专题训练五　压强、浮力知识综合应用 同步练（含答案） 2024-2025学年物理教科版八年级下册

专题训练五　压强、浮力知识综合应用
液面(压力、压强)变化问题
1.如图所示,在水槽中放一只不吸水的陶瓷小碗,碗可以漂浮在水面上,也可以沉入水底,则碗沉入水底时比漂浮在水面上时水面高度将 (　　)
A.下降 B.上升
C.不变 D.无法判断
2.如图所示,在盛有水的圆柱形容器内,体积为100 cm3实心物块甲放在实心木块乙上,木块乙漂浮在水面上,现将甲取下并放在水中沉底,静止时,容器对甲的支持力为2 N,已知木块乙的质量为400 g,圆柱形容器的底面积为200 cm2,则下列说法中正确的是(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)(　　)
A.将甲放入水中沉底,水对容器底部的压强变大
B.容器内水面高度变化2 cm
C.甲的密度为2×103 kg/m3
D.木块乙受到的浮力将变化3 N
3.大物块甲质量为m甲,小物块乙、丙的体积都为V,质量分别为m乙、m丙。在水平地面上放置一圆柱形容器,装入一定量水后,先后将乙、丙按如图(a)(b)所示放置,使物块甲上表面恰好与水面相平,其中甲、乙之间用轻质细绳连接。则下列说法中正确的是(　　)
A.两种情况下,图(a)中水对容器底部的压强等于图(b)中水对容器底部的压强
B.细绳所受的拉力为m乙g
C.三物块的密度关系ρ乙>ρ丙>ρ甲
D.两种情况下容器底受到的压力变化量为(m乙-m丙)g
4.如图所示,一平底玻璃杯置于水平桌面,杯内水中漂浮着一冰块。若冰熔化前、后水对杯底的压强分别为p1、p2,则 (　　)
A.p1=p2 B.p1>p2
C.p15.如图所示,水平地面上有一底面积为4×10-2 m2的正方形容器,容器中水深40 cm,一个边长为
10 cm的正方体物块通过一根细线与容器底部相连,细线受到的拉力为4 N。(g取10 N/kg,ρ水=
1.0×103 kg/m3)求:
(1)此时容器底受到水的压强和压力。
(2)此时物块受到的浮力。
(3)细线剪断后,容器中水面下降的高度。
极值问题
6.(物理学与工程实践)某大桥施工时,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),在沉入过程中,其下表面到水面的距离h逐渐增大,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(g取10 N/kg)。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线
B.构件的边长为4 m
C.构件所受的最大浮力为1.2×105 N
D.构件的密度为2.5×103 kg/m3
7.(安全责任)老师们经常提醒学生不要去河边玩,不要下水游泳防止溺水危险。结合学习的浮力知识,小明想到救生衣,上网查数据如下表,小明质量为52 kg,体积为0.05 m3, (ρ水=1×103 kg/m3,g取10 N/kg)请帮小明解答:
品牌 ×× 适用范围 成人、儿童
名称 救生衣 承重体重 ≤100 kg
面料 涤纶牛津布 浮力 ≥7.5 kg
(1)根据图中信息小明使用该救生衣是否安全
(2)如果忽略救生衣的质量,穿着救生衣的小明在水中处于什么状态,受到的浮力为多大 排开水的体积为多大
(3)假如救生衣全部浸没在水中时救生衣受到的浮力按图表中的最小浮力值计算,穿着救生衣的小明在水中静止时,露出水面的总体积多大
综合计算
8.质地均匀的长方体放在水平地面上,密度为1.5×103 kg/m3,边长如图甲所示。另有一高为0.35 m、底面积为2×10-2 m2的薄壁圆筒形容器放在水平地面上,容器内盛有0.3 m深的某种液体,如图乙所示。将长方体由平放变为竖放,长方体对水平地面的压强变化量与液体对容器底部的压强恰好相等。(g取10 N/kg)
(1)求长方体的质量。
(2)在图甲中作出长方体所受重力的示意图(“O”点为长方体的重心)。
(3)求液体的密度。
(4)在竖放的长方体上水平截取一部分,并将截取部分放入容器中,能使液体对容器底部的压强最大且截取部分的质量最小,求截取部分所受的浮力。
【详解答案】
1.A　解析:碗漂浮在水面上时,受到浮力等于其重力,F浮=G;碗沉入水底时,受到浮力小于其重力,F浮'F浮>F浮',根据阿基米德原理可知ρ水gV排>ρ水gV排',则V排>V排',所以碗沉入水底时比漂浮在水面上时水面高度将下降,故A正确,故选A。
2.D　解析:A.开始时实心物块甲放在实心木块乙上,木块乙漂浮在水面上,此时F浮=G甲+G乙,假设此时排开水的体积为V排1,则V排1==,将甲取下并放在水中沉底,木块乙漂浮在水面上,假设此时排开水的体积为V排2,则V排2=+V甲=+,根据题意可知,ρ甲>ρ水>ρ乙,所以V排1>V排2,所以将甲取下并放在水中沉底时,水面将会下降,根据p=ρgh可知,将甲放入水中沉底,水对容器底部的压强变小,故A错误;B.根据题意将甲取下并放在水中沉底,静止时,容器对甲的支持力为2 N,此时G甲-F浮=2 N,则G甲=F浮+2 N=1×103 kg/m3×10 N/kg×10-4 m3
+2 N=1 N+2 N=3 N,V排1===7×10-4 m3,V排2=+V甲=+1×10-4 m3=
5×10-4 m3,则容器内水面高度变化Δh====1×10-2 m=1 cm,故B错误;C.甲的密度为ρ甲===3×103 kg/m3,故C错误;D.实心物块甲放在实心木块乙上,木块乙漂浮在水面上时,木块乙受到的浮力为F浮1=G甲+G乙,将甲取下并放在水中沉底时,木块乙仍漂浮,此时木块乙受到的浮力为F浮2=G乙,木块乙受到的浮力变化为ΔF浮=F浮1-F浮2=G甲=3 N,故D正确。
3.D　解析:A.未放入物块前,容器内水的深度相同,图(a)中两物块排开水的体积大于图(b)中两物块排开水的体积,所以图(a)中水的深度大于图(b),根据公式p=ρgh可知,图(a)中水对容器底部的压强大于图(b)中水对容器底部的压强,故A错误;B.分析物块乙,受到竖直向下的重力,竖直向上的拉力和浮力,乙静止,则F拉+F浮=G=m乙g,故B错误;C.图(a)排开水的体积大,总浮力大;两图总浮力都等于总重力,G甲相同,所以G乙>G丙,乙、丙体积相同,由密度公式可知乙的密度大于丙的密度;由图(a)可知乙的密度也大于甲的密度,但甲、丙的密度无法比较,故C错误;D.两种情况下容器底受到的压力变化量等于组合体受到的浮力,两图中组合体都漂浮,浮力等于重力,所以压力变化量等于组合体的重力,根据图(a),ΔF=G甲+G乙=m甲g+m乙g,根据图(b),ΔF'=G甲+G丙=m甲g+m丙g,则ΔF-ΔF'=(m乙-m丙)g,故D正确。故选D。
4.A　解析:根据阿基米德原理:物体所受到的浮力等于排开水的重力,由于冰块漂浮,冰块所受到的浮力等于冰块的重力;所以冰块熔化后水的体积与原来冰排开水的体积相同,所以水面高度不变,根据液体压强公式p=ρgh可得,冰熔化前、后水对杯底的压强不变,即p1=p2。故选A。
5.解:(1)此时容器底受到水的压强
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×40×10-2 m=4 000 Pa,
此时容器底受到水的压力为
F=pS=4 000 Pa×4×10-2 m2=160 N。
(2)物块的体积为
V物=(10×10-2 m)3=1×10-3 m3,
此时物块受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-3 m3=10 N。
(3)细线受到的拉力为4 N,则物体的重力为
G=F浮-F=10 N-4 N=6 N,
细线剪断后,物体漂浮,此时的浮力为6 N,则此时物体排开水的体积为
V排'===6×10-4 m3,
则减小的排开水的体积为
ΔV排=V排-V排'=1×10-3 m3-6×10-4 m3=4×10-4 m3,
水面下降的高度为
Δh===0.01 m。
6.D　解析:A.由图可知,构件在浸入水中的过程时排开的水的体积逐渐变大,根据阿基米德原理可知,构件受到浮力逐渐变大;当构件浸没后排开水的体积不变,所以浮力不变,由图乙可知,浮力F1随h变化的图线是图乙中的②,故A错误;B.从乙图中可以看出,当构件完全浸没时,下表面到水面的距离为2 m,所以构件边长为2 m,故B错误;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;构件完全浸没时,构件排开水的体积V排=V=L3=(2 m)3=8 m3,由图乙可知,此时的拉力F2=1.2×105 N,根据称重法可知,F浮=G-F2,则有ρ水gV排=ρgV-F2,代入数据可得:1×103 kg/m3×10 N/kg×8 m3=ρ×10 N/kg×8 m3-1.2×105 N,解得构件的密度ρ=2.5×103 kg/m3,故D正确。故选D。
7.解:(1)依题意小明质量为52 kg,由表格可知,救生衣最大承重质量为100 kg,所以小明使用该救生衣是安全的。
(2)依题意,小明质量为52 kg,小明的重力为
G=mg=52 kg×10 N/kg=520 N,
当人浸没时,水产生的浮力为
F浮=ρ水gV排=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.05 m3=500 N,
由表格可知,救生衣产生的浮力最小值为
F浮'=G'=m'g=7.5 kg×10 N/kg=75 N,
由此可知,水和救生衣产生的浮力大于小明的重力,所以小明最终会漂浮在水面,由物体的浮沉条件可知,当小明漂浮水中时,受到的浮力为
F浮″=G=520 N,
由F浮=ρ浮gV排可知,漂浮时排开水的体积为
V排===0.052 m3。
(3)由(2)知,救生衣产生的浮力最小值为
F浮'=75 N,
当小明漂浮在水中时,受到的浮力为
F浮″=G=520 N,
所以水产生的浮力为
F浮 =F浮″-F浮'=520 N-75 N=445 N,
由F浮=ρ液gV排可知,漂浮时小明排开水的体积为
V浸=V排'===0.044 5 m3,
露出水面的总体积为
V露=V-V浸=0.05 m3-0.0445 m3=0.005 5 m3。
8.解:(1)长方体的密度为1.5×103 kg/m3,由甲图可知,长方体的体积为
V=0.1 m×0.1 m×0.3 m=3×10-3 m3,
根据ρ=可得,长方体的质量为
m=ρV=1.5×103 kg/m3×3×10-3 m3=4.5 kg。
(2)如图所示:
(3)长方体对水平地面的压力等于长方体的重力,将长方体由平放变为竖放,长方体对水平地面的压强变化量为
Δp=p竖-p平=-=-=3 000 Pa,
由题意可知,液体对容器底部的压强为
p=Δp=3 000 Pa,
由p=ρ液gh可知,液体的密度ρ液===1.0×103 kg/m3。
(4)使液体对容器底部的压强最大,则要使液面上升到容器上表面;V排=2×10-2 m2×(0.35 m-0.3 m)=10-3 m3;由于液体密度小于物体的密度,所以物体沉底,物体受到的浮力F浮=ρ液gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10-3 m3=10 N。