第2课时 物体的浮沉条件及应用
【基础达标】
一、选择题
1.如图所示是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是(B)
A.图a中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大
B.图b中巨轮之所以能够浮在水面是因为用空心的办法增大了排开液体的体积
C.图c中液体的密度越大,密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图d中上浮的气球中填充气体的密度大于外界空气密度
2.甲、乙两个完全相同的杯子盛有不同浓度的盐水,将同一个鸡蛋先后放入其中,当鸡蛋静止时,两个杯子中液面恰好相平,鸡蛋所处的位置如图所示,则(B)
A.甲杯中的盐水密度较大 B.乙杯底部所受的液体压强较大
C.甲杯底部所受的液体压力较大 D.鸡蛋在乙杯中受到的浮力较大
3.如图所示,为我国094型战略导弹核潜艇,下列说法中错误的是(C)
A.漂浮时比悬浮时排开海水质量小
B.悬浮时所受浮力等于重力
C.悬浮和漂浮时所受的浮力相等
D.上浮过程中逐渐露出水面时所受浮力逐渐减小
4.小敏将橙子放入水中,静止后如图甲,将该橙子剥去部分表皮后放入水中,静止后如图乙,剥去全部表皮后放人水中,静止后如图丙(不考虑实验过程中橙子吸水)。下列说法正确的是(C)
A.三种状态下橙子的密度关系:ρ甲=ρ乙=ρ丙
B.甲图中,橙子所受浮力大于自身重力
C.乙图中橙子的V排小于甲图中橙子的V排
D.丙图中,橙子对容器底部压力为零
二、填空题
5.水平桌面上有甲、乙两个完全相同的容器,分别盛有两种不同液体,将两个质量相等的冬枣、樱桃(V冬枣>V樱桃)分别放入两种液体中,静止时的状态如图所示,两容器中的液面相平。则冬枣受到的浮力 = 樱桃受到的浮力,甲容器对桌面的压力 < 乙容器对桌面的压力。(均选填“>”“<”或“=”)
6. (2023·广东模拟)如图所示,台秤上放置一个装有适量水的烧杯(烧杯质量不计),已知水的质量为600 g,杯的底面积为100 cm2,将一个质量为800 g、体积为
1 000 cm3 的实心长方体A用细线系着,将其一半浸入烧杯的水中,此时A受到的浮力为 5 N,烧杯对台秤的压强增大了 500 Pa;若剪断细线,长方体静止后将 漂浮 (选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”)。(g取10 N/kg)
【能力提升】
7.(2023·广东模拟)如图是甲、乙两物体的质量与体积关系图象,将体积为V=1 cm3的甲、乙两物体分别放入盛满水的相同容器a和b中,待两物体静止时,两容器液面相平,下列说法正确的是(C)
A.a容器中的是甲物体,b容器中的是乙物体
B.物体在b容器内排开水的质量较大
C.a、b两容器底部受到水的压强相等
D.a、b两容器对地面的压强相等
8.底面积为500 cm2的薄壁柱形容器内装有深度为26 cm的水,将其竖直放在水平桌面上,把体积为2.5×10-3 m3、重10 N的木块A放入水中后,再在木块A的上方放一正方体B,平衡时正方体B恰好没入水中,如图甲所示,已知正方体B的边长为10 cm(g取10 N/kg)。求:
(1)正方体B受到的浮力;
(2)正方体B对木块A的压力;
(3)若将正方体B放入水中,如图乙所示,则此时水对容器底部的压强是多少
解:(1)正方体B排开水的体积V排=VB=(10 cm)3=103 cm3=10-3 m3
B受到的浮力=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10-3 m3=10 N
(2)A受到的浮力F浮A=ρ水gV排A=ρ水gVA=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2.5×10-3 m3=
25 N
A受到竖直向下的重力和B对A的压力及竖直向上的浮力的作用,处于静止,所受的三个力是平衡力,所以正方体B对木块A的压力F=F浮A-GA=25 N-10 N=15 N
(3)由图乙知,将正方体B放入水中,B沉底,A漂浮,A所受的浮力等于自身的重力,此时A排开水的体积V排A'====10-3 m3
A和B排开水的总体积V='+VB=10-3 m3+10-3 m3=2×10-3 m3
A和B放入水中后,水面上升的高度h1===0.04 m
水的高度h=h1+h2=0.04 m+0.26 m=0.3 m
此时水对容器底部的压强是
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.3 m=3×103 Pa
【项目式学习】
9. (2024·深圳龙岗区期末)五一假期小明到广济桥旅游,发现景区对浮桥游客数量进行限流管理,他想到景区也可以通过浮桥排水量实时监控浮桥上的游客数量,于是决定动手制作“浮力秤”进行项目式学习。
【工作原理】浮力秤在水中静止时处于 漂浮 状态。
【项目取材】主要由圆柱体小筒、秤盘两部分组成(见图1)。
【项目制作】
(1)小明发现将组装好的小筒和秤盘放入水中时很难在竖直方向上静止,他的改进方案是 小筒内装入适当的重物 。
(2)经测量发现该浮力秤的总质量为100 g,当秤盘上不放物体时,浮力秤受到的浮力是 1 N,已知小筒底面积为20 cm2,应在距小筒底部 5 cm位置处标记浮力秤的“零刻度线”。(g取10 N/kg)
(3)测量可知小筒高度为30 cm,将标准质量为 500 g的物体放入秤盘后发现,小筒恰好完全浸没,此时可在小筒上标记浮力秤的“最大测量值”。
(4)最后给浮力秤完善刻度线与数值,该秤的刻度会是 均匀 (选填“均匀”或“不均匀”)。
【项目迭代】
(5)制作完成后小明发现该浮力秤的量程小,精确度也不高,请你结合该浮力秤存在的问题提出改进方案,并说明理由。
存在的问题 改进方案 理由
量程较小 改用体积更大的小筒 增大量程,就要增大小桶的浮力,增大排开液体的体积,即增大小桶的体积
精确度不高 可减小小桶的底面积 F浮=V排ρ液g=S底hρ液g,那么在浮力差一定的情况下,要增大h的差值,可减小小桶的底面积
【项目拓展】
深中通道的海底隧道部分由32节巨型长方体沉管组成,每节沉管尺寸如图2所示。考虑到海底隧道的安全,设计师需要让沉管拥有超强的“防御能力”,足以抵御海水腐蚀、抗水压、抗地震等环境因素。请计算:(海水密度取1.0×103 kg/m3,g取
10 N/kg)
(6)沉管上表面在海底40 m处时要承受多大的海水压强
答:p=ρhg=1.0×103 kg/m3×40 m×10 N/kg=4.0×105 Pa
(7)由钢壳混凝土结构组成的某节沉管制成后质量为6万吨,要使沉管沉入海底,内部压载水箱至少需要向沉管内注入多少万吨的海水 (结果保留整数位即可)
答:沉管刚好浸没海水中时,排开海水的体积:
V排=V=32×165 m×46 m×10.6 m=2 574 528 m3
受到的浮力:F浮=ρgV=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2 574 528m3=2.574 528×1010 N,
所以排开的水的质量m=2 574 528吨≈257万吨
沉管恰好悬浮时,沉管内注入海水的质量最小,由F浮=G总=G管+G水可得,注入海水的质量:m注=m-m'=257万吨-32×6万吨=65万吨。第2课时 物体的浮沉条件及应用
【基础达标】
一、选择题
1.如图所示是关于浮力知识的应用实例,其中说法正确的是( )
A.图a中浸没在水中的潜水艇在下潜过程中所受浮力逐渐变大
B.图b中巨轮之所以能够浮在水面是因为用空心的办法增大了排开液体的体积
C.图c中液体的密度越大,密度计漂浮时受到的浮力就越大
D.图d中上浮的气球中填充气体的密度大于外界空气密度
2.甲、乙两个完全相同的杯子盛有不同浓度的盐水,将同一个鸡蛋先后放入其中,当鸡蛋静止时,两个杯子中液面恰好相平,鸡蛋所处的位置如图所示,则( )
A.甲杯中的盐水密度较大 B.乙杯底部所受的液体压强较大
C.甲杯底部所受的液体压力较大 D.鸡蛋在乙杯中受到的浮力较大
3.如图所示,为我国094型战略导弹核潜艇,下列说法中错误的是( )
A.漂浮时比悬浮时排开海水质量小
B.悬浮时所受浮力等于重力
C.悬浮和漂浮时所受的浮力相等
D.上浮过程中逐渐露出水面时所受浮力逐渐减小
4.小敏将橙子放入水中,静止后如图甲,将该橙子剥去部分表皮后放入水中,静止后如图乙,剥去全部表皮后放人水中,静止后如图丙(不考虑实验过程中橙子吸水)。下列说法正确的是( )
A.三种状态下橙子的密度关系:ρ甲=ρ乙=ρ丙
B.甲图中,橙子所受浮力大于自身重力
C.乙图中橙子的V排小于甲图中橙子的V排
D.丙图中,橙子对容器底部压力为零
二、填空题
5.水平桌面上有甲、乙两个完全相同的容器,分别盛有两种不同液体,将两个质量相等的冬枣、樱桃(V冬枣>V樱桃)分别放入两种液体中,静止时的状态如图所示,两容器中的液面相平。则冬枣受到的浮力 樱桃受到的浮力,甲容器对桌面的压力 乙容器对桌面的压力。(均选填“>”“<”或“=”)
6. (2023·广东模拟)如图所示,台秤上放置一个装有适量水的烧杯(烧杯质量不计),已知水的质量为600 g,杯的底面积为100 cm2,将一个质量为800 g、体积为
1 000 cm3 的实心长方体A用细线系着,将其一半浸入烧杯的水中,此时A受到的浮力为 N,烧杯对台秤的压强增大了 Pa;若剪断细线,长方体静止后将 (选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”)。(g取10 N/kg)
【能力提升】
7.(2023·广东模拟)如图是甲、乙两物体的质量与体积关系图象,将体积为V=1 cm3的甲、乙两物体分别放入盛满水的相同容器a和b中,待两物体静止时,两容器液面相平,下列说法正确的是( )
A.a容器中的是甲物体,b容器中的是乙物体
B.物体在b容器内排开水的质量较大
C.a、b两容器底部受到水的压强相等
D.a、b两容器对地面的压强相等
8.底面积为500 cm2的薄壁柱形容器内装有深度为26 cm的水,将其竖直放在水平桌面上,把体积为2.5×10-3 m3、重10 N的木块A放入水中后,再在木块A的上方放一正方体B,平衡时正方体B恰好没入水中,如图甲所示,已知正方体B的边长为10 cm(g取10 N/kg)。求:
(1)正方体B受到的浮力;
(2)正方体B对木块A的压力;
(3)若将正方体B放入水中,如图乙所示,则此时水对容器底部的压强是多少
【项目式学习】
9. (2024·深圳龙岗区期末)五一假期小明到广济桥旅游,发现景区对浮桥游客数量进行限流管理,他想到景区也可以通过浮桥排水量实时监控浮桥上的游客数量,于是决定动手制作“浮力秤”进行项目式学习。
【工作原理】浮力秤在水中静止时处于 状态。
【项目取材】主要由圆柱体小筒、秤盘两部分组成(见图1)。
【项目制作】
(1)小明发现将组装好的小筒和秤盘放入水中时很难在竖直方向上静止,他的改进方案是 。
(2)经测量发现该浮力秤的总质量为100 g,当秤盘上不放物体时,浮力秤受到的浮力是 N,已知小筒底面积为20 cm2,应在距小筒底部 cm位置处标记浮力秤的“零刻度线”。(g取10 N/kg)
(3)测量可知小筒高度为30 cm,将标准质量为 g的物体放入秤盘后发现,小筒恰好完全浸没,此时可在小筒上标记浮力秤的“最大测量值”。
(4)最后给浮力秤完善刻度线与数值,该秤的刻度会是 (选填“均匀”或“不均匀”)。
【项目迭代】
(5)制作完成后小明发现该浮力秤的量程小,精确度也不高,请你结合该浮力秤存在的问题提出改进方案,并说明理由。
存在的问题 改进方案 理由
量程较小
精确度不高
【项目拓展】
深中通道的海底隧道部分由32节巨型长方体沉管组成,每节沉管尺寸如图2所示。考虑到海底隧道的安全,设计师需要让沉管拥有超强的“防御能力”,足以抵御海水腐蚀、抗水压、抗地震等环境因素。请计算:(海水密度取1.0×103 kg/m3,g取
10 N/kg)
(6)沉管上表面在海底40 m处时要承受多大的海水压强
(7)由钢壳混凝土结构组成的某节沉管制成后质量为6万吨,要使沉管沉入海底,内部压载水箱至少需要向沉管内注入多少万吨的海水 (结果保留整数位即可)
