第十章《浮力》自我评估
一、单项选择题(每小题3分,共30分)
1.下列几种物体,不受浮力的是( )
A.停靠在港口的我国第二艘航空母舰“山东舰”
B.正在下潜的我国自主设计研发的“蛟龙号”
C.正在执行巡逻任务的“歼20”战斗机
D.在太空绕地球运行的中国空间站
2.如图所示,A、B是自由移动的物体,C、D是容器自身凸起的部分。现往容器里注入一些水,则下列说法正确的是( )
A.A物体可能不受到浮力作用
B.B物体一定受到浮力作用
C.C物体不一定受到浮力作用
D.D物体一定受到浮力作用
3.如图所示,取一个矿泉水瓶,去掉其底部,把一只乒乓球放到瓶口处,然后向瓶里注水,会发现水从瓶口流出,乒乓球不上浮(如图甲);若用手指堵住瓶口,不久就可观察到乒乓球上浮起来(如图乙和丙),此实验中,相关说法错误的是( )
A.甲图中,乒乓球不受浮力
B.乙图中,乒乓球不受浮力
C.丙图中,乒乓球在上浮时受到的浮力等于水对球上下面的压力差
D.整个实验验证了浮力产生的原因
4.如图所示为金鱼吐出的某个气泡在温度恒定的水中上升过程的示意图。该过程中气泡内密度,气泡受到的压强、浮力变化情况,叙述正确的是( )
A.密度和浮力都不变,压强变小
B.密度和浮力都变大,压强变小
C.密度变小,浮力和压强都变大
D.密度变小,浮力变大,压强变小
5.四月春暖花开,正是踏青露营的好时候。在公园里随风飘扬的气球成了大家营造氛围的“新宠”。如图所示,上浮的氦气气球和下沉的空气气球的体积相同,若氮气气球受到的浮力为F1、空气气球受到的浮力为F2,则两者所受浮力的大小关系是( )
A.F1>F2 B.F1=F2 C.F1<F2 D.无法判断
6.下列有关说法错误的是( )
A.气球飘浮,气球内充入密度比空气小的气体
B.飞机升空,机翼上方空气的流速大,压强大
C.船通过船闸,利用了连通器原理
D.潜艇浮沉,靠改变自身重力实现
7.将同一物块分别放入两种不同的液体中,静止后如图所示。若两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙,静止时物块所受的浮力分别为F甲、F乙,已知物块在甲液体时,其下表面受到水的压力为2.3N,上表面受到水的压力为1.5N,则( )
A.F甲=3.8N ρ甲>ρ乙
B.F乙=3.8N ρ甲<ρ乙
C.F甲=0.8N ρ甲>ρ乙
D.F乙=0.8N ρ甲<ρ乙
8.水平面上的两个相同柱形容器A、B,分别盛有体积相等的同种液体。将甲、乙两支不同的密度计放入液体中,处于如图所示的静止状态,下列判断正确的是( )
A.两密度计所受浮力F浮甲=F浮乙
B.两密度计的质量m甲<m乙
C.两密度计受到液体向上的压力F向上甲>F向上乙
D.液体对容器底部的压力FA=FB
9.水平桌面上放有两个质量和底面积相同的容器,分别盛有两种不同液体,将A、B两个质量相等的实心物体(VB>VA)分别放入甲、乙两种液体中,如图所示,两物体静止时两容器中液面相平,下列说法错误的是( )
A.A物体受到的浮力大于B物体受到的浮力
B.甲容器中液体密度大于乙容器中液体密度
C.两物体放入前,甲容器底受到的压强大于乙容器底受到的压强
D.甲容器对桌面的压力可能大于乙容器对桌面的压力
10.为了航行安全,远洋轮的船体需标有国际航行载重线,即轮船满载时的“吃水线”。如图是某船满载时在不同水域、季节时的“吃水线”,其中FW为在淡水中航行时的“吃水线”,A、B两位置则为冬、夏两季在海水中航行时的“吃水线”,冬季海水密度大。若该船在不同水域、不同季节航行时,水(海水)面正好与“吃水线”相平,则下列判断中正确的是( )
A.该船在冬季航行时比夏季航行时所受浮力大
B.该船从密度小的淡水进入密度大的海水中时,排开淡水和排开海水的体积相等
C.该船在冬季海水中航行时的“吃水线”在B位置
D.“吃水线”在“FW”处时该船排开水的质量最大
二、填空题(每空1分,共13分)
11.如图所示,完全相同的a、b两个长方体,长度为h,悬浮在密度为ρ的液体中,长方体b上下表面的液体压强差为 。若两长方体a、b下表面所受液体压强分别为pa、pb,则pa pb,下表面所受液体的压力分别为Fa、Fb,则Fa Fb(后两空选填“大于”“等于”或“小于”)。
12.2024年“奋斗者”号全海深载人潜水器完成了爪哇海沟最深点7180.4米的下潜任务,创造了印尼深海下潜新纪录。在海水7000m深处,海水产生的压强为 Pa(海水密度取1000kg/m3);若继续下潜,潜水器受到海水的压强将 ,受到的浮力将 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
13.在学习物理之前,我们头脑中常存在一些不科学的观点,学习物理后,要能运用事实证据进行质疑和修正。请参照示例,另外列举一个常见的错误观点,并通过实例进行反驳,写出正确观点。
【示例】错误观点:漂浮的物体一定比沉底的物体所受浮力大。
反驳的实例及正确观点:沉在水底的大石头比漂浮在水面上的小木块所受浮力大,因此浮力大小只与物体排开液体的重力有关,与物体的沉浮情况无直接关系。
错误观点: 。
反驳的实例及正确观点: 。
14.如图所示是我国研制的“珠海云”号是全球首艘智能型无人系统母船,其满载排水量为2000t,它满载时漂浮在海面上,所受浮力为 N;船上可搭载数十台观测仪器,搭载仪器后,“珠海云”号底部受到海水的压强会 (填“变大”“不变”或“变小”)。两艘船不能近距离并排行驶,这是因为两船之间的水流速快,压强 ,容易发生撞船事故。(g取10N/kg)
15.如图甲所示,在木块上放一个铁块,静止时木块恰好浸没在水中。用细绳(质量可忽略)连接木块和铁块放入水中,静止时如图乙所示。木块在甲图中受到的浮力 在乙图中受到的浮力(选填“大于”“小于”或“等于”),乙图中液面会 (选填“上升”“下降”或“不变”)。
三、作图题(2分)
16.如图,物体漂浮在水面上,请作出物体受到重力和浮力的示意图。
四、实验探究题(17小题12分,18小题12分,19小题14分,共38分)
17.探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验,需要如下器材:分度值为0.1N的弹簧测力计,底面积为5cm2、高度为6cm的实心圆柱体铜块,相同的大烧杯若干、水、密度未知的某种液体,细线等。
(1)主要实验操作包括:步骤A所示弹簧测力计的示数为 N;用弹簧测力计挂着铜块缓慢地浸入液体中不同深度,步骤如图B、C、D、E、F所示(液体均未溢出),并将其示数记录在表中:
实验步骤 B C D E F
F/N 2.6 2.5 2.4 2.4 2.3
(2)步骤B中铜块所受浮力F浮= N;
(3)分析实验步骤A、B、C、D,可以说明浮力大小跟 有关;
(4)步骤D、E表明浮力大小跟 无关;
(5)根据表格中的数据,可以推算出未知液体的密度是 g/cm3(结果保留一位小数),步骤B中铜块下表面受到水的压强是 Pa;
18.如图所示是小致同学“探究阿基米德原理”的实验,其中桶A为圆柱形。
次数 1 2 3 4
桶A与沙子的总重力/N 2.4 2.8 3.2 3.4
桶B与水的总重力/N 4 4.4 4.6 5
(1)小致按图甲、乙、丙、丁进行实验操作。
(2)将空桶A轻放入盛满水的溢水杯中,用桶B接住溢出的水,如图丙所示,此时空桶A受到的浮力为 N。
(3)测出桶B和流出水的总重力,如图丁所示,可知桶A排开水的重力 (选填“大于”“等于”或“小于”)桶A受到的浮力。
(4)接着小致同学往桶A中加入沙子重复进行实验,观察到随着加入沙子越来越多,桶A浸入水中的深度(桶A没有被浸没) (选填“变深”“不变”或“变浅”),得到4组数据,表格如下,其中有明显错误的是第 次。
(5)如图戊所示,一只薄塑料袋(重力忽略不计)中装入大半袋水,用弹簧测力计测出盛水的塑料袋所受重力的大小,再将它逐渐侵入水中,当 时,观察到测力计的示数为零,原因是 。
19.我国的“奋斗者”号载人潜水器最大下潜深度达到10909米,同学们针对潜水艇的制作,开展项目式学习。
【项目设计】项目小组利用硬质塑料瓶制作潜水艇,塑料瓶厚度不计,相邻两舱之间密封不连通,水舱与注射器通过塑料软管相连,推拉注射器活塞可以实现潜水器的浮沉,模型如图甲。
【产品检测】(1)为使潜水艇上浮,小组同学的操作是: ,从而排出水舱内的水,实现上浮;
(2)如图乙所示,潜水艇从B缓慢上浮到A,最终在水面保持静止。请在图丙中画出潜水艇所受浮力随时间变化的大致图像;
(3)(6分)若某潜水艇的总体积是650cm3,所用材料的总质量是0.5kg,g取10N/kg。则图甲中注射器 (选填“能”或“不能”)替换成规格为100mL的,请说明理由;(假设推拉注射器活塞时,装置内气体体积的变化量与水舱内水的体积变化量相同)
(4)如下为项目小组制定的评价量表:
自制潜水艇评价量表
级别 内容 优秀 合格 待改进
功能仓分区设计 生活舱和水舱独立分开,生活舱不进水,且生活舱较大 生活舱和水舱独立分开,生活舱不进水 生活舱和水舱未独立分开
浮沉情况 潜水艇能顺利实现下潜、上浮、悬浮、漂浮 潜水艇能下潜、上浮、悬浮、漂浮,但较困难 潜水艇不能实现下潜、上浮、漂浮
项目小组对某潜水艇测试时发现:注射器活塞推到最左端时,潜水艇位于水槽底部。根据测试结果,对该潜水艇的浮沉情况评价级别是 。
五、计算题(20小题8分,21小题9分,共17分)
20.如图所示,这是我国“国之重器”——055型导弹驱逐舰,可执行防空、反导、反潜、反相舰、对陆打击等多样化的任务。满载排水量达12000t,吃水深度为8m(水面至舰底部的距离)。动力舱配置四台总功率为28000kW的燃气轮机,轮机可提供最大为1.5×106N前进的动力。后甲板可降落质量为3t的舰载直升机。(ρ海水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求解下列问题:
(1)055型导弹驱逐舰满载漂浮在海面上时,舰底部受到海水的压强;
(2)一架质量为3t的舰载直升机降落在055型导弹驱逐舰后甲板时,驱逐舰排开海圆水体积的变化量。
21.用弹簧测力计悬挂一实心物块,物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示。从此处匀速下放物块,当物块浸没于水中后继续匀速下放(物块未与水底接触)。物块下放过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙所示。求:(g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3)
(1)物块完全浸没在水中时受到的浮力;
(2)物块刚浸没时,水对物块下表面的压强;
(3)物块的密度。
第十章《浮力》自我评估
参考答案
一、单项选择题
1.D
解析 A.停靠在港口的我国第二艘航空母舰“山东舰”处于漂浮状态,因此受到浮力作用,故A错误;
B.正在海水中下潜的“蛟龙号”号由于上下表面存在压强差,会形成向上的压力差,因此受到海水的浮力,故B错误;
C.正在执行巡逻任务的“歼20”战斗机受空气的浮力,故C错误;
D、在太空绕地球运行的中国空间站,太空中是真空,无浮力,故D正确。
故选D。
2.B
解析 A.A物体上表面没有受到水的压力,但下表面受到水的压力,因此水对A物体上下表面产生了的压力差,所以A物体一定受浮力的作用,故A错误;
BC.由图可知,水对B、C物体上下表面都产生了的压力差,所以B、C物体都受浮力的作用,故B正确、C错误;
D.D物体上表面受到水的压力,但下表面没有受到水的压力,因此水对D物体上下表面没有产生压力差,所以D物体不受浮力的作用,故D错误。
故选:B。
3.B
解析 A.甲图下方不受水的压强,因而没有向上的压力,由浮力产生的原因可知,此时乒乓球不受浮力,故A正确
BCD.当用手堵住瓶口,则乒乓球上面和下面都有水,由于乒乓球上、下两面所处的深度不同,下面所处的深度大于上面的深度,下面受到的压强大于上面受到的压强,因此水对乒乓球产生的向上的压力与向下的压力不相等,实际上,这两个压力的合力就是水对乒乓球施加的向上托的力,这个力习惯上称为浮力,当乒乓球受到的浮力大于其自身重力时,乒乓球上浮起来,所以此实验说明了浮力产生的原因,故B错误、CD正确。
故选:B。
4.D
解析 气泡在上升过程中,深度减小,根据p=ρ液gh可知,气泡受到水的压强变小;
气泡的体积变大,排开水的体积变大,根据阿基米德原理公式F浮=ρ液gV排可知受到水的浮力变大;气泡内气体质量不变,体积变大,根据可知,气泡内密度变小。
故选:D。
5.B
解析 因为体积相同,所以排开空气的体积相同,根据公式F浮=ρV排g可知,两球所受浮力相同,故B正确,ACD不正确。
故选:B。
6.B
解析 A.气球中充入密度小于空气的气体,由物体的沉浮条件可知,物体上浮,故A正确,不符合题意;
B.飞机升空,机翼上方的空气流速大于下方的空气流速,所以机翼上方的压强小于下方的压强,飞机可获得向上的升力,故B错误,符合题意;
C.连通器是上面开口,下部联通的容器,当在容器中为同一种液体时,当液体静止时,容器的液面相平,船通过船闸时就利用了这一原理,故C正确,不符合题意;
D.潜水艇要下沉,本身的重力要大于浮力,要上浮就要重力小于浮力,潜水艇本身的体积一定,要上浮或下沉,就要改变自身重力,故D正确,不符合题意。
故选:B。
7.D
解析 (1)由图可知,物体在甲液体中悬浮,在乙液体中漂浮,因物体悬浮或漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,且同一物体的重力不变,所以,F甲=F乙=G;由图可知,V排甲>V排乙,由F浮=ρgV排的变形式:可知,甲容器中液体的密度较小,即ρ甲<ρ乙,故AC错误;
(2)甲物体受到的浮力为:F浮=F下表面﹣F上表面=2.3N﹣1.5N=0.8N,即F乙=F甲=0.8N,故D正确,B错误。
故选:D。
8.B
解析 ABC.已知A、B容器中装有相同体积的同种液体,故液体的密度相同,那么密度计测量的密度值相同,由于甲、乙是不同的密度计,根据阿基米德原理可知,同种液体中V排越大,所受浮力也越大,由图可知B容器液面升高较多,故乙密度计排开的液体的体积加大,则F浮甲<F浮乙,G甲计<G乙计,则m甲<m乙;由于密度计受到的液体向上的压力大小即为浮力大小,则F向上甲小于F向上乙,故AC错误,B正确;
D.根据p=ρgh可知,液体对容器地面的压强p甲<p乙,相同的容器,底面积相同,由F=pS可知,FA<FB,故D错误;
故选:B。
9.A
解析 A.A漂浮,根据物体的浮沉条件可知,A受到的浮力等于其重力;B悬浮,根据物体的浮沉条件可知,受到的浮力也等于其重力,由于A、B质量相等,重力相等,受到的浮力也相等,故A错误;
B.A、B两物体受到的浮力相等,A排开液体的体积小于B排开液体的体积,根据公式F浮=ρ液gV排可知,甲容器中液体密度大于乙容器中液体密度,故B正确;
C.两物体静止时两容器中液面相平,由于A排开液体的体积小于B排开液体的体积,说明两物体放入前,甲容器中液面高于乙容器中液面,且甲容器中液体密度大于乙容器中液体密度,根据公式p=ρgh可知,两物体放入前,甲容器底受到的压强大于乙容器底受到的压强,故C正确;
D.容器对桌面的压力等于容器、物体、液体的总重力,其中,容器重力相同,物体重力相同;甲容器中液体密度大于乙容器中液体密度,由于液体体积大小无法确定,甲容器中液体重力可能大于、等于或小于乙容器中液体重力,则甲容器对桌面的压力可能大于乙容器对桌面的压力,故D正确。
故选:A。
10.C
解析
A.由于某船满载时在不同水域、季节时的“吃水线”,船都是处于漂浮,
则根据漂浮条件可知:F浮=G,
即:轮船受到的浮力都等于轮船受到的重力G,
所以,该船在淡水、海水中或在冬季、夏季航行时浮力相等;故A错误;
BC.已知冬季海水密度大,根据F浮=ρ液gV排可知:
冬季轮船排开海水的体积变小,所以“吃水线”应在B位置,故B错误,C正确;
D、根据F浮=G排可知:该船排开水的质量相等,故D错误。
故选:C。
二、填空题
11.ρgh;小于;大于
12.7×107;变大;不变
解析 当其下潜至7000米深度时,该处海水的压强约为p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×7000m=7×107Pa;
该潜水器从1000米深处继续下潜,深度变大,根据公式p=ρgh受到的水的压强将变大;
由于排开水的体积不变,根据F浮=ρ水gV排可知所受浮力大小不变。
13.开放性题目,答案合理即可,示例:
错误观点: 物体的速度越快,惯性越大 。
反驳的实例及正确观点:快速飞行的乒乓球,球拍轻轻撞击后就改变运动方向,说明惯性与速度无关。
14.2×107;变大;小
解析 由阿基米德原理可知,“珠海云”号满载时排开水的重力大小等于其所受的浮力大小,所以有F浮=G排=m排g=2000×1000kg×10N/kg=2×107N;
由二力平衡可知,“珠海云”号漂浮在海面上时,所受重力与浮力是一对平衡力,大小相等,当它搭载仪器后,所受的重力变大,因为继续漂浮,所以所受的浮力也变大,排开水的体积变大,轮船底部的深度也会变大,根据液体压强公式p=ρ液gh可知,“珠海云”号底部受到的海水的压强会变大。
由流体压强与流速的关系可知,当两艘船近距离并排行驶时,船之间由于水流速度较快,压强较小,外侧的压强大于船之间的压强,会产生将两船往中间“挤压”的趋势,从而导致容易发生撞船事故。
15.大于;不变
三、作图题
16.如图所示
四、实验探究题
17.(1)2.7;(2)0.1;(3)排开液体体积;(4)物体浸没在液体中的深度;(5)1.3;200
18.(2)2;(3)等于;(4)变深;3;(5)内外液面相平,此时浮力等于内部液体的重力
19.(1)推动活塞,向潜水艇打气;
(2)如图所示:
(3)不能;
要使潜水器实现在水中的悬浮,则浮力应等于潜水器的总重力,该潜水器悬浮时受到的浮力为,
材料的总质量为,则材料的总重力为
,
因该潜水器材料的总重力小于悬浮时的浮力,所以需在水舱内注水,则需注入水的重力为
△,
根据阿基米德原理可知需注入水的体积为
,
故图甲中注射器不能替换成规格为100mL的。
(4)待改进
五、计算题
20.解:(1)舰底部受到海水的压强:;
(2)舰载直升机降落在055型导弹驱逐舰后甲板时,055型导弹驱逐舰仍漂浮,增大的浮力为:
△;
根据可得,排开海水体积的变化量为:
。
21.解:(1)由图乙可知,物体的重力;当物块浸没在水中时,弹簧测力计的示数,物块浸没时受到的浮力为;
(2)由图乙知,物块刚浸没时,物块下表面所处的深度为,
物块刚浸没时,水对物块下表面的压强为
;
(3)物块的质量为
,
物体浸没时,物块的体积等于它排开水的体积,故物块的体积为
,
物块的密度为
。