2025年湖北省武汉市中考二轮专题物理复习专题——浮力计算题 学案（含答案）

练习题1：（2024武汉中考） 2024年4月19日，我国海洋油气生产平台“海基二号“总体结构完成安装，它刷新了高度、质量、作业水深和建造速度等多项亚洲纪录，“海基二号“由上部组块和水下的导管架组成。图甲是质量为的“海洋石油229“驳船将质量为的导管架运载至安装海域的情景。
（1）如图甲所示，导管架的底部固定着4块面积非常大的钢板，这4块钢板的作用是______。“海基二号“在指定海域成功安装后，这4块钢板处于水深324m的海底处，它们受到海水的压强是______Pa；
（2）导管架和驳船拖航速度约为100m/min，它们到达240km外的安装海域所需要的时间约为______h。导管架和驳船沿直线向右匀速航行时，若以图乙中的长方形表示驳船上的导管架，请在图中画出导管架受力的示意图；（ ）
（3）这次海上安装采用了滑移下水方式：工程人员将驳船船头水舱的水排出一部分，又向船尾水舱注入一部分水，使驳船小角度倾斜，最后将驳船和导管架之间的连接点切割分离，导管架就在自身重力作用下顶端朝前沿着轨道滑入海中。若驳船船头水舱排出的水和船尾水舱注入的水的体积分别为和时，导管架顶端浸入海水中的体积为，则驳船和固定在驳船上的导管架总共受到的浮力是多少N？
练习题2：（2024武汉3调）2023年5月，“恩平20﹣4钻采平台“上部组块与下部海底导管架对接安装完成，创造了我国海上油气平台动力定位浮托安装总重的新纪录。“恩平20﹣4钻采平台“上部组块整体质量达1.55×104t，建造完成后，由我国自主建造的“海洋石油278“半潜船装载运输至海上安装现场。由于“恩平20﹣4钻采平台“上部组块整体质量超过常规海上浮吊极限，工程人员采用了如图所示的横向滑移装船方式进行装船。
（1）工程人员将平台上部组块固定在支撑框架上，再在码头和半潜船的甲板上铺上滑轨，然后通过牵引装置将组块缓缓拉到半潜船上。
①若要求支撑框架对滑轨的压强不能超过2×107Pa，不计支撑框架的重力，则支撑框架和滑轨之间的受力面积不能小于多少m2？
②若牵引装置对支撑框架的拉力为1.2×106N，组块移动了约200m，则拉力在这个过程中大约做了多少J的功？
（2）平台上部组块在横向滑移装船过程中，需要调整半潜船的压载水量，使甲板始终保持水平且与码头的地面相平。在将平台上部组块横向滑移至码头边缘时，工作人员控制压载水舱向外排出2×104t的水，使低于码头的甲板上升至与码头平齐，牵引装置继续拉动支撑框架，当平台上部组块整体转移至甲板时，半潜船内压载水量为1.6×104t。整个装载过程中，若不考虑海平面的变化、不计支撑框架的重力，则半潜船向外排出的海水约多少m3？
练习题3：（2022武汉四调）“新光华“轮由我国自主建造，是全球第二大半潜船。全船有118个压载水舱，船上由6台功率为4750千瓦的主柴油发电机组供电，自带最先进的DP2动态定位系统。（ρ海水=1.0×103kg/m3）
（1）“新光华“轮在海面上以25km/h的航速定速航行至500 km处的某海域，所需时间最短为多少小时
（2）“新光华“轮甲板面积为1.35×104m2，当它下潜至甲板没入水面下5m时，甲板受到海水的压力为多少
（3）“希望6号“是我国首次为国外石油公司完整建造的圆筒型浮式生产储卸油平台，平台底面积为6×103m2，总质量为3.2×104t，现用“新光华“轮装载“希望6号“进行海上运送。装载前，甲板上表面与水面相平，此时压载水舱内水的体积为V;装载时，先向压载水舱充水，船身变重，逐渐潜入水中，甲板到达水面下，再用拖轮将“希望6号“拖行到“新光华“轮甲板正上方;接下来，用压缩空气将压载水舱里的水排出一部分，船身变轻，甲板上浮，将“希望6号“托起，直至甲板上浮到上表面与水面再次相平，此时压载水舱内水的体积为V2。压载水舱内水的体积V1和V2之差为多少立方米
练习题4：中国“奋斗者“号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，创造了中国载人深潜新纪录，标志着我国的深潜事业又迈上了一个崭新的台阶。如图所示为“奋斗者“号载人潜水器的海试现场。
（1）这次创纪录深潜坐底时，海水对“奋斗者“号潜水器的压强是_____Pa，海水对安装在潜水器驾驶舱前方面积为3dm2的观测孔的压力是____N。
（2）“奋斗者“号采用的是我国完全知识产权的全新的高能量密度固态锂电池。若这种锂电池的能量密度是300W●h/kg，当“奋斗者“号在深海作业的平均功率是10kW时，则100kg的这种锂电池可以让“奋斗者“号在深海作业多少h？
（3）“奋斗者“号在海底完成作业后，会抛卸吸附在舱外的两块压载铁，然后就可以在无动力状态下匀速上浮。若“奋斗者“号抛卸两块压载铁前的总质量是36t，两块压载铁的质量共1.95t、密度是7.8×103kg/m3，则“奋斗者“号抛卸两块压载铁前的总体积是多少m3？（潜水器在海水中上浮时不计海水对它的阻力
练习题5：疫情期间，为了加快推进重大工程建设，降低疫情对社会经济发展的影响，八千多名工人依然坚守在“深（深圳）中（中山）通道“工地上，毫不松懈。
（1）“深中通道“建成后，会将原来约120km的车程缩短为24km，若一辆汽车的平均速度为60km/h，则这辆汽车行驶的时间会缩短 h。
（2）“深中通道“由桥梁和海底沉管隧道组成，“深中通道“沉管隧道为世界首例双向八车道海底沉管隧道，由32个如图所示的巨型钢壳沉管组成。
①4月12日上午，首节沉管在钢缆绳的牵引下，缓缓由浅水坞区进人深水坞区，全程历时约50min。若钢缆将沉管匀速拖行20m时对其做功1.2×107J，则沉管受到的阻力为 N.
②建造隧道时，可以先将沉管两端密封，让它漂浮在海面上，再用船将密封沉管拖到预定海面上，然后向其内部灌水使之沉人海底。假设某一节密封长方形沉管的长、宽和高分别是160m、50m和10m，总质量为6×104t，要使其沉入海底，至少要灌人多少吨的海水
练习题6：如图甲所示是我国自主研发建造的全球首座十万吨级深水半潜式生产、储油平台——“深海一号“能源站，它由上部生产平台和下部浮体组成。上部生产平台质量为2.1×104t，下部浮体质量为3.3×104t，下部浮体由环形浮箱和4个密闭中空立柱组成，如图乙。每个中空立柱长20m、宽20m、高60m，立柱内有储油舱、压载水舱等设施。环形浮箱在水面下，ρ海水取1.0×103kg/m3。
（1）“深海一号“能源站的下部浮体在陆地的滑道上建成，然后再滑移到半潜船上运输。滑移的时候在滑道上涂抹润滑脂，这是通过 　 　的方法减小摩擦力。
（2）上部生产平台和下部浮体合拢时，全世界起重能力最大的桥式起重机“泰山吊“用35min将“深海一号“的上部生产平台匀速升高70m，求这个过程中起重机对上部生产平台的拉力做功的功率。
（3）“深海一号“能源站在固定海域漂浮作业，开采的天然气通过管道向外输送，伴生的凝析油储存在中空立柱内的储油舱中。若生产平台的甲板保持水平，在储油舱中存入2万吨凝析油的同时压载水舱向海中排出1.9万吨压载水，生产平台的甲板比存储凝析油前下降了多少m？
练习题7：我国自行设计的“蛟 龙号“载人潜水器（如图甲）外壳选择了钛合金板做主材，其主要技术参数如下表。蛟龙号带有适当数量的压载铁，通过改变压载铁的数量，来控制其下沉或上浮，采用科学家们研发的具有世界先进水平的高速水声通信技术，即声呐通信。
（1）“蛟龙号“的电源是由多节充油银锌蓄电池串联而成，这种电源的“比能量“约为15kW·h/kg,“比能量“是指电池单位质量所输出的电能。这种蓄电池的放电电压随时间的变化规律如图乙，可以用60A的电流连续放电10h。“蛟龙号“工作时，需要的总能量约为120kWch,则其电源的质量约为_____kg，为了对“蛟龙号“正常供电，串联的蓄电池不得少于______节。
（2）“蛟龙号“采用“深潜器无动力下潜上浮技术“,其两侧配备4块相同的压载铁，当其到达设定深度时，可抛卸其中2块压载铁，使其处于悬浮状态，从而实现各种试验作业，当“蛟龙号“悬停在工作区时，每块铁块的体积为多少立方米时，才能使“蛟龙号“最大负载时实现悬浮静止状态。
（3）“蛟龙号“抛卸所有压载铁后上浮，乘员们取出载荷上岸后，“蛟龙号“漂浮在海面上，由起重装置将其匀速竖直吊离水面，起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图象如图所示，图丙中P2＝4P1.则t1时刻“蛟龙号“的排水体积为多少立方米 （不考虑水的阻力）
练习题1：（2024武汉中考） 2024年4月19日，我国海洋油气生产平台“海基二号“总体结构完成安装，它刷新了高度、质量、作业水深和建造速度等多项亚洲纪录，“海基二号“由上部组块和水下的导管架组成。图甲是质量为的“海洋石油229“驳船将质量为的导管架运载至安装海域的情景。
（1）如图甲所示，导管架的底部固定着4块面积非常大的钢板，这4块钢板的作用是______。“海基二号“在指定海域成功安装后，这4块钢板处于水深324m的海底处，它们受到海水的压强是______Pa；
（2）导管架和驳船拖航速度约为100m/min，它们到达240km外的安装海域所需要的时间约为______h。导管架和驳船沿直线向右匀速航行时，若以图乙中的长方形表示驳船上的导管架，请在图中画出导管架受力的示意图；（ ）
（3）这次海上安装采用了滑移下水方式：工程人员将驳船船头水舱的水排出一部分，又向船尾水舱注入一部分水，使驳船小角度倾斜，最后将驳船和导管架之间的连接点切割分离，导管架就在自身重力作用下顶端朝前沿着轨道滑入海中。若驳船船头水舱排出的水和船尾水舱注入的水的体积分别为和时，导管架顶端浸入海水中的体积为，则驳船和固定在驳船上的导管架总共受到的浮力是多少N？
解析：（1）增大受力面积，减小压强 3.24×106pa
（2）40
（3）1.008×109N
练习题2：（2024武汉3调）2023年5月，“恩平20﹣4钻采平台“上部组块与下部海底导管架对接安装完成，创造了我国海上油气平台动力定位浮托安装总重的新纪录。“恩平20﹣4钻采平台“上部组块整体质量达1.55×104t，建造完成后，由我国自主建造的“海洋石油278“半潜船装载运输至海上安装现场。由于“恩平20﹣4钻采平台“上部组块整体质量超过常规海上浮吊极限，工程人员采用了如图所示的横向滑移装船方式进行装船。
（1）工程人员将平台上部组块固定在支撑框架上，再在码头和半潜船的甲板上铺上滑轨，然后通过牵引装置将组块缓缓拉到半潜船上。
①若要求支撑框架对滑轨的压强不能超过2×107Pa，不计支撑框架的重力，则支撑框架和滑轨之间的受力面积不能小于多少m2？
②若牵引装置对支撑框架的拉力为1.2×106N，组块移动了约200m，则拉力在这个过程中大约做了多少J的功？
（2）平台上部组块在横向滑移装船过程中，需要调整半潜船的压载水量，使甲板始终保持水平且与码头的地面相平。在将平台上部组块横向滑移至码头边缘时，工作人员控制压载水舱向外排出2×104t的水，使低于码头的甲板上升至与码头平齐，牵引装置继续拉动支撑框架，当平台上部组块整体转移至甲板时，半潜船内压载水量为1.6×104t。整个装载过程中，若不考虑海平面的变化、不计支撑框架的重力，则半潜船向外排出的海水约多少m3？
解析：（1）S=7.75m2 W=2.5×108J
（2）V=3.55×104m3
练习题3：（2022武汉四调）“新光华“轮由我国自主建造，是全球第二大半潜船。全船有118个压载水舱，船上由6台功率为4750千瓦的主柴油发电机组供电，自带最先进的DP2动态定位系统。（ρ海水=1.0×103kg/m3）
（1）“新光华“轮在海面上以25km/h的航速定速航行至500 km处的某海域，所需时间最短为多少小时
（2）“新光华“轮甲板面积为1.35×104m2，当它下潜至甲板没入水面下5m时，甲板受到海水的压力为多少
（3）“希望6号“是我国首次为国外石油公司完整建造的圆筒型浮式生产储卸油平台，平台底面积为6×103m2，总质量为3.2×104t，现用“新光华“轮装载“希望6号“进行海上运送。装载前，甲板上表面与水面相平，此时压载水舱内水的体积为V;装载时，先向压载水舱充水，船身变重，逐渐潜入水中，甲板到达水面下，再用拖轮将“希望6号“拖行到“新光华“轮甲板正上方;接下来，用压缩空气将压载水舱里的水排出一部分，船身变轻，甲板上浮，将“希望6号“托起，直至甲板上浮到上表面与水面再次相平，此时压载水舱内水的体积为V2。压载水舱内水的体积V1和V2之差为多少立方米
解析：（1）t=20h
（2）F=6.75×108N
（3）△V=3.2×104m3
练习题4：中国“奋斗者“号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，创造了中国载人深潜新纪录，标志着我国的深潜事业又迈上了一个崭新的台阶。如图所示为“奋斗者“号载人潜水器的海试现场。
（1）这次创纪录深潜坐底时，海水对“奋斗者“号潜水器的压强是_____Pa，海水对安装在潜水器驾驶舱前方面积为3dm2的观测孔的压力是____N。
（2）“奋斗者“号采用的是我国完全知识产权的全新的高能量密度固态锂电池。若这种锂电池的能量密度是300W●h/kg，当“奋斗者“号在深海作业的平均功率是10kW时，则100kg的这种锂电池可以让“奋斗者“号在深海作业多少h？
（3）“奋斗者“号在海底完成作业后，会抛卸吸附在舱外的两块压载铁，然后就可以在无动力状态下匀速上浮。若“奋斗者“号抛卸两块压载铁前的总质量是36t，两块压载铁的质量共1.95t、密度是7.8×103kg/m3，则“奋斗者“号抛卸两块压载铁前的总体积是多少m3？（潜水器在海水中上浮时不计海水对它的阻力
解析：（1）P=1.0909×108pa F=3.2727×106N
（2）t=3h
（3）34.3m3
练习题5：疫情期间，为了加快推进重大工程建设，降低疫情对社会经济发展的影响，八千多名工人依然坚守在“深（深圳）中（中山）通道“工地上，毫不松懈。
（1）“深中通道“建成后，会将原来约120km的车程缩短为24km，若一辆汽车的平均速度为60km/h，则这辆汽车行驶的时间会缩短 h。
（2）“深中通道“由桥梁和海底沉管隧道组成，“深中通道“沉管隧道为世界首例双向八车道海底沉管隧道，由32个如图所示的巨型钢壳沉管组成。
①4月12日上午，首节沉管在钢缆绳的牵引下，缓缓由浅水坞区进人深水坞区，全程历时约50min。若钢缆将沉管匀速拖行20m时对其做功1.2×107J，则沉管受到的阻力为 N.
②建造隧道时，可以先将沉管两端密封，让它漂浮在海面上，再用船将密封沉管拖到预定海面上，然后向其内部灌水使之沉人海底。假设某一节密封长方形沉管的长、宽和高分别是160m、50m和10m，总质量为6×104t，要使其沉入海底，至少要灌人多少吨的海水
解析：（1）△t=1.6h
f=F=6×105N
m海水=2×104t
练习题6：如图甲所示是我国自主研发建造的全球首座十万吨级深水半潜式生产、储油平台——“深海一号“能源站，它由上部生产平台和下部浮体组成。上部生产平台质量为2.1×104t，下部浮体质量为3.3×104t，下部浮体由环形浮箱和4个密闭中空立柱组成，如图乙。每个中空立柱长20m、宽20m、高60m，立柱内有储油舱、压载水舱等设施。环形浮箱在水面下，ρ海水取1.0×103kg/m3。
（1）“深海一号“能源站的下部浮体在陆地的滑道上建成，然后再滑移到半潜船上运输。滑移的时候在滑道上涂抹润滑脂，这是通过 　 　的方法减小摩擦力。
（2）上部生产平台和下部浮体合拢时，全世界起重能力最大的桥式起重机“泰山吊“用35min将“深海一号“的上部生产平台匀速升高70m，求这个过程中起重机对上部生产平台的拉力做功的功率。
（3）“深海一号“能源站在固定海域漂浮作业，开采的天然气通过管道向外输送，伴生的凝析油储存在中空立柱内的储油舱中。若生产平台的甲板保持水平，在储油舱中存入2万吨凝析油的同时压载水舱向海中排出1.9万吨压载水，生产平台的甲板比存储凝析油前下降了多少m？
解：（1）滑移的时候在滑道上涂抹润滑脂，这是通过使接触面脱离的方法减小摩擦力。
（2）起重机对上部生产平台的拉力做功的功率为：
P＝＝＝＝＝7×106W；
（3）若生产平台的甲板保持水平，在储油舱中存入2万吨凝析油的同时压载水舱向海中排出1.9万吨压载水，则平台的总质量变化了Δm＝2万吨﹣1.9万吨＝1000t＝106kg；
变化的重力为：ΔG＝Δmg＝106kg×10N/kg＝1×107N；
转移完成后，储油平台减少的浮力：ΔF浮＝ΔG＝1×107N；
由F浮＝ρ液gV排可知，排开海水减少的体积：
ΔV排＝＝＝1.0×103m3；
生产平台的甲板比存储凝析油前下降的高度为：0.625m
练习题7：我国自行设计的“蛟 龙号“载人潜水器（如图甲）外壳选择了钛合金板做主材，其主要技术参数如下表。蛟龙号带有适当数量的压载铁，通过改变压载铁的数量，来控制其下沉或上浮，采用科学家们研发的具有世界先进水平的高速水声通信技术，即声呐通信。
（1）“蛟龙号“的电源是由多节充油银锌蓄电池串联而成，这种电源的“比能量“约为15kW·h/kg,“比能量“是指电池单位质量所输出的电能。这种蓄电池的放电电压随时间的变化规律如图乙，可以用60A的电流连续放电10h。“蛟龙号“工作时，需要的总能量约为120kWh,则其电源的质量约为_____kg，为了对“蛟龙号“正常供电，串联的蓄电池不得少于______节。
（2）“蛟龙号“采用“深潜器无动力下潜上浮技术“,其两侧配备4块相同的压载铁，当其到达设定深度时，可抛卸其中2块压载铁，使其处于悬浮状态，从而实现各种试验作业，当“蛟龙号“悬停在工作区时，每块铁块的体积为多少立方米时，才能使“蛟龙号“最大负载时实现悬浮静止状态。
（3）“蛟龙号“抛卸所有压载铁后上浮，乘员们取出载荷上岸后，“蛟龙号“漂浮在海面上，由起重装置将其匀速竖直吊离水面，起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图象如图所示，图丙中P2＝4P1.则t1时刻“蛟龙号“的排水体积为多少立方米 （不考虑水的阻力）
解析：（1）8 125
V铁=1.95m3
V排=11m3