=2:3,某同学用这个装置和一个密闭容器D提取水中的圆柱体B, 圆柱体B的体积是密闭容器D的1/3;旁边浮体C的体积是0.1m3,该同学站在浮体C上,总体积的3/5浸入水中;该同学用力拉动滑轮组绕绳自由端,手拉绳的功率P和密闭容器D匀速被提升的距离关系如图乙所示;密闭容器D上升速度0.05m/s保持不变,密闭容器D被提出水后,圆柱体B从密闭容器D中取出放在浮体C的上面,同时手松开绳子时,浮体C露出水面的体积减少总体积的7/25;在提升全过程中,配重A始终没有离开地面。两个定滑轮总重10 N.(绳的重力,滑轮与轴的摩擦及水的阻力不计。g=10N/kg),求:
(1)圆柱体B的重力;
(2)密闭容器D离开水面时,滑轮组提升重物B的机械效率;(百分号前面保留一位小数);
(3)圆柱体B的密度;
(4)在提升全过程中配重A对地面的压强的最大变化量。
【答案】(1)解:由图象可知,D完全露出水面时F1的功率P1=12W,
此时的拉力 ,
B放在C上,且放开手后, ,
∴GB+80N=1×103kg/m3×10N/kg× ×0.1m3;
解得:GB=200N
(2)解:
(3)解:根据F1= (GB+GD+G轮)得到:GD+G动=3F1-GB=3×80N-200N=40N;
D未出水面时的功率为P2=6W,
拉力 ;
根据根据F1= (GB+GD+G轮)得到,
D受浮力F浮=GB+GD+G动-3F2=200N+40N-3×40N=120N,
此时排开水的体积 ,
那么B的体积 ,
那么圆柱体B的密度
(4)解:定滑轮对杠杆右端的最大拉力:Fmax=4F1+G定=4×80N+10N=330N,
由杠杆平衡条件得:Fmax×OF=FE1×OE,
330N×3=FE1×2,
解得:FE1=495N;
定滑轮对杠杆右端的最小拉力:Fmin=4F2+G定=4×40N+10N=170N,
由杠杆平衡条件得:Fmin×OF=FE2×OE,
170N×3=FE1×2,
解得:FE1=255N。
配重A对地面的压强的最大变化量:
【知识点】阿基米德原理;功率计算公式的应用;杠杆的平衡条件;滑轮组绳子拉力的计算;机械效率的计算
【解析】【分析】(1)根据乙图可知,当D完全出水后,拉力F1的功率为12W。动滑轮上承担重力的绳子段数n=3,根据v=nvD计算出自由端的拉力F1移动的速度,并根据计算出此时的拉力。将B放到C上后,且放开手,那么C浮力的增大量等于B的重力和减小的拉力F1的和,此时露出体积的减少量就是排开水的体积对应的变化量,根据阿基米德原理列出方程,计算出物体B的重力即可。
(2)当容器D离开水面后,不受浮力,那么根据 计算出提升B的机械效率。
(3)当容器D出水后,它不再受浮力,根据 F1= (GB+GD+G轮) 计算出容器D和动滑轮的重力之和。当容器D还未出水时的功率为6W,根据公式 计算出此时自由端的拉力F2;此时根据F浮=GB+GD+G动-nF2计算出D浸没时受到的浮力,接下来根据阿基米德原理 计算出D的体积,根据 计算出B的体积 计算出物体B的密度。
(4)以定滑轮为受力对象进行分析,它受到杠杆向上的拉力F拉,向下的四根绳子上的拉力和定滑轮向下的重力,即F拉=4F+G定;据此分别计算出自由端的拉力为F1和F2时对应的拉力F拉,并根据杠杆的平衡条件分别计算出杠杆对物体A的拉力。两个拉力之差就是物体A对地面的压力的最大变化量,最后根据 计算A对地面的压强的最大变化量即可。
五、综合说理题
25.(2020九上·温州开学考)如图甲所示是一种自动浮沉的装置。其制作过程如下:
①将新鲜的植物枝条插入装有湿润泥沙的烧瓶中,并放入一支盛有适量二氧化碳缓冲液的试管;
②烧瓶口紧包一个可伸缩的气球,调节泥沙的质量,使烧瓶悬浮在装有水的容器中;
③将装置置于实验室中,白天用1千勒克斯以上的光源持续照射,晚上使装置处于黑暗中。
资料1:二氧化碳缓冲液能调节烧瓶内二氧化碳气体的浓度,并使其基本保持不变。
资料2:烧瓶中植物对二氧化碳的吸收量和光照强度的关系如乙所示。
根据上述信息,请你对自动浮沉装置白天和夜晚的浮沉状况做出判断,并结合所学知识予以解释。
【答案】白天烧瓶上浮露出水面,晚上下沉到水底。白天,光照强度在1千勒克斯以上,植物光合作用强于呼吸作用,产生氧气多于消耗的氧气,而二氧化碳基本保持不变。烧瓶内气体增多,气球膨胀,导致浮力增大。根据质量守恒定律,烧瓶重力保持不变。而原来烧瓶悬浮时浮力等于重力,所以白天浮力会大于重力,烧瓶会上浮露出水面。晚上,植物只进行呼吸作用消耗氧气;气体减少,气球收缩,导致浮力减小。所以晚上浮力会小于重力,烧瓶下沉到水底。
【知识点】光合作用和呼吸作用的相互关系;物体的浮沉条件及其应用;浮力的变化
【解析】【分析】首先根据烧瓶的悬浮状态,推算出它受到的浮力和重力的关系,然后根据白天时植物的光合作用,分析烧瓶内氧气的体积变化,进而确定气球体积的变化,根据阿基米德原理得到烧瓶受到浮力的变化,进而判断白天时它的浮沉状态。夜晚时,光照减弱,根据植物的呼吸作用分析氧气体积的变化,进而得到气球体积的变化,根据阿基米德原理分析浮力的变化,根据浮沉条件判断晚上时烧瓶的状态即可。
【解答】白天烧瓶上浮露出水面,晚上下沉到水底。白天,光照强度在1千勒克斯以上,植物光合作用强于呼吸作用,产生氧气多于消耗的氧气,而二氧化碳基本保持不变。烧瓶内气体增多,气球膨胀,导致浮力增大。根据质量守恒定律,烧瓶重力保持不变。而原来烧瓶悬浮时浮力等于重力,所以白天浮力会大于重力,烧瓶会上浮露出水面。晚上,植物只进行呼吸作用消耗氧气;气体减少,气球收缩,导致浮力减小。所以晚上浮力会小于重力,烧瓶下沉到水底。
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