第七讲 浮力
第1课时 浮力 阿基米德原理
【基础达标】
一、选择题
1.下列物体受到了浮力的是(B)
2.如图所示,小朋友牵着气球在公园内游玩,气球所受浮力的方向正确的是(A)
3.最大容积为400 mL的烧杯静置在水平桌面上,烧杯内有质量为200 g的水,现将一个体积为330 mL的可乐罐缓慢浸入烧杯中,如图所示,烧杯溢出水的质量为100 g,ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,此时可乐罐受到的浮力大小是(C)
A.1 N B.2 N C.3 N D.4 N
4.如图所示,有一个重力为G的长方体浸没在液体中,其受到的浮力为F浮,液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2。下列说法正确的是(C)
A.长方体只有上下表面受到液体压力
B.F1和F2的大小关系是F1>F2
C.F1、F2和F浮的大小关系是F2-F1=F浮
D.若长方体浸没于更深的位置,与图示位置相比,F1、F2大小均不变
二、填空题
5.小明用如图所示的实验装置,验证下沉的物体是否受到浮力的作用,实验中发现物体浸没在水中时,弹簧测力计示数 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”),由此说明下沉的物体也受到向上的浮力,弹簧测力计前后示数变化了 0.2 N。为了使弹簧测力计测物体浸没在水中前后示数变化更明显,他可采取的措施是 改用体积更大的物体 。
6.在“王冠之谜与阿基米德原理”的故事中,若王冠的质量为490 g,浸没在水中称重时,王冠重4.5 N,这顶王冠在水中受到的浮力为 0.4 N,王冠的体积为 4×10-5 m3;若纯金的密度为19.3×103 kg/m3,根据上述数据可知王冠 不是 (选填“是”或“不是”)纯金制作的。
7.如图所示是AS700载人飞艇。当AS700载人飞艇以3 870 kg的总质量在空中悬停时受到的浮力为 38 700 N,此时飞艇的体积为 3 000 m3。(ρ空气=
1.29 kg/m3)
8. (2024·深圳三模)如图甲所示,将悬挂在弹簧测力计下的圆柱体从水面上方缓慢浸入水中,弹簧测力计示数F与圆柱体下表面下降高度h的关系如图乙所示。由图乙可知,圆柱体重力为 12 N。当圆柱体逐渐浸入水中时F逐渐减小,直到圆柱体浸没在水中后F不变,这说明物体所受浮力的大小跟物体 排开液体的体积 有关。据图分析,该圆柱体下表面下降高度为9 cm时,圆柱体受到的浮力大小为 8 N。
三、计算题
9.长江口二号古船是一艘清代同治年间的贸易商船,也是中国水下考古发现的体量最大、保存最为完整、船载文物数量巨大的木质沉船,打捞时,为避免对古船造成损坏,先进行了整体迁移项目等比例试验。试验现场,“大力”号打捞船对水下
8 m深处体积约为8 000 m3、重约8.8×107 N的等比例试验体进行打捞练习。已知海水的密度约为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。通过计算回答:
(1)打捞前,试验体受到水的压强是多少
(2)出水前,试验体排开水的重力是多少
(3)出水前,匀速竖直向上提升试验体所需的拉力至少是多少
解:(1)打捞前,试验体受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×8 m=8×104 Pa;
(2)出水前,试验体排开水的体积等于试验体自身的体积,即V排=V=8 000 m3,
由ρ=可知,试验体排开水的质量:m排=ρV排=1.0×103 kg/m3×8 000 m3=8×106 kg,
出水前,试验体排开水的重力:G排=m排g=8×106 kg×10 N/kg=8×107 N;
(3)根据阿基米德原理可知,试验体受到的浮力等于排开水的重力,即F浮=G排=8×107 N,
出水前,试验体受到竖直向下的重力、竖直向上的浮力以及竖直向上的拉力,在这三个力的作用下,试验体保持平衡状态,
根据力的平衡条件可知,出水前,匀速竖直向上提升试验体所需的拉力:
F拉=G-F浮=8.8×107 N-8×107 N=8×106 N。
【能力提升】
10.某学习小组在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,选用弹簧测力计、烧杯、水、盐、细线、体积相同的实心铁块和铜块(ρ铁<ρ铜)等器材进行实验,如图所示。下列实验过程中,弹簧测力计的示数会变大的是(A)
A.铜块替换铁块仍浸没在图示位置 B.改变浸没在水中铁块的浸没深度
C.向烧杯中加适量的盐并轻轻搅动 D.铁块从接触水面到全部浸没水中
11.小明学习了阿基米德原理后,和物理兴趣小组的同学们利用图中的弹簧测力计、体积约为10 cm3的实心金属块、细线、大烧杯、小桶、小垫块和水等器材,设计实验验证阿基米德原理。(g取10 N/kg)
(1)小明他们首先向老师汇报了自己的实验思路:
①用弹簧测力计分别测出空桶和金属块的重力为G1和G2;
②把大烧杯用小垫块垫起,使左边的溢水口斜向下,在大烧杯中 加满 水,过会儿把小桶放在大烧杯的溢水口下方;
③用弹簧测力计吊着金属块使其浸没到大烧杯的水中,记下弹簧测力计示数为F1;
④待大烧杯中的水不再溢出时,用弹簧测力计测出溢出的水和小桶的总重力为F2;若满足 G2-F1=F2-G1 (用所测物理量符号表示)等式成立就可以验证阿基米德原理。
(2)老师肯定了他们的实验思路,但提醒他们利用现有实验器材将无法完成实验,请你帮他们分析无法完成实验的原因: 金属块受到的浮力比弹簧测力计分度值小 。
(3)小明他们更换相关器材,顺利完成了实验,实验后小组成员又进行了交流,要验证阿基米德原理,金属块 不一定 (选填“一定”或“不一定”)要浸没在水中。
12.(2024·深圳二模)小明想知道樱桃的密度,于是进行了如下实验,请你将实验补充完整。
(1)小明将天平放在水平桌面上,发现天平指针已指在分度盘的中央,如图甲所示,此时小明应先将游码移至标尺 零刻度线 处,再将平衡螺母向 右 调节,使天平横梁平衡。
(2)天平调平后,小明将三颗樱桃放入左盘,并通过加减砝码、移动游码使天平恢复了平衡,如图乙所示。将量筒中装入适量水如图丙①所示,将三颗樱桃轻轻放入量筒内的水中,沉底后液面的位置如图丙②所示,樱桃的密度为 1.2×103 kg/m3。
(3)实验后小明还想测量某种液体的密度(ρ液>ρ水),他选取了一个平底薄壁透明塑料瓶(瓶盖、瓶壁的体积和质量均忽略不计)、圆柱形透明大容器、一把刻度尺(体积可忽略不计),设计了如图丁的方案,请把他的实验步骤补充完整。
①在瓶内装适量的被测液体密封后,用刻度尺测出瓶内液面的高度为h1;
②将瓶子倒置在盛有水的容器中漂浮,静止后用刻度尺测出 瓶内液面到水面的高度 为h2;
③利用以上测量数据可以计算出液体的密度,表达式ρ液= (用字母表示,水的密度用ρ水表示)。 第七讲 浮力
第1课时 浮力 阿基米德原理
【基础达标】
一、选择题
1.下列物体受到了浮力的是( )
2.如图所示,小朋友牵着气球在公园内游玩,气球所受浮力的方向正确的是( )
3.最大容积为400 mL的烧杯静置在水平桌面上,烧杯内有质量为200 g的水,现将一个体积为330 mL的可乐罐缓慢浸入烧杯中,如图所示,烧杯溢出水的质量为100 g,ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,此时可乐罐受到的浮力大小是( )
A.1 N B.2 N C.3 N D.4 N
4.如图所示,有一个重力为G的长方体浸没在液体中,其受到的浮力为F浮,液体对长方体向下和向上的压力分别为F1和F2。下列说法正确的是( )
A.长方体只有上下表面受到液体压力
B.F1和F2的大小关系是F1>F2
C.F1、F2和F浮的大小关系是F2-F1=F浮
D.若长方体浸没于更深的位置,与图示位置相比,F1、F2大小均不变
二、填空题
5.小明用如图所示的实验装置,验证下沉的物体是否受到浮力的作用,实验中发现物体浸没在水中时,弹簧测力计示数 (选填“变大”“变小”或“不变”),由此说明下沉的物体也受到向上的浮力,弹簧测力计前后示数变化了 N。为了使弹簧测力计测物体浸没在水中前后示数变化更明显,他可采取的措施是 。
6.在“王冠之谜与阿基米德原理”的故事中,若王冠的质量为490 g,浸没在水中称重时,王冠重4.5 N,这顶王冠在水中受到的浮力为 N,王冠的体积为 m3;若纯金的密度为19.3×103 kg/m3,根据上述数据可知王冠 (选填“是”或“不是”)纯金制作的。
7.如图所示是AS700载人飞艇。当AS700载人飞艇以3 870 kg的总质量在空中悬停时受到的浮力为 N,此时飞艇的体积为 m3。(ρ空气=
1.29 kg/m3)
8. (2024·深圳三模)如图甲所示,将悬挂在弹簧测力计下的圆柱体从水面上方缓慢浸入水中,弹簧测力计示数F与圆柱体下表面下降高度h的关系如图乙所示。由图乙可知,圆柱体重力为 N。当圆柱体逐渐浸入水中时F逐渐减小,直到圆柱体浸没在水中后F不变,这说明物体所受浮力的大小跟物体 有关。据图分析,该圆柱体下表面下降高度为9 cm时,圆柱体受到的浮力大小为 N。
三、计算题
9.长江口二号古船是一艘清代同治年间的贸易商船,也是中国水下考古发现的体量最大、保存最为完整、船载文物数量巨大的木质沉船,打捞时,为避免对古船造成损坏,先进行了整体迁移项目等比例试验。试验现场,“大力”号打捞船对水下
8 m深处体积约为8 000 m3、重约8.8×107 N的等比例试验体进行打捞练习。已知海水的密度约为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。通过计算回答:
(1)打捞前,试验体受到水的压强是多少
(2)出水前,试验体排开水的重力是多少
(3)出水前,匀速竖直向上提升试验体所需的拉力至少是多少
【能力提升】
10.某学习小组在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,选用弹簧测力计、烧杯、水、盐、细线、体积相同的实心铁块和铜块(ρ铁<ρ铜)等器材进行实验,如图所示。下列实验过程中,弹簧测力计的示数会变大的是( )
A.铜块替换铁块仍浸没在图示位置 B.改变浸没在水中铁块的浸没深度
C.向烧杯中加适量的盐并轻轻搅动 D.铁块从接触水面到全部浸没水中
11.小明学习了阿基米德原理后,和物理兴趣小组的同学们利用图中的弹簧测力计、体积约为10 cm3的实心金属块、细线、大烧杯、小桶、小垫块和水等器材,设计实验验证阿基米德原理。(g取10 N/kg)
(1)小明他们首先向老师汇报了自己的实验思路:
①用弹簧测力计分别测出空桶和金属块的重力为G1和G2;
②把大烧杯用小垫块垫起,使左边的溢水口斜向下,在大烧杯中 水,过会儿把小桶放在大烧杯的溢水口下方;
③用弹簧测力计吊着金属块使其浸没到大烧杯的水中,记下弹簧测力计示数为F1;
④待大烧杯中的水不再溢出时,用弹簧测力计测出溢出的水和小桶的总重力为F2;若满足 (用所测物理量符号表示)等式成立就可以验证阿基米德原理。
(2)老师肯定了他们的实验思路,但提醒他们利用现有实验器材将无法完成实验,请你帮他们分析无法完成实验的原因: 。
(3)小明他们更换相关器材,顺利完成了实验,实验后小组成员又进行了交流,要验证阿基米德原理,金属块 (选填“一定”或“不一定”)要浸没在水中。
12.(2024·深圳二模)小明想知道樱桃的密度,于是进行了如下实验,请你将实验补充完整。
(1)小明将天平放在水平桌面上,发现天平指针已指在分度盘的中央,如图甲所示,此时小明应先将游码移至标尺 处,再将平衡螺母向 调节,使天平横梁平衡。
(2)天平调平后,小明将三颗樱桃放入左盘,并通过加减砝码、移动游码使天平恢复了平衡,如图乙所示。将量筒中装入适量水如图丙①所示,将三颗樱桃轻轻放入量筒内的水中,沉底后液面的位置如图丙②所示,樱桃的密度为 kg/m3。
(3)实验后小明还想测量某种液体的密度(ρ液>ρ水),他选取了一个平底薄壁透明塑料瓶(瓶盖、瓶壁的体积和质量均忽略不计)、圆柱形透明大容器、一把刻度尺(体积可忽略不计),设计了如图丁的方案,请把他的实验步骤补充完整。
①在瓶内装适量的被测液体密封后,用刻度尺测出瓶内液面的高度为h1;
②将瓶子倒置在盛有水的容器中漂浮,静止后用刻度尺测出 为h2;
③利用以上测量数据可以计算出液体的密度,表达式ρ液= (用字母表示,水的密度用ρ水表示)。
