10.3 沉与浮的条件及应用
一、单选题
1.重为5牛的物体放入盛水容器中,物体漂浮在水面上且溢出3牛的水,物体受到的浮力( )
A.一定等于5牛 B.一定等于3牛 C.可能等于3牛 D.可能等于4牛
2.体积相同的实心木块和铁块,当木块浮在水上、铁块沉在水底时,它受的浮力( )
A.铁块大 B.木块大 C.一样大 D.无法确定
3.如图,将一简易密度计先后放入甲、乙两种不同液体里。两种液体密度分别为ρ甲、ρ乙,密度计所受的浮力分别为F1、F2。下列说法正确的是( )
A.ρ甲>ρ乙 F1> F2
B.ρ甲>ρ乙 F1= F2
C.ρ甲<ρ乙 F1< F2
D.ρ甲<ρ乙 F1= F2
4.小明在做家庭实验时,把鸡蛋放在浓盐水中,鸡蛋漂浮,然后逐渐加入清水。鸡蛋由漂浮变为悬浮,最后沉在杯底。下列分析正确的是( )
A.鸡蛋由漂浮到悬浮的过程中受到的浮力变大
B.鸡蛋由漂浮到悬浮的过程中受到的浮力变小
C.鸡蛋由悬浮到沉底的过程中受到的浮力不变
D.鸡蛋由悬浮到沉底的过程中受到的浮力变小
5.如图 所示,某些鱼的浮沉靠鳔充气时膨胀,放气时收缩实现,下列说法不正确的是( )
A.鱼想下沉时,应让鳔收缩
B.鱼静止在水中时,受到的浮力等于鱼的重力
C.鱼想让鳔膨胀,在浅处比深处容易些
D.鳔膨胀时,鱼排开水的重力变小
6.上海海洋大学教授冯东团队青年教师宫尚桂、王旭东和博士生傅建融搭载中国科学院深海科学与工程研究所“探索二号”科考船及“深海勇士”号载人深潜器,组织TS2-30-3航次赴“海马”冷泉,顺利完成上海海洋大学首批次南海冷泉载人深潜任务。假设海水的密度恒为,g取10N/kg,则下列说法中正确的是( )
A.“探索二号”科考船卸下“深海勇士”号载人潜水器后,船“吃水”更深
B.“探索二号”科考船卸下“深海勇士”号载人潜水器后,船受到的浮力大小不变
C.“深海勇士”号载人潜水器潜入海面以下,下潜过程中受到的浮力大小不变
D.“深海勇士”号载人潜水器潜入4500m深的海域受到海水的压强为
7.利用鸬鹚捕鱼是我国传承千年的古老技艺。如图所示,当捕到鱼的鸬鹚从水中跳到渔船上时,下列有关渔船的说法,正确的是( )
A.船体将上浮一些 B.排开水的质量不变
C.所受水的浮力变大 D.所受水的浮力始终大于船的总重力
8.用如图所示的a、b两种材料制成甲、乙两个大小相同的实心球,将甲、乙两球同时放入水中,静止后( )
A.甲球漂浮 B.两球均漂浮 C.乙球漂浮 D.两球均沉底
9.建设一支强大的海军是实现中国梦的有力保障,潜水艇是海军的战略重器。如图所示是潜水艇在海中漂浮、下潜、悬浮的过程,下列分析正确的是( )
A.潜水艇主要是利用了空心的办法实现“浮沉”的
B.潜水艇通过将水仓中的水排出,以实现下潜
C.潜水艇从漂浮到悬浮时,其受到的浮力变小
D.潜水艇下潜时,下表面受到的水的压强变大
10.如图,将同一长方体分别平放与竖放在水中,木块受到的( )
A.上、下表面的压力差相等,浮力相等
B.上、下表面的压力差相等,浮力不相等
C.上、下表面的压力差不相等,浮力相等
D.上、下表面的压力差不相等,浮力不相等
11.如图所示,装有水的烧杯放在水平桌面上。重力的木块下用轻绳吊一个重力的合金块时,木块刚好浸没水中。下列说法正确的是( )
A.木块受到的浮力大于5N,合金块受到的浮力大于5N
B.木块受到的浮力小于5N,合金块受到的浮力小于5N
C.木块受到的浮力大于5N,合金块受到的浮力小于5N
D.木块受到的浮力小于5N,合金块受到的浮力大于5N
12.如图所示,同一鸡蛋在甲、乙两杯浓度不同盐水中静止时的状态。关于鸡蛋所受浮力与的关系正确的是( )
A. B.
C. D.盐水密度不同,无法比较
二、填空题
13.将一个大饮料瓶的底剪掉,把一个直径略大于瓶口直径的乒乓球放入瓶内,向瓶里倒水,如图所示,观察到乒乓球 浮起,乒乓球 (受/不受)浮力的作用;如果用瓶盖将瓶口堵住,乒乓球在 力作用下将会 (填浮沉状态)。
14.体积相等的两个实心小球A、B在如图所示的位置保持静止,A、B两球密度的大小关系是 (选填“大于”“小于”或“等于”,下同),A、B两球所受浮力的大小关系是 。
15.如图所示的轮船从长江驶入东海中时,它受到的浮力大小将 (选填“变大”“变小”或“不变”).
16.如图所示,水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种液体,将棱长分别为5cm和8cm的A、B两个正方体,按图示方式放入液体中,待静止后,B刚好浸没在甲液体中,A刚好浸没在乙液体中,且两杯中液面恰好相平。甲、乙液体对杯底的压强分别为p1和p2,排开液体的质量分别为m1和m2,两烧杯对水平桌面的压力分别为F1和F2,则它们的大小关系为:p1 p2,m1 m2,F1 F2(均选填“>”“=”或“<”)。若乙为水,则A和B的总质量为 kg。
三、实验题
17.物理兴趣小组的同学发现,把物体放入与它密度相等的液体中时,物体可以悬停在液体任一深度处。为了验证这一结论,小明用一个橡胶球和盐水进行了如下实验:
步骤一:测量橡胶球的密度
(1)小明将托盘天平放在水平桌面上,并将游码归零后,发现指针偏转情况如图(a)所示,则小明应该 。天平平衡后,小明将橡胶球放在左盘,用镊子加减砝码,当最小的砝码放到右盘时,指针的偏转情况依然如图(a)所示,则此时小明应该 (以上两空均选填下列序号);
A.向右调节平衡螺母 B.向左调节平衡螺母
C.取下最小的砝码,向右移动游码 D.直接向右移动游码
(2)天平再次平衡后,右盘砝码和游码的位置如图(b)所示,则橡胶球的质量为 g;
(3)接着,将橡胶球慢慢放入盛有水的量筒中,如图(c)所示,读出此时体积,然后取出橡胶球,读出剩余水的体积,如图(d)所示。测得橡胶球的密度为 kg/m3;
步骤二:配制适当密度的盐水
(4)小明用量筒取了60mL的盐水,并将部分盐水倒入质量为28g的空烧杯中,量筒中剩余盐水的体积如图(e)所示。则烧杯中盐水的体积为 cm3;
(5)小明将盛有盐水的烧杯放在调平的天平左盘,天平再次平衡时,右盘砝码及游码示数如图(f)所示,则盐水的密度为 kg/m3。下一步小明需要往盐水中加适量 (选填“食盐”或“清水”),直至盐水密度与橡胶球密度相等;
步骤三:将橡胶球放入盐水中
(6)小明将橡胶球放入配制好盐水中,发现橡胶球慢慢沉人杯底;经分析发现原因可能是小明在测量过程中,某一操作步骤不当造成的__________(填序号);
A.橡胶球的密度测量结果偏大 B.橡胶球的密度测量结果偏小
(7)调整实验方案后,小明最终完成了实验。呈现了如图(g)所示的情景,此时,橡胶球 (选填“受”或“不受”)重力的作用。
18.在探究有关浮力的实验中(g取)。
(1)如图甲所示,小明做了这样一个小实验:在水桶中装大半桶水,用手把空的饮料罐按入水中,体会饮料罐所受浮力及其变化,同时观察水面高度的变化,依据这个小实验,对“浮力的大小与什么因素有关?”“这一问题,你做出的合理猜想是 ;
(2)若饮料罐重为0.5N,手向下的压力为1.5N,则此时静止时饮料排开水的体积为 m3;
(3)图乙是验证阿基米德原理的一个实验过程图,通过图中 两个步骤测出了浮力(选填代号即可);
(4)小明同学利用上面实验中的器材和木块(木块密度小于水的密度),进一步探究了漂浮在水面上的物体所受浮力的大小是否遵循阿基米德原理,但实验过程中有一个步骤与乙图不同,这个步骤是 (选填代号即可);
(5)图乙的五个操作步骤容易造成较大的实验误差,你认为最合理的先后顺序是 (填写上面实验步骤下面的字母)。
四、计算题
19.如题图所示,型导弹护卫舰是中国人民解放军海军的巡防舰,满载排水量为。图中的型导弹护卫舰满载人员和装备在长江航行。(g取)
(1)求它所受江水的浮力;
(2)如果江水密度为,求此时护卫舰排开水的体积;
(3)当护卫舰从长江驶入大海时,它所受的浮力将如何变化?
20.如图所示,将体积为0.001m3的正方体木块,放入盛有水的水槽中。待木块静止时,其下表面距水面0.06m(g取10N/kg)求:
(1)木块下表面受到水的压强大小;
(2)木块受到的浮力大小;
(3)木块的密度大小。
21.如图所示,铁桶重20N,桶的底面积为,往桶里倒入80N的水,水的深度为0.25m,将桶平放在水平地面上。(取g=10Nkg)求:
(1)水对桶底的压强;
(2)桶底受到水的压力;
(3)若将一质量为200g的木球放入杯中,恰好漂浮,木球受到的浮力是多大。
试卷第6页,共7页
试卷第5页,共5页
10.3 沉与浮的条件及应用
参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 A A B D D C C C D A
题号 11 12
答案 C B
1.A
【详解】物体漂浮在水面上,物体受到的浮力等于物体的重力,物体重5牛,则受到的浮力一定等于5牛。故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
2.A
【详解】放入水中后,木块漂浮,有一部分露出水面、铁块下沉完全浸没,铁块和木块体积相等,铁块排开水的体积比木块排开水的体积大,根据
铁块受到水的浮力比木块受到水的浮力大,即。
故选A。
3.B
【详解】AC.密度计漂浮,则F浮=G,所以,密度计在两种液体中受到的浮力相等,都等于密度计受到的重力G,故AC错误;
BD.因为
F浮=ρ液gV排=G
由图知,密度计排开液体的体积:V甲排
ρ乙,故B正确,D错误。
故选B。
4.D
【详解】AB.当鸡蛋由漂浮到悬浮的过程中,由浮沉条件可知,浮力始终等于重力,重力不变,所以浮力大小不变,故AB错误;
CD.鸡蛋由悬浮到沉底的过程中,排开液体的体积不变,但盐水的密度变小,根据公式知,浮力变小,故C错误,D正确。
故选D。
5.D
【详解】A.鱼想下沉时,应让鱼鳔收缩,鱼的体积变小,浮力变小,小于重力,从而实现下沉,故A正确,A不符合题意;
B.鱼静止在水中时,此时鱼处于平衡态,而鱼受到了重力和浮力,重力和浮力是平衡力,故鱼受到的浮力等于鱼的重力,故B正确,B不符合题意;
C.鱼想让鱼鳔膨胀,在浅处时,液体压强较小,水对于鱼的压力较小,鱼鳔的体积更容易变化,故让鱼鳔膨胀,在浅处比深处容易些,故C正确,C不符合题意;
D.鱼鳔膨胀时,鱼受到的浮力变大,鱼排开水的重力变大,故D错误,D符合题意。
故选D。
6.C
【详解】AB.“探索二号”科考船卸下“深海勇士”号载人潜水器后,仍处于漂浮状态,浮力等于重力,重力变小,所受的浮力变小,由可得排开液体的体积变小,航母的吃水深度减小了,故AB错误;
C.“深海勇士”号载人潜水器潜入海面以下后,根据可知,下潜过程中潜水器排开水的体积不变,受到的浮力大小不变,故C正确;
D.“深海勇士”号载人潜水器潜入4500m深的海域受到海水的压强为
故D错误。
故选C。
7.C
【详解】当捕到鱼的鸬鹚从水中跳到渔船上时,船排开水的质量变大,渔船的重力变大,渔船漂浮,受到的浮力等于船的总重力,所以浮力变大,根据阿基米德原理可知,渔船排开水的重力变大,根据可知,水的密度不变,浮力增大,排开水的体积增大,所以小船下沉一些,故C正确,ABD错误。
故选C。
8.C
【详解】根据图象可知,甲、乙的密度分别是
水的密度是,甲的密度大于水,下沉,静止时,沉底,乙的密度小于水,上浮,静止时,漂浮,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
9.D
【详解】A.潜水艇是通过改变自身重力来实现浮沉,故A错误;
B.潜水艇通过将水仓中的水排出,以实现上浮,故B错误;
C.由图可知,悬浮时排开海水的体积大于漂浮时排开海水的体积,由可知,潜艇悬浮时所受浮力大,故C错误;
D.根据p =ρgh可知,潜水艇下潜时,下表面受到的水的压强变大,故D正确。
故选D。
10.A
【详解】长方体物块平放与竖放都是悬浮在水中,根据物体沉浮条件可知,物块受到的浮力都等于其自身重力,说明受到水的浮力不变,而物块受到的浮力也等于物块上下表面受到水的压力差,所以长方体物块上下表面受到水的压力差相等;故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
11.C
【详解】已知木块刚好浸没水中,此时整体悬浮,此时
由图可知
由可知,木块受到的浮力大于5N,合金块受到的浮力小于5N,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选C。
12.B
【详解】ABC.若物体漂浮或悬浮,则浮力与物体的重力相等,下沉时,浮力小于重力。所以以鸡蛋在乙中受到的浮力大于在甲中受到的浮力,即F甲<F乙,故AC错误,B正确;
D.若物体漂浮,则物体的密度小于液体的密度,即ρ鸡蛋<ρ甲;若物体悬浮,则物体的密度与液体的密度相等,即ρ鸡蛋=ρ甲,由此可知ρ甲<ρ乙,鸡蛋浸没在甲、乙两盐水中,排开液体的体积相同,鸡蛋在乙中所受浮力较大。故D错误。
故选B。
13. 没有 不受 浮 上浮
【详解】[1][2]由图可知,乒乓球上部有水,水对乒乓球有一个向下的压力,但乒乓球下部没有水,它的底部不受水的向上的压力,所以根据浮力产生的原因可知,乒乓球不受浮力。
[3][4]如果用瓶盖将瓶口堵住,乒乓球上部和下部都有水,乒乓球的上、下表面都受到水的压力,所以产生了一个向上的压力差,该压力差就是浮力,且受到的浮力大于重力,故乒乓球在浮力的作用下会上浮。
14. 小于 小于
【详解】[1][2]由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,小球所受的浮力与小球排开水的体积有关,因两球体积相同,所以B球排开水的体积大于A球排开水的体积,故两球所受的浮力关系FA15.不变
【详解】轮船从长江驶入东海时,轮船始终处于漂浮状态,浮力等于重力,由轮船的重力不变知道,轮船受到的浮力大小不变。
16. < = < 0.125
【详解】[1]把A、B两物体看成一个整体,由图知,该整体在两液体中都处于漂浮状态, 由漂浮条件可知F浮=GA+GB
所以该整体在两液体中受到的浮力相等; 由图知V排甲=VB,V排乙=VA
由题意知VAV排乙; 液体中受到的浮力相等,且排开甲液体的体积较大,由F浮=ρ液gV排可知,两液体的密度关系ρ甲<ρ乙,已知两液体的深度h相同,由p=ρgh可知,甲液体对杯底的压强小于乙液体对杯底的压强,即p1[2]因整体受到的浮力相等,由阿基米德原理知排开液体的重力相等,由G=mg知排开液体的质量相等,即m1=m2。
[3]两容器中液面恰好相平且容器相同,则液体与物块排开液体的体积之和相同,但V排甲>V排乙,所以甲液体的体积较小,又知ρ甲<ρ乙,则根据G液=m液g=ρ液gV液
可知,甲液体的重力较小;整个容器水平桌面的压力F=G容+GA+GB+G液
因容器相同、其重力相同,且A、B两物体的重力不变,甲液体的重力较小,所以,装甲液体的容器对水平桌面的压力较小,即F1[4]若乙为水,A和B的总重力GA+GB=F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.05m)3=1.25N
A和B的总质量
17.(1) B C
(2)21.2
(3)1.06×103
(4)40
(5) 1.11×103 清水
(6)B
(7)受
【详解】(1)[1]如图(a)可知,指针右偏,说明天平的右盘较重,故应将平衡螺母向左调,直至横梁平衡。
[2]用镊子加减砝码,当最小的砝码放到右盘时,指针的偏转情况依然如图(a)所示,即右盘砝码总质量大于物体的质量,故此时应该取下最小的砝码,向右移动游码,直至横梁平衡。
(2)天平读数时,应将砝码总质量加上游码所对应的刻度值,由图(b)可知,标尺分度值为0.2g,橡胶球的质量为
(3)由图(c)可知,量筒的分度值为2mL,水和橡胶球的总体积为,由图(d)可知,剩余水的体积为,则橡胶球的体积为
则橡胶球的密度为
(4)由图(e)可知,量筒中剩余盐水的体积为,则烧杯中盐水的体积为
(5)[1]由图(f)可知,烧杯和盐水的总质量为
则盐水的质量为
则盐水的密度为
[2]此时盐水的密度大于橡胶球的密度,故应加适量清水,直至盐水密度与橡胶球密度相等。
(6)橡胶球沉入杯底,说明橡胶球的实际密度大于盐水的密度,而测量结果是橡胶球的密度与盐水的密度相等,故应是橡胶球的密度测量结果偏小,故A不符合题意,B符合题意。
故选B。
(7)地球附近的任何物体都受到重力的作用,故图(g)中的橡胶球受到重力的作用。
18.(1)浮力的大小可能与物体排开液体的体积有关(或浮力的大小可能与物体浸入液体的深度有关)
(2)
(3)BC
(4)C
(5)AEBCD/EABCD
【详解】(1)将空的饮料罐按入水中的过程中,饮料罐排开液体的体积逐渐变大,故做出的合理猜想是:浮力的大小可能与物体排开液体的体积有关。
(2)饮料罐重为0.5N,手向下的压力为1.5N,则浮力等于
此时静止时饮料排开水的体积为
(3)根据图B可以测出物体受到的重力,根据图C可以测得物体浸没在液体中时受到的拉力,由可测得浮力大小。
(4)木块在水中漂浮,浮力等于重力,所以不需要使用称重法测量浮力大小,所以与图C中步骤不同,不用测力计拉着木块,直接将木块放入水中即可。
(5)图中先测量小桶和排开液体的总重力,再测量小桶的重力,则会因为有部分液体残留在小桶内,导致误差,所以应将步骤E放在步骤B前面,故正确的步骤应是:AEBCD或EABCD。
19.(1)
(2)
(3)见解析
【详解】(1)导弹护卫舰满载时受到的浮力为
(2)由可得,此时护卫舰排开水的体积为
(3)护卫舰从长江驶入大海时始终漂浮,受到的浮力和自身的重力相等,重力不变,所受的浮力不变。
20.(1)600Pa
(2)6N
(3)0.6×103kg/m3
【详解】(1)木块下表面受到水的压强
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=600Pa
(2)因为
L3=V=0.001m3
因此木块边长为
L=0.1m
木块受到的浮力大小
F浮=ρgV=ρgL2h=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1m)2×0.06m=6N
(3)因木块漂浮,则
G=m木g=ρ木Vg=F浮
所以
21.(1)2500Pa
(2)50N
(3)2N
【详解】(1)水对桶底的压强
(2)桶底受到水的压力
(3)由题意知木球在水中处于漂浮状态,木球所受的浮力等于木球的重力,即
答案第8页,共13页
答案第5页,共5页