力学部分
专题七 物体沉浮问题
考点扫描☆名师点拨
一、考点解析
物体沉浮问题是浮力压强中的难点、重点,也是浮力问题的高频考点,在压强浮力考题中所占分值较高。物体沉浮问题试题变化多样,问答形式繁多,但考查思路清晰。如:考查知识点掌握程度、考查计算能力、考查分析问题能力、考查联系实际能力等。
物体沉浮问题考试题型有填空题、选择题和综合计算题,综合计算题以压轴题出现较多,分值也高。下面就此类问题的三种类型解析如下。【版权所有:21教育】
1.物体漂浮问题
在选择题、填空题出现频率较高,计算题以压轴题出现较多,常见的船舶的计算问题。主要应用知识点是:F浮=G物,两力是平衡力;如果是单一物体,;如果是船舶问题,m排水量g=F浮。
2.悬浮问题
在选择题、填空题出现频率较高,计算题以压轴题出现较多,常见的船舶的计算问题。主要应用知识点是:F浮=G物,两力是平衡力;如果是单一物体,;如果是船舶问题,潜水艇属于此类问题,m潜水艇g=F浮=;潜水艇的排水量一定,在潜水艇下沉、上浮过程中改变的是其自身的质量。【来源:21cnj*y.co*m】
3.下沉问题
主要出现在浮力有关计算中,常见题型有填空题、选择题和计算题。对单一物体,如果,物体开始下沉,当沉入水底时,满足。
解答此类问题要注意以下问题:
1.对物体搞好受力分析,做出受力分析图。
2.明确物体的浮沉状态。
3. 不能正确理解沉浮条件,误认为海水密度较大,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
4. 误认为潜水艇上浮时受到的浮力变大。
二、考点复习
1.前提条件:物体________在液体中,且只受________。
2.示意图:重力与浮力的关系如图(3)所示:
图(3)物体的沉浮条件
如图所示,
(1)当时,物体________;。
当时,物体________;。
当时,物体________;。
当(物体未完全浸没液体)时,物体________;。
3. 说明:
(1) 密度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都悬浮(或漂浮)。
(2)物体漂浮在密度为ρ液体中,若露出体积为物体总体积的,则物体密度为ρ。
(3) 悬浮与漂浮的比较:相同点: ;
不同点:悬浮时,,;漂浮时,,。
(4)判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较与G或比较与。
(5)物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸在密度为ρ的液体中,示数为F,则物体密度为:。
(6)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。
4.漂浮问题“五规律”:
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力________它受的重力;
规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力________;
规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积________;
规律四:漂浮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________;
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力________液体对物体增大的浮力。
考点剖析☆聚焦高频
高频考点一:漂浮问题
【典例1】(2019?黄石)某同学自制的简易密度计如图所示,它是用木棒的一端缠绕铜丝做成的,将其放入不同的液体中,会呈竖直漂浮状态,下列说法错误的是( )
A.木棒漂浮在水面上,静止时密度计的重力等于水对其浮力
B.木棒浸入液体的体积越大,说明该液体密度越小
C.读数时需用手扶住密度计
D.木棒越细,测量误差越小
【解析】A、同一支自制密度计的重力不变,不同的液体中,会呈竖直漂浮状态,根据漂浮时浮力等于重力知,重力不变,浮力不变,故A正确,B、根据F浮=ρ液gV排知,在浮力不变时,木棒浸入液体的体积越大,液体密度越小,故B正确;C、读数时自制密度计在液体中处于漂浮状态,且下部较重,能直立在水中,不需要用手扶住密度计,故C错误;D、根据F浮=ρ液gV排=ρ液gSh知,在浮力、液体密度不变时,排开液体的体积不变,若木棒越细,刻度值越稀,测量误差越小,故D正确。选C。
【答案】C。
高频考点二:悬浮问题
【典例2】(2019?福建)如图,气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。已知石块与气球的总重力为G总,则气球受到的浮力F浮________G总(选填“>”“<”或“=”);若水温升高,石块将________(选填“上浮”“下沉”或“保持悬浮”)。
【解析】(1)气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。则F浮气球+F浮石块=G总,
所以则气球受到的浮力F浮气球<G总;(2)水温升高时,气球内空气的体积变大,排开水的体积变大,由F浮=ρ水V排g,气球受到的浮力将变大;石块受到的重力不变,此时气球和石块受到的浮力大于自重,石块将上浮。
【答案】<;上浮。
高频考点三:下沉问题
【典例3】(2019?怀化)某容器放在水平桌面上,盛有足量的水。现将体积为1.25×10﹣4m3、质量为0.4kg的实心正方体放入水中,正方体不断下沉,直到沉底,如图所示。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)求:
(1)正方体受到的重力的大小;
(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮;
(3)容器底部对正方体的支持力的大小和正方体对容器底部的压强。
【解析】(1)正方体的重力G=mg=0.4kg×10N/kg=4N;
(2)正方体浸没在水中,V排=V=1.25×10﹣4m3,
则F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.25×10﹣4m3=1.25N;
(3)正方体沉在底部,由于处于静止状态,则受力平衡,即G=N+F浮,
所以,N=G﹣F浮=4N﹣1.25N=2.75N;
由于支持力与压力是一对相互作用力,则可知正方体对容器底部的压力F=N=2.75N,
正方体的边长L===0.05m,
则正方体对容器底部的压强p===1.1×103Pa。
【答案】(1)正方体受到的重力的大小为4N;(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮=1.25N;(3)容器底部对正方体的支持力的大小为2.75N,正方体对容器底部的压强为1.1×103Pa。
考点过关☆专项突破
类型一:漂浮问题
1.(2019?西宁)一个质量为60g、体积为100cm3的物体放入酒精(ρ酒精=0.8×103kg/m3)中,物体静止时,物体在酒精中的体积与物体总体积的比值为( )
A.3:4 B.3:5 C.1:2 D.2:3
2.(2019?常州)水平台面上有两个同规格烧杯,分别盛有甲、乙两种液体,将两个完全相同的物体A、B分别放入两杯中,静止时如图所示,甲、乙液面刚好相平,此时,设A物体受到的浮力为F浮A,甲液体对烧杯底部的压强为p甲;B物体受到的浮力为F浮B,乙液体对烧杯底部的压强为p乙,则( )
A.F浮A=F浮B,p甲>p乙 B.F浮A=F浮B,p甲<p乙
C.F浮A<F浮B,p甲>p乙 D.F浮A<F浮B,p甲<p乙
3.(2019?常州)科考队员在南极惊奇地发现长方体冰山,边缘齐整宛如人工切割测得长方体冰山露出海面的高度为4m,冰山在海面下的深度为(ρ冰=0.9×103kg/m3,ρ海水=1.1×103kg/m3)( )
A.18m B.22m C.36m D.40m
4.(2019?南通)如图,将装有适量水的小玻璃瓶瓶口向下,使其漂浮在大塑料瓶内的水面上,拧紧大瓶瓶盖,通过改变作用在大瓶侧面的压力大小,实现小瓶的浮与沉。则( )
A.用力捏大瓶,小瓶不能实现悬浮 B.用力捏大瓶,小瓶内的气体密度变大
C.盖上小瓶瓶盖,捏大瓶也能使小瓶下沉 D.打开大瓶瓶盖,捏大瓶也能使小瓶下沉
5.(2019?昆明)一个物体静止在水中,如图a所示,将它提高到最高位置(如图b)静止释放,假设只受重力和浮力作用,那么物体会向下运动到最低位置(如图c),然后在最高和最低两个位置之间不停地做上下运动。忽略容器内液面高度变化。则下列说法错误的是( )
A.物体向下运动经过图a位置时,速度最大 B.物体到达最低位置时,浮力大于重力
C.物体向上运动经过图a位置时,浮力小于重力 D.物体到达最高位置时,速度等于0
6.(2019?贵港)三块完全相同的冰块分别漂浮在甲、乙、丙三种不同液体中,这三种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙、ρ丙.当冰块熔化后,甲液体液面高度不变,乙液体液面高度升高,丙液体液面高度降低。下列关系正确的是( )
A.ρ甲<ρ乙<ρ丙 B.ρ丙<ρ甲<ρ乙
C.ρ丙<ρ乙<ρ甲 D.ρ乙<ρ甲<ρ丙
7.(2019?淮安)长江上,一艘满载货物的轮船在卸完一半货物后,该艘轮船( )
A.会浮起一些,所受浮力变小 B.会浮起一些,所受浮力变大
C.会下沉一些,所受浮力变大 D.会始终漂浮,所受浮力不变
8.(2018?广西)如图所示,桌子上有一个底面积为2×10-2m2、内盛有某液体的圆柱形容器,物块A(不吸液体)漂浮在液面上,则A的密度________(选填“大于”、“小于”“等于”)液体的密度,若A的密度为0.5×103kg/m3,体积为4×10-4m3则A的质量为________kg.现用力压A,使其缓慢向下,直到恰好浸没在液体中(液体未溢出),此时液体对容器底部压强增大了80Pa,则该液体的密度为________kg/m3。
9.(2019?新疆)如图,盛有水的圆柱形小容器漂浮在盛有水的圆柱形大容器中,大容器的底面积是小容器的4倍(大、小容器壁的厚度均不计)。现将体积相等的小球A、B投入小容器中,投入后,两容器内的水对各自容器底部压强的増加量相等。小球A的密度的最大值为( )
A.4×103kg/m3 B.5×103kg/m3 C.6×103kg/m3 D.7×103kg/m3
10.(2019?郴州)A、B是两个不溶于水的物块,用一根细线连接在一起,先后以两种不同方式放入同一个装有水的烧杯中,处于如图甲、乙所示的静止状态。试判断两种情况下,烧杯中水面的高度h甲、h乙的大小关系为( )
A.h甲<h乙 B.h甲>h乙 C.h甲=h乙 D.无法判断
11.(2019?枣庄)在木棒的一端缠绕一些细铜丝制成简易的液体密度计,将其分别放入盛有甲乙两种液体的烧杯中处于静止状态,如图所示,若密度计在甲乙液体中受到的浮力分别是F甲、F乙,甲乙两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙.则( )
A.F甲<F乙 B.F甲>F乙 C.ρ甲>ρ乙 D.ρ甲<ρ乙
12.(2019?怀化)一个重为0.5N的木块放入装有水的烧杯中,木块处于漂浮状态,则木块受到的浮力是________N:若再沿烧杯壁往烧杯中缓慢地倒入浓盐水,则木块受到的浮力将________(选填“变大”、“不变”或“变小”)。
13.(2019?内江)质量为8kg的木块漂浮在水面上,它受到的浮力大小为________N.浮力的方向是________。(g=10N/kg)
14.(2019?盐城)小明用饮料吸管制作了一只简易密度计,将其放入水中时,密度计不能直立,应________(增加/减少)吸管中铁丝质量,改进后,分别用它测量水和盐水的密度时,吸管浸入液体的深度分别为h1和h2,则h1________h2.用它测量可乐密度时,吸管上“沾”上许多小气泡,测得的密度偏________。
15.(2018?柳州)如图所示,柱形容器的底面积为400cm2,边长为10cm的正方体实心冰块悬浮在油水分层液体中,则冰块浸在水中部分的体积为________cm3.当冰块完全熔化后,油水分界面的高度变化了________cm.(已知浸在分层液体中的物体受到浮力大小等于排开所有液体的重力,ρ冰=0.9×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,ρ油=0.75×103kg/m3,g取10N/kg。)
类型二:悬浮问题
1.(2019?成都)将一枚重为0.5N的蛋放入一杯均匀盐水中,静止时如图所示,然后向杯子里加入一些清水,则( )
A.鸡蛋会下沉 B.鸡蛋的重力增加
C.鸡蛋所受浮力变大 D.鸡蛋所受浮力为0.5N
2.(2019?临沂)将两个完全相同的小球分别放入装有不同液体的甲、乙两烧杯中,球静止时两烧杯液面相平,如图所示。下列判断正确的是( )
A.两小球所受浮力大小相等 B.乙烧杯中液体的密度大
C.乙烧杯中小球排开的液体质量大 D.甲烧杯底部受到液体的压强小
3.(2019?德州)小强做鸡蛋在盐水中悬浮的实验时,先配制了半杯浓盐水并将鸡蛋放入杯中,静止时如图甲所示,然后逐渐向杯中添加清水,直至如图乙所示。在逐渐向杯中添加清水过程中,下列说法不正确的是( )
A.鸡蛋受到的浮力不变 B.盐水的密度变小
C.盐水对烧杯底的压强逐渐变小 D.盐水对烧杯底的压力逐渐变大
4.(2018?莱芜)水平桌面上放有甲、乙两个都装有水的相同容器,现把两个形状和体积都相同的实心小球分别缓慢放入两容器中,两小球静止时液面恰好相平,如图所示,下列说法正确的是( )
A.两小球受到的浮力相等 B.乙容器中小球的密度较大
C.甲容器底部受到的水的压强大 D.两容器底部对水平桌面的压力相等
5.(2018?贺州)如图所示,小球在装满淡盐水的溢水杯中处于悬浮状态,下列对实验现象分析正确的是( )
A.小球可以悬浮在液体内任何位置,因此小球在液体内部所受的压强处处相等
B.往杯中加入清水,小球因浮力变小而下沉,容器底部受到液体的压强变小
C.往杯中加入适量盐,小球因浮力变大而上浮,容器底部受到液体的压强不变
D.往杯中加入适量盐,小球因浮力变大而上浮,最后漂浮,容器底部受到液体的压强变小
6.(2018?东营)三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲>ρ丙>ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.容器对桌面的压强关系是p'甲>p'乙>p'丙
D.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
7.(2018?黑龙江)海权握,国则兴。建设一支强大海军是实现中国梦的有力保障,潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海水中悬浮、上浮、漂浮的训练过程。下列对此潜水艇分析正确的是( )
A.悬浮和漂浮时受到的浮力相等 B.漂浮时排开的海水所受的重力最小
C.上浮过程中所受浮力逐渐变大 D.漂浮时潜水艇底部所受海水压强最大
8.(2018?大连)漂浮在海面的潜水艇受到的浮力为F1,该艇下潜到海面下受到的浮力为F2,则F1________F2;若该艇从海中潜行进入长江后,受到的浮力为F3,已知海水的密度大于江水的密度,则F3________F2.(均选填“>”“=”或“<”)
9.(2019?南京)两个相同的圆柱形容器中分别装有体积相等的甲、乙两种液体,图示是同一只鸡蛋在两种液体中静止时的情景。图中两种液体的密度分别为ρ甲和ρ乙,鸡蛋所受浮力分别为F甲和F乙,容器底部所受液体压强分别为p甲和p乙,则它们的大小关系是:ρ甲________ρ乙,F甲________F乙,p甲________p乙,以下三种方案:①在鸡蛋上开小孔,用注射器抽取鸡蛋内蛋清,再用胶带封好小孔;②在鸡蛋上开小孔塞入大头针,用胶带封好小孔;③在容器中加入比原液体密度更大的液体,若想使鸡蛋在乙液体中下沉,可行的方案有________(填序号)。
10.(2018?烟台)水平桌面上两个完全相同的烧杯中分别盛有甲、乙两种液体,将两个完全相同的小球A、B分别放入两烧杯中,当两球静止时,两液面高度相同,球所处的位置如图所示两小球;所受浮力的大小关系为FA________FB,两小球所排开液体重力的大小关系为GA________GB,两种液体对烧杯底的压强的大小关系为p甲________p乙(均选填“>”、“=”或“<”)。
11.(2018?呼和浩特)密度为0.5×103kg/m3,质量为1kg的正方体木块,静止漂浮在密度为1.0×103kg/m3的水面上,求:
(1)木块浸在水中的体积;
(2)把密度为9.0×103kg/m3,质量未知的正方体铜块轻轻放在正方体木块的中央,过一会儿,其整体静止悬浮在水中时,铜块对木块的压强。
类型三:下沉问题
1.(2019?鄂尔多斯)如图A、B体积相同,B、C质量相等,将他们放入水中静止后,A漂浮,B悬浮,C沉底。下列说法,正确的是( )
A.A所受浮力可能大于B所受浮力 B.C所受浮力一定小于A所受浮力
C.B物体所受浮力一定是最大的 D.A下表面所受压力可能大于B下表面所受的压力
2.(2019?兰州)如图甲所示,某科技小组的同学用弹簧测力计悬挂一实心圆柱形金属块,使其缓慢匀速下降,并将其浸入平静的游泳池水中,弹簧测力计的示数F与金属块下底面下降高度h的变化关系如图乙所示,忽略金属块浸入水中时池水液面高度的变化,g取10N/kg,则下列说法中正确的是( )
A.金属块所受重力大小为26N
B.金属块的密度为2.3×103kg/m3
C.金属块完全浸没在水中时所受浮力的大小为26N
D.金属块恰好完全浸没时,金属块下底面所受水的压强为5×103Pa
3.(2019?巴中)将一实心圆柱体悬挂于弹簧测力计下,物体下表面刚好与水面接触,从此处匀速下放物体,直至浸没(物体未与容器底接触)的过程中,弹簧测力计示数F与物体下表面浸入水中深度h的关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.物体重力为40N B.物体浸没时受到的浮力为15N
C.物体的密度为2.5×103kg/m3 D.物体刚好浸没时下表面受到的液体压强为800Pa
4.(2019?广州)两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体,把甲乙两球分别轻轻放入两杯液体,最后处于如图所示状态。甲、乙排开液体的重力相等,甲、乙所受浮力相比( )
A.甲所受浮力更大 B.乙所受浮力更大
C.甲、乙所受浮力一样大 D.不知道液体密度无法比较浮力大小
5.(2019?山西)网上流传着一种说法,鸡蛋能否沉入水底可以鉴别其是否新鲜。为了验证其真实性,小亮买了些新鲜鸡蛋,并拿其中一颗进行实验。第一天放入水中的鸡蛋沉入水底(如图甲),取出鸡蛋擦干放置50天后,再放入水中时鸡蛋漂浮在水面(如图乙),看来网传是真的。下列分析正确的是( )
A.鸡蛋两次所受的浮力一样大 B.甲图中鸡蛋排开水的重力大
C.乙图中鸡蛋所受浮力大于重力 D.放置50天后的鸡蛋密度变大
6.(2019?遂宁)如图所示,水平桌面上三个完全相同的容器内装有适量的水,将A、B.C三个体积相同的小球分别放入容器内,待小球静止后,A漂浮、B悬浮、C沉底,此时三个容器内水面高度相同。下列判断正确的是( )
A.容器底部受到水的压强关系:p甲=p乙=p丙
B.小球受到的浮力关系:FA>FB>FC
C.容器对桌面的压力关系:F甲<F乙<F丙
D.小球的质量关系:mA=mB<mC
7.(2019?泰安)在弹簧测力计下悬挂一个金属零件,示数是7.5N.把零件浸入密度为0.8×103kg/m3的液体中,当零件的体积露出液面时,测力计的示数是6N,则金属零件的体积是(g取10N/kg)( )
A.2×10﹣4m3 B.2.5×10﹣4m3 C.6×10﹣4m3 D.7.5×10﹣4m3
8.(2018?河池)如图甲所示,水平桌面上盛满水的容器中放有一个钢珠。把木块轻轻放入容器中,木块静止时如图乙所示。以下说法正确的是( )
A.钢珠不受浮力作用 B.木块受到的浮力大于钢珠受到的浮力
C.两图中容器对桌面的压强相等 D.两图中水对容器底的压强不相等
9.(2018?武汉)如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N.若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到的压力大于0.3N
10.(2019?桂林)如图所示,将一重为8N的物块用细线系在弹簧测力计的挂钩上,将它浸没在水中静止,弹簧测力计示数为5N,则物块受到的浮力是________N,浮力的方向是________。
11.(2019?巴中)两个完全相同容器内分别盛满不同的液体,现将两个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,则液体对容器底部的压强关系是p甲________p乙;两小球所受的浮力关系是F甲________F乙.(选填“>”、“<”或“=”)。
12.(2019?广东)如图甲所示,弹簧测力计通过细线拉着正方体物块缓慢浸入某未知液体中,物块受到的拉力F与其下表面浸入液体中的深度h之间的关系如图乙所示。则物块受到的重力为________N,物块刚好浸没在液体中时其下表面浸入的深度为________cm,未知液体的密度为________kg/m3.(g取10N/kg)
13.(2019?哈尔滨)如图,先将溢水杯装满水,然后用测力计拉着重为4N、体积为100cm3的石块,缓慢浸没在水中,溢出的水全部收集到小空桶中,桶中水重为________N,石块静止时,测力计示数为________N.(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
14.(2018?杭州)“蛟龙号”是我国首台自主设计、自主集成研制、世界上下潜最深的作业型深海载人潜水器。“蛟龙号”体积约为30米3,空载时质量约为22吨,最大荷载240千克。(1)“蛟龙号”空载漂浮在水面时受到的浮力为多大?(2)若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的,则至少注入多少立方米的水?(海水密度取1.0×103千克/米3,g取10牛/千克)
力学部分
专题七 物体沉浮问题
考点扫描☆名师点拨
一、考点解析
物体沉浮问题是浮力压强中的难点、重点,也是浮力问题的高频考点,在压强浮力考题中所占分值较高。物体沉浮问题试题变化多样,问答形式繁多,但考查思路清晰。如:考查知识点掌握程度、考查计算能力、考查分析问题能力、考查联系实际能力等。
物体沉浮问题考试题型有填空题、选择题和综合计算题,综合计算题以压轴题出现较多,分值也高。下面就此类问题的三种类型解析如下。【版权所有:21教育】
1.物体漂浮问题
在选择题、填空题出现频率较高,计算题以压轴题出现较多,常见的船舶的计算问题。主要应用知识点是:F浮=G物,两力是平衡力;如果是单一物体,;如果是船舶问题,m排水量g=F浮。
2.悬浮问题
在选择题、填空题出现频率较高,计算题以压轴题出现较多,常见的船舶的计算问题。主要应用知识点是:F浮=G物,两力是平衡力;如果是单一物体,;如果是船舶问题,潜水艇属于此类问题,m潜水艇g=F浮=;潜水艇的排水量一定,在潜水艇下沉、上浮过程中改变的是其自身的质量。【来源:21cnj*y.co*m】
3.下沉问题
主要出现在浮力有关计算中,常见题型有填空题、选择题和计算题。对单一物体,如果,物体开始下沉,当沉入水底时,满足。
解答此类问题要注意以下问题:
1.对物体搞好受力分析,做出受力分析图。
2.明确物体的浮沉状态。
3. 不能正确理解沉浮条件,误认为海水密度较大,轮船从河里航行到海里所受浮力变大。
4. 误认为潜水艇上浮时受到的浮力变大。
二、考点复习
1.前提条件:物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。
2.示意图:重力与浮力的关系如图(3)所示:
图(3)物体的沉浮条件
如图所示,
(1)当时,物体上浮;。
当时,物体悬浮;。
当时,物体下沉;。
当(物体未完全浸没液体)时,物体漂浮;。
3. 说明:
(1) 密度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都悬浮(或漂浮)。
(2)物体漂浮在密度为ρ液体中,若露出体积为物体总体积的,则物体密度为ρ。
(3) 悬浮与漂浮的比较:相同点: ;
不同点:悬浮时,,;漂浮时,,。
(4)判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较与G或比较与。
(5)物体吊在测力计上,在空中重力为G,浸在密度为ρ的液体中,示数为F,则物体密度为:。
(6)冰或冰中含有木块、蜡块等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变;冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。
4.漂浮问题“五规律”:
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;
规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律四:漂浮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;
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力,外力等于液体对物体增大的浮力。
考点剖析☆聚焦高频
高频考点一:漂浮问题
【典例1】(2019?黄石)某同学自制的简易密度计如图所示,它是用木棒的一端缠绕铜丝做成的,将其放入不同的液体中,会呈竖直漂浮状态,下列说法错误的是( )
A.木棒漂浮在水面上,静止时密度计的重力等于水对其浮力
B.木棒浸入液体的体积越大,说明该液体密度越小
C.读数时需用手扶住密度计
D.木棒越细,测量误差越小
【解析】A、同一支自制密度计的重力不变,不同的液体中,会呈竖直漂浮状态,根据漂浮时浮力等于重力知,重力不变,浮力不变,故A正确,B、根据F浮=ρ液gV排知,在浮力不变时,木棒浸入液体的体积越大,液体密度越小,故B正确;C、读数时自制密度计在液体中处于漂浮状态,且下部较重,能直立在水中,不需要用手扶住密度计,故C错误;D、根据F浮=ρ液gV排=ρ液gSh知,在浮力、液体密度不变时,排开液体的体积不变,若木棒越细,刻度值越稀,测量误差越小,故D正确。选C。
【答案】C。
高频考点二:悬浮问题
【典例2】(2019?福建)如图,气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。已知石块与气球的总重力为G总,则气球受到的浮力F浮________G总(选填“>”“<”或“=”);若水温升高,石块将________(选填“上浮”“下沉”或“保持悬浮”)。
【解析】(1)气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。则F浮气球+F浮石块=G总,
所以则气球受到的浮力F浮气球<G总;(2)水温升高时,气球内空气的体积变大,排开水的体积变大,由F浮=ρ水V排g,气球受到的浮力将变大;石块受到的重力不变,此时气球和石块受到的浮力大于自重,石块将上浮。
【答案】<;上浮。
高频考点三:下沉问题
【典例3】(2019?怀化)某容器放在水平桌面上,盛有足量的水。现将体积为1.25×10﹣4m3、质量为0.4kg的实心正方体放入水中,正方体不断下沉,直到沉底,如图所示。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)求:
(1)正方体受到的重力的大小;
(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮;
(3)容器底部对正方体的支持力的大小和正方体对容器底部的压强。
【解析】(1)正方体的重力G=mg=0.4kg×10N/kg=4N;
(2)正方体浸没在水中,V排=V=1.25×10﹣4m3,
则F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.25×10﹣4m3=1.25N;
(3)正方体沉在底部,由于处于静止状态,则受力平衡,即G=N+F浮,
所以,N=G﹣F浮=4N﹣1.25N=2.75N;
由于支持力与压力是一对相互作用力,则可知正方体对容器底部的压力F=N=2.75N,
正方体的边长L===0.05m,
则正方体对容器底部的压强p===1.1×103Pa。
【答案】(1)正方体受到的重力的大小为4N;(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮=1.25N;(3)容器底部对正方体的支持力的大小为2.75N,正方体对容器底部的压强为1.1×103Pa。
考点过关☆专项突破
类型一:漂浮问题
1.(2019?西宁)一个质量为60g、体积为100cm3的物体放入酒精(ρ酒精=0.8×103kg/m3)中,物体静止时,物体在酒精中的体积与物体总体积的比值为( )
A.3:4 B.3:5 C.1:2 D.2:3
【解析】物体的密度ρ===0.6g/cm3=0.6×103kg/m3<0.8×103kg/m3,若把该物体放入密度为0.8×103kg/m3的酒精中后,物体静止时处于漂浮状态,则F浮=G,
即:ρ酒精gV排=ρ物gV物,则===;选A。
【答案】A。
2.(2019?常州)水平台面上有两个同规格烧杯,分别盛有甲、乙两种液体,将两个完全相同的物体A、B分别放入两杯中,静止时如图所示,甲、乙液面刚好相平,此时,设A物体受到的浮力为F浮A,甲液体对烧杯底部的压强为p甲;B物体受到的浮力为F浮B,乙液体对烧杯底部的压强为p乙,则( )
A.F浮A=F浮B,p甲>p乙 B.F浮A=F浮B,p甲<p乙
C.F浮A<F浮B,p甲>p乙 D.F浮A<F浮B,p甲<p乙
【解析】(1)由图知,物体A、B在液体中都处于漂浮,则F浮A=GA;F浮B=GB;而物体A、B是完全相同的物体,则重力相等,即GA=GB,所以,F浮A=F浮B.故CD错误;
(2)由图知,A排开液体的体积小于B排开液体的体积,已知F浮A=F浮B,根据F浮=ρ液gV排可知,ρ甲>ρ乙;已知两液面等高,根据p=ρ液gh可知,p甲>p乙.故A正确,B错误。选A。
【答案】A。
3.(2019?常州)科考队员在南极惊奇地发现长方体冰山,边缘齐整宛如人工切割测得长方体冰山露出海面的高度为4m,冰山在海面下的深度为(ρ冰=0.9×103kg/m3,ρ海水=1.1×103kg/m3)( )
A.18m B.22m C.36m D.40m
【解析】冰山在海水中漂浮,由漂浮条件可得:F浮=G冰=ρ冰V冰g,根据阿基米德原理可得:F浮=G排=ρ海水V排g,所以ρ海水V排g=ρ冰V冰g,即:ρ海水Sh浸g=ρ冰Sh冰g﹣①,因冰山为长方体,则h冰=h浸+h露,所以①式可写为:ρ海水Sh浸g=ρ冰S(h浸+h露)g,整理可得h浸===18m。选A。
【答案】A。
4.(2019?南通)如图,将装有适量水的小玻璃瓶瓶口向下,使其漂浮在大塑料瓶内的水面上,拧紧大瓶瓶盖,通过改变作用在大瓶侧面的压力大小,实现小瓶的浮与沉。则( )
A.用力捏大瓶,小瓶不能实现悬浮 B.用力捏大瓶,小瓶内的气体密度变大
C.盖上小瓶瓶盖,捏大瓶也能使小瓶下沉 D.打开大瓶瓶盖,捏大瓶也能使小瓶下沉
【解析】AB、挤压大塑料瓶,瓶内空气被压缩,将压强传递给水,水被压入小瓶中,将瓶体中的空气压缩,小瓶内的气体密度变大,这时浮沉子里进入一些水,它的重力增加,大于它受到的浮力,就向下沉;当刚刚浸没时,就处于悬浮状态,故A错误、B正确;C、盖上小瓶瓶盖,挤压大塑料瓶,瓶内空气被压缩,水不能压入小瓶中,小瓶的重力不变,浸入水里的体积不变,故C错误;D、松开大瓶瓶盖,用力捏大瓶,大瓶上方的气压不变,水不能进入小瓶中,所以小瓶不会下沉松开手;故D错误。选B。
【答案】B。
5.(2019?昆明)一个物体静止在水中,如图a所示,将它提高到最高位置(如图b)静止释放,假设只受重力和浮力作用,那么物体会向下运动到最低位置(如图c),然后在最高和最低两个位置之间不停地做上下运动。忽略容器内液面高度变化。则下列说法错误的是( )
A.物体向下运动经过图a位置时,速度最大 B.物体到达最低位置时,浮力大于重力
C.物体向上运动经过图a位置时,浮力小于重力 D.物体到达最高位置时,速度等于0
【解析】a图时,物体处于漂浮状态,浮力等于重力,故C错误;将物体提高到最高位置时,由静止释放,此时物体排开液体的体积小,浮力小于重力,向下做加速运动,当到达(a)位置时,浮力等于重力,合力为零,速度达到最大,故A正确;物体到达最低位置时,排开水的体积大于a处时排开水的体积,浮力大于重力,故B正确;物体到达最高位置时,不再向上运动,速度等于0,故D正确。选C。
【答案】C。
6.(2019?贵港)三块完全相同的冰块分别漂浮在甲、乙、丙三种不同液体中,这三种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙、ρ丙.当冰块熔化后,甲液体液面高度不变,乙液体液面高度升高,丙液体液面高度降低。下列关系正确的是( )
A.ρ甲<ρ乙<ρ丙 B.ρ丙<ρ甲<ρ乙
C.ρ丙<ρ乙<ρ甲 D.ρ乙<ρ甲<ρ丙
【解析】三块完全相同的冰块分别漂浮在甲、乙、丙三种不同液体中,由漂浮条件可得F浮=G冰,结合阿基米德原理可得:ρ液V排g=G冰,所以V排=;因为冰熔化前后质量不变,所以G冰=G冰化水=ρ水V冰化水g,则V冰化水=;当冰块熔化后,甲液体液面高度不变,乙液体液面高度升高,丙液体液面高度降低,则:=,<,>;所以<<,故ρ丙<ρ甲<ρ乙。选B。
【答案】B。
7.(2019?淮安)长江上,一艘满载货物的轮船在卸完一半货物后,该艘轮船( )
A.会浮起一些,所受浮力变小 B.会浮起一些,所受浮力变大
C.会下沉一些,所受浮力变大 D.会始终漂浮,所受浮力不变
【解析】因轮船在江水中,处于漂浮状态,浮力等于重力,在码头卸下货物后,轮船重力变小,则受到的浮力变小;由公式V排=知,排开水的体积减小,轮船要上浮一些,故A正确。选A。
【答案】A。
8.(2018?广西)如图所示,桌子上有一个底面积为2×10-2m2、内盛有某液体的圆柱形容器,物块A(不吸液体)漂浮在液面上,则A的密度________(选填“大于”、“小于”“等于”)液体的密度,若A的密度为0.5×103kg/m3,体积为4×10-4m3则A的质量为________kg.现用力压A,使其缓慢向下,直到恰好浸没在液体中(液体未溢出),此时液体对容器底部压强增大了80Pa,则该液体的密度为________kg/m3。
【解析】(1)已知物块A(不吸液体)漂浮在液面上,则F浮=G,即ρ液gV排=ρAgVA,因为V排<VA,所以ρ液>ρA;(2)由可得,A的质量mA=ρAVA=0.5×103kg/m3×4×10-4m3=0.2kg;(3)物体A漂浮在液面上,则F浮=G,即ρ液gV排=ρAgVA,则,现用力压A,使其缓慢向下,则液面上升的高度,此时液体对容器底部压强增大了80Pa,则△p=ρ液g△h,即,解得ρ液=0.9×103kg/m3。【答案】小于;0.2;0.9×103kg/m3。
9.(2019?新疆)如图,盛有水的圆柱形小容器漂浮在盛有水的圆柱形大容器中,大容器的底面积是小容器的4倍(大、小容器壁的厚度均不计)。现将体积相等的小球A、B投入小容器中,投入后,两容器内的水对各自容器底部压强的増加量相等。小球A的密度的最大值为( )
A.4×103kg/m3 B.5×103kg/m3 C.6×103kg/m3 D.7×103kg/m3
【解析】体积相等的小球A、B投入小容器中,设球的体积为V,由于A、B两个小球浸没在水中,则排开水的体积为V排1=2V;所以,小容器中水面上升的高度:△h1==,则小容器中的水对其底部压强的増加量为:△p小=ρ水g△h1=ρ水g×;
由于小容器漂浮在圆柱形大容器中,所以A、B投入小容器后,水对大容器底部压力的増加量为:△F=GA+GB=ρAgV+ρBgV,则大容器底部压强的増加量为:△p大==;由题意可知:△p大=△p小,所以,=ρ水g×﹣①已知:S大=4S小﹣②联立①②可得:ρA+ρB=8ρ水﹣③;由于B球是需要浸没在水中的,所以B球的最小密度为ρB最小=ρ水;则由③可得,小球A的最大密度:ρA最大=8ρ水﹣ρB最小=8ρ水﹣ρ水=7ρ水=7×1×103kg/m3=7×103kg/m3。选D。
【答案】D。
10.(2019?郴州)A、B是两个不溶于水的物块,用一根细线连接在一起,先后以两种不同方式放入同一个装有水的烧杯中,处于如图甲、乙所示的静止状态。试判断两种情况下,烧杯中水面的高度h甲、h乙的大小关系为( )
A.h甲<h乙 B.h甲>h乙 C.h甲=h乙 D.无法判断
【解析】把AB当做一个物体进行受力分析:因为漂浮,所以,甲图物体受到的浮力:F甲=GA+GB;因为漂浮,所以,乙图物体受到的浮力:F乙=GA+GB;故两种情况下,F甲=F乙;根据F浮=ρ水V排g可知,排开液体的体积也相同,h=,所以h甲=h乙;选C。
【答案】C。
11.(2019?枣庄)在木棒的一端缠绕一些细铜丝制成简易的液体密度计,将其分别放入盛有甲乙两种液体的烧杯中处于静止状态,如图所示,若密度计在甲乙液体中受到的浮力分别是F甲、F乙,甲乙两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙.则( )
A.F甲<F乙 B.F甲>F乙 C.ρ甲>ρ乙 D.ρ甲<ρ乙
【解析】AB、由于密度计两次静止时都处于漂浮,则F浮=G,即密度计在两种液体中受到的浮力都等于密度计受到的重力G.所以,F甲=F乙,故AB错误;CD、由图知,密度计排开液体的体积:V甲排<V乙排,由F浮=ρ液gV排可知:ρ甲>ρ乙;故D错误,C正确。选C。
【答案】C。
12.(2019?怀化)一个重为0.5N的木块放入装有水的烧杯中,木块处于漂浮状态,则木块受到的浮力是________N:若再沿烧杯壁往烧杯中缓慢地倒入浓盐水,则木块受到的浮力将________(选填“变大”、“不变”或“变小”)。
【解析】(1)将重为0.5N的木块放入装有水的烧杯中,静止时木块处于漂浮状态,所以木块所受浮力的大小为F浮=G=0.5N;(2)木块漂浮,所以木块的密度小于水的密度,如果再沿烧杯壁往烧杯中缓慢地倒入浓盐水,木块的密度不变,水的密度变大,所以,木块仍然漂浮,所受浮力F浮′=G=0.5N,所以浮力不变。
【答案】0.5;不变。
13.(2019?内江)质量为8kg的木块漂浮在水面上,它受到的浮力大小为________N.浮力的方向是________。(g=10N/kg)
【解析】木块漂浮在水面上,则木块受到浮力F浮=G=mg=8kg×10N/kg=80N;
浮力的方向是竖直向上的。
【答案】80;竖直向上。
14.(2019?盐城)小明用饮料吸管制作了一只简易密度计,将其放入水中时,密度计不能直立,应________(增加/减少)吸管中铁丝质量,改进后,分别用它测量水和盐水的密度时,吸管浸入液体的深度分别为h1和h2,则h1________h2.用它测量可乐密度时,吸管上“沾”上许多小气泡,测得的密度偏________。
【解析】(1)小明将自制的密度计放入水中,密度计不能直立漂浮,应降低其重心,故需要增加吸管中铁丝质量;(2)因为密度计不管是在水中还是在盐水中,都是漂浮状态,所以F浮水=F浮盐水=G,设密度计的底面积为S,则根据G=F浮液=ρ液gV浸得:ρ水gSh1=ρ盐水gSh2,已知:ρ水<ρ盐水,所以h1>h2,(3)由于密度计漂浮时浮力等于重力,重力不变,则浮力不变;根据F浮=ρ液gV排可知排开液体的体积不变,当测量可乐密度时,吸管上“沾”上许多小气泡,此时V排=V气泡+V浸,所以,密度计浸入可乐中的体积变小,由于密度计的刻度是越往下对应的密度越大,所以,所测的液体密度偏大。
【答案】增加;>;大。
15.(2018?柳州)如图所示,柱形容器的底面积为400cm2,边长为10cm的正方体实心冰块悬浮在油水分层液体中,则冰块浸在水中部分的体积为________cm3.当冰块完全熔化后,油水分界面的高度变化了________cm.(已知浸在分层液体中的物体受到浮力大小等于排开所有液体的重力,ρ冰=0.9×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,ρ油=0.75×103kg/m3,g取10N/kg。)
【解析】(1)因为冰块悬浮,所以冰块受到的浮力:F浮=G,即:ρ油gV1+ρ水gV2=ρ冰g(V1+V2),此时冰块在油中的体积V1与在水中的体积V2之比是:V1:V2===2:3,而V冰=(10cm)3=1000cm3,V1=400cm3,V2=600cm3,冰块浸在水中部分的体积为600cm3;(2)冰块的质量:m冰=ρ冰V=0.9g/cm3×1000cm3=900g,冰化成水后,质量不变,m水=m冰=900g,化成水的体积:V水===900cm3,因为冰块在油中的体积与在水中的体积之比V1:V2=2:3,V排水=V2=600cm3,化成水后V水=900cm3>V排水=600cm3因此水面上升,圆柱形容器体积V=Sh,则液面上升高度为:△h===0.75cm。
【答案】600;0.75。
类型二:悬浮问题
1.(2019?成都)将一枚重为0.5N的蛋放入一杯均匀盐水中,静止时如图所示,然后向杯子里加入一些清水,则( )
A.鸡蛋会下沉 B.鸡蛋的重力增加
C.鸡蛋所受浮力变大 D.鸡蛋所受浮力为0.5N
【解析】由图知,鸡蛋静止时悬浮在盐水中,鸡蛋所受浮力等于其自身的重力,即F浮=G=0.5N;向杯子里加入一些清水,盐水的密度减小,鸡蛋排开盐水的体积不变,根据F浮=ρ液gV排可知,鸡蛋受到的浮力变小(即此时鸡蛋所受浮力小于0.5N),鸡蛋的重力不变,鸡蛋的重力大于受到盐水的浮力,所以鸡蛋会下沉;综上分析可知,A正确,BCD错误。选A。
【答案】A。
2.(2019?临沂)将两个完全相同的小球分别放入装有不同液体的甲、乙两烧杯中,球静止时两烧杯液面相平,如图所示。下列判断正确的是( )
A.两小球所受浮力大小相等 B.乙烧杯中液体的密度大
C.乙烧杯中小球排开的液体质量大 D.甲烧杯底部受到液体的压强小
【解析】A、因为物体漂浮或悬浮时,受到的浮力和自身的重力相等,所以同一只小球在两杯中受到的浮力相等,都等于小球的重力,故A正确;B、由图可知,小球在甲、乙两杯中分别处于漂浮和悬浮状态。根据浮沉条件可知,ρ甲液>ρ球,ρ乙液=ρ球.所以ρ甲液>ρ乙液,故B错误;C、由于两球漂浮或悬浮,排开液体的重力等于球的重力,则小球排开的液体质量等于球的质量,故C错误;D、由于两杯中液面相平,所以根据p=ρ液gh可知,烧杯底受到液体的压强:p甲液>p乙液.故D错误。选A。
【答案】A。
3.(2019?德州)小强做鸡蛋在盐水中悬浮的实验时,先配制了半杯浓盐水并将鸡蛋放入杯中,静止时如图甲所示,然后逐渐向杯中添加清水,直至如图乙所示。在逐渐向杯中添加清水过程中,下列说法不正确的是( )
A.鸡蛋受到的浮力不变 B.盐水的密度变小
C.盐水对烧杯底的压强逐渐变小 D.盐水对烧杯底的压力逐渐变大
【解析】A、鸡蛋由漂浮到悬浮,受到的浮力都等于鸡蛋的重力,故鸡蛋受到的浮力不变,故A正确;B、鸡蛋刚好漂浮在一杯盐水中,此时浮力等于重力,鸡蛋的密度小于盐水的密度,现在往杯中加入适量清水(未溢出),盐水的密度变小,故B正确;CD、现在往杯中加入适量清水(未溢出),盐水对容器的压力增大,根据p=知液体对容器底部的压强增大,故C错误,D正确;选C。
【答案】C。
4.(2018?莱芜)水平桌面上放有甲、乙两个都装有水的相同容器,现把两个形状和体积都相同的实心小球分别缓慢放入两容器中,两小球静止时液面恰好相平,如图所示,下列说法正确的是( )
A.两小球受到的浮力相等 B.乙容器中小球的密度较大
C.甲容器底部受到的水的压强大 D.两容器底部对水平桌面的压力相等
【解析】A、已知两个小球的体积相同,由图可知,甲容器中小球排开水的体积大于乙容器中小球排开水的体积,根据公式F浮=ρ水gV排可知,甲容器中小球所受的浮力大于乙容器中小球所受的浮力,A错误;B、两个小球放入水中后,乙容器中小球漂浮,即乙容器中小球的密度小于水的密度,甲容器中小球悬浮,说明甲容器中小球的密度等于水的密度,所以甲容器中小球的密度较大,B错误;C、由于甲、乙两容器中水的深度相同,根据公式p=pgh可知,两容器底所受水的压强相同,C错误;D、由阿基米德原理可知,小球排开水的重力等于自身的浮力,再根据漂浮和悬浮条件可知,小球所受的浮力等于自身的重力,所以两个小球排开水的重力恰好等于自身的重力,因此两容器的总重力相同,即甲、乙容器对水平桌面的压力相等,D正确;选D。
【答案】D。
5.(2018?贺州)如图所示,小球在装满淡盐水的溢水杯中处于悬浮状态,下列对实验现象分析正确的是( )
A.小球可以悬浮在液体内任何位置,因此小球在液体内部所受的压强处处相等
B.往杯中加入清水,小球因浮力变小而下沉,容器底部受到液体的压强变小
C.往杯中加入适量盐,小球因浮力变大而上浮,容器底部受到液体的压强不变
D.往杯中加入适量盐,小球因浮力变大而上浮,最后漂浮,容器底部受到液体的压强变小
【解析】A、小球可以悬浮在液体内任何位置,是因为浮力等于重力,不是因为液体内部的压强,而且液体内部的压强随深度的增加而增加,不是处处相等,故A错误;B、往杯中加入清水,液体密度减小,根据F浮=ρ液gV排知小球受到的浮力减小,浮力小于重力而下沉,但容器内液体的高度不变,根据p=ρgh知容器底部受到液体的压强变小,故B正确;CD、往杯中加入适量盐,液体密度增大,根据F浮=ρ液gV排知小球受到的浮力增大,浮力大于重力而上浮,容器内液体的高度降低,但加盐后液体质量增加,对容器底的压力增大,根据p=知容器底部受到液体的压强变大,故CD错误。选B。
【答案】B。
6.(2018?东营)三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲>ρ丙>ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.容器对桌面的压强关系是p'甲>p'乙>p'丙
D.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
【解析】A、由于小球在丙中悬浮,故ρ丙=ρ物;在乙容器中漂浮,故ρ乙>ρ物;在甲中下沉,故ρ甲<ρ物;三种液体密度关系:ρ甲<ρ丙<ρ乙,故A错误;B、静止时三个容器的液面恰好相平,即深度h相等,由于乙液体的密度最大,根据p=ρgh可知,乙容器底受到的液体压强最大;故B错误;C、开始时,V甲=V乙=V丙,放入小球后,甲、丙溢出相同体积的液体,则剩余液体体积=,由于ρ甲<ρ丙,故m甲<m丙,重力G甲<G丙,乙液体溢出的最少,故剩余液体体积最大,又因为ρ乙最大,所以乙的质量最大、重力最大,G甲<G丙<G乙,容器相同,则容器重力相等,三个完全相同的小球,则小球的重力相等,容器对水平桌面的压力等于容器,容器内的液体和物体的重力之和,根据p=,得p'乙>p'丙>p'甲,C错误;D、由图知,小球在丙容器中悬浮,在乙容器中漂浮,所以小球所受的浮力与自身的重力相等;在甲中下沉,浮力小于其重力,故小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲.故D正确。选D。
【答案】D。
7.(2018?黑龙江)海权握,国则兴。建设一支强大海军是实现中国梦的有力保障,潜水艇是海军的战略重器。如图所示是我国海军某舰队的“强国号”潜水艇在海水中悬浮、上浮、漂浮的训练过程。下列对此潜水艇分析正确的是( )
A.悬浮和漂浮时受到的浮力相等 B.漂浮时排开的海水所受的重力最小
C.上浮过程中所受浮力逐渐变大 D.漂浮时潜水艇底部所受海水压强最大
【解析】A、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F浮=ρ液gV排可知,潜艇悬浮时所受浮力大,即F悬浮>F漂浮,故A错误。B、根据阿基米德原理可知,浮力等于排开液体所受的重力;由B项可知F悬浮>F漂浮,所以漂浮时排开海水所受的重力最小,故B正确。C、潜艇上浮过程中,露出水面前,V排不变,根据F浮=ρ液gV排可知,潜艇所受浮力不变;逐渐露出水面时,V排减小,潜艇所受浮力减小;故C错误。D、由图可知,潜艇漂浮时其底部所处深度最小,根据p=ρgh可知,此时潜艇底部所受海水压强最小,故D错误。选B。
【答案】B。
8.(2018?大连)漂浮在海面的潜水艇受到的浮力为F1,该艇下潜到海面下受到的浮力为F2,则F1________F2;若该艇从海中潜行进入长江后,受到的浮力为F3,已知海水的密度大于江水的密度,则F3________F2.(均选填“>”“=”或“<”)
【解析】(1)潜水艇漂浮在海面时排开液体的体积较小,该艇下潜到海面下时排开液体的体积较大,根据F浮=ρ水v排g知漂浮在海面的潜水艇受到的浮力小于该艇下潜到海面下受到的浮力受到的浮力,即F1<F2;(2)若该艇从海中潜行进入长江后,潜水艇的体积不变,排开水的体积不变,海水的密度大于江水的密度,即液体密度减小,根据F浮=ρ水v排g知潜水艇受到水的浮力减小,即F3<F2。【答案】<;<。
9.(2019?南京)两个相同的圆柱形容器中分别装有体积相等的甲、乙两种液体,图示是同一只鸡蛋在两种液体中静止时的情景。图中两种液体的密度分别为ρ甲和ρ乙,鸡蛋所受浮力分别为F甲和F乙,容器底部所受液体压强分别为p甲和p乙,则它们的大小关系是:ρ甲________ρ乙,F甲________F乙,p甲________p乙,以下三种方案:①在鸡蛋上开小孔,用注射器抽取鸡蛋内蛋清,再用胶带封好小孔;②在鸡蛋上开小孔塞入大头针,用胶带封好小孔;③在容器中加入比原液体密度更大的液体,若想使鸡蛋在乙液体中下沉,可行的方案有________(填序号)。
【解析】(1)由图知:鸡蛋在甲液体中悬浮,说明ρ甲=ρ;鸡蛋在乙液体中漂浮,说明ρ乙>ρ.所以ρ甲<ρ乙;(2)鸡蛋在甲液体中悬浮,则F甲=G;鸡蛋在乙液体中漂浮,则F乙=G.所以,F甲=F乙;(3)由于甲、乙两种液体的体积相等,且液体的密度以ρ甲<ρ乙,根据G=ρVg可知液体的重力:G甲<G乙;由于是圆柱形容器中,则容器底部所受液体压力:F甲′=G甲+G,F乙′=G乙+G,所以,F甲′<F乙′;由于圆柱形容器是相同的,则容器的底面积相同,根据p=可知容器底部所受液体压强:p甲<p乙。(4)图乙中鸡蛋处于漂浮,若想使鸡蛋在乙液体中下沉,根据浮沉条件可知:应增大重力或减小浮力;①在鸡蛋上开小孔,用注射器抽取鸡蛋内蛋清,再用胶带封好小孔;此时鸡蛋的重力变小,故①方案不可行。②在鸡蛋上开小孔塞入大头针,用胶带封好小孔;此时鸡蛋的重力变大,故②方案可行。③在容器中加入比原液体密度更大的液体,若鸡蛋浸入液体中的体积不变,根据F浮=ρV排g可知浮力变大,鸡蛋会上浮,故③方案不可行。
【答案】<;=;<;②。
10.(2018?烟台)水平桌面上两个完全相同的烧杯中分别盛有甲、乙两种液体,将两个完全相同的小球A、B分别放入两烧杯中,当两球静止时,两液面高度相同,球所处的位置如图所示两小球;所受浮力的大小关系为FA________FB,两小球所排开液体重力的大小关系为GA________GB,两种液体对烧杯底的压强的大小关系为p甲________p乙(均选填“>”、“=”或“<”)。
【解析】由图可知,A球漂浮,B球悬浮,所以根据悬浮和漂浮条件可知两球受到的浮力都等于各自的重力,由于两个小球是相同的,重力相等,所以FA=FB=G。根据阿基米德原理可知:排开液体重力GA=FA,GB=FB,所以GA=GB;由于A球漂浮,B球悬浮,根据物体的浮沉条件可知:ρ甲>ρ球,ρ乙=ρ球,则两种液体的密度大小关系是:ρ甲>ρ乙。且两烧杯中液面相平即h甲=h乙,根据液体压强的计算公式p=ρgh可知:p甲>p乙。
【答案】=;=;>。
11.(2018?呼和浩特)密度为0.5×103kg/m3,质量为1kg的正方体木块,静止漂浮在密度为1.0×103kg/m3的水面上,求:
(1)木块浸在水中的体积;
(2)把密度为9.0×103kg/m3,质量未知的正方体铜块轻轻放在正方体木块的中央,过一会儿,其整体静止悬浮在水中时,铜块对木块的压强。
【解析】(1)木块的重力:G木=m木g=1kg×10N/kg=10N,
木块漂浮,故所受浮力:F浮木=G木=10N,
因为F浮=ρgV排,所以,木块浸在水中的体积:
V浸=V排===1×10﹣3m3;
(2)根据ρ=可得,木块的体积:V木===2×10﹣3m3;
设正方体铜块的边长为L,则正方体铜块的重力:G铜=m铜g=ρ铜V铜g=ρ铜L3g,
因为其整体静止悬浮在水中。所以有:G铜+G木=F浮铜+F浮木,
因为物体浸没在水中时,排开液体的体积等于其自身体积,
所以有ρ铜L3g+G木=+ρ水gV木,
代入数值得:
9.0×103kg/m3×L3×10N/kg+10N=1×103kg/m3×10N/kg×L3+1×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3;解得,L=0.05m,
则铜块的体积:V铜=L3=(0.05m)3=0.125×10﹣3m3,
因为V木>V铜,所以,受力面积S=L2=(0.05m)2=2.5×10﹣3m2,
铜块对木块的压力:
F压=G铜﹣F浮铜=9.0×103kg/m3×0.125×10﹣3m3×10N/kg﹣1×103kg/m3×10N/kg×0.125×10﹣3m3=10N,
所以,铜块对木块的压强:p====4×103Pa。
【答案】(1)木块浸在水中的体积1×10﹣3m3;(2)铜块对木块的压强4×103Pa。
类型三:下沉问题
1.(2019?鄂尔多斯)如图A、B体积相同,B、C质量相等,将他们放入水中静止后,A漂浮,B悬浮,C沉底。下列说法,正确的是( )
A.A所受浮力可能大于B所受浮力 B.C所受浮力一定小于A所受浮力
C.B物体所受浮力一定是最大的 D.A下表面所受压力可能大于B下表面所受的压力
【解析】(1)由图可知,A漂浮,B悬浮,则V排A<VA,V排B=VB,由于A与B体积相同,则:V排A<V排B;根据F浮=ρgV排可知:F浮A<F浮B;故A错误;(2)放入水中静止后,B悬浮,C沉底,根据浮沉条件可知:F浮B=GB,F浮C<GC;已知B、C质量相等,则:GB=GC;所以,F浮B>F浮C,由于F浮A<F浮B;F浮B>F浮C。所以,B物体所受浮力一定是最大的,A、C的浮力大小关系无法比较,故B错误,C正确;(3)根据浮力产生原因可知:F浮A=FA下﹣FA上,F浮B=FB下﹣FB上,由图可知:FA上=0,FB上>0,所以,FA下=F浮A,FB下=F浮B+FB上,由(1)中可知:F浮A<F浮B;则:FB下>FA下,即B下表面所受的压力大,故D错误。选C。
【答案】C。
2.(2019?兰州)如图甲所示,某科技小组的同学用弹簧测力计悬挂一实心圆柱形金属块,使其缓慢匀速下降,并将其浸入平静的游泳池水中,弹簧测力计的示数F与金属块下底面下降高度h的变化关系如图乙所示,忽略金属块浸入水中时池水液面高度的变化,g取10N/kg,则下列说法中正确的是( )
A.金属块所受重力大小为26N
B.金属块的密度为2.3×103kg/m3
C.金属块完全浸没在水中时所受浮力的大小为26N
D.金属块恰好完全浸没时,金属块下底面所受水的压强为5×103Pa
【解析】A、由图象可知,当h=0时,弹簧测力计示数为46N,此时金属块处于空气中,根据二力平衡条件可知,金属块的重力:G=F拉1=46N;故A错;BC、金属块的质量:
m===4.6kg;由图象可知,当h=50cm之后,弹簧测力计示数不变,金属块浸没水中,受到的浮力:F浮=G﹣F拉2=46N﹣26N=20N;由F浮=ρ液gV排可得金属块体积:V=V排===2×10﹣3m3,金属块的密度:ρ===2.3×103kg/m3,故B正确、C错;D、金属块刚浸没时下表面距水面距离:h=50cm﹣30cm=20cm=0.2m,金属块下底面受到水的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2×103Pa,故D错。选B。
【答案】B。
3.(2019?巴中)将一实心圆柱体悬挂于弹簧测力计下,物体下表面刚好与水面接触,从此处匀速下放物体,直至浸没(物体未与容器底接触)的过程中,弹簧测力计示数F与物体下表面浸入水中深度h的关系如图所示,则下列说法正确的是( )
A.物体重力为40N B.物体浸没时受到的浮力为15N
C.物体的密度为2.5×103kg/m3 D.物体刚好浸没时下表面受到的液体压强为800Pa
【解析】A、由图象可知,当h=0(圆柱体没有浸入水中),圆柱体重G=F=25N;故A错误;B、当圆柱体全浸入水中时,弹簧测力计的示数F′=15N,圆柱体浸没时受到的浮力为:F浮=G﹣F′=25N﹣15N=10N;故B错误;C、圆柱体的质量:m===2.5kg,根据F浮=ρ水gV排可得,圆柱体的体积:V=V排===1×10﹣3m3,则圆柱体的密度:ρ物===2.5×103kg/m3.故C正确;D、由图知,圆柱体刚浸没时下表面所处的深度:h=4cm=0.04m,则圆柱体刚浸没时下表面受到的液体压强:p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa;故D错误。选C。
【答案】C。
4.(2019?广州)两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体,把甲乙两球分别轻轻放入两杯液体,最后处于如图所示状态。甲、乙排开液体的重力相等,甲、乙所受浮力相比( )
A.甲所受浮力更大 B.乙所受浮力更大
C.甲、乙所受浮力一样大 D.不知道液体密度无法比较浮力大小
【解析】根据阿基米德原理可知:F浮甲=G甲排,F浮乙=G乙排,已知甲、乙排开液体的重力相等,所以F浮甲=F浮乙。选。
【答案】C。
5.(2019?山西)网上流传着一种说法,鸡蛋能否沉入水底可以鉴别其是否新鲜。为了验证其真实性,小亮买了些新鲜鸡蛋,并拿其中一颗进行实验。第一天放入水中的鸡蛋沉入水底(如图甲),取出鸡蛋擦干放置50天后,再放入水中时鸡蛋漂浮在水面(如图乙),看来网传是真的。下列分析正确的是( )
A.鸡蛋两次所受的浮力一样大 B.甲图中鸡蛋排开水的重力大
C.乙图中鸡蛋所受浮力大于重力 D.放置50天后的鸡蛋密度变大
【解析】A、由图可知:在甲中下沉,V甲排=V鸡蛋,在乙中漂浮,V乙排<V鸡蛋;由于是同一个鸡蛋,则鸡蛋的体积相同,则甲排>V乙排:由浮力的公式F浮=ρgV排可知:鸡蛋所受的浮力:F甲>F乙,故A错误;B、根据F浮=G排可知:鸡蛋排开水的重力:G甲排>G乙排,故B正确;C、鸡蛋在乙中漂浮,根据漂浮条件可知:浮力等于其重力,故C错误;D、因为鸡蛋在甲中下沉,则ρ甲>ρ水,在乙中漂浮,则ρ乙<ρ水,所以ρ甲>ρ乙,即放置50天后的鸡蛋密度变小了,故D错误。选B。
【答案】B。
6.(2019?遂宁)如图所示,水平桌面上三个完全相同的容器内装有适量的水,将A、B.C三个体积相同的小球分别放入容器内,待小球静止后,A漂浮、B悬浮、C沉底,此时三个容器内水面高度相同。下列判断正确的是( )
A.容器底部受到水的压强关系:p甲=p乙=p丙
B.小球受到的浮力关系:FA>FB>FC
C.容器对桌面的压力关系:F甲<F乙<F丙
D.小球的质量关系:mA=mB<mC
【解析】由题知,A、B、C三个小球的体积相同;A、小球静止时,三个容器内水面高度相同,即h相同,水的密度一定,根据p=ρgh可知,容器底受到水的压强关系为p甲=p乙=p丙,故A正确;B、由图可知,A、B、C三个小球排开水的体积关系为VA排<VB排=VC排,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力的大小关系为:FA<FB=FC,故B错误;C、A球在甲容器中漂浮,所以FA=GA;根据阿基米德原理有FA=GA排,所以GA=GA排(即A球的重等于A排开水的重);B球在乙容器中悬浮,所以FB=GB;根据阿基米德原理有FB=GB排,所以GB=GB排(即B球的重等于B排开水的重);上面的关系式可理解为AB两球的重分别补充了所缺少水的重,由于甲乙容器内水面相平,则甲乙容器内水和小球的总重相等;甲乙两容器完全相同,则两容器的重相等,故甲乙容器的总重相等,甲容器对桌面的压力等于乙容器对桌面的压力,即F甲=F乙;而C球在丙容器中沉底,所以GC>FC,根据阿基米德原理有FC=GC排,所以GC>GC排,即C球的重大于C排开水的重;故丙容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力,即F乙<F丙。综上分析可知,三个容器对桌面压力关系为F甲=F乙<F丙,故C错误;D、由图可知,A漂浮,B悬浮,C下沉,则由浮沉条件可知:GA=FA,GB=FB,GC>FC,由于FA<FB=FC,则GA<GB<GC;所以,mA<mB<mC,故D错误。选A。
【答案】A。
7.(2019?泰安)在弹簧测力计下悬挂一个金属零件,示数是7.5N.把零件浸入密度为0.8×103kg/m3的液体中,当零件的体积露出液面时,测力计的示数是6N,则金属零件的体积是(g取10N/kg)( )
A.2×10﹣4m3 B.2.5×10﹣4m3 C.6×10﹣4m3 D.7.5×10﹣4m3
【解析】(1)金属零件所受的浮力:F浮=G﹣F示=7.5N﹣6N=1.5N,
(2)由F浮=ρ液gV排得排开液体的体积:
V排===1.875×10﹣4m3。
由题知,零件的体积露出液面,则V排=(1﹣)V=V,
所以金属零件的体积:V=V排=×1.875×10﹣4m3=2.5×10﹣4m3。B选。
【答案】B。
8.(2018?河池)如图甲所示,水平桌面上盛满水的容器中放有一个钢珠。把木块轻轻放入容器中,木块静止时如图乙所示。以下说法正确的是( )
A.钢珠不受浮力作用 B.木块受到的浮力大于钢珠受到的浮力
C.两图中容器对桌面的压强相等 D.两图中水对容器底的压强不相等
【解析】A、钢珠浸没在水中,也受浮力作用,故A错误;B、因不知道木块和钢珠排开水的体积关系,所以由F浮=ρgV排可知,无法比较木块和钢珠受到的浮力关系,故B错误;C、两图中容器对桌面的压力等于容器、水和物体的总重力;比较甲、乙两图可知,乙图中减少的水的重力,即为木块排开水的重力,而木块漂浮,则F浮=G木,根据阿基米德原理可知F浮=G排,所以G木=G排,即木块的重力等于排开水的重力(即溢出水的重力),所以两图中容器对桌面的压力相等,底面积相同,由p=可知,两图中容器对桌面的压强相等,故C正确;D、已知容器中装满水,把木块轻轻放入容器中,虽然有水溢出,但水的深度不变,由p=ρgh可知,两图中水对容器底的压强相等,故D错误;选C。
【答案】C。
9.(2018?武汉)如图所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的几个实验情景。实验甲、丙和丁中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N和2.5N.若盐水的密度为1.2×103kg/m3,则下列结论正确的是( )
A.物体A的密度为3.2×103kg/m3
B.实验乙中,物体A受到的拉力为1.0N
C.实验丙中,弹簧测力计的示数比乙中小0.5N
D.实验丁中,容器底部受到的压力大于0.3N
【解析】A、实验甲、丙中,弹簧测力计的示数分别为4.0N、2.8N,由F浮=G﹣F拉可得,F浮=ρ盐水g V排,物体A全部浸没,所以V排等于V物,则:ρ盐水gV排=G﹣F拉,V排=V物=,将ρ盐水=1.2×103kg/m3、G=4N、F拉=2.8N代入上式可得:V排=V物=1×10﹣4m3,物体A的质量m===0.4kg,物体A的密度ρ===4×103kg/m3,故A错误;B、物体A在水中受到的浮力,F浮水=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N,在乙中物体A受到的拉力:F=G﹣F浮水=4N﹣1N=3N,故B错误;C、在实验丙中,弹簧测力计的示数:F丙拉=2.8N,在乙中物体A受到的拉力:F=3N,弹簧测力计的示数比乙中小:3N﹣2.8N=0.2N,故C错误;D、由甲、丙,F浮盐水=G﹣F丙拉=4N﹣2.8N=1.2N,根据实验丁中物体A对烧杯底部的压力等于支持力,F支=G﹣F浮﹣F丁拉=4N﹣1.2N﹣2.5N=0.3N,容器底部也受到盐水对它的压力,故压力大于0.3N,故D正确。选D。
【答案】D。
10.(2019?桂林)如图所示,将一重为8N的物块用细线系在弹簧测力计的挂钩上,将它浸没在水中静止,弹簧测力计示数为5N,则物块受到的浮力是________N,浮力的方向是________。
【解析】物块受到的浮力:F浮=G物﹣F拉=8N﹣5N=3N,浮力的方向是竖直向上。
【答案】3;竖直向上。
11.(2019?巴中)两个完全相同容器内分别盛满不同的液体,现将两个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,则液体对容器底部的压强关系是p甲________p乙;两小球所受的浮力关系是F甲________F乙.(选填“>”、“<”或“=”)。
【解析】由题意可知,两个完全相同容器内盛满不同的液体时,液体的深度相同,由图可知,两个完全相同的小球轻轻放入容器中静止后,甲中小球沉底,乙中小球漂浮,因物体的密度大于液体的密度时下沉,物体的密度小于液体的密度,所以,甲中液体的密度小于乙中液体的密度,由p=ρgh可知,甲液体对容器底部的压强小于乙液体对容器底部的压强,即p甲<p乙;因物体沉底时受到的浮力小于自身的重力,物体漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,所以,甲中小球受到的浮力小于乙中小球受到的浮力,即F甲<F乙。
【答案】<;<。
12.(2019?广东)如图甲所示,弹簧测力计通过细线拉着正方体物块缓慢浸入某未知液体中,物块受到的拉力F与其下表面浸入液体中的深度h之间的关系如图乙所示。则物块受到的重力为________N,物块刚好浸没在液体中时其下表面浸入的深度为________cm,未知液体的密度为________kg/m3.(g取10N/kg)
【解析】(1)由图象可知,弹簧测力计的最大示数F最大=15N,此时物块未浸入水中,则物块重力G=F最大=15N;(2)由图象可知,物块从刚浸入水到完全浸入,物块浸入深度h=10cm,即正方体物块的边长为10cm;(3)物块的体积V=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,物块全浸入时弹簧测力计的示数F示=6N,受到的浮力F浮=G﹣F示=15N﹣6N=9N,物块排开水的体积:V排=V=1×10﹣3m3,由F浮=ρ液V排g可得液体的密度:ρ液===0.9×103kg/m3。
【答案】15;10;0.9×103。
13.(2019?哈尔滨)如图,先将溢水杯装满水,然后用测力计拉着重为4N、体积为100cm3的石块,缓慢浸没在水中,溢出的水全部收集到小空桶中,桶中水重为________N,石块静止时,测力计示数为________N.(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
【解析】(1)石块缓慢浸没在水中,V排=V=100cm3=1×10﹣4m3,石块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N,
根据阿基米德原理知,桶中水重(排开水的重):G排=F浮=1N。(2)石块静止时,测力计示数:F=G﹣F浮=4N﹣1N=3N。
【答案】1;3。
14.(2018?杭州)“蛟龙号”是我国首台自主设计、自主集成研制、世界上下潜最深的作业型深海载人潜水器。“蛟龙号”体积约为30米3,空载时质量约为22吨,最大荷载240千克。(1)“蛟龙号”空载漂浮在水面时受到的浮力为多大?(2)若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的,则至少注入多少立方米的水?(海水密度取1.0×103千克/米3,g取10牛/千克)
【解析】(1)蛟龙号”空载漂浮在水面时,根据漂浮条件可知潜艇受到浮力:F浮=G空载=m空载g=22×103kg×10N/kg=2.2×105N;(2)满载时需要下沉时潜水器排开海水的体积V排=V船=30m3,此时F浮′=ρ海gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×30m3=3×105N,满载总重力G满=m满g=(22×103kg+240kg)×10N/kg=2.224×105N,G注水=F浮′-G满=3×105N-2.224×105N=7.76×104N,则由G=mg=ρgV可得注入水的体积:。【答案】(1)“蛟龙号”空载漂浮在水面时受到的浮力为2.2×105N;(2)若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的,至少注入7.76m3的水。