阿基米德原理 练习
一、单选题(本大题共9小题,共18.0分)
1. 关于阿基米德原理,正确的叙述是
A. 浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体的体积
B. 浸入水中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的水受到的重力
C. 浸没在液体中的物体受向上的浮力,浮力大小等于它排开的液体受到的重力
D. 浸入液体中的物体受到向上的浮力
2. 如图甲为盛水的烧杯,上方有弹簧测力计悬挂的圆柱体,将圆柱体缓慢下降,直至将圆柱体全部浸入水中,整个过程中弹簧测力计示数F与圆柱体下降高度h变化关系的图象如图乙所示,g取,下列说法正确的是
A. 圆柱体受到的重力是6N
B. 圆柱体受到的最大浮力是3N
C. 圆柱体的密度是
D. 当圆柱体刚好全部浸没时,下表面受到水的压强为800Pa
3. 小明将同一个鸡蛋先后放入如图所示的甲、乙两杯液体中,液体密度分别为ρ甲、ρ乙,鸡蛋在液体中所受的浮力分别为F甲、F乙,则下列关系正确的是)
A. ρ甲<ρ乙? F甲>F乙 B. ρ甲>ρ乙?? F甲=F乙
C. ρ甲>ρ乙?? F甲4. 一艘轮船从海里驶入到河里,则( )
A. 它受到的重力变小,浮力不变 B. 它受到的重力变大,浮力不变
C. 它受到的重力不变,浮力变小 D. 它受到的重力不变,浮力不变
5. 如图所示的三只球体积是相等的,处在同种液体中静止。由图可以看出
A. A球受的浮力最大 B. B球受的浮力最大
C. C球受的浮力最大 D. 三球受的浮力一样大
6. 如图所示,体积相等铜、铁、铝三个实心球,用细线拴住,全部浸没在水中时三根细线的拉力大小,下列说法正确的是()
A. 一样大 B. 栓铝球的细线上的拉力大
C. 栓铁球的细线上的拉力大 D. 栓铜球的细线上的拉力大
7. 如图所示,将边长为10cm的正方体木块放入装有某种液体的圆柱形容器中,木块静止时,有的体积露出液面,此时液面比放入木块前升高2cm,容器底部受到的压强变化了160Pa(取g=10N/kg),则下列判断错误的是( )
A. 液体的密度是0.8×103kg/m3
B. 木块的密度为0.6g/cm3
C. 木块受到的浮力是6N
D. 使木块完全浸没需要4N向下的压力
8. 如图,将同一密度计分别放入盛有甲、乙两种液体的烧杯中,它竖直立在液体中,如果密度计受到的浮力分别为F甲、F乙,液体的密度分别为ρ甲、ρ乙.则( )
A. F甲=F乙???ρ甲>ρ乙
B. F甲=F乙????ρ甲<ρ乙
C. F甲<F乙???ρ甲<ρ乙
D. F甲<F乙????ρ甲>ρ乙
9. 把一铁块系在气球上,放入水中,恰好悬浮于水中某处,如图所示,现沿容器壁缓缓注入一些水,则铁块和气球将( )
A. 仍然悬浮 B. 下沉 C. 上浮 D. 都有可能
二、填空题(本大题共6小题,共12.0分)
10. 体积相同的三个实心小球,分别放入盛有水的A、B、C三个容器中,静止后的位置如图所示,若三个小球所受到的浮力分别用FA、FB、FC表示,则它们中最大的是______,容器______中的小球密度最小.
11. 如图所示,将物体A放入水中时悬浮,将物体B放入水中时有一半的体积露出水面,将物体A置于物体B上再放入水中时,物体B有三分之一的体积露出水面,则两物体的体积VA:VB=______,物体B的密度是______kg/m3
12. 潜水艇是靠______来实现上浮和下沉的。某外型确定的潜水艇从长江潜行(在水面下航行)到南海某地执行任务,若它悬浮在江水中所受的浮力为F1,悬浮在海水中所受的浮力为F2,则F1______F2.(选填“大于”、“等于”或“小于”,已知海水的密度大于江水的密度)。
13. 园园煮汤圆时发现,生汤圆放入锅内,由于浮力______(选填“大于”或“小于”)重力而下沉;煮熟的汤圆因其内部受热膨胀,浮力______(选填“增大”或“减小”),汤圆上浮。若一个汤圆的体积约为20cm3,那么它在上浮过程中(未露出水面)所受浮力约为______N(g取10N/kg)。
14. 在一次抗洪救灾行动中,一名质量为60kg的武警战士登上一艘自重为540kg的冲锋舟准备抢险救灾,此时漂浮在水面上的冲锋舟排开水的体积为______m3,若满载时排开水的体积为1.2m3,最多还能装载质量为______kg的人和物资。(ρ水=1.0×103kg/m3)
15. 有一木块的体积为200cm3,密度为0.8×103kg/m3.把它浸没在水中时,它受到的浮力是______N;松手后,木块静止时排开水的质量是______kg.(g=10N/kg)。
三、实验探究题(本大题共2小题,共12.0分)
16. 小明用弹簧测力计、圆柱体、两个相同的圆柱形容器,分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图所示。
(1)分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与______有关。
(2)为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系,可选用______图的装置来进行操作。
(3)圆柱体浸没在水中时受到的浮力是______N,圆柱体的体积是______m3.(g取10N/kg)
(4)用图示实验数据测出盐水的密度是______kg/m3。
17. 小明利用如图所示装置“探究浮力大小和哪些因素有关”.
?
(1)小明选用的器材有:弹簧测力计、圆柱体、3个相同的烧杯分别装有一定量的水和________,其装置和弹簧测力计示数如图所示.
(2)分析图______,说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关.
(3)丁图中物体A受到的浮力大小为_____N.根据图示实验数据得出圆柱体A的密度为_______kg/m3.
(4)同组的小华同学利用浮力测出了金属块B的密度,她具体操作如下:
①取棱长为a的正方体木块放入装有适量某液体(密度为ρ0)的烧杯中.待其静止后用刻度尺测出有2/5高度露出液面,如图1所示,则木块底部所受液体的压强是_________?(用相关的物理量表示).
②将金属块B放在木块中央静止后用刻度尺测出此时木块露出液面的高度为h1,如图2所示.
③用体积可忽略不计的细线将金属块B系在木块中央,放入液体中静止后测出此时木块露出液面高度h2,如图3所示.
④则金属块B的密度ρB= ________(用相关的物理量表示)
四、计算题(本大题共3小题,共24.0分)
18. 水平放置的平底柱形容器A重3N,底面积是200cm2,内装有一些水,不吸水的正方体木块B重5N,边长为10cm,被一体积可以忽略的细线拉住固定在容器底部,如图所示,拉直的细线长为L=5cm,受到拉力为1N.(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)求:
(1)木块B受到的浮力是多大?
(2)容器底部受到水的压强是多大?
(3)容器对桌面的压强是多大?
19. 如图a所示,一长方体木块质量为0.12kg,高为4.0cm;将木块平稳地放在水面上,静止时木块露出水面的高度为2.0cm,如图b所示,利用金属块和细线,使木块浸没水中且保持静止状态。已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,求:
(1)木块的密度ρ木
(2)细线对木块的拉力F。
密度是0.6×103kg/m3的木块,体积是2m3,当它浮在水面上时,求:
(1)木块的重力;
(2)木块受到的浮力;
(3)木块排开水的体积;
(4)木块露出水面的体积。
20.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解:阿基米德原理的内容是:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重力.
数学表达式为:F浮=G排.所以选项C正确,选项ABD错误.
故选C.
阿基米德原理的内容是:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重力.
本题是对阿基米德原理的一个直接考查.难度不大,属于基础题.
2.【答案】C
【解析】【分析】
本题用到的知识点有重力、质量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理、压强的计算等,考查学生结合图象对所学知识进行综合分析的能力,难度较大。
为了便于分析,给线段标上A、B、C、D四个点,如下图,根据图象分析如下:
(1)由图可知AB段圆柱体未浸入液体,测力计的示数即为圆柱体的重力,所以从图中可读出圆柱体的重力大小。
(2)由图象CD段可知物体完全浸没后排开水的体积不再改变,受到的浮力不再改变,为最大值。
(3)由题意可知图中CD段是圆柱体完全浸入水后的情况,由图可知圆柱体完全浸入水后测力计对圆柱体的拉力为3N,再利用力的平衡条件求出圆柱体受到的浮力,利用阿基米德原理求得圆柱体的体积,利用密度公式求得圆柱体的密度
(4)下降高度4cm时,下表面接触水面,下降8cm时,圆柱体刚好浸没水中,这时水面上升,由于容器底面积未知,所以不能确定圆柱体下表面距水面的距离,故不能确定下表面受到水的压强。
【解答】
A.由图象可知,当h=0时,弹簧测力计示数为9N,此时圆柱体处于空气中,根据二力平衡条件可知,G=F拉=9N,故A错误;
B.由图象CD段可知物体完全浸没后排开水的体积不再改变,受到的浮力不再改变,则圆柱体受到的浮力F浮=G-F=9N-3N=6N,故B错误;
C.图象中CD段是圆柱体完全浸入水中的情况,此时圆柱体受到的拉力F=3N,
则圆柱体受到的浮力F浮=G-F=9N-3N=6N。
圆柱体受到的浮力:F浮=ρ水gV排,物体的体积:
V物=V排===6×10-4m3,
由公式G=mg可求出物体的质量m===0.9kg,
则圆柱体密度ρ物===1.5×103kg/m3,故C正确。
D.由图可知,物体从接触水面到刚好浸没时,物体下降了4厘米,但同时水面会上升,由于容器底面积未知,所以不能确定圆柱体下表面所处的深度,也就不能确定下表面受到水的压强,故D错误。
故选C。
3.【答案】D
【解析】解:鸡蛋在甲液体中悬浮,所以鸡蛋的密度等于甲液体的密度;在乙液体中漂浮,所以鸡蛋的密度小于乙液体的密度。因此ρ甲<ρ乙。
鸡蛋在甲中悬浮,所以此时浮力等于重力;在乙中漂浮,浮力也等于重力,因此在甲和乙中所受浮力相等,即F甲=F乙。
由以上分析知,ABC错误,D正确。
故选:D。
物体的浮沉条件:当物体的密度大于液体密度时,物体下沉;当物体密度等于液体密度时,物体在液体中悬浮;若物体密度小于液体密度时,物体将漂浮在液面上。
要知道当物体漂浮在液面上时,物体所受浮力与重力相等。物体悬浮在液体中时,受到的浮力等于重力。
此题主要考查了浮沉条件的应用,一定要掌握物体浮沉情况与密度的关系。同时要搞清不同状态下物体所受重力与浮力的大小关系。
4.【答案】D
【解析】解:轮船从海里驶入河里,
∵轮船漂浮,
∴轮船受浮力F浮=G船,
∵轮船自重不变,
∴轮船受到的浮力F浮不变.
故选D
轮船从海里驶入河里,都是漂浮,受浮力都等于船重,而轮船重不变,可知轮船受到的浮力不变.
本题综合考查了学生对漂浮条件,与之类似的题目:密度计放在不同的液体中的浮力分析
5.【答案】B
【解析】【分析】
本题的前提条件是A、B、C三球的体积相等,根据三球在同种液体中的状态,判断出三球在液体中受到的浮力大小。
对于体积相等的物体在液体中受到的浮力,先根据物体所处的状态,找到物体排开液体的体积,最后根据阿基米德原理判断出各物体受到的浮力大小关系。
?【解答】
根据三球状态:A球、C球漂浮,B球悬浮知:B球浸没液体中,排开的液体体积最大,A球、C球排开的液体体积小于B球,由公式F浮=ρ液gV排知,在液体密度一定时,B球排开液体的体积最大,所以受到的浮力最大。
故选B。
6.【答案】D
【解析】【分析】
本题考查了学生对重力公式、密度公式、阿基米德原理的掌握和运用,利用好隐含条件得出小球浸没水中时V排=V球是本题的关键。
(1)知道三球的体积相同,又知密度大小,根据重力公式可知三球重力关系;
(2)知道三球的体积相同(浸没水中排开水的体积关系),利用阿基米德原理得出受到水的浮力大小关系;
(3)实心球浸没在水中时,细线所受的拉力加上受到水的浮力等于实心球重,据此比较三球全部浸没在水中时,细线所受的拉力的大小关系。
【解答】
三球的体积相同,ρ铜>ρ铁>ρ铝,由G=mg=ρVg可知:
G铜>G铁>G铝;
三实心球的体积相同,实心球浸没与水中,V排=V球,
由F浮=ρ水V排g可知,三球受到水的浮力:
F铜=F铁=F铝;
实心球浸没在水中,受到细线的拉力,水的浮力和重力作用,其关系为:F拉+F浮=G,
即F拉=G-F浮,
三球受的浮力相同,重力大小关系为G铜>F铁>F铝,
所以细线所受的拉力的大小:
F铜拉>F铁拉>F铝拉,故D正确,ABC错误。
故选D。
7.【答案】D
【解析】解:
A、根据公式p=ρgh可得液体密度:ρ液===0.8×103kg/m3;故A正确;
B、木块静止时,有的体积露出液面,则V排=(1-)V木=V木,根据漂浮条件可得:
F浮=G木,即:ρ液gV排=ρ木gV木,
所以,ρ木=ρ液=×ρ液=×0.8×103kg/m3═0.6g/cm3;故B正确;
C、木块的体积V木=L3=(10cm)3=1000cm3=1×10-3m3,木块的重力G木=m木g=ρ木gV木=0.6×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=6N;则F浮=G木=6N;故C正确;
D、木块完全浸没浮力F浮′=ρ液gV木=0.8×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=8N;
则压力F=F浮-G木=8N-6N=2N;故D错误。
故选:D。
(1)已知压强变化了160Pa,根据公式p=ρgh即可求出液体的密度;
(2)由题意知,木块静止时,有的体积露出液面,根据漂浮条件和阿基米德原理即可求出木块密度;
(3)求出木块的体积,根据G=mg=ρgV求出木块的重力,根据漂浮条件即可求出浮力;
(4)根据阿基米德原理求出浸没时所受的浮力,然后利用F=F浮-G求出压力。
本题考查漂浮条件和阿基米德原理的应用,关键是已知压强的变化可以利用液体压强公式来进行计算深度的变化。
8.【答案】B
【解析】【分析】
本题考查物体浮沉条件的一种典型应用--密度计,要了解其原理、用法,并能由所学过的物体的浮沉条件和阿基米德原理进行说明。
(1)由于密度计在不同的液体中总是处于漂浮状态,它所受到的浮力总是等于其自身重力;
(2)根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可分析液体密度大小跟密度计排开液体体积的关系。
【解答】
(1)同一支密度计分别放在甲、乙两种液中均静止不动,密度计总处于漂浮状态,根据物体的漂浮条件可知,密度计在这两种液体中受到的浮力等于密度计的重力,所以F甲=F乙;
(2)密度计受到的浮力相等,由图可知密度计排开甲液体的体积大,根据公式F浮=ρ液gV排可知ρ甲<ρ乙。综上所述B正确,ACD错误。
故选B。
9.【答案】B
【解析】【分析】
向容器中加水,水的深度增大,根据液体压强公式p=ρgh知,气球受到的压强增大,所以排开水的体积变小,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,气球受到的浮力减小.
此题将铁块和小气球连接在一起,使其悬浮在水中,解析时应把两者看成一个整体加以分析;同时还要注意气球的特点(体积可变).
?【解答】
向容器中加水前,铁块和小气球悬浮在水中,F浮=G;
向容器中加水后,水的深度增加,
由公式p=ρgh知,
小气球受到水的压强增大,
所以气球排开水的体积减小,
由公式F浮=ρ液gV排知,
气球受到的浮力减小,所以铁块和气球将下沉.
故选B。
10.【答案】FA;C
【解析】解:(1)由图知,A、B、C三个容器中的小球排开水的体积关系为:
VA>VB>VC,
因为F浮=ρ水V排g,
所以三个球受到水的浮力关系为:
FA>FB>FC,故最大的是FA.
(2)由图可知:A容器中的小球悬浮,B、C容器中的小球漂浮,根据物体的浮沉条件可得:
A球密度等于水的密度,B、C两球的密度都小于水的密度,
因为B、C漂浮
所以F浮=G,
因为FB>FC,
所以GB>GC,
因为G=mg=ρVg,球的体积相同,
所以ρB>ρC,
所以ρA>ρB>ρC.
故答案为:FA;C.
①由题知,三个小球的体积相同,根据图示得出三个小球排开水的体积的大小关系,利用阿基米德原理的推导公式F浮=ρ水V排g比较受浮力的大小关系;
②比较物体与液体的密度大小:当物体的密度大于液体的密度时,物体下沉;当物体的密度小于液体的密度时,物体上浮(漂浮);当物体的密度等于液体的密度时,物体处于悬浮状态.
物体的浮沉也可根据液体的密度与物体的密度关系进行判断,物体上浮(ρ物<ρ液);物体下沉(ρ物>ρ液);物体漂浮(ρ物<ρ液);悬浮状态(ρ物=ρ液).
11.【答案】1:6 ? 0.5×103
【解析】解:A物体A在水中悬浮,ρA=ρ水-----①;
B物体在水中处于漂浮状态且有一半的体积露出水面,所受浮力等于自身的重力,即F浮=ρ水gVB=ρBgVB------②
由②得ρB=ρ水=×1.0×103kg/m3=0.5×103kg/m3;
将物体A置于物体B上再放入水中时,AB处于悬浮状态且物体B有三分之一的体积露出水面,所受浮力等于AB自身重力的和,即F浮=GA+GB,
ρ水gV排=ρAgVA+ρBgVB-------③
由①②③得:ρ水gVB=ρ水gVA+ρ水gVB
VB-VB=VA
VA:VB=1:6。
故答案为:1:6;0.5×103。
物体A在水中悬浮,所受浮力等于自身的重力,ρA=ρ水;
将物体B放入水中时有一半的体积露出水面,物体B在水中漂浮,根据所受浮力等于自身的重力,算出B的密度;
将物体A置于物体B上再放入水中时,物体B有三分之一的体积露出水面,处于漂浮状态,根据所受浮力等于自身的重力,列出等式,从而解出两物体的体积之比。
本题考查浮力的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,要知道物体漂浮或悬浮时,受到的浮力等于自身的重力。
12.【答案】改变自身重力;小于
【解析】【分析】
本题考查了学生对阿基米德原理和物体浮沉条件的掌握和运用,潜水艇是物体的浮沉条件的典型应用,应理解它们原理的,明确它悬浮在水中排开液体的体积不变是解答此题的关键。
(1)潜水艇浸没在水中,潜水艇的体积不变(排开水的体积不变),受浮力不变;通过让海水进、出压力舱改变潜水艇受到的重力,然后再根据物体的浮沉条件分析是怎么上浮或下沉的。
(2)因为潜水艇潜行(在水面下航行),所以排开液体的体积相等,根据阿基米德原理可知,从江水到海水,液体的密度变大,所以浮力变大。
【解答】
在水中,潜水艇受到水的浮力和重力的作用,
∵F浮=ρ水v排g,潜水艇的体积不变,排开水的体积不变,
∴潜水艇受到水的浮力不变;
把压缩空气压入潜水艇的压力舱,将海水排出,潜水艇自重G减小,当F浮>G时,潜水艇上浮;
打开压力舱的阀门,让海水进入压力舱内,潜水艇自重G增大,当F浮<G时,潜水艇下沉;
当F浮=G时,潜水艇悬浮,可以停留在任何深度;
由此可见,潜水艇能够上浮和下沉是通过改变自身重力来实现的。
因为潜水艇潜行(在水面下航行),所以v排不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gv排可知,从江水到海水,液体的密度变大,所以浮力变大;即F1<F2。
故答案为:改变自身重力;小于。
13.【答案】小于 ? 增大 ? 0.2
【解析】解:生汤圆放入锅内,体积较小,重力大于浮力,所以下沉,煮熟的汤圆因其内部受热膨胀,体积变大,所受浮力变大,
所受浮力约为F浮=ρgV排=1000kg/m3×10N/kg×20×10-6m3=0.2N。
故答案为:小于;增大;0.2。
生汤圆重力大于浮力下沉,受热膨胀,体积变大,排开水的体积变大,浮力变大,根据公式F浮=ρgV排可求所受浮力。
本题考查物体的沉浮条件和浮力的计算,关键知道物体重力大于浮力时下沉,等于浮力时悬浮,小于浮力时上浮,还要知道影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积。
14.【答案】0.6 ? 600
【解析】解:
(1)因为冲锋舟漂浮在水面上,
所以受到的浮力:
F浮=G=(m人+m舟)g=(540kg+60kg)×10N/kg=6000N,
因为F浮=ρ液gV排,
所以其排开水的体积:
V排===0.6m3;
(2)冲锋舟满载时受到的浮力:
==1.0×103kg/m3×10N/kg×1.2m3=12000N,
设人和物资的总重为G最大,则有G舟+G最大=;
即:540kg×10N/kg+G最大=12000N;
解得:G最大=6600N;
故m最大===660kg,
所以最多还能装载质量为660kg-60kg=600kg。
故答案为:0.6;600。
(1)漂浮在水面上的冲锋舟受到的浮力等于冲锋舟和武警战士的重力之和,利用G=mg求出,然后利用F浮=ρ液gV排计算其排开水的体积;
(2)利用F浮=ρ液gV排求出冲锋舟满载时受到的浮力,然后利用物体的浮沉条件F浮=G计算人和物资的重力,然后再利用G=mg计算出质量。
本题难度大,考查了浮力的计算公式、重力与质量的公式、物体的浮沉等内容。要求学生要灵活的运用公式计算解决问题。
15.【答案】2 ? 0.16
【解析】解:
由题可知,物体浸没在水中,则V排=V物,
它受到的浮力为:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×200×10-6m3=2N;
物体的重力:G=mg=ρVg=0.8×103kg/m3×200×10-6m3×10N/kg=1.6N<2N,
由于F浮>G,则放手后物体将上浮;
它最终静止时漂浮在水面上,浮力与所受重力为一对平衡力,
所以,此时物体受到的浮力:F浮′=G=G排=1.6N,
所以木块静止时排开水的质量:m排===0.16kg。
故答案为:2;0.16。
浸没在水中,其排开水的体积与物体本身的体积相等,由阿基米德原理求出所受浮力;根据所受浮力与物体的重力的关系分析浮沉情况,应用平衡条件求出物体受到的浮力,根据G排=m排g求出排开水的质量。
本题考查了学生对浮力公式、物体的浮沉条件和重力公式的理解和掌握,难度不大,能根据浮力和重力判断物体静止时的状态是解决此题的关键。
16.【答案】(1)物体排开液体的体积;
(2)丙、丁;
(3) 4;4×10-4 ;
(4)1.1×103
【解析】【分析】
本题考查了探究影响浮力大小因素实验、求物体的体积与密度问题,要掌握称重法测浮力的方法、应用浮力公式即可解题,应用控制变量法是正确解题的关键。
(1)分析图示实验,根据实验控制的变量与实验现象得出实验结论;
(2)探究浮力与物体浸入液体深度的关系,应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同,分析图示实验,然后答题;
(3)物体的重力与测力计拉力之差是物体受到的浮力,根据浮力公式求出物体的体积;(4)根据浮力公式求出盐水的密度。
【解答】
(1)由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(2)探究浮力与物体浸入液体深度的关系,应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同,由图示实验可知,图丙、丁所示实验中物体排开液体的密度、物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同,可以选用图丙、丁所示实验探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系;
(3)由图甲、丙所示实验可知,圆柱体浸没在水中时受到的浮力:
F浮=G-F=5N-1N=4N;
由F浮=ρ水gV排得圆柱体的体积:
;
(4)由图甲、戊所示实验可知,圆柱体浸没在盐水中所受浮力:
F浮盐水=G-F′=5N-0.6N=4.4N,
浮力F浮盐水=ρ盐水gV排,盐水的密度:
。
故答案为:(1)物体排开液体的体积;(2)丙、丁;(3)4;4×10-4;(4)1.1×103。
17.【答案】(1)盐水;( 2)甲、乙、丙;(3)6;2.4×103;(4)①ρ0ga;④
【解析】【分析】
本题是探究浸在液体中的物体所受浮力大小规律的实验,分析时,注意控制变量法的应用,(3)是本题的难点,注意浮力知识的有关应用,能够根据甲、乙得出物体的质量,根据乙、丙得出物体的体积是解决该题的突破点。
(1)根据图可知所需器材;
(2)探究物体受到的浮力与物体排开液体体积的关系,应控制液体密度相等而物体排开液体的体积不同,分析图示实验情景即可正确解题;
(3)物体的重力与测力计拉力之差是物体受到的浮力;根据浮力公式求出物体的体积,由G=mg=ρVg即可求出圆柱体密度;
(4)①根据物体露出液面的高度得出物体浸没在液体中的深度,根据p=ρ液gh得出木块底部所受液体的压强;④两种情况下,木块与B均漂浮,浮力相等,可知排开液体的体积相等,从而可得物体B的体积;由甲、乙两图可知,物体B的重力应等于木块浮力的变化,从而可得出物体B的质量;由密度公式得出物体B的密度。
【解答】
(1)小明选用的器材有:弹簧测力计、圆柱体、3个相同的烧杯分别装有一定量的水和盐水;
(2)由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(3)由图甲、丁所示实验可知,圆柱体浸没在盐水中所受浮力:F盐水=G-F盐水′=12N-6N=6N,由图甲、丙所示实验可知,圆柱体浸没在水中所受浮力:F水=G-F′=12N-7N=5N,由F浮=ρ水gV排可知圆柱体的体积:V=V排==5×10-4m3;由G=mg=ρVg得圆柱体密度:
ρ==2.4×103kg/m3;
(4)①木块露出液面的高度为a,所以浸入液面以下的部分高度为(1-)a=a;木块底部所受液体的压强p=ρ0ga;④由图2甲可知,木块漂浮于液面,所以F浮=G木,
根据阿基米德原理得:F浮=ρ液gV排=ρ液gSa,则G木=ρ0gSa?①,同理由图2乙可知:G木+GB=ρ0gS(a-h1)②,同理由图3丙图可知:G木+GB=ρ0g[VB+S(a-h2)]③,
①②联立解得:GB=ρ0gS(a-h1),②③联立解得:VB=S(h2-h1),则物体B的密度为:ρB=。
故答案为:(1)盐水;( 2)甲、乙、丙;(3)6;2.4×103;(4)①ρ0ga;④?。
?
18.【答案】解:
(1)木块受向上的浮力、向下的重力和向下的拉力,
根据力的平衡条件可得,木块B受到的浮力:F浮=GB+F拉=5N+1N=6N;
(2)由F浮=ρgV排可得,排开水的体积:
V排===6×10-4m3,
木块的底面积S木=0.1m×0.1m=1×10-2m2。
木块浸入水中的深度:h′===0.06m=6cm,
则水的深度h=h′+L=6cm+5cm=11cm=0.11m,
容器底部受到水的压强:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.11m=1.1×103Pa;
(3)容器内水的体积:
V水=S容h-V排=200×10-4m2×0.11m-6×10-4m3=1.6×10-3m3,
由ρ=可得,水的质量:
m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×1.6×10-3m3=1.6kg,
水的重力:G水=m水g=1.6kg×10N/kg=16N,
容器对桌面的压力等于容器、木块和水受到的总重力,
即容器对桌面的压力:F=G水+G容=16N+3N+5N=24N,
容器对桌面的压强:p′===1200Pa。
答:(1)木块B受到的浮力是6N;
(2)容器底部受到水的压强是1.1×103Pa;
(3)容器对桌面的压强是1200Pa。
【解析】(1)对木块做受力分析,向上的是浮力,向下受到了自身的重力和细线的拉力,即F浮=G+F拉;
(2)根据求得的木块B受到的浮力,利用F浮=ρgV排变形可求得排开水的体积,然后可知木块浸入水的深度,再加上拉直的细线长,即为水的深度,利用p=ρgh可求得容器底部受到水的压强;
(3)容器对桌面的压力等于容器、木块和水受到的总重力,再利用p=可求得容器对桌面的压强。
本题考查了阿基米德原理、物体浮沉条件和液体压强公式的应用,关键是求“水的深度“,是一道难度较大的题目。
19.【答案】解:(1)因木块漂浮时,受到的浮力和自身的重力相等,
所以,受到的浮力和自身的重力相等,即F浮=G木,
由F浮=ρgV排和F浮=G木=m木g=ρ木V木g可得:
ρgV排=ρ木V木g,
由题意可知,木块排开水的体积V排=V木,则木块的密度:
ρ木=ρ水=ρ水=×1.0×103kg/m3=0.5×103kg/m3;
(2)由F浮=ρgV排可得,木块完全浸没时受到的浮力:
F浮′=2F浮=2G木,
因物体在水中静止时处于平衡状态,受到竖直向上的浮力,竖直向下的拉力和木块的重力,
由力的平衡条件可得:F浮′=G木+F,
则细线对木块的拉力:
F=F浮′-G木=2m木g-m木g=m木g=0.12kg×10N/kg=1.2N。
答:(1)木块的密度为0.5×103kg/m3;
(2)细线对木块的拉力为1.2N。
【解析】(1)木块漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,根据阿基米德原理和G=mg=ρVg得出等式结合排开水的体积即可求出木块的密度;
(2)物块浸没时排开水的体积是漂浮时排开水体积的2倍,根据阿基米德原理求出浸没时受到的浮力,对木块受力分析,然后结合力的平衡条件得出绳子的拉力,然后结合G=mg求出其大小。
本题考查了阿基米德原理和物体浮沉条件、密度公式、重力公式的综合应用,正确的判断出木块漂浮时的排开水的体积为木块体积的2倍是关键。
20.【答案】解:(1)G木=m木g=ρ木V木g=0.6×103kg/m3×2m3×10N/kg=1.2×104N
(2)∵木块漂浮,∴F浮=G木=1.2×104N
(3)∵F浮=ρ水gV排,∴
(4)V露=V-V排=2m3-1.2m3=0.8m3
答:(1)木块的重力是1.2×104N;
(2)木块受到的浮力是1.2×104N;
(3)木块排开水的体积是1.2m3;
(4)木块露出水面的体积是0.8m3。
【解析】利用G=mg、阿基米德以原理F浮=G排=ρ水gV排和漂浮条件F浮=G木求解,注意单位统一。
阿基米德以原理F浮=G排=ρ水gV排,知道F浮可求V排,知道V排可求F浮,要灵活运用。
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