人教版初中物理八年级10.3 浮力计算专题
◎漂浮问题
【命题技巧】以漂浮作为命题背景,力的关系是:G物=F浮。漂浮条件、阿基米德原理、密度公式三大知识点综合运用。
(
阿基米德原理
) (
密度公式
) (
漂浮条件
)【解题方法】
(1)ρ 液、V排、m排、G排 浮力 G物 ρ 物
1.在一“抗洪救险”中,一名受灾群众找到一张总体积为0.3m3的长方体塑料泡沫床垫来自救。将其放入水中时,床垫有1/5体积浸没在水中(g取10N/kg),求:
(1)此时床垫受到的浮力是多大? (2)此塑料泡沫床垫的密度是多少?
2.将边长是10cm的实心立方体木块轻轻放入盛满水的大水槽内。待木块静止时,从水槽中溢出了600g水,g取10N/kg,求:
(1)木块受到的浮力;(2)木块的密度;(3)木块下表面受到的水的压强。
3.有一重为1.5N,底面积为20cm2的溢水杯放在水平桌面上,杯内盛有重2.5N的水,水面恰好到达溢水口,将一物块轻轻放入杯内,静止时如所示,溢出40cm3的水,当用一细铁丝将物块完全压入水中时,又排出10cm3的水。求:
(1)物块未放入之前杯对桌面的压强;(2)物块的重力;(3)物块的密度。
4.一个圆柱形容器放在水平桌面上,如图甲所示,容器中立放着一个均匀实心圆柱体M,现慢慢向容器中加水,加入的水对容器底的压强p水与所加水的质量m的关系如图丙所示,在整个过程中无水溢出,M的底面始终与容器中的水面平行,当加入的水等于3 kg时,物体M刚好漂浮且露出水面的高度为4 cm,如图乙所示,(已知ρ水=1.0×103 kg/m3)。求:
(1)圆柱体M刚好漂浮时容器中水的深度h;(2)圆柱体M的密度ρ;
(3)圆柱形容器的内底面积S。
5.在大量杯中的水面上放一只小烧杯时水面达到310毫升刻度处,在小烧杯中放一金属块,小烧杯仍浮在水面上,此时水面上升到450ml刻度处,取出金属块,将它放到大量杯的水中,水面下降到330ml刻度处,如图所示,求金属块的体积、受到的重力和密度。
(
漂浮条件
) (
阿基米德原理
)
(2)G物 浮力 ρ 液、V排、m排、G排
1.(2018安顺)如图所示,已知重为10N的长方体木块静止在水面上,浸入水中的体积占木块总体积的4/5。
(1) 求木块所受到的浮力大小。(2)若木块下表面所处的深度为0.2米,求木块下表面受到水的压强。
(3)若要将木块全部浸入水中,求至少需要施加多大的力。
【解析】根据木块漂浮在水面上,所受浮力等于重力,求出木块漂浮时所受浮力大小;(2)根据公式P=ρgh,求出木块下表面受到水的压强;(3)根据公式F浮=ρ液gV排,求出木块漂浮在液面上时,排开水的体积,从而求出木块体积,进一步求出木块浸没在水中时所受浮力,加在木块上的压力等于浸没时的木块所受浮力与重力之差.
【答案】(1)10N;(2)2000Pa;(3)2.5N
2.右图所示的是2008年北京奥运会青岛“奥帆赛监测浮标”,它是我省科学院海洋仪器仪表研究所自主研制的,处于国际领先水平。浮标质量达2×103kg,漂浮在海面,可测量风速、风向、气温、海流等数据,准确地提供海洋、气象、水文信息,确保了奥帆赛的顺利进行。则:
(1)浮标受到的浮力是多少N?
(2)它排开海水的体积是多少m3?(ρ海水取1.03×103kg/m3,g取10N/kg,计算结果保留两位小数)
3.将质量3kg的木块,放入盛有水的水槽中,如图所示,待木块静止时,其下表面距水面0.06m(g=10N/kg),求:
(1)木块下表面受到的水的压强是多少?(2)木块受到的浮力是多少?
4.小明同学注意到新闻节目中经常报道国际原油价格涨至多少美元一桶,又报道我国进口原油价格每吨提高多少元。他想知道原油的单位“桶”和质量常用单位“吨”之间有什么关系。经过努力,小明设法获得“胜利原油”样品若干,并将密度为0.6×103kg/m3、体积为200cm3的立方体木块放入原油中,木块漂浮在油面上,经测量木块有1/3的体积露出油面(g=10N/kg)。求:(1)木块受到的浮力。(2)原油的密度。(3)若每桶原油的体积为1/6m3,1吨原油等于多少桶?
5.一正方体塑料块A边长lA=0.2 m,密度ρA=0.5×103 ㎏/m3;另一正方体B边长lB=0.1 m,密度未知。(水的密度ρ水=1.0×103 ㎏/m3,取g=10 N/kg)。
(1)塑料块A的重力是多少?
(2)A、B分别放在水平地面时,B对地面的压强是A对地面压强的4.5倍,B的密度是多少?
(3)如图所示,将B置于A上表面后放入一个水平放置、底面是正方形(边长l=0.3 m)的水槽,向水槽注入多少体积水后A的底面刚好能离开水槽?
6.如图所示将边长为10㎝的密度均匀的正方体木块平放在圆柱形容器的底部,圆柱形容器的横截面积为300㎝2,此时正方体木块对圆柱形容器的底部的压强是800 N/m2。现缓慢地往容器中注水,当容器中的水面升至一定高度时,木块对容器底面的压力恰好为零,如图所示。已知g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3。求:
(1)木块的密度ρ木是多少千克每立方米?(2)水面上升的高度h是多少厘米?
(3)注入水的质量m是多少千克?
7.如图所示,质量为540g的凹形铝槽,放入盛有某种液体的底面积为100cm3的圆柱形容器中,液面上升了6cm,这时铝槽浮在液面上,槽口恰好与液面相平。求:
①铝槽受到的浮力F浮?②液体的密度ρ液?③若该铝槽沉入液体中,则沉入前后液体对容器底的压强变化了多少Pa?(已知ρ铝=2.7×103kg/m3, 取g=10n/kg)
8.将冰块放在浓盐水中,液面位置如图所示,若冰完全熔化,杯中液面高度将( )
A.上升 B.下降 C.不变 D.无法确定
(3)漂浮时物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几。
1.我们来对物体浮沉现象进行探究把一截圆柱体蜡烛竖直放入水中,发现蜡烛漂浮在水面上(如图所示)。(1)若要使蜡烛处于悬浮状态,应该加入适量的食盐还是加入适量的酒精?请说明理由.
(2)蜡烛漂浮在水中时,测得露出水面的体积为总体积的1/10,求蜡烛的密度是多大?
(4)同一个物体在两种不同液体中漂浮,在密度大的液体里浸入体积的小。
1.如图所示,某同学在薄壁平底试管中装入一些沙子,管口密封,制成一个“土密度计”。当把它放入水中竖直漂浮时,试管露出水面的高度为5cm;当把它放入某液体中竖直漂浮时,试管露出液面的高度为7cm.若试管和沙子的总质量为30g,试管的横截面积为1.5cm2,水的密度为1×103kg/m3.求:
(1)在水中漂浮时,水对试管底部的压强.
(2)某液体的密度.(取g = 10N/kg,保留两位小数)
2.丹江大坝加高工程是南水北调中线工程的控制性工程,大坝坝高将由初期工程的海拔162米加高至176米。(g取10N/Kg)
(1)若坝内水的密度为1.0×103Kg/m3,求水深50m处大坝受到的水的压强。
(2)为了保证“一江清水送北京”,我市某校一个物理兴趣小组组织了一次“水库水质调查”的实践活动。他们将一根重为0.9N的圆柱棒(下端密度较大)放入装有自来水的桶里,发现该棒恰好竖直漂浮,水下部分长度为总长的3/4,然后他们将该棒放入从水库某入水口取来的水样中,棒仍竖直漂浮,测得棒浸在水样中的长度为总长的5/8。求该棒在自来水中所受的浮力大小和水样的密度。(自来水的密度为1.0×103Kg/m3)
(5)同一个物体在同一种液体不同程度的漂浮,动态求解漂浮问题。
1.在青少年科技创新大赛中,某同学的发明作品《浮力秤》参加了展评,该作品可方便地称量物体的质量,其构造如图所示。已知小筒底面积为10cm2,总长为20cm,盘中不放物体时,小筒浸入水中的长度为8cm,问:
(1)小筒和秤盘的总重力是多少N?
(2)该秤能称出物体的最大质量是多少kg?
(3)该同学把秤的读数均匀地刻在小筒上,为什么刻度是均匀的?(取g=10N/kg)
(6)漂浮与压强综合问题
1.如图所示,把一木块放入水中,静止时木块有3/5的体积浸入水中,木块的密度为
kg/m3;如果把该木块放入密度为0.8×103 kg/m3的酒精中,静止时,如图所示。那么该木块下表面受到水的压强p水与受到酒精的压强p酒 的关系为p水 p酒 (填“大于”、“等于”、“小于”)。
2.如图所示,质地均匀的长方体木块,第一次如甲图所示直立浮在水面上,所受浮力为F1,此时水对其底部压强为P1;第二次变为如乙图所示横浮在水面上,所受浮力为F2,此时水对其底部压强为P2;则( )
A.F1 = F2,P1 > P2 B.F1 > F2,P1 > P2
C.F1 < F2,P1 < P2 D.F1 = F2,P1 = P2
(7)漂浮问题与液体压力
1.如图所示,三个相同的容器内水面高度相同,甲容器内只有水,乙容器内有木块漂浮在水面上,丙容器中悬浮着一个小球,则下列四种说法正确的是( )
A.三个容器对水平桌面的压力相等 B.三个容器中,丙容器对水平桌面的压力最大
C.如果向乙容器中加入盐水,木块受到的浮力变大
D.如果向丙容器中加入酒精,小球受到的浮力不变
2.(2012河南)如图所示,水平桌面上有两个完全相同的鱼缸甲和乙,盛有适量的水,把一个橡皮泥做的小船放入乙后,小船处于漂浮状态,此时两鱼缸内的水面刚好相平。然后把它们分别放在台秤上,则台秤的示数 ( )
A.甲放上时大 B.乙放上时大
C.甲或乙放上一样大 D.无法判断
◎悬浮问题
1.一个不规则的实心物体,质量55g,放入装满纯水的烧杯中,沉入底部,排开0.5N的水。然后向烧杯中加盐并搅拌,直到物体悬浮为止(g=10N/kg)。求:
(1)物体在纯水中所受的浮力;(2)物体的体积;(3)物体悬浮时盐水的密度。
2.(2015眉山)如图甲所示,有一种圆柱形薄壁烧杯,它的底面积为50cm2,烧杯自重1.2N,置于水平桌面上,在烧杯内倒入200mL的盐水时,杯底所受盐水的压强为440pa。(g=10N/kg)。求:
(1)烧杯内盐水的密度;
(2)烧杯对桌面的压强;
(3)如图乙所示,把一个鸡蛋轻轻放入盐水中,鸡蛋刚好悬浮,液面上升到250mL刻线处,求鸡蛋的重力。
3.一底面积是125cm2的圆柱形容器内盛有1kg的水,静止在水平桌面上,如图所示。现将含有石块的冰块投入容器的水中,恰好悬浮,此时水位上升了4.8cm(没有水溢出)。当冰块全部熔化后,容器底部所受水的压强改变了44.8pa。容器的质量及厚度可忽略不计,g取10N/kg,ρ冰=0.9×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3。求:(1)含有石块的冰块悬浮时,容器对水平桌面的压强;
(2)石块的密度。
◎上浮问题
1.(2017聊城卷)如图所示,水平地面上有一底面积为1.50×l0-2m2的圆柱形容器,容器中水深40cm,一个边长为10cm的正方体物块通过一根细线与容器底部相连,细线受到的拉力为4N。(g= 10N/kg)。求:
(1)此时容器底受到水的压强和压力。
(2)此时物块受到的浮力和物块的质量。
(3)细线剪断后,物块静止时浸入水中的体积。
【答案】(1)此时容器底受到水的压强为4000Pa;压力为60N;
(2)此时物块受到的浮力为10N;物块的质量为0.6kg.
(3)细线的断后,物块静止时浸入水中的体积为6×10-4m3.
2.如图所示,边长为10cm的立方体木块A通过细线与圆柱形容器底部相连,容器中液面与A上表面齐平.从打开容器底部的抽液机匀速向外排液开始计时,细线中拉力F随时间t的变化图像如图所示。木块密度ρ = 0.5×103kg/m3,容器底部面积为200cm2,g = 10N/kg.下列说法中正确的是( )
A.随着液体的排出,木块受到的浮力不断减小
B.容器中的液体是酒精
C.抽液机每秒钟排出液体的质量是10g
D.第 30 s 时,木块露出液面的高度是 2cm
3.为了给立方体工件表面均匀地涂上某种油,需要用竖直向下的力F把漂浮在油面上的工件缓缓地压入油内,如图甲所示。工件的下底面与油面的距离为h,力F与h的大小关系如图乙所示。小科觉得图中CB的延长线BA段是没有意义的,老师告诉他,力F为负值时,表明它的方向与原来的方向相反了。
(1)分析BC段:随着h的增大,工件所受的浮力大小将________,油对工件下底面的压强大小将________(填“变大”“变小”或“不变”);
(2)若A点的坐标为(-a,0),则a=________。从图象分析,a表示了工件一个物理量的值,这个量就是工件的________;
(3)求C点所对应状态下,工件所受的浮力及油对工件下底面的压强(不考虑大气压强)。
◎下沉问题
1.(2018山东泰安) 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,直至浸没于水中并继续匀速下放(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。g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3.求:
(1)物块受到的重力;(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;(3)物块的密度。
【解析】(1)测力计可以直接测量物体的重力;
(2)根据F=G﹣F得出所受浮力的大小;
(3)根据阿基米德原理求出物体的体积;根据密度公式求出密度。
【答案】(1)由图可知,物体浸入水中时测力计示数为18N,故物体的重力为G=18N;
(2)物体全部浸入水中时,测力计的示数为F=10N,则在水中受到的浮力为F浮=G﹣F=18N﹣10N=8N,
(3)由F浮=ρ液gV排得,物体的体积为:V=V排=F浮/ρ液g,
物体的重力为G,质量为m=G/g,
则物体的密度为:ρ=m/v==G/F浮ρ水=18N/8N ×1.0×103kg/m3=2.25×103kg/m3。
2.某地在湖面上修建一座大桥,下图甲是使用吊车向湖底投放圆柱形石料的示意图,在整个投放过程中,石料以恒定速度v=0.1m/s下降。图乙是钢丝绳的拉力F随时间t变化的图像(从开始投放到石料刚好接触湖底前)。t=0时刻吊车开始下放石料,忽略水的摩擦阻力,g=10N/kg。求:
(1)湖底受到水的压强;(2)圆柱形石料的密度。
3.如图甲所示,水平桌面上放置底面积为100cm2、质量为500g的圆筒,筒内装有20cm深的某液体.弹簧测力计下悬挂底面积60cm2、高为10cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直至完全浸没,弹簧测力计示数F随圆柱体浸入液体的深度h的变化关系如图乙所示:(可以忽略圆筒的厚度,过程中液体始终没有从筒中溢出),g取10N/kg,求:
(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力是多少?(2)筒内液体密度是多少?
(3)当圆柱体完全浸没时,圆筒对桌面的压强是多少?
4.如图所示,用细绳系住体积为3×10-4m3的物体A,使它竖直下垂且全部浸入水中静止,此时绳子的拉力是1.5N,容器和水的总质量是0.7kg,容器与水平桌面的接触面积是100cm2。(ρ水=1.0×103kg/ m3,g=10N/kg)求:(1)物体A受到的浮力;(2)物体A的密度;(3)容器对桌面的压强。
5.新农村建设让农村面貌焕然一新。许多楼房顶部装有自动供水水箱,箱体重1250N,与水平楼顶接触面积为1.5m2。为了控制进水量,在水箱顶部安装压力传感器,如图(14)所示,A物体通过细线与压力传感器相连接,压力传感器相等于拉线开关,A的密度是2.5×103kg/m3,A重为25N。当压力传感器受到竖直向下的拉力等于25N时闭合,电动水泵向水箱注水;当拉力等于15N时断开,电动水泵停止向水箱注水。
(1)求未装水时整个水箱对楼顶的压强是多少?(压力传感器及连接线质量不计,g取10N/kg)
(2)通过计算说明当水面与A上表面相平时,电动水泵能否停止注水?(g取10N/kg,连接线体积不计)
6.图所示,台秤上放置一个装有适量水的烧杯,已知烧杯和水的总质量为600g,杯的底面积为100cm2,将一个质量为600g、体积为300cm3的长方体实心物体A用细线吊着,然后将其一半浸入烧杯的水中(烧杯的厚度忽略不计,杯内水没有溢出,g=10N/kg)。则:
(1)物体A的密度是 g/cm3,当物体A的一半浸入水中后,如图,水对烧杯底部的压强增大了
Pa。
(2)物体A所受的浮力为 N,细线对物体A的拉力为 N,台秤的示数为 N,此时烧杯对台秤的压强为 Pa.
◎上浮与下沉结合的问题
1.(2018潍坊)如图所示,用细线将正方体A和物体B相连放入水中,两物体静止后恰好悬浮,此时A上表面到水面的高度差为0.12m。己知A的体积为1.0×10-3 m3,所受重力为8N;B的体积为0.5×10-3 m3,水的密度为1.0×103kg/ m3,g取10N/kg,求:
(1)A上表面所受水的压强;(2)B所受重力的大小;(3)细线对B的拉力的大小.
【解析】(1)根据A的上表面到液面的距离,结合液体压强的计算公式计算出压强;
(2)根据题意分析出A和B排开水的体积,再根据阿基米德原理计算出A和B受到的总浮力,最后根据物体的浮沉条件计算出B受到的重力的大小;
(3)根据B的状态分析出B的受力情况,再由阿基米德原理计算出B受到的浮力的大小,再根据力的合成的相关知识计算出细线对B的拉力的大小。
【答案】
(1)由题意可知,A上表面所受水的压强为:P=ρgh=1.0×103kg/ m3×10N/kg×0.12m=1.2×103Pa
(2)由题意可知,A和B受到的总浮力为:
,
由于A和B一起漂浮在水面上,所以,
则B受到的重力大小为:;
(3)由题意可知,B受到的浮力的大小为:
,
由题意可知,此时B受到竖下向下的重力,竖直向上的浮力和竖直向上的拉力的作用,此时它静止,所以细线对B的拉力大小为:。
2.为了响应“健康重庆”的号召,小林和爸爸周末一起到郊外去钓鱼,他在亲近大自然的同时还观察到爸爸在钓鱼前要“试漂”来确定铅坠(铅坠由合金制成)的大小,尽量使“浮标”更灵敏(如图17甲所示),图17乙是浮标和铅坠的位置示意图。若球形浮标的体积为15 cm3,铅坠的密度为11 g/cm3。
(1)若铅坠在水面下1.2 m处,它受到水的压强是多大?
(2)有经验的钓鱼者会使浮标体积的2/3浸入水中,此时浮标受到的浮力是多大?
(3)小林看见爸爸有一种体积为0.5 cm3的铅坠,如果使用这种铅坠,浮标静止时浸入水中的体积有多大?(铅坠未接触池底,不计浮标的质量,不计钓线、鱼钩和鱼饵的体积及质量)
3.把一个边长为0.1m的正方体木块放入水中,然后其上表面放一块底面积为2.5×10-3m2的小柱体,静止时方木块刚好能全部浸入水中,如图甲;现把小柱体拿走,方木块上浮,静止时有1/5的体积露出水面,如图乙,(ρ=1×103㎏/㎡,g=10N/㎏)。求:①木块的密度; ②小柱体放在木块上面时对木块的压强。
4.如图是某公共厕所的自动冲水装置。浮筒A是边长为20cm的正方体,盖片B的质量为lkg,表面积为80cm2,厚度不计。连接AB的是长为30cm,体积和质量都不计的硬杆。当供水管流进水箱的水刚好浸没浮筒A时,盖片B被拉开,水通过排水管流出冲洗厕所(g取10N/kg)。
(1)当水箱的水刚好浸没浮筒A时,水对盖片B的压力是多少? (2)浮筒A的质量是多少?
(3)当水箱中的水有多深时,盖片B又自动关上?