【满分备考攻略】中考物理高频考点精练专题11浮力
一、浮力
1.(2020·百色)下列物体中,不受浮力作用的是( )
A.在水中下沉的铁块 B.在水中的桥墩
C.浮在水面上的轮船 D.空中上升的气球
2.(2024八下·吉安期中)如图所示,将一铁块用弹簧测力计悬挂起来,并逐渐浸入水中。在铁块未浸没前,铁块所受的浮力逐渐 (选填“变大”“变小”或“不变”),弹簧测力计的示数逐渐 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
3.(2024九下·芜湖模拟)在探究浮力产生原因时,选取模型进行推导浮力产生的原因时,从而得出阿基米德原理 不适合作为模型推导阿基米德原理(选填“a”“b”或“c”)。
4.(2024九下·当阳模拟)如图所示,潜水艇正在从水下上浮,请画出潜水艇受力的示意图。
二、阿基米德原理
5.(2024九下·岳阳模拟)若给你一个弹簧测力计、一杯水、一根细线和一实心金属块,不能得到的物理量是( )
A.金属块的质量 B.金属块浸没在水中的浮力
C.金属块的面积 D.金属块的密度
6.(2024九下·台山模拟)学校科技创新活动中,小明展示了自己发明的作品“浮力秤”,该作品可方便地称量物体的质量,“浮力秤”总高为15cm,底面积为8×10-4m2,秤盘中不放物体时,小筒浸入水中的高度为5cm。该浮力秤能称出物体的最大质量为(g取10N/kg,)( )
A.0.4kg B.0.04kg C.0.8kg D.0.08kg
7.(2024九下·台山模拟)【科技主题】近年来我国在科技领域取得辉煌成就。请运用有关的物理知识,完成第下面小题。
(1)C919大飞机采用大量 小的铝锂合金材料来制造,以此减小飞机的质量;飞机产生升力的原因是机翼上表面的空气流速大 ;飞机起飞过程中,以驾驶飞机的飞行员为参照物,飞机是 的。
(2)福建舰满载时的排水量为8万吨,并且配备具有世界领先水平的电磁弹射与电磁拦阻装置。如图所示,当电磁弹射器内的弹射车内的导体通过强大的电流时通过 与福建舰上的工作人员进行信息传递;福建舰满载时排开海水的体积为 m3(海水的密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg);请写出一个与电磁弹射器的工作原理相同的设备: (合理即可)。
8.(2024九下·碧江模拟)如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下,从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动直至离开水面一段距离。请画出绳子在这个过程中所受拉力随时间图像。
9.(2024九下·十堰模拟)“手提电子秤”具有精确度高,携带方便等特点,小华用它做了如下实验,步骤如图所示:
图A:石块挂在电子秤的挂钩下静止,电子秤的示数为3.00N;
图B:将石块浸没于水中静止(未触底),小李发现电子秤的示数在规律性地变化,一段时间过后才稳定下来,最终电子秤的示数为2.00N;
图C:小华想知道原因,便取出石块,擦净表面的水后,电子秤的示数为3.20N。
(1)石块浸没在水中后受到的浮力为 N。
(2)石块的密度为 。
(3)小华添加一个小桶后,继续用该石块验证“阿基米德原理”,他按照图D,E,F的步骤进行实验操作,若电子秤的示数 ,则浸入液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的 的大小。实验E中,若石块未完全浸没在水中, (选填“能”或“不能”)验证阿基米德原理。
10.(2024·常平模拟)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。
(1)由 A、C 图可知浸没在水中的物体所受浮力是 N,由A、D、E 可知物体所受浮力与 有关。
(2)物体从C下降到D的过程中,它的底部所受压强 (选填“变大”“变小”或“不变”),根据实验数据计算出物体的密度是 kg/m3.
(3)小明利用浮力和杠杆的知识,发明了一个密度秤如图甲,轻质杠杆 AB 可绕 O 点转动,在 A、B两端分别挂有两个正方体C、D,已知C的重力为20N,OA=10cm,OB=8cm。此时杠杆处于水平平衡状态,则正方体 D 的重力为 N.
(4)如图乙,接着将物体C浸没在水中(C 的边长为10cm),移动物体D到E点时杠杆恰好水平静止:那么OE的长度为 cm,则可以在E点标上水的密度ρ水(ρ水=1.0×103kg/m3)。
11.(2024九下·阳春模拟)如图所示的热气球,其下方开口处燃烧液化气,随着热气球内部气体温度升高,热气球体积膨胀到一定程度,徐徐升空,则气球内的气体密度 ,气球所受浮力 (以上两空填“变大”“变小”或“不变”);当体积为的热气球悬浮在空中,热气球及吊篮和乘客的总重是 。(空气密度,)
12.(2024九下·山海关模拟)在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,同学们准备了甲乙两个体积相同密度不同的正方体物块做了如图所示实验,并提出了如下的猜想:
A:浮力的大小可能与液体的密度有关
B:可能与物体浸没在液体中的深度有关
C:浮力的大小可能与排开液体的体积有关
D:浮力的大小可能与物体的密度有关
(1)如图用手把饮料罐按入水中.饮料罐浸入水中越深,手会感到越吃力。说明饮料罐受到 ,这个事实可以支持以上猜想 (选填序号);
(2)分析比较实验①④⑤、可以验证猜想 是错误的;
(3)分析比较实验 ,可以验证猜想A是正确的;
(4)分析比较实验①⑤与②⑥,可以得出的结论: ;
(5)若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋替代弹簧测力计,能否完成本实验? (选填“能”或“不能”)。
13.(2024·从江模拟)《天工开物》中记录了一种从低到高引水的农用机械“筒车”,如图甲所示,其设计的基本构造并不复杂,主要是由一个大型立轮传动链条、受水板、竹筒所组成,大轮的下部浸在水中,在水力的作用下,水面下的竹筒灌满后,匀速转到轮上方的一定位置时,便自动倒入水槽,水沿槽流到田里,如图乙所示。(,3,g取10N/kg)
(1)“筒车”取水过程中,竹筒内水的动能 ,重力势能 。
(2)一个竹筒的质量为1kg,当其完全浸入水中后,受到的浮力大小为多少?
(3)有同学说竹筒在大轮最低处受到的浮力一定最大,你是否认可他的说法,你的理由是什么?
(4)筒车需要放置在水流较为湍急的地方便于获得水的推力,从而持续不断地旋转。若放置筒车处由于某些原因导致水流速度变慢,筒车无法正常工作,怎样做可以实现筒车持续旋转,写出你的方案。
14.(2023·十堰)如图甲是中国海军十堰舰停泊在港湾时的情景,相关参数如下表;执行任务过程中,该舰以恒定最大推进功率航行;(g取)求:
排水量
吃水深度
最大航速
最大推进功率
(1)十堰舰满载停泊在港湾时所受浮力大小;
(2)若十堰舰从静止出发,加速航行时达到最大航速,图乙是本次航行的图像,求加速阶段的平均速度;
(3)十堰舰以最大航速水平匀速直线航行时,十堰舰所受阻力大小。
三、物体的沉浮
15.(2024·新余模拟) 三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是
B.液体对容器底部的压强关系是
C.容器对桌面的压强关系是
D.小球受到的浮力大小关系是
16.(2024九下·当阳模拟)善于观察的小雨在洗枣时发现,将枣从一定高度投入水中,枣没入水中一定深度后又马上浮起,最终漂浮在水面上。下列分析正确的是( )
A.枣能没入水中是因为惯性
B.枣没入水中时受到的浮力等于重力
C.枣漂浮在水面上时浮力大于重力
D.枣的密度大于水的密度
17.(2024九下·武汉模拟)根据图中所示,回答问题:
将两支相同的密度计放入两种液体中(放入后两液体深度相同),则两液体对容器底部的压强相比较,pa pb(选填“大于”“小于”“等于”)。
18.(2024九下·武汉模拟)如图所示,量筒里所装水的质量为 kg,若放入一小木块,木块漂浮在水面上,这是因为水的 比木块大.
19.(2024·南充模拟)一个体积为100cm3的小球,轻轻放入盛满水的溢水杯中,小球静止后排出水的质量为80g,此时小球所受浮力为 N:将小球取出,放入盛足够多的密度为0.8×103kg/m3的酒精的杯中,松手后,它将会 (选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”)
四、能力提升
20.(2024九下·永城模拟)如图所示,烧杯中装有适量的水,现有质地均匀,不吸且不溶于水的a、b两实心柱体,质量之比为3∶1,体积之比为4∶1,将b置于a上面一起放入烧杯中,静止时a的上表面刚好与液面相平,下列说法正确的是( )
A.a的密度为
B.单独把a放入烧杯中,有四分之三的体积露出液面
C.单独把b放入烧杯中,有四分之一的体积露出液面。
D.单独把a放入烧杯中时,其下表面液体压强与图中a的下表面液体压强之比为3∶4
21.(2024九下·韶关模拟)小德在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”实验中的操作如图所示。
(1)如图甲所示,小德把一个饮料罐慢慢按入水中,感觉用的力越来越大,由此猜想浮力的大小可能跟物体排开液体的体积有关,于是他设计了如图乙所示的实验步骤,根据 两图可以验证该猜想是否正确;
(2)通过观察b、e两图,他得出了“浮力的大小跟液体的密度有关”的结论,该结论 (选填“合理”或“不合理”);
(3)在实验中,观察到物体A浸没在盐水中静止时弹簧测力计的示数较小,则物体A 浸没在盐水中时受到的浮力较 (选填“大”或“小”);
(4)根据实验数据可知,物体A与盐水的密度之比为 ;()
(5)实验结束后,小德联想到压力和压强,b、d两图中物体A的下表面受到水的压强分别为p1、p2,则p1 p2;由于物体A的浸入,c、e两图中烧杯对水平桌面增加的压力大小分别为F1、F2,则F1 F2。(均选填“>”“<”或“=”)
22.(2024九下·南关模拟)为进行浮力相关实验,小明将支架与升降台放置于水平桌面上,将力传感器固定在支架上,底面积为40cm2的实心均匀圆柱体A通过轻质细线与力传感器相连,力传感器可测量细线拉力的大小。薄壁柱形筒水怀B放在水下升降台上,如图甲所示,从某时刻开始让升降台上升使A逐渐浸入水中,力传感器所测力的大小与升降台上升高度h的关系如图乙所示。不计细线的伸崩,A始终保持竖直,且不吸水。完成下列问题(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kgm3。
(1)当升降台从5cm升到8cm,分析图C图像可知浮力大小与 有关;
(2)通过分析图像知圆柱体A的重力为 N;
(3)将升降台高度降到初始位置,换用与水深度相等的酒精,重复上述步骤,发现升降台上升18cm时,力传感器示数为F2,F1(4)请根据图乙中数据计算出圆柱体A的密度为 kg/m3。
23.(2024九下·和平模拟)同学们模拟古人利用浮力打捞铁牛,模拟过程和测量值如图所示。
①把正方体A放在架空水槽底部的方孔处(忽略A与水槽的接触面积),往水槽内装入适量的水,把一质量与A相等的柱形薄壁水杯放入水中漂浮,如图甲所示;
②向水杯中装入质量为水杯质量二倍的铁砂时,水杯底到A上表面的距离等于A的边长,如图乙所示;
③用细线连接水杯和A,使细线拉直且无拉力,再将铁砂从杯中取出,当铁砂取完后A恰好可被拉起,完成打捞后,如图丙所示,请你完成:
(1)画出图丙中的水杯受到的力;
(2)求图乙中水杯浸入水中的深度h;
(3)水杯与正方体A的底面积之比 。
(温馨提示:推导计算过程中需要的物理量,请提前设定!)
24.(2024九下·杨浦模拟)如图甲所示,正方体塑料物块A的边长为10cm,A下表面与长方体金属块B上表面用细线相连,直到细线刚好拉直,水箱中水的深度h与加水质量m之间的关系如图乙所示,金属块B恰被拉起,出水口开始排水(忽略细线质量、体积和形变),已知B金属块底面积SB=20cm2,水箱底部的面积(含出水口)为S=200cm2,求:(ρ水=1.0×103kg/m3)。
(1)当加入360g的水时水对箱底的压强;
(2)塑料物块A上浮过程中所受浮力;
(3)细线的长度L;
(4)金属块B的重力GB。
25.(2024九下·北京市模拟)小明在学习浮沉条件后,希望能做出物体在水中处于悬浮的状态。于是小明在气球(体积易受环境因素影响)下面挂一小金属块,放入水中某处恰好使金属块和气球处于悬浮状态,小明记得老师曾经讲过悬浮在水中的物体可以悬浮于液面下任何位置,于是他伸手将水中的气球和金属块往下移动一段距离,假设水足够深,他让气球和金属块在此处静止后,松开手,你认为气球和金属块是否仍然可以在该处悬浮?请判断并说明理由。
五、直击中考
26.(2024·凉山州)如图所示,两个完全相同的小球,分别漂浮在装有一定酒精和水的容器中(ρ水>ρ酒),小球的质量为6g,体积为10cm3,下列描述正确的是( )
A.小球的密度为6×103kg/m3
B.小球排开水的质量等于排开酒精的质量酒精三水
C.用力将图乙的小球向下压的过程中,小球受到的浮力不变
D.将酒精注入乙容器中(不溢出液体),小球浸入液体的体积不变甲乙
27.(2024·北京)图甲为一彩球“温度计”,其密闭玻璃容器内装有一种特殊液体,随着温度升高,这种液体的密度会减小。液体中有个挂有温度标牌的彩球,彩球体积包括标牌相等,其热胀冷缩可以忽略。当有彩球悬浮时,悬浮的彩球标牌上的温度值就是所测得的当前环境温度。图乙为这个温度计的示意图,编号为的彩球标牌所标温度值为,相邻编号的彩球标牌上的温度值间隔为。下列说法正确的是( )
A.彩球在时所受浮力大于时所受浮力
B.当环境温度处于该温度计可测得的最低温度时,个彩球均漂浮
C.若有个彩球漂浮,个彩球沉底,则环境温度满足
D.要增大该温度计能测得的最高温度,可增加一个与彩球体积相等、质量更小的彩球
28.(2024·潍坊)物理兴趣小组把吸管的下端密闭并缠绕一段细铜丝(细铜丝体积忽略不计),自制一个简易密度计。如图所示,密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,且保持竖直姿态。密度计在三种液体中静止时,在密度计上与液面平齐处各标记一条刻线,共得到三条刻线。已知密度计在c液体中,有1/8的体积浸入液体,浸入体积为5×10-8m3。三种液体密度如表格所示,下列分析正确的是 ( )
液体种类 液体密度/(kg m-3)
a液体 0.5×103
b液体 1×103
c液体 2×103
A.三条刻线的间隔距离不相等
B.密度计的质量为0.1kg
C.密度计在三种液体中所受浮力不相等
D.密度计在b液体中的浸人体积为3×10-8m3
29.(2023·襄阳中考)把一个材质均匀的正方体,分别投入、、三种液体中,静止后的状态如图所示,下列说法正确的是( )
A.在液体中正方体受到浮力最大
B.三种液体中液体密度最接近正方体的密度
C.三种液体中的密度最大
D.正方体的密度大于三种液体中的任意一种
30.(2024·菏泽)物理学习小组在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用同一金属块依次进行如下步骤的操作:
根据上述实验步骤,完成下列问题:
(1)步骤A中金属块重 N;
(2)步骤B中金属块受到的浮力为 N;
(3)分析 三步骤数据,初步得出浮力大小与液体密度有关;
(4)若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,测力计的示数 1.6N(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)结合已学知识,根据步骤A、C,计算出金属块的体积为 (,g取10N/kg)。
31.(2024·哈尔滨) 学习了力学知识后,同学们到实验室进行实验
(1)如图所示是春巍同学利用浮力知识测量物体重力大小的实验过程,则物体排开水的体积为 cm3,物体所受重力为 N;(ρ水=1.0×103kg/m3,g=9.8N/kg)
(2)她查阅资料发现不同地点g值并不都等于9.8N/kg,于是她想利用所学力学知识测出所在地的g值大小,请你帮她完成实验设计(器材自选)。
①实验原理: ;
②实验步骤: ;
③由于各地g值相差较小,为提高测出g值的准确性,她提出应选择精密的测量仪器。请你再提出一条合理建议。
32.(2022·包头)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)使用弹簧测力计前,要将指针调在 位置。
(2)实验中所用物块的重力为 N。
(3)同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得的溢出水的重力 (填“偏大”或“偏小”)。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为 N,物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小 。
(5)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,发现F5>F3,说明物块受到的浮力大小与 有关。换用酒精再次实验的目的是 (填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。
33.(2024·凉山州)质量为75kg的建筑工人,想利用如图甲所示的装置将水池底的长方体石料拉出水面。石料的质量为200kg,体积为0.08m3,每个动滑轮的质量均为6kg,石料上表面到水面的距离为1m,不考虑绳重、滑轮的摩擦和水的阻力。
(1)求石料浸没在水中受到的浮力;
(2)工人利用甲图匀速拉动过程中,石料上表面到达水面时,求工人的拉力所做的功;
(3)工人继续利用甲图拉动石料,石料总体积露出水面1/8时因滑轮组上的绳子承受的拉力达到最大而断裂,工地上没有其他型号的绳子替代,工人利用原型号绳子设计了如图乙所示的滑轮组欲将石料全部拉出水面,请你通过计算,判断他能否成功(无推理过程不得分)。
34.(2024·潍坊)如图甲所示的装置由杠杆PQ、圆柱形物体a、b以及水箱、滑轮等组成。杠杆PQ只能绕O点在竖直平面内转动,PO:OQ=1:3;P端通过竖直绳连接a,a通过竖直轻杆固定在地面上;b浸没在水中,通过细绳、滑轮与杠杆Q端相连。开始时PQ水平,打开出水口阀门,轻杆对a的作用力F的大小随水面下降高度变化的规律如图乙所示。已知a、b质量分别为ma=1.5kg、mb=1.08kg,滑轮、杠杆和绳的重力均忽略不计,忽略所有摩擦,g取10N/kg,水的密度ρ=1.0×103kg/m3.求:
(1)打开阀门前P端绳对a的拉力;
(2)打开阀门前b受到的浮力;
(3)b的密度;
(4)当b受到的拉力大小为8.4N时,b下表面处的液体压强
35.(2024·牡丹江) 【动手动脑,实践体验】
综合实践活动课上,小江展示了自制的“小潜水艇”。如图甲所示,矿泉水瓶中装有适量的水,将一个未装满水的小玻璃瓶倒扣入矿泉水瓶中,给矿泉水瓶口盖上插有吸管的瓶盖,吸管与瓶盖之间密封且不接触瓶内的水面,小玻璃瓶沉在水底。小江通过吸管将矿泉水瓶中的气体吸出一部分,“小潜水艇”上浮了,如图乙所示。
(1)请分析解释“小潜水艇”上浮的原因。
(2)再说出一种能让“小潜水艇”上浮的方法。
答案解析部分
1.【答案】B
【知识点】浮力及其产生原因
【解析】【解答】ACD.在水中下沉的铁块和浮在水面上的轮船受到液体的浮力,空中上升的气球,受到气体的浮力,ACD不符合题意;
B.桥墩由于底面埋在地下,其底面不与水接触,因此桥墩没有受到水对其向上的压力,故桥墩不受浮力作用,B符合题意。
故答案为:B。
【分析】物体下表面没有受到液体压力,物体不受浮力。
2.【答案】变大;变小
【知识点】浮力及其产生原因
【解析】【解答】 铁块用弹簧测力计悬挂起来,并逐渐浸入水中,排开水的体积会逐渐增大,根据阿基米德原理可知,铁块所受的浮力逐渐增大,由F示=G-F浮可知, 弹簧测力计的示数逐渐 变小。
【分析】浮力大小与排开水的体积有关,排开水的体积越大,浮力越大;弹簧测力计示数的变化可以通过称重法F示=G-F浮来判断。
3.【答案】c
【知识点】液体压强的特点;浮力及其产生原因
【解析】【解答】浮力:浮力产生的原因为上下表面存在压力差,F浮=F向上-F向下,据知F向上=p向上S下表面,F向下=p向下S上表面;要用横截面积相同的模型,更好推导阿基米德原理,由此可知图中c不适合作为模型来推导原理。
故答案为:c。
【分析】浮力:浮力产生的原因为上下表面存在压强差,根据阿基米德远离可知浮力的大小等于排开水的重力,浮力的公式F浮=ρ液gV排,应用:通过改变自身重力改变浮力,轮船以及潜水艇。
4.【答案】
【知识点】重力示意图;浮力及其产生原因
【解析】【解答】由于不计水的阻力,所以潜水艇受竖直向上的浮力及竖直向下的重力,因为潜水艇在水中加速上浮,所以浮力要大于重力,故浮力线段的长度应大于重力线段的长度,作用点都画在重心处,如图所示:
【分析】分析出潜水艇的受力情况,根据潜水艇运动状态得出浮力与重力的大小关系。
5.【答案】C
【知识点】质量及其特性;阿基米德原理
【解析】【解答】A.利用弹簧测力计可以测出物体的重力,根据,计算金属块的质量m,故A不符合题意;
B.把金属块用细线悬挂在弹簧测力计上,将金属块完全浸没在杯内的水中,读出此时测力计的示数,根据弹簧测力计的示数差,计算金属块浸没在水中的浮力,故B不符合题意;
C.根据,计算排开金属排开水的体积,由于不知道金属块的高度,不能求得金属块的面积,故C符合题意;
D.已测得金属块的质量为m和金属块的体积,根据,计算金属块的密度也可测得,故D不符合题意。
故选C。
【分析】测力计可以计算物体的重力,根据,可以计算质量;根据F浮=G-F拉,可以计算浮力;根据,可以计算物体的体积;利用,计算物体的密度。
6.【答案】D
【知识点】阿基米德原理
【解析】【解答】秤盘和小筒漂浮,秤盘和小筒的重力等于浮力,总重力为
G=F浮1=ρ水gV排=ρ水gSh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m2×0.05m=0.4N
该浮力秤所受的最大浮力:
F'浮2=ρ水gV'排=ρ水gSh2=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m2×0.15m=1.2N
该浮力秤能称出物体的最大质量:,D符合题意。
故选D。
【分析】物体漂浮时,根据G=F浮=ρ水gV排,计算重力;根据F浮=ρ水gV排,计算浮力的大小,利用,计算质量。
7.【答案】(1)密度;小;静止
(2)电磁波;8×104;电动机
【知识点】阿基米德原理;参照物及其选择;运动和静止的相对性;电磁波在日常生活中的应用
【解析】【解答】(1)C919大飞机在体积一定时,需要减小质量,采用密度小的铝锂合金材料来制造;
飞机机翼上方为凸型,下方是平的,空气通过机翼上表面的流速大,压强小,机翼下方的空气流速小,压强大,所以机翼受到一个向上的压强差。飞机起飞时,飞机与飞行员之间没有位置的变化,飞机是静止的。
(2)舰载机上的飞行员通过电磁波与工作人员进行信息传递。根据满载排水量,计算排开的体积为:
;电磁弹射器将电能转化为机械能,原理是通电导体在磁场中受到力的作用,和电动机原理相同。
【分析】(1)体积一定时,密度越小,质量越小;流体在流速大的地方压强小;相对参照物,没有位置变化是静止的;
(2)航母上与地面通信利用电磁波;根据,计算体积。
8.【答案】
【知识点】二力平衡的条件及其应用;阿基米德原理
【解析】【解答】物体上表面未露出水面时,排开液体的体积没有变,由F浮=ρ水gV排,F浮不变,拉力不变,图像如下图乙下中AB段;当物体上表面露出水面时,浮力减小,拉力增大,如图中BC段;当物体全部露出水面,拉力等于重力,不变化,如图中CD段,如图所示:
【分析】物体进入液体的体积不变时,浮力不变,排开液体的体积减小,浮力减小,拉力变大。
9.【答案】(1)1.2
(2)
(3)F3;重力;能
【知识点】阿基米德原理
【解析】【解答】(1)由步骤B可知,石块浸没在水中稳定后电子秤的示数F2=2.00N,由步骤C可知,石块吸满水后的重力,则石块浸没在水中后受到的浮力
(2)由可知,石块排开水的体积
因石块浸没在水中,则石块的真实体积
由步骤A可知,石块不吸水时的重力G=3.00N,由G=mg可得小石块的真实质量
则小石块的密度
(3)由于石块吸水,根据称重法测浮力,石块浸没在水中后受到的浮力为F3-F5。
F6为小桶和排开水的总重力,为物体排开液体所受的重力,若则说明浸入液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的重力大小。
无论物体是部分浸入液体中还是全部浸入液体中,物体受到的浮力始终等于排开液体所受的重力,即实验中若物体没有完全浸没在水中,仍能验证阿基米德原理。
【分析】(1)步骤C可知石块石块吸满水后的重力,根据步骤B可知,石块浸没在水中稳定后电子秤的示数,根据称重法求出石块浸没在水中后受到的浮力。
(2)根据石块浸没在水中时受到的浮力利用阿基米德原理求出石块的体积,然后根据G=mg和密度公式求出石块的密度。
(3)由于石块吸水,根据称重法测浮力求出石块浸没在水中后受到的浮力,根据阿基米德原理的内容分析石块未完全浸没在水中能否验证阿基米德原理。
(1)由步骤C可知,石块吸满水后的重力,由步骤B可知,石块浸没在水中稳定后电子秤的示数F2=2.00N,则石块浸没在水中后受到的浮力
(2)由可知,石块排开水的体积
因石块浸没在水中,则石块的真实体积
由步骤A可知,石块不吸水时的重力G=3.00N,由G=mg可得小石块的真实质量
则小石块的密度
(3)[1]由于石块吸水,根据称重法测浮力,石块浸没在水中后受到的浮力为F3-F5。
[2]F6为小桶和排开水的总重力,为物体排开液体所受的重力,若则说明浸入液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的重力大小。
[3]无论物体是部分浸入液体中还是全部浸入液体中,物体受到的浮力始终等于排开液体所受的重力,即实验中若物体没有完全浸没在水中,仍能验证阿基米德原理。
10.【答案】(1)2;液体密度
(2)变大;4×103
(3)25
(4)4
【知识点】探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)由图A与C可知,物体在水中受到的浮力:;A、D、E实验,排开液体体积相同,液体密度不同,浮力不同,说明物体所受浮力与液体密度有关;
(2)物体从C下降到D的过程中,深度增加,根据可知,它的底部所受压强变大;
由图A与C可知,物体在水中受到的浮力:;
由可知物体A的体积:;物体密度;
(3)由图知:B端所受得力等于重物D对杠杆的拉力,大小等于物体D的重力,
根据杠杆的平衡条件知物体D的重力为:
;
(4) C的边长为a=10cm=0.1m,
当物体C浸没在水中时,受到的浮力为:
;
物体C受到的力:A点对C的拉力、浮力、重力故物体C受到的拉力为:;
此时物体D移动到E点时杠杆恰好水平静止,由 得:,
OE的长度:。
故答案为:(1)2;液体密度;(2)变大; 4×103 (3) 25;(4) 4。
【分析】(1)根据称重法可求浮力,根据控制变量法进行分析;
(2)根据液体压强影响因素进行分析,根据称重法求出物体浸没在水中时受到的浮力;由阿基米德原理可得出排开水的体积,即物体的体积,根据G=m g算出物体的质量,根据密度公式可求出物体的密度;
(3) (4)根据杠杆的平衡条件算出D物体的重力;根据阿基米德原理算出物体C全部浸没水中时受的浮力,对物体C受力分析得出拉力FA,根据杠杆的平衡条件算出OE的长度。
11.【答案】变小;变大;7800
【知识点】密度的应用与物质鉴别;阿基米德原理
【解析】【解答】热气球升空时,燃烧燃料,内部气体温度升高,气体体积增大,气球内的空气密度减小,根据,气球体积变大,浮力变大,计算浮力为
,
在空中悬浮,物体重力等于浮力,则有。
【分析】气体受热,体积膨胀,密度变小;根据F浮=ρ气gV排,密度一定时,体积越大,受到的浮力越大,可以计算浮力。
12.【答案】(1)浮力;C
(2)B
(3)②⑥⑦
(4)浮力的大小与物体的密度无关
(5)能
【知识点】探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)如图所示,用手把饮料罐按入水中,饮料罐浸入水中越深,它排开水的体积越大,而手会感到越吃力,则说明饮料罐受到的浮力增大,可以证明浮力大小与物体排开液体体积有关,即验证猜想C。
(2)比较①④⑤三次实验可知,液体的密度相同,排开液体的体积也相同,液体的深度不同,弹簧测力计示数相同,由称重法可知浮力相同,故比较①④⑤三次实验可知,浸没在水中的物体所受浮力的大小与深度无关,因此猜想B是错误的。
(3)要验证猜想A,即验证浮力的大小可能与液体的密度有关,需要控制排开液体的体积相同、物体的种类相同,改变液体的密度,可以比较实验①④⑦或①⑤⑦或②⑥⑦,通过比较以上三组实验,可发现每组实验中,物体排开液体的体积相同、物体的种类相同,液体密度不同,弹簧测力计示数不同,物体受到的浮力不同,因此可验证猜想A是正确的。
(4)已知甲、乙体积相同,则甲和乙排开液体的体积相同。由①②可知,甲、乙的重力不同,因此甲和乙的质量不同,由可知,甲和乙的密度不同。通过实验①⑤可知,甲受到的浮力为
通过②⑥可知,乙受到的浮力为
甲和乙受到的浮力相同,因此可得出结论:浮力的大小与物体的密度无关。
(5)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小,所以能完成本实验的探究。
【分析】(1)浸在液体中的物体受到向上的浮力。
(2)浸没在水中的物体所受浮力的大小与深度无关。
(3)浮力的大小与液体的密度有关。
(4)浮力的大小与物体的密度无关。
(5)通过记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小。
(1)[1][2]如图所示,用手把饮料罐按入水中,饮料罐浸入水中越深,它排开水的体积越大,而手会感到越吃力,则说明饮料罐受到的浮力增大,可以证明浮力大小与物体排开液体体积有关,即验证猜想C。
(2)比较①④⑤三次实验可知,液体的密度相同,排开液体的体积也相同,液体的深度不同,弹簧测力计示数相同,由称重法可知浮力相同,故比较①④⑤三次实验可知,浸没在水中的物体所受浮力的大小与深度无关,因此猜想B是错误的。
(3)要验证猜想A,即验证浮力的大小可能与液体的密度有关,需要控制排开液体的体积相同、物体的种类相同,改变液体的密度,可以比较实验①④⑦或①⑤⑦或②⑥⑦,通过比较以上三组实验,可发现每组实验中,物体排开液体的体积相同、物体的种类相同,液体密度不同,弹簧测力计示数不同,物体受到的浮力不同,因此可验证猜想A是正确的。
(4)已知甲、乙体积相同,则甲和乙排开液体的体积相同。由①②可知,甲、乙的重力不同,因此甲和乙的质量不同,由可知,甲和乙的密度不同。通过实验①⑤可知,甲受到的浮力为
通过②⑥可知,乙受到的浮力为
甲和乙受到的浮力相同,因此可得出结论:浮力的大小与物体的密度无关。
(5)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小,所以能完成本实验的探究。
13.【答案】(1)不变;变大
(2)一个竹筒的质量为kg,竹筒的体积,
竹筒完全浸入水中,排开水的体积与竹筒体积相等,则
(3)不认可,因为竹筒浸没后排开水的体积不变,则所受浮力不变
(4)筒车无法正常工作,说明筒车的动能较小,转化为水的重力势能较小,不能把水提上去,因而需要减小水的质量。可以减小竹筒的容积,实现筒车持续旋转。
【知识点】动能和势能的大小变化;动能的影响因素;浮力大小的计算
【解析】【解答】(1)因为竹筒灌满后水匀速转动,所以水的动能不变,但是水的高度在增大,所以重力势能变大;
(2)当竹筒完全浸没在水中时,排开水的体积等于竹筒的体积,则
则竹筒受到的浮力
(3)不认可。由可知,因为竹筒浸没后排开水的体积不变,则所受浮力不变。
(4)筒车无法正常工作,说明筒车的动能较小,转化为水的重力势能较小,不能把水提上去,因而需要减小水的质量。可以减小竹筒的容积,实现筒车持续旋转。
【分析】本题结合“筒车”的案例,考查了能的转化和浮力的相关计算,需要注意分析,灵活应用知识。
14.【答案】解:(1)由阿基米德原理可得,护卫舰满载时,受到海水的浮力
F浮=G排=m排g=1220×103kg×10N/kg=1.22×107N
(2)由乙图可知,该舰加速航行达到最大航速12.5m/s,用时120s,航行0.96km,则加速阶段的平均速度
(3)护卫舰的最大航速为12.5m/s,水平匀速直线航行时,受到的阻力与牵引力是一对平衡力,根据
可得,十堰舰所受阻力
答:(1)该护卫舰满载时受到的浮力是1.22×107N;
(2)加速阶段的平均速度为8m/s;
(3)十堰舰所受阻力为1×106N。
【知识点】功率计算公式的应用;速度公式及其应用;阿基米德原理
【解析】【分析】(1)根据F浮=G排=m排g算出十堰舰满载停泊在港湾时所受浮力大小;
(2)由图乙知十堰舰到达最大航速的时间为120s,根据算出加速阶段的平均速度;
(3)根据算出十堰舰以最大航速水平匀速直线航行时的牵引力,根据二力平衡算出其受到的阻力。
15.【答案】D
【知识点】压强的大小及其计算;液体压强计算公式的应用;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】已知三个完全相同的小球,则其质量、体积和密度都相同;
A、小球在甲中下沉,故ρ球>ρ甲,在乙容器中漂浮,故ρ球<ρ乙,在丙中悬浮,故ρ球=ρ丙;所以三种液体的密度关系为:ρ甲<ρ丙<ρ乙,故A正确;
B、静止时三个容器的液面恰好相平,即深度h相等,由于ρ甲<ρ丙<ρ乙,根据p=ρgh可知:p乙>p丙>p甲,故B错误;
C、开始时,由于三个相同容器内分别盛满不同的液体,则液体的体积V甲=V乙=V丙,放入小球后,甲、丙溢出相同体积的液体,则剩余液体体积V甲'=V丙';由于ρ甲<ρ丙,故m甲<m丙,重力G甲<G丙,乙液体溢出的最少,故剩余液体体积V乙'最大;又因为ρ乙最大,所以乙的质量最大、重力最大,故G甲<G丙<G乙;容器相同,则容器重力相等,三个完全相同的小球,则小球的重力相等,容器对水平桌面的压力等于容器、容器内的液体和球的重力之和,即F甲<F丙<F乙;由于受力面积相同,由可得,p乙'>'p丙'>p甲',故C错误;
D、由图知,小球在丙容器中悬浮,在乙容器中漂浮,所以小球所受的浮力与自身的重力相等;在甲容器中下沉,浮力小于其重力,所以小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲,故D正确。
故选:AD。
【分析】(1)根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系;
(2)利用液体压强公式分析判断三种液体对容器底的压强关系;
(3)烧杯对桌面的压力等于烧杯、容器内液体和小球的总重力,受力面积相同,根据比较压强大小;
(4)当物体漂浮或悬浮时,其浮力等于自身的重力。
16.【答案】A
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A.由于惯性的存在,枣从一定高度投入水中,它会保持原来的运动状态继续向下运动,因此能够没入水中一定深度。故A正确;
B.根据牛顿第一定律可知,枣没入水中时,如果它受到的浮力等于重力,那么它将保持静止或匀速直线运动状态,但如果“马上浮起”,说明它受到的浮力大于重力。故B错误;
C.枣漂浮在水面上时,根据物体浮沉条件和二力平衡可知,漂浮的物体受到的浮力等于其重力。故C错误;
D.根据物体沉浮条件可知,枣最终漂浮在水面上,说明它的密度小于水的密度,因为如果枣的密度大于或等于水的密度,它将无法漂浮在水面上,而是会沉入水底或悬浮在水中。故D错误。
故选A。
【分析】惯性可以使物体保持原来的运动状态,物体在不受任何外力时将保持静止或匀速直线运动,根据物体沉浮条件和在水中状态可以判断二者密度关系。
17.【答案】大于
【知识点】液体压强计算公式的应用;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】由题可知,密度计漂浮在水面上,所以重力等于浮力,题目中b排水体积大,所以F=ρgv可知,b液体的密度小,根据压强的计算公式:P=ρgh可知,高度相同,所以压强和密度成正比,b的密度小,b的压强小,即pa>pb
综上 第1空、 大于
【分析】1、浮力的计算:公式为F=ρ液gv排,当浮力相同时,排水体积和液体的密度成反比
2、压强的计算:公式为P=ρgh,高度相同,压强和密度成正比
3、物体浮沉:物体漂浮,所以浮力等于重力
18.【答案】0.01;密度
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】由图可知所装水的体积是10cm3,水的密度为1g/cm3,根据密度公式m=ρv计算水的质量:m=ρV=10g=0.01kg;木块会漂浮在水面上,因为水的密度比木块大
综上 第1空、 0.01; 第2空、密度
【分析】物体的密度:公式为m=ρv,题目中水的体积为10cm3,水的密度为1g/cm3,据此计算水的质量;
物体浮沉:物体漂浮在水面上,物体密度小于水的密度,物体悬浮在水面上,密度等于水的密度;物体下沉在水中,物体的密度大于水的密度
19.【答案】0.8;悬浮
【知识点】重力及其大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】根据排开水的质量,计算浮力F浮=G排=mg=0.08kg×10N/kg=0.8N;根据排开的水的质量,计算排开水的体积,排开水的体积小于小球的体积,小球漂浮,则小球的质量等于排开的水的质量,计算小球的密度为,当放入密度为0.8×103kg/m3的酒精中,物体密度等于液体密度,在酒精总悬浮。
【分析】根据排开液体的质量F浮=G排=mg,计算物体受到的浮力;根据,计算排开液体的体积;结合排开液体体积和物体体积,判断状态;根据,计算物体的密度;当物体密度等于液体密度时,物体悬浮。
20.【答案】A,D
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A.由题意,,根据,,根据题意
联立可得
即
解得,故A正确;
B.因,故单独把放入烧杯中,漂浮,即,即
解得,所以露出液面的体积占总体积的四分之一,故B错误;
C.由题意可知,,根据可知
所以
因,故单独把b放入烧杯中,b悬浮,故C错误;
D.单独把a放入烧杯中时,a下表面在水中的深度,在图中,下表面所在深度为,根据,单独把放入烧杯中时和题图中的下表面液体压强之比为,故D正确。
故选AD。
【分析】根据物体排开液体的体积,结合浮力和重力相等,计算物体密度;根据,计算物体ab的比值关系,结合物体密度和液体密度关系,判断物体在液体中进入的体积。
21.【答案】b、c(或b、d);不合理;大;10:3;<;<
【知识点】阿基米德原理;浮力大小的计算;探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)根据控制变量法的要求可知,要探究浮力的大小跟物体排开液体的体积的关系,就要保证液体的密度相同,只改变物体排开液体的体积不同,故选b、c或b、d两图。
(2)根据控制变量法的要求可知,探究浮力的大小跟液体的密度的关系,要保证物体排开液体的体积相同,而b、e两图可知,物体排开液体的体积不同,液体的密度也不同,故该结论不合理。
(3)由可知,物体A 浸没在盐水中静止时弹簧测力计的示数较小,而浸没在盐水中时受到的浮力较大。
(4)由图a与图c可知,物体A 浸没在水中时受到的浮力大小是;
物体A的体积是;
物体A的质量是;
故物体A的密度是;
由图a与图e可知,物体A浸没在盐水中时受到的浮力大小是;
盐水的密度是;
则物体A 与盐水的密度之比是。
(5)①根据b、d两图可知,液体的密度相同,物体A的下表面在b图中所处的深度小于其在d图中所处的深度,由p=ρ液体gh可知,。②由于物体A 的浸入,烧杯对水平桌面增加的压力大小等于物体A对液体的压力大小,由于力的作用是相互的,物体A 浸入液体中时受到向上的浮力,同时给液体一个向下的压力,这两个力的大小相等,而e图中弹簧测力计的示数较小,由可知,e图中物体A受到的浮力较大,即e图中物体A 对液体的压力较大,则e图中烧杯对水平桌面增加的压力大于c图中烧杯对水平桌面增加的压力,即。
【分析】 (1)要探究浮力和物体排开液体体积的关系,就要采用控制变量法控制液体的密度一定而物体排开液体的体积不同;
(2)由阿基米德原理知道物体受液体浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,b、e两图中液体的密度不同,排开液体的体积也不同,没有控制变量,得出的结论不准确;
(3)根据称重法比较在水中和盐水中的浮力大小;
(4)根据F浮=G-F计算出在水中受到的浮力;根据阿基米德的变形公式计算出物体A的体积,根据重力计算公式和密度公式求出物体A的密度,根据计算出盐水的密度;
(5)①分析b,d两图中A下表面所处的深度,根据p=ρgh比较两者压强之间的关系;
②物体浸入水中时受到向上的浮力,同时物体给液体一个先下的压力,这两个力的大小相等,则桌面受到的压力等于烧杯和水的重力加上物体的浮力,比较两者浮力的大小。
22.【答案】物体排开液体体积;12;液体密度;2×103
【知识点】密度公式及其应用;重力及其大小的计算;阿基米德原理;探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1) 从0时刻开始让升降台上升使A逐渐浸入水中, 升降台上升5cm之前时,拉力大小不变,表示物体重力为12N,升降台上升5cm时,物体浸入水中,当升降台上升8cm时,溢水杯中的水溢满,物体排开液体体积变大,浮力增加
(2)物体的重力为12N
(3)两次实验液体的密度不同,力传感器示数F1浮力大小与液体密度有关。
(4)根据称重法可知
F浮'=GA-F'=12N-10N=2N,
根据浮力公式可知
物体排开水的体积
根据G=mg可知物体A的质量为
当升降台从8cm上升至18cm的过程中,升降台上升的距离等于物体浸入的深度为10cm该过程排开水的体积为
V排2=SAh=4×10-4m3,
物体A的体积为
VA=V排1+V排2=6×10-4m3
圆柱体A的密度为
综上第1空、物体排开液体体积;第2空、12;第3空、液体密度;第4空、2×103
【分析】根据称重法、浮力的计算、物体浸没模型填空
1、称重法测量物体浮力:先测出物体的重力,然后将物体浸入水中,弹簧测力计的示数就会减小,减小的示数就是物体受到的浮力,
2、浮力的本质为上下表面产生的压力差,计算公式为F浮=ρ液gV排,所以物体所受浮力和物体所处的深度无关,与排开水的体积有关,当排开水的体积越小时,浮力越小,排开水的体积越大时,浮力越大
3、物体浸没的模型构建:第一阶段,物体悬浮空中,0-5cm,此时拉力等于自重,大于5cm,物体开始浸水中,大于8cm溢水杯开始溢水,8-18cm,升降台上升高度便是物体自身高度
23.【答案】;;9︰2
【知识点】力的三要素及力的示意图;液体压强计算公式的应用;阿基米德原理;浮力的利用;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】(1)水杯受到竖直向下的重力、竖直向下的拉力和竖直向上的浮力,如图所示
(2)甲中杯子漂浮,浮力等于重力,设水的密度为,杯子的底面积为S杯,杯子的总高度为H, A的边长为a,则甲中杯子所受浮力
乙中杯子也是漂浮状态,所以
两式相除,解得
则杯子的总高度为
(3)图丙中物体处于漂浮状态,浮力等于重力又因为A与杯的重力相等,所以
由图甲可知
联立可得
解得
图乙中绳子刚好拉直但没有拉力,图丙中沙子取出后A恰好被拉起,所以铁砂的重力等于拉力,则
即
则
即
解得
答:(1)水杯受力分析图
(2)图乙中水杯浸入水中的深度;
(3)水杯与正方体A的底面积之比。
【分析】(1)漂浮在水中的物体,受到竖直向下的重力,竖直向上的浮力,物体A对水杯的拉力;
(2)根据物体漂浮,受到的浮力等于自身重力,结合重力,计算深度;
(3)根据F浮=ρ液gV排,计算浮力,结合浮力和重力相等,分析物体体积和排开液体体积关系,计算底面积的比值。
24.【答案】解:(1)由右图知当加水360g时,物体B恰好完全浸没,液面如图1所示
水的重力
G1=m1g=3.36kg×10N/kg=3.6N
水对容器底的压力等于水的重力
F=G1=3.6N
此时水的受力面积为
S2=200cm3﹣20cm3=180cm5
水对水箱底部的压强
此时水的高度为
此时水的高度就是B的高度,即hB=2cm。
(2)由乙图知,当加水为760g时物体A部分浸没,浮力等于重力,液面如图2的2所示
液面1、2间水的质量为760g﹣360g=400g=0.6kg,液面1、2间水的体积为
液面1、2间水的深度为
物体A排开水的体积
V排=0.1m×0.1m×0.04m=4×10﹣4m3
物体A受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10﹣4m3=4N
因为物体A将要被浮起,由漂浮条件可得A的重力
GA=F浮=4N
(3)由图知细线刚好拉时,此时水的深度根据右图知为16cm,故线的长度等于水的最大深度减去A和B的高度,即
L=16cm﹣2cm﹣4cm=10cm
(4)因为B下表面没有水,所以B应该不受到水的浮力,因为塑料块A刚好被浸没时,水恰能从排水口流出。对A、B做受力分析,因为A浸没
V排=VA=1000cm2=10﹣3m3
所以A浸没时受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×10﹣3m3=10N
所以
F拉=F浮﹣GA=10N﹣4N=6N
因为B上表面所处深度h=20cm=0.2m,所以
F水压=pBSB=ρ水gSBh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.002 m3×0.2m=4N
所以B的重力
GB=F拉﹣F水压=6N﹣4N=2N
答:(1)加水360g时,水对水箱底部的压强p水为200Pa;
(2)塑料物块A上浮过程中所受浮力为4N;
(3)细线的长度L为10cm;
(4)金属块B的重力GB是2N。
【知识点】液体压强计算公式的应用;阿基米德原理
【解析】【分析】(1)水的质量为300g,根据G=mg计算水的重力G1=m1g;水对容器底的压力等于水的重力,水的受力面积为S2=200cm3﹣20cm3,根据P=F/S计算 水对箱底的压强
(2)由乙图知,当加水为760g时物体A部分浸没,液面1、2间水的质量为=0.4kg,根据密度公式ρ=m/v计算液面1、2间水的体积,根据计算液面1、2间水的深度,物体A排开水的体积V排=0.1m×0.1m×0.04m=4×10﹣4m3根据F浮=ρ水gV排计算物体A受到的浮力,由漂浮条件可得A的重力GA=F浮
(3)由图知细线刚好拉时,水的深度为16cm即L=16cm﹣2cm﹣4cm=10cm
(4)B不受到水的浮力,塑料块A刚好被浸没时,水恰能从排水口流出。因为A浸没V排=VA根据F浮=ρ水gV排计算A浸没时受到的浮力,由称重法可计算F拉=F浮﹣GA;B上表面所处深度h=20cm=0.2m,所以F水压=pBSB=ρ水gSBh,所以B的重力GB=F拉﹣F水压
25.【答案】悬浮在水中F浮=G,下移动一段距离深度增大,压强增大,气球的体积变小,所以气球排开水的体积减小,由公式F浮=ρ液gV排可知,浮力减小,浮力小于自重而向下运动,最后沉在水下。
【知识点】液体压强计算公式的应用;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】把水中气球与金属块的位置轻轻向下移动一些,所处的深度增大,根据液体压强公式p=ρgh知,气球受到的压强增大,气球的体积减小,排开水的体积变小,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,气球受到的浮力减小,自重不变,由物体的浮沉条件分析判断。
26.【答案】B
【知识点】阿基米德原理;浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A、小球在液体中处于漂浮,所以小球的密度小于酒精的密度,酒精的密度小于水的密度小于103kg/m3,A错误
B、小球在液体中处于漂浮,所以小球受到的浮力等于小球的重力,根据阿基米德原理可知,物体所受的浮力等于排开液体的重力,根据G=mg可知 小球排开水的质量等于排开酒精的质量 ,B正确
C、 用力将图乙的小球向下压的过程中 ,排开液体的体积较大,所以浮力增加,C错误
D、 将酒精注入乙容器中 ,乙容器的密度变小,根据F浮=ρgv排可知,浮力不变,密度变小,排开水的体积变大,D错误
综上选B
【分析】1、物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
2、阿基米德原理:物体排开水的重力等于物体所受浮力;
3、浮力的本质为上下表面产生的压力差,计算公式为F浮=ρ液gV排,所以物体所受浮力和物体所处的深度无关,与排开水的体积有关,当排开水的体积越小时,浮力越小,排开水的体积越大时,浮力越大
27.【答案】C,D
【知识点】浮力大小的计算
【解析】【解答】A、 彩球在时 处于悬浮状态,浮力等于重力,温度减小,密度增加,所以物体此时上浮处于漂浮状态,浮力等于重力,A错误
B、 当环境温度处于该温度计可测得的最低温度时 ,密度处于最小,此时浮力最小,所以彩球处于下沉状态如5球,所以B错误
C、22℃处于悬浮状态,当物体漂浮时,液体密度变大,温度降低,当彩球沉底时,液体密度减小,温度升高,沉底的温度为大于24℃,漂浮的温度范围为小于26℃,C正确
D、液体温度升高,密度减小,增加温度计最高测温,则需要减小物体的重力,进而使相同情况下物体测量的浮力大于原来重力,此时更换小物体后,物体处于悬浮状态,未到下沉,D正确
综上选CD
【分析】根据浮力、物体沉浮判识选项
1、物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
2、浮力的计算公式为F浮=ρ水gV排浮力的大小与液体密度以及排开水的体积有关
28.【答案】B
【知识点】浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A、密度计的工作原理为m密g=ρ液gV排=ρ液gsh,所以h=m密/ρ液s,ha=m密/ 0.5×103kg/m3, hb=m密/1×103kg/m3, hc=m密/2×103kg/m3,所以 三条刻线的间隔距离相等 ,A错误
B、m密g=ρ液gV排 c液体 密度为 2×103kg/m3,体积为 为5×10-8m3 ,所以密度计的质量为m= 0.1kg ,B正确
,C、 密度计在三种液体中均是漂浮,重力等于浮力,C错误
D、密度计的质量相同,即浮力相同,所以浸入液体的体积和液体的密度成反比,c液体的密度时b液体的2倍,所以浸入体积为b的一半,即2.5×10-8m3,D错误
综上选B
【分析】根据物体漂浮、浮力的计算判识选项
1、物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
2、浮力的计算公式为F浮=ρ水gV排=m密g=ρ液gsh,据此计算密度计浸没深度,以及密度计的质量
29.【答案】B
【知识点】浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A.根据图像,物体在三种液体中漂浮,根据物体受到的二力平衡,浮力等于物体的重力,判断浮力相等,A不符合题意;
B.根据ρ液gV排=ρ物gV物,三种液体中,C液体中,V排接近V物,C密度最接近正方体的密度,B符合题意;
C.三种液体中浮力相等,根据,在A中V排最小,液体密度最大,C不符合题意;
D.根据,由于V物ρ物,正方体的密度小于三种液体中的任意一种,D不符合题意。
故答案为:B
【分析】漂浮的物体受到平衡力,根据二力平衡条件,浮力等于物体的重力; 根据,判断液体密度大小关系;漂浮物体的密度小于液体密度。
30.【答案】(1)2.6
(2)0.4
(3)ACD
(4)大于
(5)
【知识点】探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)根据图片A可知,测力计的分度值为0.1N,则金属块的重力G=2.6N;
(2)根据A、B可知,金属块受到的浮力F浮=G-F拉=2.6N-2.2N=0.4N;
(3)探究浮力大小与液体密度的关系时,需要控制排开液体的体积相同,只改变液体密度,故选实验ACD;
(4)金属块浸没时排开液体的体积相同, 若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精, 根据阿基米德原理可知,金属块受到的浮力减小。根据F拉=G-F浮可知,测力计的示数变大。
(5)根据AC两图可知,金属块浸没水中受到浮力:F浮=G-F拉=2.6N-1.6N=1N;
则金属块的体积:;
则金属块的密度:。
【分析】(1)根据图片A确定测力计的分度值,根据指针的位置读出金属块的重力;
(2)根据F浮=G-F拉计算步骤B中金属块受到的浮力;
(3)根据控制变量法的要求选择对照实验;
(4)首先根据阿基米德原理分析金属块受到浮力的变化,再根据F拉=G-F浮分析测力计的示数变化
(5)首先根据称量法计算出物体浸没水中受到的浮力,再根据阿基米德原理计算金属块的体积,最后根据计算金属块的密度。
31.【答案】(1)10;0.98
(2);选取质量适中的石块,在不同地点,用弹簧测力计测量该物体的重力,用天平来测量该物体的质量,利用公式计算出值的大小,并比较不同地点值的大小;,可以使用分度值更小的测力计来测重力,以提高测出值的准确性,也可以使用精确度更高的电子秤来测物体的质量。
【知识点】重力及其大小的计算;浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】1) 物体排开水的体积为 10cm3,根据图可知,物体漂浮,所受浮力等于重力,所以浮力F=ρgv= 1.0×103kg/m3 × 9.8N/kg ×10×10-6m3=0.98N
综上第1空、10;第2空、0.98
2)测量重力加速度g,原理为g=G/m,步骤 、选取质量适中的石块,用天平来测量该物体的质量,用弹簧测力计测量该物体的重力,利用公式计算出值的大小, 使用分度值更小的测力计来测重力,以提高测出值的准确性
综上第1空、,第2空、选取质量适中的石块,在不同地点,用弹簧测力计测量该物体的重力,用天平来测量该物体的质量,利用公式计算出值的大小,并比较不同地点值的大小
第3空、可以使用分度值更小的测力计来测重力,以提高测出值的准确性,也可以使用精确度更高的电子秤来测物体的质量。
【分析】根据重力、浮力的计算填空
重力:由于地球的吸引而使物体受到的力,大小为自身重力、方向竖直向下,作用点位于物体重心。
浮力的本质为上下表面产生的压力差,计算公式为F浮=ρ液gV排,物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
32.【答案】(1)零刻度线
(2)4
(3)偏小
(4)1;相等
(5)液体密度(液体种类);寻找普遍规律
【知识点】阿基米德原理;浮力大小的计算
【解析】【解答】(1)使用弹簧测力计前,要先看测力计的指针是否指0,不指示零刻线,要将指针调在零刻度线的位置。
(2)由甲图可知,左侧弹簧测力计的示数为4N,实验中所用物块的重力弹簧测力计的示数,等于为4N。
(3)溢水杯中未装满水,当物块浸入时,水先要充满溢水杯才会溢出,这样溢出的水的体积小于物块浸入液体的体积,实验会使测得的溢出水的重力偏小。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中, 如图乙所示,物块受到的浮力为
它排开水所受的重力大小
物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小相等。
(5)将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,由于酒精的密度小于水的密度,会发现 ,即物块在酒精中受到的浮力变小,说明物块受到的浮力大小与液体的密度有关。
换用酒精再次实验的目的是多次测量寻找浸在液体中的物体受到的浮力与它排开液体所受重力之间的普遍规律,避免只用一种液体实验得到结论的偶然性。
【分析】(1)使用弹簧测力计时,指针要调零;
(2)根据测力计指针位置,测量力的大小;
(3)溢水杯没装满时,测量溢出的水偏小;
(4)根据物体的重力和进入液体中测力计示数差,计算浮力;物体受到的浮力等于排开液体的重力;
(5)排开液体的体积一定时,浮力大小和液体密度有关;多次实验可以探究规律的普遍性。
33.【答案】(1)解:据图可知,石料排水体积等于本身体积0.08m3,
根据浮力公式可知
F浮=ρ液gV排=103kg/m3×10N/kg×0.08m3=800N
(2)解:物体匀速运动时,受到的拉力为
F=(G-F浮+G滑)=×(2000N-800N+60N)=630N,
物体上升的距离为绳子上升距离的一半,所以绳子上升的距离为2m,
根据
W=Fs=630N×2m=1260J
(3)解:当物体浸没在水中,绳子的拉力为1200N,石料总体积露出水面1/8时,浮力
F=ρgv=103kg/m3×10N/kg×0.08m3×=100N,
绳子的拉力此时增加为1300N,所以绳子此时受到的拉力为
F=0.5×(1300+60N)=680N,
图乙,绳子的拉力
F=(2000N+60N)=686.7N.
所以此时绳子的拉力大于绳子的最大拉力,所以不能拉出水面
【知识点】浮力大小的计算;动滑轮及其工作特点;动滑轮拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】根据浮力的计算、动滑轮拉力的计算、做功计算分析。
1、物体浮力的计算;浮力的公式F浮=ρ液gV排,题目中水的密度已知,重力加速度为10N/kg,物体排开水的体积为物体的体积为0.08m3,据此计算物体的浮力。
2、动滑轮拉力的计算, ,n为动滑轮缠绕绳子数,绳子移动的距离为物体移动距离的n倍,题目中n=2,滑轮为60N,重物为2000N,浮力为800N,据此计算拉力,绳子移动距离为2m,根据W=Fs计算拉力做功,当物体拉出1/8时,物体所受的拉力F=1/2×(2000N-700N+60N)=680N,即绳子最大拉力不能超过盖拉力,当图乙,绳子的拉力F=1÷3(2000N+60N)=686.7N.据此分析是否能拉出水面。
34.【答案】(1)解:打开阀门前,轻杆对a的作用力为4.8N,对a进行受力分析可知a受到重力竖直向下,轻杆对a的作用力竖直向上和绳子对a的作用力竖直向上,所以F拉=G-F杆=1.5kg×10N/kg-4.8N=10.2N
(2)解:据题分析可知,绳子的拉力F绳×OQ=F拉×PO,所以F绳子==3.4N,缠绕在动滑轮的绳子数为2,所以F绳=×(G-F浮),连列解得F浮=4N
(3)解:由(2)知道b的浮力为4N,根据F浮=ρ液gV排,解得V排=
4×10-4m3,根据质量公式m=ρv可知,b的密度ρ=2.7×103kg/m3
(4)解:根据受力分析可知,此时物体浮力F‘=G-F=10.8N-8.4N=2.4N,所以物体排开水的体积为V排=2.4×10-4m3据图分析可知,物体的长度为0.4m,所以物体的底面积为=10-3m2,所以b进入深度为=0.24m,根据P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg ×0.24m=2.4×103Pa。
【知识点】力的合成与应用;压强的大小及其计算;浮力大小的计算
【解析】【分析】(1)根据受力分析可知,a受力如下,所以绳子的拉力F绳=G-F杆,杆的力由乙可知,为4.8N,据此分析绳子的力。
(2)b受到绳子的拉力和重力以及浮力,绳子拉力的计算F=×(G-F浮),本题可知,n=2,由(1)可计算绳子的拉力,据此计算b受到的浮力。
(3)浮力的计算公式为F浮=ρ液gV排,由(2)计算b受到的浮力,进而计算b排开水的体积,由于b浸没在水中,所以派开水的体积等于本身体积,根据密度公式m=ρv计算b的密度ρ。
(4)根据受力分析可知,此时物体浮力F‘=G-F=10.8N-8.4N=2.4N,同理计算b此时排开水的体积,据图分析可知,物体的长度为0.4m,所以物体的底面积为=10-3m2,进而计算此时物体浸没的深度,根据P=ρgh计算此时压强。
35.【答案】(1)用嘴吸气后,矿泉水瓶内液面上方气体减少,瓶内气压变小,导致小玻璃瓶瓶口处的液体产生向下的压强差,也就产生向下的压力差,将小玻璃瓶内的部分水排出。使得小玻璃瓶和瓶内液体的总重力减小,根据,此过程中和不变,所以不变,小玻璃瓶和其内部液体受到的浮力大于其总重力,力可以改变物体的运动状态,小玻璃瓶上浮。
(2)将另一吸管的管口贴靠在瓶中吸管的上端,沿水平方向吹气
【知识点】流体压强与流速关系的探究实验;浮力的利用
【解析】【分析】1)根据物体沉浮条件:物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度,要想物体上浮,减小 潜水艇 重力,所以 用嘴吸气后,矿泉水瓶内液面上方气体减少,瓶内气压变小,导致小玻璃瓶瓶口处的液体产生向下的压强差,也就产生向下的压力差,将小玻璃瓶内的部分水排出。使得小玻璃瓶和瓶内液体的总重力减小
2) 将另一吸管的管口贴靠在瓶中吸管的上端,沿水平方向吹气 也可以小潜水艇”上浮
1 / 1【满分备考攻略】中考物理高频考点精练专题11浮力
一、浮力
1.(2020·百色)下列物体中,不受浮力作用的是( )
A.在水中下沉的铁块 B.在水中的桥墩
C.浮在水面上的轮船 D.空中上升的气球
【答案】B
【知识点】浮力及其产生原因
【解析】【解答】ACD.在水中下沉的铁块和浮在水面上的轮船受到液体的浮力,空中上升的气球,受到气体的浮力,ACD不符合题意;
B.桥墩由于底面埋在地下,其底面不与水接触,因此桥墩没有受到水对其向上的压力,故桥墩不受浮力作用,B符合题意。
故答案为:B。
【分析】物体下表面没有受到液体压力,物体不受浮力。
2.(2024八下·吉安期中)如图所示,将一铁块用弹簧测力计悬挂起来,并逐渐浸入水中。在铁块未浸没前,铁块所受的浮力逐渐 (选填“变大”“变小”或“不变”),弹簧测力计的示数逐渐 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】变大;变小
【知识点】浮力及其产生原因
【解析】【解答】 铁块用弹簧测力计悬挂起来,并逐渐浸入水中,排开水的体积会逐渐增大,根据阿基米德原理可知,铁块所受的浮力逐渐增大,由F示=G-F浮可知, 弹簧测力计的示数逐渐 变小。
【分析】浮力大小与排开水的体积有关,排开水的体积越大,浮力越大;弹簧测力计示数的变化可以通过称重法F示=G-F浮来判断。
3.(2024九下·芜湖模拟)在探究浮力产生原因时,选取模型进行推导浮力产生的原因时,从而得出阿基米德原理 不适合作为模型推导阿基米德原理(选填“a”“b”或“c”)。
【答案】c
【知识点】液体压强的特点;浮力及其产生原因
【解析】【解答】浮力:浮力产生的原因为上下表面存在压力差,F浮=F向上-F向下,据知F向上=p向上S下表面,F向下=p向下S上表面;要用横截面积相同的模型,更好推导阿基米德原理,由此可知图中c不适合作为模型来推导原理。
故答案为:c。
【分析】浮力:浮力产生的原因为上下表面存在压强差,根据阿基米德远离可知浮力的大小等于排开水的重力,浮力的公式F浮=ρ液gV排,应用:通过改变自身重力改变浮力,轮船以及潜水艇。
4.(2024九下·当阳模拟)如图所示,潜水艇正在从水下上浮,请画出潜水艇受力的示意图。
【答案】
【知识点】重力示意图;浮力及其产生原因
【解析】【解答】由于不计水的阻力,所以潜水艇受竖直向上的浮力及竖直向下的重力,因为潜水艇在水中加速上浮,所以浮力要大于重力,故浮力线段的长度应大于重力线段的长度,作用点都画在重心处,如图所示:
【分析】分析出潜水艇的受力情况,根据潜水艇运动状态得出浮力与重力的大小关系。
二、阿基米德原理
5.(2024九下·岳阳模拟)若给你一个弹簧测力计、一杯水、一根细线和一实心金属块,不能得到的物理量是( )
A.金属块的质量 B.金属块浸没在水中的浮力
C.金属块的面积 D.金属块的密度
【答案】C
【知识点】质量及其特性;阿基米德原理
【解析】【解答】A.利用弹簧测力计可以测出物体的重力,根据,计算金属块的质量m,故A不符合题意;
B.把金属块用细线悬挂在弹簧测力计上,将金属块完全浸没在杯内的水中,读出此时测力计的示数,根据弹簧测力计的示数差,计算金属块浸没在水中的浮力,故B不符合题意;
C.根据,计算排开金属排开水的体积,由于不知道金属块的高度,不能求得金属块的面积,故C符合题意;
D.已测得金属块的质量为m和金属块的体积,根据,计算金属块的密度也可测得,故D不符合题意。
故选C。
【分析】测力计可以计算物体的重力,根据,可以计算质量;根据F浮=G-F拉,可以计算浮力;根据,可以计算物体的体积;利用,计算物体的密度。
6.(2024九下·台山模拟)学校科技创新活动中,小明展示了自己发明的作品“浮力秤”,该作品可方便地称量物体的质量,“浮力秤”总高为15cm,底面积为8×10-4m2,秤盘中不放物体时,小筒浸入水中的高度为5cm。该浮力秤能称出物体的最大质量为(g取10N/kg,)( )
A.0.4kg B.0.04kg C.0.8kg D.0.08kg
【答案】D
【知识点】阿基米德原理
【解析】【解答】秤盘和小筒漂浮,秤盘和小筒的重力等于浮力,总重力为
G=F浮1=ρ水gV排=ρ水gSh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m2×0.05m=0.4N
该浮力秤所受的最大浮力:
F'浮2=ρ水gV'排=ρ水gSh2=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m2×0.15m=1.2N
该浮力秤能称出物体的最大质量:,D符合题意。
故选D。
【分析】物体漂浮时,根据G=F浮=ρ水gV排,计算重力;根据F浮=ρ水gV排,计算浮力的大小,利用,计算质量。
7.(2024九下·台山模拟)【科技主题】近年来我国在科技领域取得辉煌成就。请运用有关的物理知识,完成第下面小题。
(1)C919大飞机采用大量 小的铝锂合金材料来制造,以此减小飞机的质量;飞机产生升力的原因是机翼上表面的空气流速大 ;飞机起飞过程中,以驾驶飞机的飞行员为参照物,飞机是 的。
(2)福建舰满载时的排水量为8万吨,并且配备具有世界领先水平的电磁弹射与电磁拦阻装置。如图所示,当电磁弹射器内的弹射车内的导体通过强大的电流时通过 与福建舰上的工作人员进行信息传递;福建舰满载时排开海水的体积为 m3(海水的密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg);请写出一个与电磁弹射器的工作原理相同的设备: (合理即可)。
【答案】(1)密度;小;静止
(2)电磁波;8×104;电动机
【知识点】阿基米德原理;参照物及其选择;运动和静止的相对性;电磁波在日常生活中的应用
【解析】【解答】(1)C919大飞机在体积一定时,需要减小质量,采用密度小的铝锂合金材料来制造;
飞机机翼上方为凸型,下方是平的,空气通过机翼上表面的流速大,压强小,机翼下方的空气流速小,压强大,所以机翼受到一个向上的压强差。飞机起飞时,飞机与飞行员之间没有位置的变化,飞机是静止的。
(2)舰载机上的飞行员通过电磁波与工作人员进行信息传递。根据满载排水量,计算排开的体积为:
;电磁弹射器将电能转化为机械能,原理是通电导体在磁场中受到力的作用,和电动机原理相同。
【分析】(1)体积一定时,密度越小,质量越小;流体在流速大的地方压强小;相对参照物,没有位置变化是静止的;
(2)航母上与地面通信利用电磁波;根据,计算体积。
8.(2024九下·碧江模拟)如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下,从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动直至离开水面一段距离。请画出绳子在这个过程中所受拉力随时间图像。
【答案】
【知识点】二力平衡的条件及其应用;阿基米德原理
【解析】【解答】物体上表面未露出水面时,排开液体的体积没有变,由F浮=ρ水gV排,F浮不变,拉力不变,图像如下图乙下中AB段;当物体上表面露出水面时,浮力减小,拉力增大,如图中BC段;当物体全部露出水面,拉力等于重力,不变化,如图中CD段,如图所示:
【分析】物体进入液体的体积不变时,浮力不变,排开液体的体积减小,浮力减小,拉力变大。
9.(2024九下·十堰模拟)“手提电子秤”具有精确度高,携带方便等特点,小华用它做了如下实验,步骤如图所示:
图A:石块挂在电子秤的挂钩下静止,电子秤的示数为3.00N;
图B:将石块浸没于水中静止(未触底),小李发现电子秤的示数在规律性地变化,一段时间过后才稳定下来,最终电子秤的示数为2.00N;
图C:小华想知道原因,便取出石块,擦净表面的水后,电子秤的示数为3.20N。
(1)石块浸没在水中后受到的浮力为 N。
(2)石块的密度为 。
(3)小华添加一个小桶后,继续用该石块验证“阿基米德原理”,他按照图D,E,F的步骤进行实验操作,若电子秤的示数 ,则浸入液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的 的大小。实验E中,若石块未完全浸没在水中, (选填“能”或“不能”)验证阿基米德原理。
【答案】(1)1.2
(2)
(3)F3;重力;能
【知识点】阿基米德原理
【解析】【解答】(1)由步骤B可知,石块浸没在水中稳定后电子秤的示数F2=2.00N,由步骤C可知,石块吸满水后的重力,则石块浸没在水中后受到的浮力
(2)由可知,石块排开水的体积
因石块浸没在水中,则石块的真实体积
由步骤A可知,石块不吸水时的重力G=3.00N,由G=mg可得小石块的真实质量
则小石块的密度
(3)由于石块吸水,根据称重法测浮力,石块浸没在水中后受到的浮力为F3-F5。
F6为小桶和排开水的总重力,为物体排开液体所受的重力,若则说明浸入液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的重力大小。
无论物体是部分浸入液体中还是全部浸入液体中,物体受到的浮力始终等于排开液体所受的重力,即实验中若物体没有完全浸没在水中,仍能验证阿基米德原理。
【分析】(1)步骤C可知石块石块吸满水后的重力,根据步骤B可知,石块浸没在水中稳定后电子秤的示数,根据称重法求出石块浸没在水中后受到的浮力。
(2)根据石块浸没在水中时受到的浮力利用阿基米德原理求出石块的体积,然后根据G=mg和密度公式求出石块的密度。
(3)由于石块吸水,根据称重法测浮力求出石块浸没在水中后受到的浮力,根据阿基米德原理的内容分析石块未完全浸没在水中能否验证阿基米德原理。
(1)由步骤C可知,石块吸满水后的重力,由步骤B可知,石块浸没在水中稳定后电子秤的示数F2=2.00N,则石块浸没在水中后受到的浮力
(2)由可知,石块排开水的体积
因石块浸没在水中,则石块的真实体积
由步骤A可知,石块不吸水时的重力G=3.00N,由G=mg可得小石块的真实质量
则小石块的密度
(3)[1]由于石块吸水,根据称重法测浮力,石块浸没在水中后受到的浮力为F3-F5。
[2]F6为小桶和排开水的总重力,为物体排开液体所受的重力,若则说明浸入液体中的物体所受的浮力的大小等于物体排开液体所受的重力大小。
[3]无论物体是部分浸入液体中还是全部浸入液体中,物体受到的浮力始终等于排开液体所受的重力,即实验中若物体没有完全浸没在水中,仍能验证阿基米德原理。
10.(2024·常平模拟)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。
(1)由 A、C 图可知浸没在水中的物体所受浮力是 N,由A、D、E 可知物体所受浮力与 有关。
(2)物体从C下降到D的过程中,它的底部所受压强 (选填“变大”“变小”或“不变”),根据实验数据计算出物体的密度是 kg/m3.
(3)小明利用浮力和杠杆的知识,发明了一个密度秤如图甲,轻质杠杆 AB 可绕 O 点转动,在 A、B两端分别挂有两个正方体C、D,已知C的重力为20N,OA=10cm,OB=8cm。此时杠杆处于水平平衡状态,则正方体 D 的重力为 N.
(4)如图乙,接着将物体C浸没在水中(C 的边长为10cm),移动物体D到E点时杠杆恰好水平静止:那么OE的长度为 cm,则可以在E点标上水的密度ρ水(ρ水=1.0×103kg/m3)。
【答案】(1)2;液体密度
(2)变大;4×103
(3)25
(4)4
【知识点】探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)由图A与C可知,物体在水中受到的浮力:;A、D、E实验,排开液体体积相同,液体密度不同,浮力不同,说明物体所受浮力与液体密度有关;
(2)物体从C下降到D的过程中,深度增加,根据可知,它的底部所受压强变大;
由图A与C可知,物体在水中受到的浮力:;
由可知物体A的体积:;物体密度;
(3)由图知:B端所受得力等于重物D对杠杆的拉力,大小等于物体D的重力,
根据杠杆的平衡条件知物体D的重力为:
;
(4) C的边长为a=10cm=0.1m,
当物体C浸没在水中时,受到的浮力为:
;
物体C受到的力:A点对C的拉力、浮力、重力故物体C受到的拉力为:;
此时物体D移动到E点时杠杆恰好水平静止,由 得:,
OE的长度:。
故答案为:(1)2;液体密度;(2)变大; 4×103 (3) 25;(4) 4。
【分析】(1)根据称重法可求浮力,根据控制变量法进行分析;
(2)根据液体压强影响因素进行分析,根据称重法求出物体浸没在水中时受到的浮力;由阿基米德原理可得出排开水的体积,即物体的体积,根据G=m g算出物体的质量,根据密度公式可求出物体的密度;
(3) (4)根据杠杆的平衡条件算出D物体的重力;根据阿基米德原理算出物体C全部浸没水中时受的浮力,对物体C受力分析得出拉力FA,根据杠杆的平衡条件算出OE的长度。
11.(2024九下·阳春模拟)如图所示的热气球,其下方开口处燃烧液化气,随着热气球内部气体温度升高,热气球体积膨胀到一定程度,徐徐升空,则气球内的气体密度 ,气球所受浮力 (以上两空填“变大”“变小”或“不变”);当体积为的热气球悬浮在空中,热气球及吊篮和乘客的总重是 。(空气密度,)
【答案】变小;变大;7800
【知识点】密度的应用与物质鉴别;阿基米德原理
【解析】【解答】热气球升空时,燃烧燃料,内部气体温度升高,气体体积增大,气球内的空气密度减小,根据,气球体积变大,浮力变大,计算浮力为
,
在空中悬浮,物体重力等于浮力,则有。
【分析】气体受热,体积膨胀,密度变小;根据F浮=ρ气gV排,密度一定时,体积越大,受到的浮力越大,可以计算浮力。
12.(2024九下·山海关模拟)在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中,同学们准备了甲乙两个体积相同密度不同的正方体物块做了如图所示实验,并提出了如下的猜想:
A:浮力的大小可能与液体的密度有关
B:可能与物体浸没在液体中的深度有关
C:浮力的大小可能与排开液体的体积有关
D:浮力的大小可能与物体的密度有关
(1)如图用手把饮料罐按入水中.饮料罐浸入水中越深,手会感到越吃力。说明饮料罐受到 ,这个事实可以支持以上猜想 (选填序号);
(2)分析比较实验①④⑤、可以验证猜想 是错误的;
(3)分析比较实验 ,可以验证猜想A是正确的;
(4)分析比较实验①⑤与②⑥,可以得出的结论: ;
(5)若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋替代弹簧测力计,能否完成本实验? (选填“能”或“不能”)。
【答案】(1)浮力;C
(2)B
(3)②⑥⑦
(4)浮力的大小与物体的密度无关
(5)能
【知识点】探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)如图所示,用手把饮料罐按入水中,饮料罐浸入水中越深,它排开水的体积越大,而手会感到越吃力,则说明饮料罐受到的浮力增大,可以证明浮力大小与物体排开液体体积有关,即验证猜想C。
(2)比较①④⑤三次实验可知,液体的密度相同,排开液体的体积也相同,液体的深度不同,弹簧测力计示数相同,由称重法可知浮力相同,故比较①④⑤三次实验可知,浸没在水中的物体所受浮力的大小与深度无关,因此猜想B是错误的。
(3)要验证猜想A,即验证浮力的大小可能与液体的密度有关,需要控制排开液体的体积相同、物体的种类相同,改变液体的密度,可以比较实验①④⑦或①⑤⑦或②⑥⑦,通过比较以上三组实验,可发现每组实验中,物体排开液体的体积相同、物体的种类相同,液体密度不同,弹簧测力计示数不同,物体受到的浮力不同,因此可验证猜想A是正确的。
(4)已知甲、乙体积相同,则甲和乙排开液体的体积相同。由①②可知,甲、乙的重力不同,因此甲和乙的质量不同,由可知,甲和乙的密度不同。通过实验①⑤可知,甲受到的浮力为
通过②⑥可知,乙受到的浮力为
甲和乙受到的浮力相同,因此可得出结论:浮力的大小与物体的密度无关。
(5)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小,所以能完成本实验的探究。
【分析】(1)浸在液体中的物体受到向上的浮力。
(2)浸没在水中的物体所受浮力的大小与深度无关。
(3)浮力的大小与液体的密度有关。
(4)浮力的大小与物体的密度无关。
(5)通过记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小。
(1)[1][2]如图所示,用手把饮料罐按入水中,饮料罐浸入水中越深,它排开水的体积越大,而手会感到越吃力,则说明饮料罐受到的浮力增大,可以证明浮力大小与物体排开液体体积有关,即验证猜想C。
(2)比较①④⑤三次实验可知,液体的密度相同,排开液体的体积也相同,液体的深度不同,弹簧测力计示数相同,由称重法可知浮力相同,故比较①④⑤三次实验可知,浸没在水中的物体所受浮力的大小与深度无关,因此猜想B是错误的。
(3)要验证猜想A,即验证浮力的大小可能与液体的密度有关,需要控制排开液体的体积相同、物体的种类相同,改变液体的密度,可以比较实验①④⑦或①⑤⑦或②⑥⑦,通过比较以上三组实验,可发现每组实验中,物体排开液体的体积相同、物体的种类相同,液体密度不同,弹簧测力计示数不同,物体受到的浮力不同,因此可验证猜想A是正确的。
(4)已知甲、乙体积相同,则甲和乙排开液体的体积相同。由①②可知,甲、乙的重力不同,因此甲和乙的质量不同,由可知,甲和乙的密度不同。通过实验①⑤可知,甲受到的浮力为
通过②⑥可知,乙受到的浮力为
甲和乙受到的浮力相同,因此可得出结论:浮力的大小与物体的密度无关。
(5)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小,所以能完成本实验的探究。
13.(2024·从江模拟)《天工开物》中记录了一种从低到高引水的农用机械“筒车”,如图甲所示,其设计的基本构造并不复杂,主要是由一个大型立轮传动链条、受水板、竹筒所组成,大轮的下部浸在水中,在水力的作用下,水面下的竹筒灌满后,匀速转到轮上方的一定位置时,便自动倒入水槽,水沿槽流到田里,如图乙所示。(,3,g取10N/kg)
(1)“筒车”取水过程中,竹筒内水的动能 ,重力势能 。
(2)一个竹筒的质量为1kg,当其完全浸入水中后,受到的浮力大小为多少?
(3)有同学说竹筒在大轮最低处受到的浮力一定最大,你是否认可他的说法,你的理由是什么?
(4)筒车需要放置在水流较为湍急的地方便于获得水的推力,从而持续不断地旋转。若放置筒车处由于某些原因导致水流速度变慢,筒车无法正常工作,怎样做可以实现筒车持续旋转,写出你的方案。
【答案】(1)不变;变大
(2)一个竹筒的质量为kg,竹筒的体积,
竹筒完全浸入水中,排开水的体积与竹筒体积相等,则
(3)不认可,因为竹筒浸没后排开水的体积不变,则所受浮力不变
(4)筒车无法正常工作,说明筒车的动能较小,转化为水的重力势能较小,不能把水提上去,因而需要减小水的质量。可以减小竹筒的容积,实现筒车持续旋转。
【知识点】动能和势能的大小变化;动能的影响因素;浮力大小的计算
【解析】【解答】(1)因为竹筒灌满后水匀速转动,所以水的动能不变,但是水的高度在增大,所以重力势能变大;
(2)当竹筒完全浸没在水中时,排开水的体积等于竹筒的体积,则
则竹筒受到的浮力
(3)不认可。由可知,因为竹筒浸没后排开水的体积不变,则所受浮力不变。
(4)筒车无法正常工作,说明筒车的动能较小,转化为水的重力势能较小,不能把水提上去,因而需要减小水的质量。可以减小竹筒的容积,实现筒车持续旋转。
【分析】本题结合“筒车”的案例,考查了能的转化和浮力的相关计算,需要注意分析,灵活应用知识。
14.(2023·十堰)如图甲是中国海军十堰舰停泊在港湾时的情景,相关参数如下表;执行任务过程中,该舰以恒定最大推进功率航行;(g取)求:
排水量
吃水深度
最大航速
最大推进功率
(1)十堰舰满载停泊在港湾时所受浮力大小;
(2)若十堰舰从静止出发,加速航行时达到最大航速,图乙是本次航行的图像,求加速阶段的平均速度;
(3)十堰舰以最大航速水平匀速直线航行时,十堰舰所受阻力大小。
【答案】解:(1)由阿基米德原理可得,护卫舰满载时,受到海水的浮力
F浮=G排=m排g=1220×103kg×10N/kg=1.22×107N
(2)由乙图可知,该舰加速航行达到最大航速12.5m/s,用时120s,航行0.96km,则加速阶段的平均速度
(3)护卫舰的最大航速为12.5m/s,水平匀速直线航行时,受到的阻力与牵引力是一对平衡力,根据
可得,十堰舰所受阻力
答:(1)该护卫舰满载时受到的浮力是1.22×107N;
(2)加速阶段的平均速度为8m/s;
(3)十堰舰所受阻力为1×106N。
【知识点】功率计算公式的应用;速度公式及其应用;阿基米德原理
【解析】【分析】(1)根据F浮=G排=m排g算出十堰舰满载停泊在港湾时所受浮力大小;
(2)由图乙知十堰舰到达最大航速的时间为120s,根据算出加速阶段的平均速度;
(3)根据算出十堰舰以最大航速水平匀速直线航行时的牵引力,根据二力平衡算出其受到的阻力。
三、物体的沉浮
15.(2024·新余模拟) 三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是
B.液体对容器底部的压强关系是
C.容器对桌面的压强关系是
D.小球受到的浮力大小关系是
【答案】D
【知识点】压强的大小及其计算;液体压强计算公式的应用;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】已知三个完全相同的小球,则其质量、体积和密度都相同;
A、小球在甲中下沉,故ρ球>ρ甲,在乙容器中漂浮,故ρ球<ρ乙,在丙中悬浮,故ρ球=ρ丙;所以三种液体的密度关系为:ρ甲<ρ丙<ρ乙,故A正确;
B、静止时三个容器的液面恰好相平,即深度h相等,由于ρ甲<ρ丙<ρ乙,根据p=ρgh可知:p乙>p丙>p甲,故B错误;
C、开始时,由于三个相同容器内分别盛满不同的液体,则液体的体积V甲=V乙=V丙,放入小球后,甲、丙溢出相同体积的液体,则剩余液体体积V甲'=V丙';由于ρ甲<ρ丙,故m甲<m丙,重力G甲<G丙,乙液体溢出的最少,故剩余液体体积V乙'最大;又因为ρ乙最大,所以乙的质量最大、重力最大,故G甲<G丙<G乙;容器相同,则容器重力相等,三个完全相同的小球,则小球的重力相等,容器对水平桌面的压力等于容器、容器内的液体和球的重力之和,即F甲<F丙<F乙;由于受力面积相同,由可得,p乙'>'p丙'>p甲',故C错误;
D、由图知,小球在丙容器中悬浮,在乙容器中漂浮,所以小球所受的浮力与自身的重力相等;在甲容器中下沉,浮力小于其重力,所以小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲,故D正确。
故选:AD。
【分析】(1)根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系;
(2)利用液体压强公式分析判断三种液体对容器底的压强关系;
(3)烧杯对桌面的压力等于烧杯、容器内液体和小球的总重力,受力面积相同,根据比较压强大小;
(4)当物体漂浮或悬浮时,其浮力等于自身的重力。
16.(2024九下·当阳模拟)善于观察的小雨在洗枣时发现,将枣从一定高度投入水中,枣没入水中一定深度后又马上浮起,最终漂浮在水面上。下列分析正确的是( )
A.枣能没入水中是因为惯性
B.枣没入水中时受到的浮力等于重力
C.枣漂浮在水面上时浮力大于重力
D.枣的密度大于水的密度
【答案】A
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A.由于惯性的存在,枣从一定高度投入水中,它会保持原来的运动状态继续向下运动,因此能够没入水中一定深度。故A正确;
B.根据牛顿第一定律可知,枣没入水中时,如果它受到的浮力等于重力,那么它将保持静止或匀速直线运动状态,但如果“马上浮起”,说明它受到的浮力大于重力。故B错误;
C.枣漂浮在水面上时,根据物体浮沉条件和二力平衡可知,漂浮的物体受到的浮力等于其重力。故C错误;
D.根据物体沉浮条件可知,枣最终漂浮在水面上,说明它的密度小于水的密度,因为如果枣的密度大于或等于水的密度,它将无法漂浮在水面上,而是会沉入水底或悬浮在水中。故D错误。
故选A。
【分析】惯性可以使物体保持原来的运动状态,物体在不受任何外力时将保持静止或匀速直线运动,根据物体沉浮条件和在水中状态可以判断二者密度关系。
17.(2024九下·武汉模拟)根据图中所示,回答问题:
将两支相同的密度计放入两种液体中(放入后两液体深度相同),则两液体对容器底部的压强相比较,pa pb(选填“大于”“小于”“等于”)。
【答案】大于
【知识点】液体压强计算公式的应用;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】由题可知,密度计漂浮在水面上,所以重力等于浮力,题目中b排水体积大,所以F=ρgv可知,b液体的密度小,根据压强的计算公式:P=ρgh可知,高度相同,所以压强和密度成正比,b的密度小,b的压强小,即pa>pb
综上 第1空、 大于
【分析】1、浮力的计算:公式为F=ρ液gv排,当浮力相同时,排水体积和液体的密度成反比
2、压强的计算:公式为P=ρgh,高度相同,压强和密度成正比
3、物体浮沉:物体漂浮,所以浮力等于重力
18.(2024九下·武汉模拟)如图所示,量筒里所装水的质量为 kg,若放入一小木块,木块漂浮在水面上,这是因为水的 比木块大.
【答案】0.01;密度
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】由图可知所装水的体积是10cm3,水的密度为1g/cm3,根据密度公式m=ρv计算水的质量:m=ρV=10g=0.01kg;木块会漂浮在水面上,因为水的密度比木块大
综上 第1空、 0.01; 第2空、密度
【分析】物体的密度:公式为m=ρv,题目中水的体积为10cm3,水的密度为1g/cm3,据此计算水的质量;
物体浮沉:物体漂浮在水面上,物体密度小于水的密度,物体悬浮在水面上,密度等于水的密度;物体下沉在水中,物体的密度大于水的密度
19.(2024·南充模拟)一个体积为100cm3的小球,轻轻放入盛满水的溢水杯中,小球静止后排出水的质量为80g,此时小球所受浮力为 N:将小球取出,放入盛足够多的密度为0.8×103kg/m3的酒精的杯中,松手后,它将会 (选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”)
【答案】0.8;悬浮
【知识点】重力及其大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】根据排开水的质量,计算浮力F浮=G排=mg=0.08kg×10N/kg=0.8N;根据排开的水的质量,计算排开水的体积,排开水的体积小于小球的体积,小球漂浮,则小球的质量等于排开的水的质量,计算小球的密度为,当放入密度为0.8×103kg/m3的酒精中,物体密度等于液体密度,在酒精总悬浮。
【分析】根据排开液体的质量F浮=G排=mg,计算物体受到的浮力;根据,计算排开液体的体积;结合排开液体体积和物体体积,判断状态;根据,计算物体的密度;当物体密度等于液体密度时,物体悬浮。
四、能力提升
20.(2024九下·永城模拟)如图所示,烧杯中装有适量的水,现有质地均匀,不吸且不溶于水的a、b两实心柱体,质量之比为3∶1,体积之比为4∶1,将b置于a上面一起放入烧杯中,静止时a的上表面刚好与液面相平,下列说法正确的是( )
A.a的密度为
B.单独把a放入烧杯中,有四分之三的体积露出液面
C.单独把b放入烧杯中,有四分之一的体积露出液面。
D.单独把a放入烧杯中时,其下表面液体压强与图中a的下表面液体压强之比为3∶4
【答案】A,D
【知识点】物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A.由题意,,根据,,根据题意
联立可得
即
解得,故A正确;
B.因,故单独把放入烧杯中,漂浮,即,即
解得,所以露出液面的体积占总体积的四分之一,故B错误;
C.由题意可知,,根据可知
所以
因,故单独把b放入烧杯中,b悬浮,故C错误;
D.单独把a放入烧杯中时,a下表面在水中的深度,在图中,下表面所在深度为,根据,单独把放入烧杯中时和题图中的下表面液体压强之比为,故D正确。
故选AD。
【分析】根据物体排开液体的体积,结合浮力和重力相等,计算物体密度;根据,计算物体ab的比值关系,结合物体密度和液体密度关系,判断物体在液体中进入的体积。
21.(2024九下·韶关模拟)小德在“探究浮力的大小跟哪些因素有关”实验中的操作如图所示。
(1)如图甲所示,小德把一个饮料罐慢慢按入水中,感觉用的力越来越大,由此猜想浮力的大小可能跟物体排开液体的体积有关,于是他设计了如图乙所示的实验步骤,根据 两图可以验证该猜想是否正确;
(2)通过观察b、e两图,他得出了“浮力的大小跟液体的密度有关”的结论,该结论 (选填“合理”或“不合理”);
(3)在实验中,观察到物体A浸没在盐水中静止时弹簧测力计的示数较小,则物体A 浸没在盐水中时受到的浮力较 (选填“大”或“小”);
(4)根据实验数据可知,物体A与盐水的密度之比为 ;()
(5)实验结束后,小德联想到压力和压强,b、d两图中物体A的下表面受到水的压强分别为p1、p2,则p1 p2;由于物体A的浸入,c、e两图中烧杯对水平桌面增加的压力大小分别为F1、F2,则F1 F2。(均选填“>”“<”或“=”)
【答案】b、c(或b、d);不合理;大;10:3;<;<
【知识点】阿基米德原理;浮力大小的计算;探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)根据控制变量法的要求可知,要探究浮力的大小跟物体排开液体的体积的关系,就要保证液体的密度相同,只改变物体排开液体的体积不同,故选b、c或b、d两图。
(2)根据控制变量法的要求可知,探究浮力的大小跟液体的密度的关系,要保证物体排开液体的体积相同,而b、e两图可知,物体排开液体的体积不同,液体的密度也不同,故该结论不合理。
(3)由可知,物体A 浸没在盐水中静止时弹簧测力计的示数较小,而浸没在盐水中时受到的浮力较大。
(4)由图a与图c可知,物体A 浸没在水中时受到的浮力大小是;
物体A的体积是;
物体A的质量是;
故物体A的密度是;
由图a与图e可知,物体A浸没在盐水中时受到的浮力大小是;
盐水的密度是;
则物体A 与盐水的密度之比是。
(5)①根据b、d两图可知,液体的密度相同,物体A的下表面在b图中所处的深度小于其在d图中所处的深度,由p=ρ液体gh可知,。②由于物体A 的浸入,烧杯对水平桌面增加的压力大小等于物体A对液体的压力大小,由于力的作用是相互的,物体A 浸入液体中时受到向上的浮力,同时给液体一个向下的压力,这两个力的大小相等,而e图中弹簧测力计的示数较小,由可知,e图中物体A受到的浮力较大,即e图中物体A 对液体的压力较大,则e图中烧杯对水平桌面增加的压力大于c图中烧杯对水平桌面增加的压力,即。
【分析】 (1)要探究浮力和物体排开液体体积的关系,就要采用控制变量法控制液体的密度一定而物体排开液体的体积不同;
(2)由阿基米德原理知道物体受液体浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关,b、e两图中液体的密度不同,排开液体的体积也不同,没有控制变量,得出的结论不准确;
(3)根据称重法比较在水中和盐水中的浮力大小;
(4)根据F浮=G-F计算出在水中受到的浮力;根据阿基米德的变形公式计算出物体A的体积,根据重力计算公式和密度公式求出物体A的密度,根据计算出盐水的密度;
(5)①分析b,d两图中A下表面所处的深度,根据p=ρgh比较两者压强之间的关系;
②物体浸入水中时受到向上的浮力,同时物体给液体一个先下的压力,这两个力的大小相等,则桌面受到的压力等于烧杯和水的重力加上物体的浮力,比较两者浮力的大小。
22.(2024九下·南关模拟)为进行浮力相关实验,小明将支架与升降台放置于水平桌面上,将力传感器固定在支架上,底面积为40cm2的实心均匀圆柱体A通过轻质细线与力传感器相连,力传感器可测量细线拉力的大小。薄壁柱形筒水怀B放在水下升降台上,如图甲所示,从某时刻开始让升降台上升使A逐渐浸入水中,力传感器所测力的大小与升降台上升高度h的关系如图乙所示。不计细线的伸崩,A始终保持竖直,且不吸水。完成下列问题(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kgm3。
(1)当升降台从5cm升到8cm,分析图C图像可知浮力大小与 有关;
(2)通过分析图像知圆柱体A的重力为 N;
(3)将升降台高度降到初始位置,换用与水深度相等的酒精,重复上述步骤,发现升降台上升18cm时,力传感器示数为F2,F1(4)请根据图乙中数据计算出圆柱体A的密度为 kg/m3。
【答案】物体排开液体体积;12;液体密度;2×103
【知识点】密度公式及其应用;重力及其大小的计算;阿基米德原理;探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1) 从0时刻开始让升降台上升使A逐渐浸入水中, 升降台上升5cm之前时,拉力大小不变,表示物体重力为12N,升降台上升5cm时,物体浸入水中,当升降台上升8cm时,溢水杯中的水溢满,物体排开液体体积变大,浮力增加
(2)物体的重力为12N
(3)两次实验液体的密度不同,力传感器示数F1浮力大小与液体密度有关。
(4)根据称重法可知
F浮'=GA-F'=12N-10N=2N,
根据浮力公式可知
物体排开水的体积
根据G=mg可知物体A的质量为
当升降台从8cm上升至18cm的过程中,升降台上升的距离等于物体浸入的深度为10cm该过程排开水的体积为
V排2=SAh=4×10-4m3,
物体A的体积为
VA=V排1+V排2=6×10-4m3
圆柱体A的密度为
综上第1空、物体排开液体体积;第2空、12;第3空、液体密度;第4空、2×103
【分析】根据称重法、浮力的计算、物体浸没模型填空
1、称重法测量物体浮力:先测出物体的重力,然后将物体浸入水中,弹簧测力计的示数就会减小,减小的示数就是物体受到的浮力,
2、浮力的本质为上下表面产生的压力差,计算公式为F浮=ρ液gV排,所以物体所受浮力和物体所处的深度无关,与排开水的体积有关,当排开水的体积越小时,浮力越小,排开水的体积越大时,浮力越大
3、物体浸没的模型构建:第一阶段,物体悬浮空中,0-5cm,此时拉力等于自重,大于5cm,物体开始浸水中,大于8cm溢水杯开始溢水,8-18cm,升降台上升高度便是物体自身高度
23.(2024九下·和平模拟)同学们模拟古人利用浮力打捞铁牛,模拟过程和测量值如图所示。
①把正方体A放在架空水槽底部的方孔处(忽略A与水槽的接触面积),往水槽内装入适量的水,把一质量与A相等的柱形薄壁水杯放入水中漂浮,如图甲所示;
②向水杯中装入质量为水杯质量二倍的铁砂时,水杯底到A上表面的距离等于A的边长,如图乙所示;
③用细线连接水杯和A,使细线拉直且无拉力,再将铁砂从杯中取出,当铁砂取完后A恰好可被拉起,完成打捞后,如图丙所示,请你完成:
(1)画出图丙中的水杯受到的力;
(2)求图乙中水杯浸入水中的深度h;
(3)水杯与正方体A的底面积之比 。
(温馨提示:推导计算过程中需要的物理量,请提前设定!)
【答案】;;9︰2
【知识点】力的三要素及力的示意图;液体压强计算公式的应用;阿基米德原理;浮力的利用;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】(1)水杯受到竖直向下的重力、竖直向下的拉力和竖直向上的浮力,如图所示
(2)甲中杯子漂浮,浮力等于重力,设水的密度为,杯子的底面积为S杯,杯子的总高度为H, A的边长为a,则甲中杯子所受浮力
乙中杯子也是漂浮状态,所以
两式相除,解得
则杯子的总高度为
(3)图丙中物体处于漂浮状态,浮力等于重力又因为A与杯的重力相等,所以
由图甲可知
联立可得
解得
图乙中绳子刚好拉直但没有拉力,图丙中沙子取出后A恰好被拉起,所以铁砂的重力等于拉力,则
即
则
即
解得
答:(1)水杯受力分析图
(2)图乙中水杯浸入水中的深度;
(3)水杯与正方体A的底面积之比。
【分析】(1)漂浮在水中的物体,受到竖直向下的重力,竖直向上的浮力,物体A对水杯的拉力;
(2)根据物体漂浮,受到的浮力等于自身重力,结合重力,计算深度;
(3)根据F浮=ρ液gV排,计算浮力,结合浮力和重力相等,分析物体体积和排开液体体积关系,计算底面积的比值。
24.(2024九下·杨浦模拟)如图甲所示,正方体塑料物块A的边长为10cm,A下表面与长方体金属块B上表面用细线相连,直到细线刚好拉直,水箱中水的深度h与加水质量m之间的关系如图乙所示,金属块B恰被拉起,出水口开始排水(忽略细线质量、体积和形变),已知B金属块底面积SB=20cm2,水箱底部的面积(含出水口)为S=200cm2,求:(ρ水=1.0×103kg/m3)。
(1)当加入360g的水时水对箱底的压强;
(2)塑料物块A上浮过程中所受浮力;
(3)细线的长度L;
(4)金属块B的重力GB。
【答案】解:(1)由右图知当加水360g时,物体B恰好完全浸没,液面如图1所示
水的重力
G1=m1g=3.36kg×10N/kg=3.6N
水对容器底的压力等于水的重力
F=G1=3.6N
此时水的受力面积为
S2=200cm3﹣20cm3=180cm5
水对水箱底部的压强
此时水的高度为
此时水的高度就是B的高度,即hB=2cm。
(2)由乙图知,当加水为760g时物体A部分浸没,浮力等于重力,液面如图2的2所示
液面1、2间水的质量为760g﹣360g=400g=0.6kg,液面1、2间水的体积为
液面1、2间水的深度为
物体A排开水的体积
V排=0.1m×0.1m×0.04m=4×10﹣4m3
物体A受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10﹣4m3=4N
因为物体A将要被浮起,由漂浮条件可得A的重力
GA=F浮=4N
(3)由图知细线刚好拉时,此时水的深度根据右图知为16cm,故线的长度等于水的最大深度减去A和B的高度,即
L=16cm﹣2cm﹣4cm=10cm
(4)因为B下表面没有水,所以B应该不受到水的浮力,因为塑料块A刚好被浸没时,水恰能从排水口流出。对A、B做受力分析,因为A浸没
V排=VA=1000cm2=10﹣3m3
所以A浸没时受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×10﹣3m3=10N
所以
F拉=F浮﹣GA=10N﹣4N=6N
因为B上表面所处深度h=20cm=0.2m,所以
F水压=pBSB=ρ水gSBh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.002 m3×0.2m=4N
所以B的重力
GB=F拉﹣F水压=6N﹣4N=2N
答:(1)加水360g时,水对水箱底部的压强p水为200Pa;
(2)塑料物块A上浮过程中所受浮力为4N;
(3)细线的长度L为10cm;
(4)金属块B的重力GB是2N。
【知识点】液体压强计算公式的应用;阿基米德原理
【解析】【分析】(1)水的质量为300g,根据G=mg计算水的重力G1=m1g;水对容器底的压力等于水的重力,水的受力面积为S2=200cm3﹣20cm3,根据P=F/S计算 水对箱底的压强
(2)由乙图知,当加水为760g时物体A部分浸没,液面1、2间水的质量为=0.4kg,根据密度公式ρ=m/v计算液面1、2间水的体积,根据计算液面1、2间水的深度,物体A排开水的体积V排=0.1m×0.1m×0.04m=4×10﹣4m3根据F浮=ρ水gV排计算物体A受到的浮力,由漂浮条件可得A的重力GA=F浮
(3)由图知细线刚好拉时,水的深度为16cm即L=16cm﹣2cm﹣4cm=10cm
(4)B不受到水的浮力,塑料块A刚好被浸没时,水恰能从排水口流出。因为A浸没V排=VA根据F浮=ρ水gV排计算A浸没时受到的浮力,由称重法可计算F拉=F浮﹣GA;B上表面所处深度h=20cm=0.2m,所以F水压=pBSB=ρ水gSBh,所以B的重力GB=F拉﹣F水压
25.(2024九下·北京市模拟)小明在学习浮沉条件后,希望能做出物体在水中处于悬浮的状态。于是小明在气球(体积易受环境因素影响)下面挂一小金属块,放入水中某处恰好使金属块和气球处于悬浮状态,小明记得老师曾经讲过悬浮在水中的物体可以悬浮于液面下任何位置,于是他伸手将水中的气球和金属块往下移动一段距离,假设水足够深,他让气球和金属块在此处静止后,松开手,你认为气球和金属块是否仍然可以在该处悬浮?请判断并说明理由。
【答案】悬浮在水中F浮=G,下移动一段距离深度增大,压强增大,气球的体积变小,所以气球排开水的体积减小,由公式F浮=ρ液gV排可知,浮力减小,浮力小于自重而向下运动,最后沉在水下。
【知识点】液体压强计算公式的应用;阿基米德原理;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【分析】把水中气球与金属块的位置轻轻向下移动一些,所处的深度增大,根据液体压强公式p=ρgh知,气球受到的压强增大,气球的体积减小,排开水的体积变小,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,气球受到的浮力减小,自重不变,由物体的浮沉条件分析判断。
五、直击中考
26.(2024·凉山州)如图所示,两个完全相同的小球,分别漂浮在装有一定酒精和水的容器中(ρ水>ρ酒),小球的质量为6g,体积为10cm3,下列描述正确的是( )
A.小球的密度为6×103kg/m3
B.小球排开水的质量等于排开酒精的质量酒精三水
C.用力将图乙的小球向下压的过程中,小球受到的浮力不变
D.将酒精注入乙容器中(不溢出液体),小球浸入液体的体积不变甲乙
【答案】B
【知识点】阿基米德原理;浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A、小球在液体中处于漂浮,所以小球的密度小于酒精的密度,酒精的密度小于水的密度小于103kg/m3,A错误
B、小球在液体中处于漂浮,所以小球受到的浮力等于小球的重力,根据阿基米德原理可知,物体所受的浮力等于排开液体的重力,根据G=mg可知 小球排开水的质量等于排开酒精的质量 ,B正确
C、 用力将图乙的小球向下压的过程中 ,排开液体的体积较大,所以浮力增加,C错误
D、 将酒精注入乙容器中 ,乙容器的密度变小,根据F浮=ρgv排可知,浮力不变,密度变小,排开水的体积变大,D错误
综上选B
【分析】1、物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
2、阿基米德原理:物体排开水的重力等于物体所受浮力;
3、浮力的本质为上下表面产生的压力差,计算公式为F浮=ρ液gV排,所以物体所受浮力和物体所处的深度无关,与排开水的体积有关,当排开水的体积越小时,浮力越小,排开水的体积越大时,浮力越大
27.(2024·北京)图甲为一彩球“温度计”,其密闭玻璃容器内装有一种特殊液体,随着温度升高,这种液体的密度会减小。液体中有个挂有温度标牌的彩球,彩球体积包括标牌相等,其热胀冷缩可以忽略。当有彩球悬浮时,悬浮的彩球标牌上的温度值就是所测得的当前环境温度。图乙为这个温度计的示意图,编号为的彩球标牌所标温度值为,相邻编号的彩球标牌上的温度值间隔为。下列说法正确的是( )
A.彩球在时所受浮力大于时所受浮力
B.当环境温度处于该温度计可测得的最低温度时,个彩球均漂浮
C.若有个彩球漂浮,个彩球沉底,则环境温度满足
D.要增大该温度计能测得的最高温度,可增加一个与彩球体积相等、质量更小的彩球
【答案】C,D
【知识点】浮力大小的计算
【解析】【解答】A、 彩球在时 处于悬浮状态,浮力等于重力,温度减小,密度增加,所以物体此时上浮处于漂浮状态,浮力等于重力,A错误
B、 当环境温度处于该温度计可测得的最低温度时 ,密度处于最小,此时浮力最小,所以彩球处于下沉状态如5球,所以B错误
C、22℃处于悬浮状态,当物体漂浮时,液体密度变大,温度降低,当彩球沉底时,液体密度减小,温度升高,沉底的温度为大于24℃,漂浮的温度范围为小于26℃,C正确
D、液体温度升高,密度减小,增加温度计最高测温,则需要减小物体的重力,进而使相同情况下物体测量的浮力大于原来重力,此时更换小物体后,物体处于悬浮状态,未到下沉,D正确
综上选CD
【分析】根据浮力、物体沉浮判识选项
1、物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
2、浮力的计算公式为F浮=ρ水gV排浮力的大小与液体密度以及排开水的体积有关
28.(2024·潍坊)物理兴趣小组把吸管的下端密闭并缠绕一段细铜丝(细铜丝体积忽略不计),自制一个简易密度计。如图所示,密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,且保持竖直姿态。密度计在三种液体中静止时,在密度计上与液面平齐处各标记一条刻线,共得到三条刻线。已知密度计在c液体中,有1/8的体积浸入液体,浸入体积为5×10-8m3。三种液体密度如表格所示,下列分析正确的是 ( )
液体种类 液体密度/(kg m-3)
a液体 0.5×103
b液体 1×103
c液体 2×103
A.三条刻线的间隔距离不相等
B.密度计的质量为0.1kg
C.密度计在三种液体中所受浮力不相等
D.密度计在b液体中的浸人体积为3×10-8m3
【答案】B
【知识点】浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A、密度计的工作原理为m密g=ρ液gV排=ρ液gsh,所以h=m密/ρ液s,ha=m密/ 0.5×103kg/m3, hb=m密/1×103kg/m3, hc=m密/2×103kg/m3,所以 三条刻线的间隔距离相等 ,A错误
B、m密g=ρ液gV排 c液体 密度为 2×103kg/m3,体积为 为5×10-8m3 ,所以密度计的质量为m= 0.1kg ,B正确
,C、 密度计在三种液体中均是漂浮,重力等于浮力,C错误
D、密度计的质量相同,即浮力相同,所以浸入液体的体积和液体的密度成反比,c液体的密度时b液体的2倍,所以浸入体积为b的一半,即2.5×10-8m3,D错误
综上选B
【分析】根据物体漂浮、浮力的计算判识选项
1、物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
2、浮力的计算公式为F浮=ρ水gV排=m密g=ρ液gsh,据此计算密度计浸没深度,以及密度计的质量
29.(2023·襄阳中考)把一个材质均匀的正方体,分别投入、、三种液体中,静止后的状态如图所示,下列说法正确的是( )
A.在液体中正方体受到浮力最大
B.三种液体中液体密度最接近正方体的密度
C.三种液体中的密度最大
D.正方体的密度大于三种液体中的任意一种
【答案】B
【知识点】浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】A.根据图像,物体在三种液体中漂浮,根据物体受到的二力平衡,浮力等于物体的重力,判断浮力相等,A不符合题意;
B.根据ρ液gV排=ρ物gV物,三种液体中,C液体中,V排接近V物,C密度最接近正方体的密度,B符合题意;
C.三种液体中浮力相等,根据,在A中V排最小,液体密度最大,C不符合题意;
D.根据,由于V物ρ物,正方体的密度小于三种液体中的任意一种,D不符合题意。
故答案为:B
【分析】漂浮的物体受到平衡力,根据二力平衡条件,浮力等于物体的重力; 根据,判断液体密度大小关系;漂浮物体的密度小于液体密度。
30.(2024·菏泽)物理学习小组在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用同一金属块依次进行如下步骤的操作:
根据上述实验步骤,完成下列问题:
(1)步骤A中金属块重 N;
(2)步骤B中金属块受到的浮力为 N;
(3)分析 三步骤数据,初步得出浮力大小与液体密度有关;
(4)若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,测力计的示数 1.6N(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)结合已学知识,根据步骤A、C,计算出金属块的体积为 (,g取10N/kg)。
【答案】(1)2.6
(2)0.4
(3)ACD
(4)大于
(5)
【知识点】探究浮力大小的实验
【解析】【解答】(1)根据图片A可知,测力计的分度值为0.1N,则金属块的重力G=2.6N;
(2)根据A、B可知,金属块受到的浮力F浮=G-F拉=2.6N-2.2N=0.4N;
(3)探究浮力大小与液体密度的关系时,需要控制排开液体的体积相同,只改变液体密度,故选实验ACD;
(4)金属块浸没时排开液体的体积相同, 若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精, 根据阿基米德原理可知,金属块受到的浮力减小。根据F拉=G-F浮可知,测力计的示数变大。
(5)根据AC两图可知,金属块浸没水中受到浮力:F浮=G-F拉=2.6N-1.6N=1N;
则金属块的体积:;
则金属块的密度:。
【分析】(1)根据图片A确定测力计的分度值,根据指针的位置读出金属块的重力;
(2)根据F浮=G-F拉计算步骤B中金属块受到的浮力;
(3)根据控制变量法的要求选择对照实验;
(4)首先根据阿基米德原理分析金属块受到浮力的变化,再根据F拉=G-F浮分析测力计的示数变化
(5)首先根据称量法计算出物体浸没水中受到的浮力,再根据阿基米德原理计算金属块的体积,最后根据计算金属块的密度。
31.(2024·哈尔滨) 学习了力学知识后,同学们到实验室进行实验
(1)如图所示是春巍同学利用浮力知识测量物体重力大小的实验过程,则物体排开水的体积为 cm3,物体所受重力为 N;(ρ水=1.0×103kg/m3,g=9.8N/kg)
(2)她查阅资料发现不同地点g值并不都等于9.8N/kg,于是她想利用所学力学知识测出所在地的g值大小,请你帮她完成实验设计(器材自选)。
①实验原理: ;
②实验步骤: ;
③由于各地g值相差较小,为提高测出g值的准确性,她提出应选择精密的测量仪器。请你再提出一条合理建议。
【答案】(1)10;0.98
(2);选取质量适中的石块,在不同地点,用弹簧测力计测量该物体的重力,用天平来测量该物体的质量,利用公式计算出值的大小,并比较不同地点值的大小;,可以使用分度值更小的测力计来测重力,以提高测出值的准确性,也可以使用精确度更高的电子秤来测物体的质量。
【知识点】重力及其大小的计算;浮力大小的计算;物体的浮沉条件及其应用
【解析】【解答】1) 物体排开水的体积为 10cm3,根据图可知,物体漂浮,所受浮力等于重力,所以浮力F=ρgv= 1.0×103kg/m3 × 9.8N/kg ×10×10-6m3=0.98N
综上第1空、10;第2空、0.98
2)测量重力加速度g,原理为g=G/m,步骤 、选取质量适中的石块,用天平来测量该物体的质量,用弹簧测力计测量该物体的重力,利用公式计算出值的大小, 使用分度值更小的测力计来测重力,以提高测出值的准确性
综上第1空、,第2空、选取质量适中的石块,在不同地点,用弹簧测力计测量该物体的重力,用天平来测量该物体的质量,利用公式计算出值的大小,并比较不同地点值的大小
第3空、可以使用分度值更小的测力计来测重力,以提高测出值的准确性,也可以使用精确度更高的电子秤来测物体的质量。
【分析】根据重力、浮力的计算填空
重力:由于地球的吸引而使物体受到的力,大小为自身重力、方向竖直向下,作用点位于物体重心。
浮力的本质为上下表面产生的压力差,计算公式为F浮=ρ液gV排,物体沉浮条件:物体悬浮时的浮力等于重力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度等于液体的密度,物体漂浮表明浮力等于重力(排开水的体积小于物体体积),物体的密度小于液体的密度,物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度
32.(2022·包头)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)使用弹簧测力计前,要将指针调在 位置。
(2)实验中所用物块的重力为 N。
(3)同学们发现溢水杯中未装满水,如图甲所示,这样实验会使测得的溢出水的重力 (填“偏大”或“偏小”)。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中,如图乙所示,物块受到的浮力为 N,物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小 。
(5)继续实验,将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,如图丙所示,发现F5>F3,说明物块受到的浮力大小与 有关。换用酒精再次实验的目的是 (填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。
【答案】(1)零刻度线
(2)4
(3)偏小
(4)1;相等
(5)液体密度(液体种类);寻找普遍规律
【知识点】阿基米德原理;浮力大小的计算
【解析】【解答】(1)使用弹簧测力计前,要先看测力计的指针是否指0,不指示零刻线,要将指针调在零刻度线的位置。
(2)由甲图可知,左侧弹簧测力计的示数为4N,实验中所用物块的重力弹簧测力计的示数,等于为4N。
(3)溢水杯中未装满水,当物块浸入时,水先要充满溢水杯才会溢出,这样溢出的水的体积小于物块浸入液体的体积,实验会使测得的溢出水的重力偏小。
(4)溢水杯装满水后,将物块浸没在水中, 如图乙所示,物块受到的浮力为
它排开水所受的重力大小
物块受到的浮力大小与它排开水所受的重力大小相等。
(5)将物块浸没在装满酒精的溢水杯中,由于酒精的密度小于水的密度,会发现 ,即物块在酒精中受到的浮力变小,说明物块受到的浮力大小与液体的密度有关。
换用酒精再次实验的目的是多次测量寻找浸在液体中的物体受到的浮力与它排开液体所受重力之间的普遍规律,避免只用一种液体实验得到结论的偶然性。
【分析】(1)使用弹簧测力计时,指针要调零;
(2)根据测力计指针位置,测量力的大小;
(3)溢水杯没装满时,测量溢出的水偏小;
(4)根据物体的重力和进入液体中测力计示数差,计算浮力;物体受到的浮力等于排开液体的重力;
(5)排开液体的体积一定时,浮力大小和液体密度有关;多次实验可以探究规律的普遍性。
33.(2024·凉山州)质量为75kg的建筑工人,想利用如图甲所示的装置将水池底的长方体石料拉出水面。石料的质量为200kg,体积为0.08m3,每个动滑轮的质量均为6kg,石料上表面到水面的距离为1m,不考虑绳重、滑轮的摩擦和水的阻力。
(1)求石料浸没在水中受到的浮力;
(2)工人利用甲图匀速拉动过程中,石料上表面到达水面时,求工人的拉力所做的功;
(3)工人继续利用甲图拉动石料,石料总体积露出水面1/8时因滑轮组上的绳子承受的拉力达到最大而断裂,工地上没有其他型号的绳子替代,工人利用原型号绳子设计了如图乙所示的滑轮组欲将石料全部拉出水面,请你通过计算,判断他能否成功(无推理过程不得分)。
【答案】(1)解:据图可知,石料排水体积等于本身体积0.08m3,
根据浮力公式可知
F浮=ρ液gV排=103kg/m3×10N/kg×0.08m3=800N
(2)解:物体匀速运动时,受到的拉力为
F=(G-F浮+G滑)=×(2000N-800N+60N)=630N,
物体上升的距离为绳子上升距离的一半,所以绳子上升的距离为2m,
根据
W=Fs=630N×2m=1260J
(3)解:当物体浸没在水中,绳子的拉力为1200N,石料总体积露出水面1/8时,浮力
F=ρgv=103kg/m3×10N/kg×0.08m3×=100N,
绳子的拉力此时增加为1300N,所以绳子此时受到的拉力为
F=0.5×(1300+60N)=680N,
图乙,绳子的拉力
F=(2000N+60N)=686.7N.
所以此时绳子的拉力大于绳子的最大拉力,所以不能拉出水面
【知识点】浮力大小的计算;动滑轮及其工作特点;动滑轮拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】根据浮力的计算、动滑轮拉力的计算、做功计算分析。
1、物体浮力的计算;浮力的公式F浮=ρ液gV排,题目中水的密度已知,重力加速度为10N/kg,物体排开水的体积为物体的体积为0.08m3,据此计算物体的浮力。
2、动滑轮拉力的计算, ,n为动滑轮缠绕绳子数,绳子移动的距离为物体移动距离的n倍,题目中n=2,滑轮为60N,重物为2000N,浮力为800N,据此计算拉力,绳子移动距离为2m,根据W=Fs计算拉力做功,当物体拉出1/8时,物体所受的拉力F=1/2×(2000N-700N+60N)=680N,即绳子最大拉力不能超过盖拉力,当图乙,绳子的拉力F=1÷3(2000N+60N)=686.7N.据此分析是否能拉出水面。
34.(2024·潍坊)如图甲所示的装置由杠杆PQ、圆柱形物体a、b以及水箱、滑轮等组成。杠杆PQ只能绕O点在竖直平面内转动,PO:OQ=1:3;P端通过竖直绳连接a,a通过竖直轻杆固定在地面上;b浸没在水中,通过细绳、滑轮与杠杆Q端相连。开始时PQ水平,打开出水口阀门,轻杆对a的作用力F的大小随水面下降高度变化的规律如图乙所示。已知a、b质量分别为ma=1.5kg、mb=1.08kg,滑轮、杠杆和绳的重力均忽略不计,忽略所有摩擦,g取10N/kg,水的密度ρ=1.0×103kg/m3.求:
(1)打开阀门前P端绳对a的拉力;
(2)打开阀门前b受到的浮力;
(3)b的密度;
(4)当b受到的拉力大小为8.4N时,b下表面处的液体压强
【答案】(1)解:打开阀门前,轻杆对a的作用力为4.8N,对a进行受力分析可知a受到重力竖直向下,轻杆对a的作用力竖直向上和绳子对a的作用力竖直向上,所以F拉=G-F杆=1.5kg×10N/kg-4.8N=10.2N
(2)解:据题分析可知,绳子的拉力F绳×OQ=F拉×PO,所以F绳子==3.4N,缠绕在动滑轮的绳子数为2,所以F绳=×(G-F浮),连列解得F浮=4N
(3)解:由(2)知道b的浮力为4N,根据F浮=ρ液gV排,解得V排=
4×10-4m3,根据质量公式m=ρv可知,b的密度ρ=2.7×103kg/m3
(4)解:根据受力分析可知,此时物体浮力F‘=G-F=10.8N-8.4N=2.4N,所以物体排开水的体积为V排=2.4×10-4m3据图分析可知,物体的长度为0.4m,所以物体的底面积为=10-3m2,所以b进入深度为=0.24m,根据P=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg ×0.24m=2.4×103Pa。
【知识点】力的合成与应用;压强的大小及其计算;浮力大小的计算
【解析】【分析】(1)根据受力分析可知,a受力如下,所以绳子的拉力F绳=G-F杆,杆的力由乙可知,为4.8N,据此分析绳子的力。
(2)b受到绳子的拉力和重力以及浮力,绳子拉力的计算F=×(G-F浮),本题可知,n=2,由(1)可计算绳子的拉力,据此计算b受到的浮力。
(3)浮力的计算公式为F浮=ρ液gV排,由(2)计算b受到的浮力,进而计算b排开水的体积,由于b浸没在水中,所以派开水的体积等于本身体积,根据密度公式m=ρv计算b的密度ρ。
(4)根据受力分析可知,此时物体浮力F‘=G-F=10.8N-8.4N=2.4N,同理计算b此时排开水的体积,据图分析可知,物体的长度为0.4m,所以物体的底面积为=10-3m2,进而计算此时物体浸没的深度,根据P=ρgh计算此时压强。
35.(2024·牡丹江) 【动手动脑,实践体验】
综合实践活动课上,小江展示了自制的“小潜水艇”。如图甲所示,矿泉水瓶中装有适量的水,将一个未装满水的小玻璃瓶倒扣入矿泉水瓶中,给矿泉水瓶口盖上插有吸管的瓶盖,吸管与瓶盖之间密封且不接触瓶内的水面,小玻璃瓶沉在水底。小江通过吸管将矿泉水瓶中的气体吸出一部分,“小潜水艇”上浮了,如图乙所示。
(1)请分析解释“小潜水艇”上浮的原因。
(2)再说出一种能让“小潜水艇”上浮的方法。
【答案】(1)用嘴吸气后,矿泉水瓶内液面上方气体减少,瓶内气压变小,导致小玻璃瓶瓶口处的液体产生向下的压强差,也就产生向下的压力差,将小玻璃瓶内的部分水排出。使得小玻璃瓶和瓶内液体的总重力减小,根据,此过程中和不变,所以不变,小玻璃瓶和其内部液体受到的浮力大于其总重力,力可以改变物体的运动状态,小玻璃瓶上浮。
(2)将另一吸管的管口贴靠在瓶中吸管的上端,沿水平方向吹气
【知识点】流体压强与流速关系的探究实验;浮力的利用
【解析】【分析】1)根据物体沉浮条件:物体下沉时重力大于浮力(排开水的体积等于物体体积),物体的密度大于液体的密度,要想物体上浮,减小 潜水艇 重力,所以 用嘴吸气后,矿泉水瓶内液面上方气体减少,瓶内气压变小,导致小玻璃瓶瓶口处的液体产生向下的压强差,也就产生向下的压力差,将小玻璃瓶内的部分水排出。使得小玻璃瓶和瓶内液体的总重力减小
2) 将另一吸管的管口贴靠在瓶中吸管的上端,沿水平方向吹气 也可以小潜水艇”上浮
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