(共52张PPT)
4.7
浮力
物体的沉浮条件
中考一轮复习3+2
全国版
知识回顾
1.浮力的定义:一切
液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它
的力叫做浮力。
2.浮力的大小:F浮=
(F液为物体浸在液体中的示数),这种方法叫称重法。
3.浮力的方向是
;施力物体是
。
4.浮力产生的原因(实质):液(气)体对物体向上的压力与向下的
即为浮力。
一、浮力的产生
向上托
G-F液
浸入
压力差
竖直向上
液体(气体)
知识回顾
5.内容:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它
。
6.公式:F浮=
=
。
(1)“浸入”包括“全部浸入”,此时V排
V物和“部分浸入”,此时V排
V物。
(2)液体对物体的浮力与
和
有关,而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。
(3)由公式可知:当物体排开液体的体积V排一定时,物体受到的浮力F浮与液体的密度ρ液成正比;当在同一种液体中时,ρ液是一定的,物体受到的浮力F浮与排开液体的体积V排成正比;当同一物体漂浮在不同的液体上,F浮一定,物体排开液体的体积V排和液体的密度ρ液成反比。
(4)适用条件:液体(或气体)。
二、阿基米德原理
G排
ρ液gV排
排开液体受到的重力
=
物体排开液体的体积
液体的密度
<
7.假设某物体浸没液体中处于
状态,只受
和
,其浮沉情况:
如下表:
知识回顾
三、物体的浮沉条件
静止
重力
判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较_________的大小或比较_________的大小。
浮力
浮与G
ρ液与ρ物
知识回顾
三、物体的浮沉条件
不变
惯性
匀速直线运动状态
静止状态
大
无
惯性
上
浮
下
沉
悬
浮
漂
浮
沉
底
F浮
G
F浮
G
F浮
G
F浮
G
F浮+N
G
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
ρ液=ρ物
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
V排=V物
V排=V物
V排=V物
V排<V物
V排=V物
处于动态(运动状态不断改变),受
力作用
处于动态(运动状态不断改变),受
力作用
可以停留在液体任何深度处;处于静态,受
力作用
是“上浮”过程的最终状态;处于平衡状态(运动状态不改变),受
力作用
处于静态,________力作用;是“下沉”过程的最终状态
>
<
=
=
=
非平衡
非平衡
平衡
平衡
平衡
8.轮船
(1)工作原理:要使密度
水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成
的,使它能够排开更多的水。
(2)排水量:轮船
时排开水的质量;单位t。由排水量m可计算出:排开液体的体积V排=m/ρ液;排开液体的重力G排=mg;轮船受到的浮力F浮=G总=mg。
9.潜水艇
构造:艇身装有水舱。
工作原理:潜水艇的下潜和上浮是靠改变
来实现的。
知识回顾
四、浮沉条件的应用
自身重力
空心
满载
大于
10.气球和飞艇:气球里充的是密度小于空气的气体;气球是利用空气的浮力升空的。如:氢气、氦气或热空气。为了能定向航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。
11.密度计
(1)原理:利用物体的
条件来进行工作。
(2)构造:下面的铅粒能使密度计直立在液体中。
(3)刻度:刻度线从上到下,对应的液体密度越来越
.
知识回顾
四、浮沉条件的应用
大
漂浮
考点精讲
考点一:浮力
例1
(2020?百色)下列物体中,不受浮力作用的是( )
A.在水中下沉的铁块
B.在水中的桥墩
C.浮在水面上的轮船
D.空中上升的气球
【解析】面埋在地下,其底面不与水接触,因此桥墩没有受到水对其向上的压力,则桥墩不受浮力作用。
B
考点精讲
变式跟进1(2020?无锡)如图所示,某同学正在探究影响浮力大小的因素。
(1)为了探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,接下来的操作是
__________________________,并观察弹簧测力计示数的变化。
(2)将水换成酒精,比较物体浸没时弹簧测力计的示数,可探究物体所受浮力大小与______________的关系。
【解析】(1)为了探究浮力大小与物体排开液体体积的关系,要控制排开液体的密度相同,只改变物体排开液体的体积,故接下来的操作是减小物体排开水的体积,并观察弹簧测力计示数的变化。
(2)将水换成酒精,比较物体浸没时弹簧测力计的示数,可探究物体所受浮力大小与液体的密度的关系。
减小物体排开水的体积
液体的密度
考点精讲
变式跟进2(2020?青岛)探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示,其中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N.下列分析正确的是( )
A.金属块a浸没在水中时,受到浮力的大小为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
考点精讲
变式跟进2(2020?青岛)
【解析】金属块a浸没在水中时,根据称重法测浮力可知,受到浮力的大小为F浮=G﹣F乙=1.6N﹣1.0N=0.6N;根据甲、乙可知,物体浸在液体的体积不同,排开的液体的体积不同,所以可以探究浮力的大小与物体排开液体体积的关系;根据乙、丙可知,物体的重力相同、物体的密度不同、物体的体积不同,浸没在同种液体中时排开的液体的体积不同,测力计示数不同,探究浮力与密度关系时,需要控制物体的体积相同(排开液体的体积相同),物体的密度不同;根据丙、丁可知,同一个物体浸没在不同液体中,排开的液体的体积相同,液体的密度不同,所以可以探究浮力的大小与液体密度的关系。
考点精讲
变式跟进2(2020?青岛)探究浮力的大小跟哪些因素有关的实验情形如图所示,其中所用金属块a和塑料块b的密度不同,但重力均为1.6N.下列分析正确的是( )
A.金属块a浸没在水中时,受到浮力的大小为0.3N
B.利用甲、乙,可以探究浮力的大小与物体体积的关系
C.利用乙、丙,可以探究浮力的大小与物体密度的关系
D.利用丙、丁,可以探究浮力的大小与液体密度的关系
D
考点精讲
考点二:影响浮力大小的因素
例2
(2019?绍兴)小敏对“物体在水中浸没前受到的浮力是否与浸入深度有关”进行了研究。
(1)将一长方体金属块横放,部分体积浸入水中时,在液面所对的烧杯壁作一标记线,读出弹簧测力计的示数F甲(如图甲)为________牛;再把金属块竖放浸入同一杯水中,当________时,读出弹簧测力计示数F乙(如图乙)。比较发现F乙=F甲,小敏得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,金属块底部受到水的压强p甲________p乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
考点精讲
考点二:影响浮力大小的因素
例2
(2019?绍兴)小敏对“物体在水中浸没前受到的浮力是否与浸入深度有关”进行了研究。
(1)将一长方体金属块横放,部分体积浸入水中时,在液面所对的烧杯壁作一标记线,读出弹簧测力计的示数F甲(如图甲)为________牛;再把金属块竖放浸入同一杯水中,当________时,读出弹簧测力计示数F乙(如图乙)。比较发现F乙=F甲,小敏得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,金属块底部受到水的压强p甲________p乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
考点精讲
考点二:影响浮力大小的因素
例2
(1)弹簧测力计的分度值为0.2N,示数F甲为1.6N;在液体密度一定时,物体受到的浮力与排开液体的体积成正比,故当水面与标记线相平时,即控制排开液体体积不变,读出弹簧测力计示数F乙,比较发现F乙=F甲,得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。(2)图中两种状态时,h乙>h甲,根据p=ρgh知金属块底部受到水的压强p甲小于p乙;
考点精讲
考点二:影响浮力大小的因素
例2
(2019?绍兴)小敏对“物体在水中浸没前受到的浮力是否与浸入深度有关”进行了研究。
(1)将一长方体金属块横放,部分体积浸入水中时,在液面所对的烧杯壁作一标记线,读出弹簧测力计的示数F甲(如图甲)为________牛;再把金属块竖放浸入同一杯水中,当_________________时,读出弹簧测力计示数F乙(如图乙)。比较发现F乙=F甲,小敏得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,金属块底部受到水的压强p甲________p乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
1.6
小于
水面与标记线相平
考点精讲
变式跟进3(2020?恩施州)下列几种情况中能使受到浮力变大的是( )
A.潜水艇浸没在水中后继续下潜
B.轮船由长江驶入大海
C.从水银中取出铁球放入水中
D.人由浅水区走向深水区
【解析】潜水艇浸没在水中后继续下潜时,海水的密度不变,排开海水的体积不变,根据F浮=ρ液gV排可知潜水艇受到的浮力不变;轮船由长江驶入大海,都漂浮,受到的浮力等于轮船重,轮船重力大小不变,则浮力不变;因为铁球的密度小于水银的密度,铁球在水银中处于漂浮状态,浮力等于其重力;因为铁球的密度大于水的密度,铁球在水中沉底,浮力小于其重力,所以从水银中取出铁球放入水中浮力会变小;人由浅水区走向深水区时,液体的密度不变,排开水的体积增大,根据F浮=ρ液gV排可知人受到的浮力增大。
D
考点精讲
变式跟进(2019?阜新)在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,主要实验步骤如下:
a.将一个金属圆柱体悬挂在弹簧测力计下,按如图甲所示组装器材。
b.向空烧杯中缓慢注入清水,直到没过金属体一段距离(烧杯未加满水),如图乙中①~⑤所示,待示数稳定后分别读取弹簧测力计的示数F1~F5。
c.如图乙中⑥所示,再向烧杯中加入适量盐,并轻轻搅拌,直至弹簧测力计示数稳定后读数为F6。
考点精讲
(1)图乙中________(选填①~⑥序号)可以得出浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。在图⑤中,金属体所受到的浮力F浮=________(用测量量的字母来表示)。
(2)图乙中________(选填①~⑥序号)可以得出浮力的大小跟物体浸没的深度无关。金属体的体积V=________(用已知量ρ水、g和测量量的字母来表示)。
(3)因为浮力的大小跟液体的密度有关,可知图⑤、⑥中,F5________F6(选填“>、=、<”),图⑥中盐水密度:ρ盐水=________
(用已知量ρ水和测量量的字母来表示)。
考点精讲
【解析】(1)根据控制变量法知,要探究浮力的大小跟物体排开液体的体积的关系,需要控制液体的密度不变,改变排开液体的探究,图①②③④符合题意;根据称量法知,在图⑤中,金属体所受到的浮力F浮=F1-F5;(2)要探究浮力的大小跟物体浸没的深度的关系需要控制液体的密度和排开液体的体积相同,改变深度,图①④⑤符合题意;根据阿基米德原理F浮=F1-F5=ρ水gV排,则金属体的体积
;
(3)浮力的大小跟液体的密度有关,液体的密度越大,浮力越大,因为盐水的密度大于水的密度,物体在盐水中的浮力大,根据称量法F浮=G-F知盐水中的弹簧测力计的拉力小,即F5>F6;图⑥中物体受到的浮力为:F盐水=F1-F6,根据阿基米德原理知F盐水=ρ盐水V排g=F1-F6,盐水密度:
。
故答案为:(1)①②③④;F1-F5;(2)①④⑤;
;(3)>;
。
考点精讲
变式跟进(2019?阜新)在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,主要实验步骤如下:
a.将一个金属圆柱体悬挂在弹簧测力计下,按如图甲所示组装器材。
b.向空烧杯中缓慢注入清水,直到没过金属体一段距离(烧杯未加满水),如图乙中①~⑤所示,待示数稳定后分别读取弹簧测力计的示数F1~F5。
c.如图乙中⑥所示,再向烧杯中加入适量盐,并轻轻搅拌,直至弹簧测力计示数稳定后读数为F6。
考点精讲
(1)图乙中________(选填①~⑥序号)可以得出浮力的大小跟物体排开液体的体积有关。在图⑤中,金属体所受到的浮力F浮=________(用测量量的字母来表示)。
(2)图乙中________(选填①~⑥序号)可以得出浮力的大小跟物体浸没的深度无关
。金属体的体积V=________(用已知量ρ水、g和测量量的字母来表示)。
(3)因为浮力的大小跟液体的密度有关,可知图⑤、⑥中,F5________F6(选填“>
、=、<”),图⑥中盐水密度:ρ盐水=________
(用已知量ρ水和测量量的字母来表示)。
①②③④
F1-F5
①④⑤
>
考点精讲
考点三:阿基米德原理
例3
(2020?莱芜区)小明用如图所示装置来验证“浸在液体中的物体受到浮力的作用”。
①由图甲可知,小明选用的石块的重力是________N。
(1)由弹簧测力计示数知:石块的重力G=3N;
3
考点精讲
考点三:阿基米德原理
例3
(2020?莱芜区)②如图乙、丙所示,挂在弹簧测力计挂钩上的石块浸入水中时,小明通过观察发现________________,则说明“浸在水中的石块受到浮力的作用“。③小明要得出“浸在液体中的物体受到浮力的作用”的实验结论,他还要选用________来继续做更多次的实验。
(2)如图乙、丙所示,挂在弹簧测力计挂钩上的石块浸入水中时,小明通过观察发现弹簧秤的示数减小,说明“浸在水中的石块受到竖直向上的浮力的作用“;
(3)小明要得出“浸在液体中的物体受到浮力的作用”的实验结论,应选用不同物体并进行了多次实验的目的是减小偶然性,使实验得出的实验规律更具有普遍性,所以本实验的目的是寻找普遍规律。
弹簧秤的示数减小
不同物体
考点精讲
变式跟进5(2020?内江)一质量为54g边长为3cm的立方体橡皮泥块,浸没在水中时,受到的浮力为________N,立方体橡皮泥块的密度为________kg/m3(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3、g=10N/kg)。
【解析】1)橡皮泥的体积V=L3=(3cm)3=27cm3=2.7×10﹣5m3,
由于橡皮泥浸没在水中时,则V排=V=2.7×10﹣5m3,
根据阿基米德浮力公式可知,浸没在水中时受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×2.7×10﹣5m3=0.27N;
(2)立方体橡皮泥块的密度为
ρ=
=
=2g/cm3=2×103kg/m3。
2.7×103
0.27
考点精讲
变式跟进6
(2019?德州)在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中(如图所示),小明先用弹簧测力计测出金属块的重力,然后将金属块缓慢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:
考点精讲
(1)分析比较实验步骤A和________,可得出:浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关;分析比较A、B、C、D可知:浮力大小与物体________有关;分析实验步骤A、E、F可知:浮力的大小还与________有关。
(2)分析实验数据可知,F中液体密度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)水的密度。
(3)金属块浸没在水中时受到的浮力大小是________N,金属块密度为________kg/m3.(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
考点精讲
(1)研究物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度关系,要控制排开液体的体积和密度相同,只改变浸没在液体中的深度,故由ADE图可知,物体排开液体的体积相同时,液体的密度相同,浸没的深度不同,浮力相同,所以物体受到的浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关。研究物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积关系,要控制排开液体的密度相同,由分析比较A、B、C、D可知,液体的密度相同时,物体排开液体的体积不同,浮力不同,所以物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。由分析比较A、E、F可知:图知,排开液体的体积相同,而排开液体的密度不同,浮力大小不同,故可得出结论:物体受到的浮力大小与液体的密度有关。(2)根据称重法可知:物块在水中受到的浮力为:F浮=G-F=2.7N-1.7N=1N;物块在另一液体中受到的浮力为:F浮′=2.7N-1.9N=0.8N;
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知物体排开液体的体积相同时,密度越大,受到的浮力越大,故F中液体密度小于水的密度。(3)物块在水中受到的浮力为:F浮=G-F=2.7N-1.7N=1N;
,金属块的体积V=V排,金属块的质量:
,
金属块的密度:
.
考点精讲
变式跟进6
(2019?德州)在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中(如图所示),小明先用弹簧测力计测出金属块的重力,然后将金属块缓慢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:
考点精讲
(1)分析比较实验步骤A和________,可得出:浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关;分析比较A、B、C、D可知:浮力大小与物体________________有关;分析实验步骤A、E、F可知:浮力的大小还与____________有关。
(2)分析实验数据可知,F中液体密度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)水的密度。
(3)金属块浸没在水中时受到的浮力大小是________N,金属块密度为________kg/m3.(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
液体的密度
D、E
排开液体的体积
小于
1
2.7×l03
考点精讲
考点四:物体沉浮条件及其应用
例3
(2020?常德)将一个新鲜的鸡蛋分别浸入盛有水和浓盐水的容器中,鸡蛋静止在两个容器中的位置如图所示。则下列说法正确的是( )
A.鸡蛋在水中受到的浮力大
B.鸡蛋在水和浓盐水中受到的浮力一样大
C.鸡蛋的密度大于水的密度
D.鸡蛋的密度小于浓盐水的密度
【解析】由图可知鸡蛋在水中沉底,则浮力小于鸡蛋的重力;鸡蛋在浓盐水中悬浮,则浮力等于鸡蛋的重力,且同一只鸡蛋的重力不变,所以鸡蛋在浓盐水中受到的浮力大。鸡蛋在水中沉底,则鸡蛋的密度大于水的密度;鸡蛋在盐水中悬浮,则鸡蛋的密度等于浓盐水的密度。
C
考点精讲
变式跟进5(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=1.1×103/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
。
A
考点精讲
变式跟进6
(2020?新疆)一个盛有足够多水的溢水杯放在水平桌面上,先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20g,再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80g,此时A、B小球受到的总浮力为F浮,水对溢水杯底部产生的压力比两小球投入溢水杯前增加了△F,已知小球A、B的密度均小于水的密度,则( )
A.F浮
=1.2N,△F=0.2N
B.F浮
=1.2N,△F=1.2N
C.F浮
=1.0N,△F=1.0N
D.F浮
=1.0N,△F=0N
考点精讲
变式跟进6
(2020?新疆)
【解析】先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20g;再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80g;投入2m的小球之前溢水杯是满的,所以小球排开的水的重力等于浮力:F浮B=G排B=m排Bg=0.08kg×10N/kg=0.8N;小球A的质量为小球B的一半,则其放入水中时,排开的水的质量应该为:m排A=80g×
=40g=0.04kg;则小球A受到的浮力为:F浮A=G排A=m排Ag=0.04kg×10N/kg=0.4N;此时A、B小球受到的总浮力为:F浮=F浮A+F浮B=0.4N+0.8N=1.2N;由于小球A排开的水的质量要大于溢水杯中溢出的水的质量,即开始时溢水杯没有加满,放入小球A后,液面会上升,则上升的水的质量为m'=40g﹣20g=20g=0.02kg;其重力为:G'=m'g=0.02kg×10N/kg=0.2N;由于溢水杯是规则的容器,则液体产生的压力等于液体的重力,所以增大的压力为:△F=G'=0.2N。
考点精讲
变式跟进6
(2020?新疆)一个盛有足够多水的溢水杯放在水平桌面上,先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20g,再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80g,此时A、B小球受到的总浮力为F浮,水对溢水杯底部产生的压力比两小球投入溢水杯前增加了△F,已知小球A、B的密度均小于水的密度,则( )
A.F浮
=1.2N,△F=0.2N
B.F浮
=1.2N,△F=1.2N
C.F浮
=1.0N,△F=1.0N
D.F浮
=1.0N,△F=0N
A
真题再现
1.
(2020?绵阳)小明等几位同学设计不同实验探究浮力。
(1)他们找了一段较细的红线,将其两端分别固定在乒乓球和大烧杯的底部,再向烧杯缓慢注水,直到水将乒乓球浸没,发现红线在竖直方向被拉直,如图甲所示;然后,将大烧杯倾斜,发现红线仍旧在竖直方向被拉直,如图乙所示。根据两次观察到的现象,小明他们认为:乒乓球受到的浮力________(选填序号)。
A.大小与乒乓球的体积有关
B.大小与水的密度有关
C.方向可能竖直向上也可能斜向上
D.方向竖直向上
(1)在甲、乙图中,红线都是在竖直方向被拉直,乒乓球受到竖直向下的重力和绳子竖直向下的拉力及向上的浮力作用,小球处于静止状态,由力的平衡,小球受到竖直向下力的合力与浮力为一对平衡力,由二力平衡,这个合力与受到的浮力大小相等,方向相反,故乒乓球受到的浮力方向竖直向上,选D;
D
真题再现
1.
(2020?绵阳)(2)在弹簧测力计下悬挂一个铝块,弹簧测力计示数是4.0N.然后,将铝块慢慢浸入水中,当铝块部分浸入水中,弹簧测力计示数如图丙所示,弹簧测力计示数是________N;当铝块全部浸没在水中,弹簧测力计示数如图丁所示,此时铝块受到浮力大小是________N.实验结果表明:铝块浸在水中的体积越大,受到浮力越大。
(2)在弹簧测力计下悬挂一个铝块,弹簧测力计示数是4.0N,然后,将铝块慢慢浸入水中,当铝块部分浸入水中,弹簧测力计示数如图丙所示,测力计分度值为0.1N,弹簧测力计示数是3N;
当铝块全部浸没在水中,弹簧测力计示数如图丁所示,测力计示数为2.5N,由称重法测浮力,此时铝块受到浮力大小是:
F浮=G﹣F=4N﹣2.5N=1.5N;
实验结果表明:铝块浸在水中的体积越大,受到浮力越大。
3
1.5
真题再现
2.
(2019?宁夏)小红用弹簧测力计、铁圆柱体、两个相同的大烧杯做“探究影响浮力大小的因素”的实验,其实验步骤和弹簧测力计示数如图所示。
(1)由图可知:铁圆柱体浸没在水中所受浮力为_______N.
(2)由甲、乙、丁图可探究的问题是___________________________________。
(3)由甲、丁、戊图可以得出的结论是___________________________。
(4)在上述实验的基础上,请你添加合适的物体设计实验,探究浮力大小与物体质量是否有关。请写出你的实验思路:
真题再现
(1)由图甲、丙(丁)可知:铁圆柱体浸没在水中所受浮力F浮=G-F=5N-1N=4N,(2)由甲、乙、丁图可知,液体的密度不变,排开液体的体积不同,浮力不同,所以是研究浮力与排开液体体积的关系;(3)由甲、丁、戊图可知,排开液体的体积不变,液体的密度不同,浮力不同,所以是研究浮力与液体密度的关系;(4)若想探究浮力大小与物体质量是否有关,应保持液体密度和物体排开液体的体积相同,并且物体的重力不同,所以可以取两块体积相同的铁块和铝块,测出它们各自的重力,然后可知其质量,分别用测力计吊着浸没到水中,读出测力计的示数,根据测力计的示数算出浮力,通过比较得出结论。
真题再现
2.
(2019?宁夏)小红用弹簧测力计、铁圆柱体、两个相同的大烧杯做“探究影响浮力大小的因素”的实验,其实验步骤和弹簧测力计示数如图所示。
(1)由图可知:铁圆柱体浸没在水中所受浮力为_______N.
(2)由甲、乙、丁图可探究的问题是___________________________________。
(3)由甲、丁、戊图可以得出的结论是___________________________。
(4)在上述实验的基础上,请你添加合适的物体设计实验,探究浮力大小与物体质量是否有关。请写出你的实验思路:
4
研究浮力与排开液体体积的关系
研究浮力与液体密度的关系
真题再现
(4)取两块体积相同的铁块和铝块,测出它们各自的重力,然后可知其质量,分别用测力计吊着浸没到水中,读出测力计示数,根据测力计的示数算出浮力,通过比较得出结论。
真题再现
3.
(2019?赤峰)如图所示,是探究同一物体所受浮力大小于哪些因素有关的实验过程。
(1)_______两次实验证明物体所受浮力随物体排开液体积的变化而变化(选填实验序号)
(2)进行乙、丙两次实验是为了探究物体所受浮力大小与_______关系。
(3)由丙、丁两次实验可知:完全浸没在同种液体中的物体,所受浮力大小与_______无关
真题再现
(1)要实验证明物体所受浮力随物体排开液体积的变化而变化,应控制液体的密度不变,改变物体排开液体的体积,由图可知,甲、乙两次实验符合;(2)进行乙、丙两次实验时,物体排开液体的体积相同,而液体的密度不同,探究物体所受浮力大小与液体的密度关系;(3)由丙、丁两次实验可知:排开液体的体积和液体的密度相同,而所处的深度不同,弹簧测力计的示数不变即物体受到的浮力不变,则物体所受浮力大小与浸没的深度无关。
真题再现
3.
(2019?赤峰)如图所示,是探究同一物体所受浮力大小于哪些因素有关的实验过程。
(1)_______两次实验证明物体所受浮力随物体排开液体积的变化而变化(选填实验序号)
(2)进行乙、丙两次实验是为了探究物体所受浮力大小与__________关系。
(3)由丙、丁两次实验可知:完全浸没在同种液体中的物体,所受浮力大小与___________________无关
液体密度
甲、乙
物体浸没的深度
真题再现
4.
(2020?西藏)有两根相同的缠有铜丝的木棒,将它们分别放入装有不同液体的两个烧杯中,会竖直立在液体中,静止时液面相平,如图所示。下列说法中正确的是( )
A.液体的密度大小关系ρ甲>ρ乙
B.木棒在液体中受到的浮力大小关系F甲<F乙
C.容器底部受到液体的压强大小关系p甲=p乙
D.木棒排开液体的质量大小关系m甲=m乙
由图可知,密度计在两液体中均处于漂浮状态,根据物体浮沉条件可知,F浮=G密,两个密度计完全相同,则重力相同,所以密度计在两种液体中所受的浮力相等;即F甲=F乙,根据阿基米德原理F浮=G排知,排开液体的重力相等,根据G=mg知排开液体的质量也相等;由图知,甲中密度计排开液体的体积大于乙中排开液体的体积,根据F浮=ρgV排可知,甲液体的密度小于乙液体的密度,即ρ甲<ρ乙;因ρ甲<ρ乙,液面高度相同,根据p=ρgh可知,两个容器底部所受液体的压强p甲<p乙。
D
真题再现
5.
(2019?凉山州)一块挂在弹簧测力计下的金属圆柱体缓慢浸入水中(水足够深),在圆柱体接触容器底之前,能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下降的高度h关系的图象是( )
A
未接触水面时,拉力等于物体的重力,弹簧测力计示数不变;当物体下表面浸在液体中越深,物体排开水的体积不同,测力计的示数也不同,排开水的体积增大时,测力计的示数也小,完全浸没后弹簧测力计示数不变,由数学知识可得应为A图象。
真题再现
6.
(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
真题再现
真题再现
6.
(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
B
真题再现
7.
(2020?鄂州)水平桌面上两个底面积相同的容器中,分别盛有甲、乙两种液体。将两个完全相同的小球A、B分别放入两个容器中,静止时两球位置如图所示,两容器内液面相平。下列分析正确的是( )
A.两小球所受浮力FA<FB
B.两种液体的密度ρ甲<ρ乙
C.两种液体对容器底部的压强p甲=p乙
D.两种液体对容器底部的压力F甲>F乙
由C选项可知液体对容器底部的压强p甲>p乙,两容器底面积相同,由公式
F=pS
可知,两种液体对容器底部的压力F甲>F乙。
D
真题再现
8.
(2020?赤峰)水平桌面上两只完全相同的杯子里,分别盛有甲、乙两种不同液体。把两个完全相同的小球分别放入甲、乙两种液体中,静止后,在甲液体中的小球沉底,在乙液体中的小球悬浮,此时两个杯中的液面恰好相平。如图所示,下列说法中正确的是( )
A.甲液体的密度大于乙液体的密度
B.甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强
C.甲液体中小球受到的浮力小于乙液体中小球受到的浮力
D.盛甲液体的杯子对桌面的压强等于盛乙液体的杯子对桌面的压强
小球在甲液体中沉底,小球受到的浮力小于小球的重力,小球在乙液体中悬浮,小球受到的浮力等于小球的重力,所以甲液体中小球受到的浮力小于乙液体中小球受到的浮力。
C
感谢欣赏4.7
浮力
物体的沉浮条件
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一.选择题
1.(2019?临沂)被誉为“新世界七大奇迹”的港珠澳大桥(如图)由“水上桥面”和“海底隧道”两部分组成,其中海底隧道长5.7km,设计时速100km/h,隧道洞壁采用了让人视觉舒适的新型装饰材料。下列说法正确的是( )
A.水中的桥墩不受海水的浮力
B.桥面上行驶的汽车相对灯杆静止
C.通过海底隧道最少需要34.2min
D.光在装饰材料上发生镜面反射
【答案】A
【解析】A、桥墩下面没有水,水不会对桥墩产生向上的压力,不会产生浮力。故A正确。
B、汽车行驶时,汽车和灯杆之间距离发生的变化,所以以灯杆为参照物,汽车是运动的。故B错误。
C、t===0.057h=3.42min,故C错误。
D、隧道洞壁采用了让人视觉舒适的新型装饰材料,说明人看隧道壁不会刺眼,所以隧道洞壁发生漫反射。故D错误。
故选:A。
【点评】从汽车行驶这个日常生活问题考查速度公式、运动相对性、反射、浮力等,体现生活中处处有物体,所以我们要认真观察生活。
2.(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
【答案】D
【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。
故选:D。
【点评】本题考查了实验现象分析,应用控制变量法分析图示实验即可正确解题,同时考查了浮力的计算及阿基米德原理的应用,在熟练掌握公式的同时,要能够熟练变形应用。
3.(2020?大庆)一个底部横截面积为200cm2的圆柱形薄壁玻璃容器静止于水平桌面上,一个物体悬挂于弹簧秤下端,开始完全浸没在水中处于静止状态,如图甲,此时弹簧秤的读数为5.0N;后来缓慢提起物体,直到物体的体积露出水面,如图乙,发现容器底部水的压强减少了100Pa,已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg。则下列说法不正确的是( )
A.物体的质量为1.3kg
B.物体的密度为1.625×103
kg/m3
C.容器底部对桌面的压力减小2N
D.弹簧秤的读数变为8N
【答案】D
【解析】(1)根据p=ρgh知,当物体的体积露出水面时,减小的深度为:
△h===0.01m,
减小的体积为:
△V=S△h=200×10﹣4m2×0.01m=2×10﹣4m3,
物体的体积为:
V=4×△V=4×2×10﹣4m3=8×104m3,
物体浸没在水中时受到的浮力为:
F浮=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m3=8N,
根据称重法F浮=G﹣F知,物体的重力为:
G=F浮+F=8N+5.0N=13N,
根据G=mg知,物体的质量为:
m===1.3kg,故A正确;
物体的密度为:
ρ===1.625×103kg/m3,故B正确;
(2)物体的体积露出水面时的浮力为:
F浮′=ρ水gV排=ρ水g(1﹣)V=1.0×103kg/m3×10N/kg××8×10﹣4m3=6N,
根据称重法F浮=G﹣F知,此时物体的拉力为:
F′=G﹣F浮′=13N﹣6N=7N,故D错误;
所以弹簧测力计的拉力减小了△F=F′﹣F=7N﹣5N=2N,容器底部对桌面的压力也减小了2N,故C正确。
故选:D。
【点评】本题考查了阿基米德原理、密度公式的综合应用等,正确的得出物体浸没时的体积是关键。
4.(2020?雅安)如图所示,当乒乓球从水里上浮到水面上,乒乓球在A位置时受到的浮力为FA,水对杯底的压强为pA,在B位置时受到的浮力为FB,水对杯底的压强为pB,则它们的大小关系是( )
A.FA=FB
pA=pB
B.FA<FB
pA<pB
C.FA>FB
pA>pB
D.FA>FB
pA=pB
【答案】C
【解析】
由图知,乒乓球在A位置时是浸没,此时V排A=V球;在B位置时是漂浮,此时V排B<V球,所以V排A>V排B,
由F浮=ρ液gV排可知乒乓球受到的浮力FA>FB;
由于从水里上浮直至漂浮在水面上,排开水的体积减小,水面下降,则hA>hB,
根据p=ρgh可知水对杯底的压强pA>pB。
故选:C。
【点评】本题考查阿基米德原理和液体压强公式的应用,注意乒乓球从水里上浮直至漂浮在水面上,乒乓球排开水的体积变化。
5.(2020?深圳)如图所示,放在水平桌面上的溢水杯盛满水,用弹簧测力计挂一个实心铁块,示数为F1;将铁块缓慢浸没水中(未接触溢水杯),溢出的水流入小烧杯,弹簧测力计的示数为F2.下列判断正确的是( )
A.水对溢水杯底部的压强p甲<p乙
B.溢水杯对桌面的压力F甲<F乙
C.铁块受到的浮力F浮=F2﹣F1
D.小烧杯中水的重力G=F1﹣F2
【答案】D
【解析】
A、甲乙液面相平,且液体均为水,根据p=ρgh可知,水对溢水杯底部的压强相等,故A错误。
B、铁块浸没在水中后,水面高度不变,水对杯底的压强不变,根据F=pS可知,水对杯底的压力不变,溢水杯的重力不变;因溢水杯对桌面的压力等于水对溢水杯底的压力与溢水杯的重力之和,所以溢水杯对桌面的压力不变,即F甲=F乙,故B错误。
C、F1为铁块浸没水中前的拉力(等于铁块的重力),F2为铁块浸没水中后的拉力,根据称重法测浮力可知,铁块受到的浮力F浮=F1﹣F2,故C错误。
D、根据阿基米德原理可知,铁块所受浮力等于排开水的重力,所以小烧杯中水的重力(排开水的重力)G=F浮=F1﹣F2,故D正确。
故选:D。
【点评】此题考查了液体压强公式、阿基米德原理的应用,同时考查称重法求浮力,知道“溢水杯对桌面的压力等于水对溢水杯底的压力与溢水杯的重力之和是解答此题的关键。
6.(2020?衢州)2020年4月23日,“雪龙”号考察船圆满完成历时198天的南极考察任务,返回上海码头落锚。在铁链拉着铁锚缓慢放入水中时,经历了如图所示三种情况:图甲中铁锚部分浸入水中;图乙中铁锚完全浸没水中但未触底;图丙中铁锚沉底。三种情况下船身受到的浮力大小分别为F甲、F乙、F丙,它们的大小关系正确的是( )
A.F甲=F乙=F丙
B.F甲>F乙=F丙
C.F甲>F乙>F丙
D.F甲<F乙<F丙
【答案】C
【解析】考察船和铁锚为一个整体,考察船和铁锚的总重力为G,
图甲中铁锚部分浸入水中;考察船和铁锚受力情况是:重力G、船身受到的浮力F甲、铁锚受到的浮力F浮1,
由于考察船是处于漂浮状态,根据物体受力平衡可知:F甲+F浮1=G;
所以,F甲=G﹣F浮1;
图乙中铁锚完全浸没水中但未触底;考察船和铁锚受力情况是:重力G、船身受到的浮力F乙、铁锚受到的浮力F浮2,
由于考察船此时处于漂浮状态,根据物体受力平衡可知:F乙+F浮2=G;
所以,F乙=G﹣F浮2;
图丙中由于铁锚沉底,则铁锚受到支持力的作用,所以,考察船和铁锚受力情况是:重力G、船身受到的浮力F乙、铁锚受到的浮力F浮3、支持力F支持,
根据受力平衡可知:F丙+F浮3+F支持=G;
所以,F丙=G﹣F浮3﹣F支持;
由于图甲铁锚部分浸入水中;图乙和图丙中铁锚完全浸没水中,则:铁锚排开水的体积V排1<V排2=V排3=V铁锚,
根据阿基米德原理可知:
F浮1<F浮2=F浮3,
所以,F甲>F乙>F丙。
故选:C。
【点评】本题考查阿基米德原理和浮沉条件的应用,知道影响浮力的因素是液体密度和排开液体的体积,物体下沉到容器底部时,容器会对物体产生支持力。
7.(2020?新疆)一个盛有足够多水的溢水杯放在水平桌面上,先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20g,再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80g,此时A、B小球受到的总浮力为F浮,水对溢水杯底部产生的压力比两小球投入溢水杯前增加了△F,已知小球A、B的密度均小于水的密度,则( )
A.F浮
=1.2N,△F=0.2N
B.F浮
=1.2N,△F=1.2N
C.F浮
=1.0N,△F=1.0N
D.F浮
=1.0N,△F=0N
【答案】A
【解析】先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20g;
再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80g;投入2m的小球之前溢水杯是满的,所以小球排开的水的重力等于浮力:
F浮B=G排B=m排Bg=0.08kg×10N/kg=0.8N;
小球A的质量为小球B的一半,则其放入水中时,排开的水的质量应该为:
m排A=80g×=40g=0.04kg;
则小球A受到的浮力为:
F浮A=G排A=m排Ag=0.04kg×10N/kg=0.4N;
此时A、B小球受到的总浮力为:
F浮=F浮A+F浮B=0.4N+0.8N=1.2N;
由于小球A排开的水的质量要大于溢水杯中溢出的水的质量,即开始时溢水杯没有加满,放入小球A后,液面会上升,则上升的水的质量为m'=40g﹣20g=20g=0.02kg;
其重力为:G'=m'g=0.02kg×10N/kg=0.2N;
由于溢水杯是规则的容器,则液体产生的压力等于液体的重力,所以增大的压力为:△F=G'=0.2N。
故选:A。
【点评】本题考查了浮沉条件的应用、阿基米德原理的应用、压力的求法,利用好阿基米德原理是解题的关键。
8.(2020?黔西南州)2019年12月17日,中国第一艘国产航空母舰在海南三亚某军港交付海军,这艘航母命名为“中国人民解放军海军山东舰”。山东舰满载排水量约5万吨,可以搭载36架歼﹣15舰载机。下列分析正确的是( )
A.山东舰满载时受到的浮力为5×107N
B.舰载机全部飞出后,山东舰受到的浮力不变
C.舰载机在舰上起飞的过程是匀速直线运动
D.山东舰在海上沿直线匀速航行时,受到的阻力与水的推力是平衡力
【答案】D
【解析】A、山东舰满载排水量约5万吨=5×107kg,满载时受到的浮力为F浮=G排=m排g=5×107kg×10N/kg=5×108N.故A错误;
B、山东舰是漂浮状态,受到的浮力等于其重力。当舰载机起飞后,山东舰总重力减小,所以受到的浮力减小。故B错误;
C、舰载机在舰上起飞的过程是加速运动状态。故C错误;
D、山东舰在海上沿直线匀速航行时,水平方向受到的阻力与水的推力是一对平衡力。故D正确。
故选:D。
【点评】此题考查了漂浮的特点、匀速直线运动的含义及运动和力的关系,是一道力学综合题,正确理解和应用规律是解答的关键。
9.(2020?台州)如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程,其中运动员受到水的浮力不断增大的阶段是( )
A.①→②
B.②→③
C.③→④
D.④→⑤
【答案】A
【解析】
运动员从入水到露出水面的过程中,水的密度不变;
①→②是入水过程,排开水的体积增大,由F浮=ρ水gV排可知运动员受到水的浮力不断增大;
②→③,③→④,运动员浸没在水中,其排开水的体积不变,所受浮力不变;
④→⑤是露出水面的过程,运动员排开水的体积减小,所受浮力减小,故A正确,BCD错误。
故选:A。
【点评】本题考查阿基米德原理的应用,重点是确定该过程V排的变化。
10.(2019?济南)如图所示,是一位先生巧用物理知识借助气球将帽子送给楼上女士的情景。此过程中应用的关键知识是( )
A.惯性
B.浮力
C.动能
D.效率
【答案】B
【解析】空气对气球和帽子有浮力作用,当气球和帽子受到的浮力大于气球和帽子的自身重力时,帽子随气球一起上升到楼上。
故选:B。
【点评】本题考查了浮力在生活中的应用,在平时的学习生活过程中,多观察、多分析,提高自己的分析能力。
11.(2020?烟台)三个完全相同的烧杯,分别装有相同体积的甲、乙、丙三种不同液体,将烧杯放在同一个水槽中,静止时如图所示。则下列说法正确的是( )
A.三个烧杯所受浮力相等
B.乙液体的密度最大
C.丙液体的密度比水大
D.三种液体的密度相等
【答案】B
【解析】
A、由图可知:V甲排<V丙排<V乙排;由F浮=ρgV排可知:烧杯所受的浮力:F乙>F丙>F甲,故A错误;
BD、根据F浮=G可知:烧杯与液体的总重力:G乙>G丙>G甲,由于烧杯相同,所以三种液体的重力关系:G乙液>G丙液>G甲液,
由G=mg可知,液体的质量关系:m乙液>m丙液>m甲液,
由于三种液体的体积相同,由ρ=可得,ρ乙液>ρ丙液>ρ甲液,故B正确,D错误;
C、对丙进行受力分析可知:F浮=G杯+G丙液
由F浮=ρgV排、G=mg和ρ=可得:ρ水gV排=ρ杯gV杯+ρ丙液gV丙液
ρ水gV杯浸没+ρ水gV丙液=ρ杯gV杯+ρ丙液gV丙液
因为ρ杯>ρ水,所以ρ水gV杯浸没<ρ杯gV杯,ρ水gV丙液>ρ丙液gV丙液,即ρ水>ρ丙液,故C错误。
故选:B。
【点评】本题是有关重力公式、密度公式以及浮力知识的综合运用,关键利用好阿基米德原理及物体漂浮时,浮力与重力的关系。
12.(2020?河池)水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体,将两个不同材料制成的正方体A、B(VA<VB)分别放入两种液体中,静止后如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度较大
B.甲液体对容器底的压力较小
C.甲液体中的物体所受的浮力较大
D.两种液体对容器底的压强相等
【答案】B
【解析】
AC、把A、B两物体作为一个整体,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,故C错误;
由图知,V排甲=VB,V排乙=VA,且VA<VB,
所以V排甲>V排乙;
因整体在两液体中受到的浮力相等,且排开甲液体的体积较大,
所以,由F浮=ρ液gV排可知,两液体的密度关系:ρ甲<ρ乙,故A错误;
BD、已知两液体的深度h相同,且ρ甲<ρ乙,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,且甲乙容器的底面积相同,根据p=知甲液体对杯底的压力小于乙液体对杯底的压力,故B正确,D错误。
故选:B。
【点评】本题综合考查了阿基米德原理、漂浮条件、液体压强公式和压强定义式的综合应用,知识点多,属于常考题。
13.(2020?大连)如图所示,两个完全相同的柱形容器放在水平桌面上,分别装有甲,乙两种不同的液体。a、b是体积相等的两个小球,a球漂浮在液面上,b球沉没在容器底。甲液面高于乙液面,且两种液体对容器底的压强相等。则( )
A.两种液体的密度ρ甲=ρ乙
B.两种液体的质量m甲=m乙
C.两个小球所受的重力Ga>Gb
D.两个小球所受的浮力Fa<Fb
【答案】D
【解析】A、两种液体对容器底的压强相等,根据p=ρgh,因为h甲>h乙,所以ρ甲<ρ乙,故A错误。
B、两种液体对容器底的压强相等,受力面积相等,根据F=pS得,所以甲和乙两种液体对容器底的压力相等,
即F甲=F乙,所以G甲+Ga排=G乙+Gb排,
由于ρ甲<ρ乙,Va排<Vb排,
所以ρ甲Va排<ρ乙Vb排,
所以,Ga排<Gb排,
故G甲>G乙,
m甲>m乙,故B错误。
CD、a漂浮在甲液面上,Ga=Fa,b在乙液体中沉底,Gb>Fb,又因为F浮=ρ液gV排,乙液体密度大,b排开乙液体体积大,所以乙受到的浮力大于甲受到的浮力,即Fb>Fa,所以Gb>Ga,故C错误,D正确。
故选:D。
【点评】本题把液体压强、密度、阿基米德原理、浮沉条件都结合在一起,综合性很强,有一定的难度。
二.填空题
14.(2019?绍兴)小敏对“物体在水中浸没前受到的浮力是否与浸入深度有关”进行了研究。
(1)将一长方体金属块横放,部分体积浸入水中时,在液面所对的烧杯壁作一标记线,读出弹簧测力计的示数F甲(如图甲)为________牛;再把金属块竖放浸入同一杯水中,当________时,读出弹簧测力计示数F乙(如图乙)。比较发现F乙=F甲,小敏得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,金属块底部受到水的压强p甲________p乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【答案】(1)1.6;水面与标记线相平;(2)小于。
【解析】(1)弹簧测力计的分度值为0.2N,示数F甲为1.6N;
在液体密度一定时,物体受到的浮力与排开液体的体积成正比,故当水面与标记线相平时,即控制排开液体体积不变,读出弹簧测力计示数F乙,比较发现F乙=F甲,得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,h乙>h甲,根据p=ρgh知金属块底部受到水的压强p甲小于p乙;
【点评】此题考查的是我们对影响浮力大小的因素﹣﹣排开液体体积与深度关系的分析。难度不是很大。
15.(2020?百色)如图所示,将悬挂在弹簧测力计上的实心铝球浸没在装满水的溢水杯中,铝球静止时,弹簧测力计的示数为3.4N,已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,铝的密度ρ铝=2.7×103kg/m3,则铝球的体积为________m3,铝球浸没在水中时所受到的浮力为________N。
【答案】2×10﹣4;2。
【解析】实心铝球浸没在水中静止时,则铝球排开水的体积:V排=V球;
铝球受到的浮力:F浮=ρ水gV排=ρ水gV球;
实心铝球的重力:G=mg=ρ铝gV球;
由于铝球受力平衡,则:
G=F浮+F拉,
ρ铝gV球=ρ水gV球+F拉,
即:2.7×103kg/m3×10N/kg×V球=1×103kg/m3×10N/kg×V球+3.4N,
铝球的体积:V球=V排=2×10﹣4m3;
所以,铝球受到的浮力:F浮=ρ水gV球=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=2N。
【点评】本题考查了重力公式、密度公式、阿基米德原理以及平衡力的应用,关键会对公式进行灵活变形,具有一定的难度。
16.(2020?盐城)在透明薄塑料袋中装入大半袋水,用弹簧测力计钩住塑料袋缓慢放入水中,水袋受到的浮力不断________(增大/减小)。当塑料袋中的水面与容器中水面________时,水袋中水的重力和排开水的重力相等。用塑料袋进行实验的好处是________(说出一点即可)。
【答案】增大;相平;塑料袋的重力可以忽略不计。
【解析】(1)用弹簧测力计钩住塑料袋缓慢放入水中,水袋排开水的体积变大,由F浮=ρ液gV排可知受到的浮力不断增大;
(2)水袋中水的重力和排开水的重力相等,说明水袋中水的重力等于它受到的浮力,即G水=F浮
ρ水gV水=ρ水gV排,
则有:V水=V排,
即当袋内水面与容器中的水面相平时,排开水的体积等于水袋内水的体积;
(3)由于塑料袋非常轻,用塑料袋进行实验,重力可以忽略不计。
【点评】本题考查了阿基米德原理的应用,关键是理解水袋完全浸没时排开水的重力即为水袋的重力。
17.(2020?邵阳)质量相等的甲、乙两物体的密度分别为2g/cm3和3g/cm3,现分别用弹簧测力计钩住使之完全浸没在水中,弹簧测力计测得的示数之比是________。
【答案】3:4。
【解析】
根据ρ=可得V=,甲、乙两物体质量相等,则甲乙的体积之比等于密度的反比,
即V甲:V乙=ρ乙:ρ甲=3g/cm3:2g/cm3=3:2;
因甲、乙两物体全部浸入水中时排开水的体积和自身的体积相等,即V排=V,
由称重法测浮力可得:F浮=G﹣F′,
所以,弹簧测力计的示数:
F′=G﹣F浮=mg﹣F浮=ρVg﹣ρ水gV=(ρ﹣ρ水)gV,
则甲、乙两弹簧测力计的示数之比:
==×=3:4。
【点评】本题考查了阿基米德原理、密度公式及称重法测浮力的应用,关键是公式的灵活应用,有一定难度。
18.(2020?西藏)在“测量物体浸没在液体中所受的浮力”实验中,某同学在弹簧测力计下悬挂一个物块,静止时弹簧测力计的示数F1=2.2N,再将物体浸没在酒精中,静止时弹簧测力计的示数F2=1.4N,如图所示,则物体在酒精中受到的浮力是________N,物体的体积是________m3.(酒精0.8×103kg/m3,g取10N/kg)
【答案】0.8;1×10﹣4。
【解析】(1)根据称重法,可知物体在酒精中受到的浮力是:F浮=F1﹣F2=2.2N﹣1.4N=0.8N;
(2)由F浮=ρ酒精gV排可得,物体的体积:V=V排===1×10﹣4m3。
【点评】本题考查称重法以及阿基米德原理的应用,难度不大。
19.(2020?内江)一质量为54g边长为3cm的立方体橡皮泥块,浸没在水中时,受到的浮力为________N,立方体橡皮泥块的密度为________kg/m3(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3、g=10N/kg)。
【答案】0.27;2×103。
【解析】(1)橡皮泥的体积V=L3=(3cm)3=27cm3=2.7×10﹣5m3,
由于橡皮泥浸没在水中时,则V排=V=2.7×10﹣5m3,
根据阿基米德浮力公式可知,浸没在水中时受到的浮力为
F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×2.7×10﹣5m3=0.27N;
(2)立方体橡皮泥块的密度为
ρ===2g/cm3=2×103kg/m3。
【点评】此题主要考查的是学生对阿基米德原理公式和重力、密度计算公式的理解和掌握,难度不大。
20.(2020?大连)弹簧测力计通过细线吊着一个金属块,静止时弹簧测力计的示数如图甲所示,则金属块的重力是________N.如图乙所示,将金属块浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数是1.6N.则金属块在水中受到的浮力是________N。
【答案】2.8;1.2。
【解析】由图甲可知,测力计的分度值为0.2N,则示数为2.8N,即金属块的重力G=2.8N;
由图乙可知,将金属块浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数是1.6N,
则金属块受到的浮力:F浮=G﹣F示=2.8N﹣1.6N=1.2N。
【点评】本题考查了弹簧测力计的读数、称重法测浮力的应用,属于基础题目。
21.(2020?成都)旅游景区的“热气球”升空是利用了空气产生的________;民航客机起飞,是利用机翼上、下表面空气流速不同而产生的________。(两空均选填“升力”或“浮力”)
【答案】浮力;升力。
【解析】旅游景区的“热气球”升空是由于气球受到了空气的浮力的作用,当浮力大于气球的重力时,气球就会升空;
飞机的机翼上方突起,下方平直。这样的结构决定了当飞机启动后,机翼上方空气流速快,空气压强小,空气压力方向向下;机翼下方空气流速慢,空气压强大,空气压力方向向上。两个压力形成一个向上的合力,这个合力就是升力,当合力达到一定程度后,飞机就可以腾空而起。
【点评】本题考查学生对流体压强与流速的关系,理解飞机机翼上下方流速不同导致压强不同,才是飞机可以向上的原因。
22.(2020?沈阳)人们在端午节会吃粽子,康康把粽子放入盛有适量水的锅中,发现粽子完全浸入水中且沉在锅底,这说明粽子的密度________水的密度,此时粽子对锅底的压力________粽子受到的重力
(以上均选填“大于”、“等于”或“小于”),若粽子的体积为150cm3,则它受到的浮力为________N.(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
【答案】大于;小于;1.5。
【解析】
(1)物体在水中下沉,说明此时粽子的密度大于水的密度;此时物体所受浮力小于物体的重力,
粽子沉在水底时,受到浮力的作用,所以对底部的压力小于重力;
(2)粽子受到的浮力:
F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×150×10﹣6m3×10N/kg=1.5N。
【点评】本题考查了对物体浮沉条件的应用和阿基米德原理公式的应用等知识,需熟练掌握有关基础知识。
23.(2020?益阳)某体积为200cm3、重为1.6N的物体,把它浸没在水中后放手,它将________(“上浮”,“悬浮”或“下沉”),当该物体静止时排开水的体积________cm3(g=10N/kg)。
【答案】上浮;160。
【解析】当物体完全浸没时V排=V物,
浸没在水中时受到的浮力:
F浮=ρ水gV物=1.0×103kg/m3×10N/kg×200×10﹣6m3=2N,
因为F浮>G,
所以,把它浸没在水中后放手,物体上浮,最终处于漂浮状态;
当物体静止后,漂浮在水面上,则F浮=G=1.6N;
由F浮=ρ液gV排得:
V排===1.6×10﹣4m3=160cm3。
【点评】此题考查阿基米德原理、物体浮沉条件及其应用,判断把物块浸没在水中放手后的状态是关键。
三.实验探究题
24.(2019?贵阳)小明运用浮力相关知识制作了可以用来测量物体质量的“浮力称”,其构造如图所示,在水平支架的左端固定刻度盘,支架横梁两端各固定个滑轮,将一根无弹性的细绳跨过两个滑轮,细线的一端悬挂秤盘,另一端连接装有适量细沙的圆柱形浮筒(浮筒自重不计),在线的适当位置固定一根大头针作为指针,把浮筒浸入装有适量水的水槽中,称量时,把待测物体放入秤盘后,指针下降浮筒上升,静止后,待测物体的质量就可以通过指针在刻度盘上的位置反映出来。
请你回答下列问题(不计细线、秤盘、指针的质量以及线与滑轮的摩擦)
(1)为了制作量程为1kg的浮力称,向秤盘添加1kg的砝码,逐渐向空浮筒内加入细沙,当浮筒的________(选填“上”或“下“)表面刚好与水面齐平并保持静止时,在刻度盘上将指针所指的位置标定为最大刻度线。
(2)取下砝码,当浮筒受到________力和________力是一对平衡力时,浮筒能直立地浮在水面上静止,此刻度所指的位置应标定为零刻度线,在均匀地标定其余刻度线。
(3)若将质量为m(m<1kg)的待测物体放在秤盘上,当浮筒静止时其下表面距离水面的距离是h,若细沙的质量是M,浮筒的横截面积是S,水的密度为ρ水,则待测物体质量的表达式m=________。
(4)若将原来的浮筒更换为长度相同、横截面积更小的另一个浮筒,细沙的质量和细线的长度等不变,则重新标定的刻度线与原来刻度线相比发生变化的是________ (选填“零刻度线上升”或“最大刻度线下降“),请你分析带来这一变化的原因是:________。
【答案】(1)下;(2)重;浮;(3)M﹣ρ水Sh;(4)零刻度线上升;因为当浮筒受到的浮力和压力(沙对浮筒)为一对平衡力时,指针指的是零刻度线,根据题意,即是要使浮力不变,也就是在水的V排不变,根据V=Sh,当浮筒横截面积变小,h变大,也就是指针会上升。
【解析】(1)为了制作量程为1kg的浮力称,向秤盘添加1kg的砝码,即最大质量,此时细线对浮筒的拉力最大,则浮内加入细沙,则浮筒浸在水中的深度最小,可为0;故当浮筒的下表面刚好与水面齐平并保持静止时,在刻度盘上将指针所指的位置标定为最大刻度线。
(2)取下砝码,细线对浮筒的拉力为0,当是浮筒受到的浮力和压力(沙对浮筒)为一对平衡力时,浮筒能直立地浮在水面上静止,此刻度所指的位置应标定为零刻度线,再均匀地标定其余刻度线;
(3)若将质量为m(m<1kg)的待测物体放在秤盘上,重力为G=mg,对细线的拉力为T=mg,即线对筒的拉力;若细沙的质量是M,
当浮筒静止时其下表面距离水面的距离是h,浮筒的横截面积是S,水的密度为ρ水,根据阿基米德原理,则浮筒受到的浮力,F浮=ρ水gV排=ρ水gSh,浮筒处于静止状态,根据力的平衡有:F浮+T=Mg,
即ρ水gSh+mg=Mg,
测物体质量的表达式m=M﹣ρ水Sh;
(4)当浮筒受到的重力和浮力是一对平衡力时,指针指的是零刻度线,根据题意,即是要使浮力不变,也就是在水的V排不变,根据V=Sh,当浮筒横截面积变小,h变大,也就是指针会上升。
【点评】本题结合实际,考查力的平衡和阿基米德原理的运用,有一定难度。
25.(2019?福建)如图,“验证阿基米德原理”的实验步骤如下:
①用弹簧测力计测出物体所受的重力G(图甲);
②将物体浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯中,用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水,读出这时测力计的示数F(图乙);
③测出接水后小桶与水所受的总重力G1(图丙);
④将小桶中的水倒出,测岀小桶所受的重力G2(图丁);
⑤分别计算出物体受到的浮力和排开的水所受的重力,并比较它们的大小是否相同。
回答下列问题:
(1)物体浸没在水中,受到水的浮力F浮=________,被排开的水所受的重力G排=________。(用上述测得量的符号表示)
(2)指出本实验产生误差的原因(写出两点):
(a)________;
(b)________。
(3)物体没有完全浸没在水中,________(选填“能”或“不能”)用实验验证阿基米德原理。
【答案】(1)G﹣F;G1﹣G2;
(2)(a)测力计的精度不够,测量时测力计未保持静止等;(b)小桶中的水未倒净,排开的水未全部流入小桶等;
(3)能。
【解析】
(1)根据称重法测浮力:物体浸没在水中,受到水的浮力:
F浮=G﹣F;
被排开的水所受的重力:
G排=G1﹣G2;
(2)实验产生误差的原因:
(a)测力计的精度不够,测量时测力计未保持静止等;
(b)小桶中的水未倒净,排开的水未全部流入小桶等。
(3)物体没有完全浸没在水中,按照上面的方法,能用实验验证阿基米德原理。
【点评】本题验证阿基米德原理,考查实验过程和误差分析,要掌握。
四.计算题
26.(2020?黔西南州)如图甲所示,有一体积、质量忽略不计的弹簧,其两端分别固定在容器底部和正方体形状的物体上。已知物体的边长为10cm,弹簧没有发生形变时的长度为10cm,弹簧受到拉力作用后,伸长的长度△L与拉力F的关系如图乙所示。向容器中加水,直到物体上表面与液面相平,此时水深24cm。(g=10N/kg)求:
(1)物体受到水的浮力。
(2)打开出水口,缓慢放水,当弹簧处于没有发生形变的状态时,关闭出水口。求放水前后水对容器底部压强的变化量。
【答案】(1)物体受到水的浮力为10N;
(2)放水前后水对容器底部压强的变化量为800Pa。
【解析】(1)物块刚好完全浸没在水中,则有:V排=V物=(0.1
m)3=1×10﹣3m3,
物体所受的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N;
(2)由图甲可知,当物体上表面与液面齐平时,物体上表面距容器底的距离为h=24cm,弹簧伸长的长度:△L=24cm﹣10cm﹣10cm=4cm,
由图乙可知,此时弹簧对物体的拉力为F拉=4N,
木块的重力:G物=F浮﹣F拉=10N﹣4N=6N,
当弹簧处于没有发生形变的自然状态时,L弹簧=10cm,
此时物体受的浮力:F浮'=G物=6N,
由F浮=ρ水gV排可得,物体排开水的体积:
V排'===6×10﹣4m3,
物体浸入水中的深度:h浸===0.06m;
此时水的深度:h'=L弹簧+h浸=0.1m+0.06m=0.16m;
放水前后水对容器底部压强的变化量:
△p=p﹣p'=ρ水g(h﹣h')=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.24m﹣0.16m)=800Pa。
【点评】本题考查了学生对液体压强公式、阿基米德原理公式、物体浮沉条件的理解与掌握,求出弹簧处于没有发生形变的状态时水的深度是关键。
27.(2020?呼和浩特)2020年6月20日,我国自主设计和建造的“海斗号”载人潜水器,成功下潜到太平洋“马里亚纳海沟”10000米深处。创造了载人潜水器海水深潜的世界纪录。潜水器由双层船壳构成,外层与海水接触,外壳选择了钛合金作主材,潜水器在上浮和下潜时,其体积是一定的。潜水器近似可以看做长方体,其规格:长9m、宽3m、高3.4m。该潜水器悬浮在海水中时总质量为25t。(海面大气压1.0×105Pa)。
(1)假设海水密度不随深度变化,质量不变的潜水器在上浮且未浮出水面过程中,受到水的浮力 不变 (选填“变大”、“变小”或“不变”);
(2)“海斗号”悬浮在海水中,求所受到的浮力;
(3)载人潜水器在10000米深处,其上表面受到的压力约为2.78×109N,求海水的密度。
【答案】(1)不变;
(2)“海斗号”悬浮在海水中,所受到的浮力为2.5×105N;
(3)海水的密度为1.0286×103kg/m3。
【解析】
(1)潜水器在上浮且未浮出水面过程中,排开水的体积不变,水的密度不变,由F浮=ρ水V排g可知潜水器受到的浮力不变;
(2)该潜水器悬浮在海水中时受到的浮力:
F浮=G=mg=25×103kg×10N/kg=2.5×105N;
(3)潜水器上表面面积:
S=9m×3m=27m2,
上表面受到的压力F=2.78×109N,
上表面受到的压强:
p==≈1.0296×108Pa,
海水产生的压强:
p海水=p﹣p大气压=1.0296×108Pa﹣1×105Pa=1.0286×108Pa,
由p=ρgh得海水的密度:
ρ海水===1.0286×103kg/m3。
【点评】本题考查阿基米德原理、物体浮沉条件、液体压强公式的应用,要注意:题目中告诉了海面上的大气压,不可忽略。
28.(2020?常州)创新小组自制简易“浸没式液体密度计”,过程为:
①将一实心小球悬挂在弹簧测力计下方,示数如图甲所示;
②将小球浸没在水中,弹簧测力计示数如图乙所示;
③将小球浸没在某未知液体中,弹簧测力计示数如图丙所示;
已知ρ水=1×103kg/m3,取10N/kg,问:
(1)该小球的密度有多大?
(2)未知液体的密度有多大?
(3)该密度计的最大测量值是________kg/m3
(4)在测量范围内,某待测液体的密度ρ与弹簧测力计示数F的关系式为________,则该“浸没式液体密度计”的刻度值分布________(均匀/不均匀)。
【答案】(1)该小球的密度为5×103kg/m3;
(2)未知液体的密度为2×103kg/m3;
(3)5×103;
(4)ρ待测液体=;均匀。
【解析】(1)由图甲可知:金属球的重力G=5N,则小球的质量m===0.5kg;
由图乙可知:弹簧测力计的示数为F1=4N,
根据称重法可知小球在水中受到的浮力F浮1=G﹣F1=5N﹣4N=1N;
由于小球处于浸没状态,则根据F浮=ρ液gV排可得:
小球的体积V=V排1===1×10﹣4m3,
小球的密度ρ===5×103kg/m3;
(2)由图丙可知:弹簧测力计的示数为F2=3N,
根据称重法可知小球在液体中受到的浮力F浮2=G﹣F2=5N﹣3N=2N;
由于小球处于浸没状态,则根据F浮=ρ液gV排可得:
液体的密度ρ液===2×103kg/m3;
(3)当测力计的示数为零时,所测的液体密度最大,则小球在密度最大的液体中受到的浮力F浮最大=G﹣0=5N﹣0N=5N;
则根据F浮=ρ液gV排可得:
液体的最大密度ρ液最大===5×103kg/m3;
(4)在测量范围内,根据F浮=G﹣F和F浮=ρ液gV排可得:
液体的密度表达式:ρ待测液体===;
因ρ待测液体与F成一次函数,所以该“浸没式液体密度计”的刻度值分布均匀。
【点评】此题考查密度的测量、阿基米德原理、弹簧测力计的使用与读数等知识点,是一道综合性较强的题目,通过阿基米德原理来测算物体的体积,是一种很重要的方法,应该熟练掌握。
29.(2018?巴中)边长为10cm的正方体木块,漂浮在水面上,露出水面体积与浸在水中的体积比为2:3,如图甲所示;将木块从水中取出,放入另一种液体中,并在木块上表面放一重为2N的小铁块,静止时,木块上表面恰好与液面相平,如图乙所示。求:
(1)图甲中木块所受浮力大小;
(2)图乙中液体的密度;
(3)图乙中木块下表面所受压强的大小。
【答案】(1)图甲中木块受的浮力为6N;
(2)图乙中液体的密度为0.8×103kg/m3;
(3)图乙中木块下表面受到液体的压强为800Pa。
【解析】(1)由题可知,木块的体积:V木=(10×10﹣1)3m3=10﹣3m3,
露出水面体积与浸在水中的体积比为2:3,则V排=V木=×10﹣3m3,
由阿基米德原理可得:
F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3××10﹣3m3×10N/kg=6N;
(2)木块的重力:G木=F浮=6N,
木块表面上放一重2N的铁块,当它静止时,F'浮=G总,
即ρ液V木g=G木+G铁,
液体的密度:ρ液===0.8×103kg/m3。
(3)图乙中木块下表面受到液体的压强:p=ρ乙gh=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.1m=800Pa。
【点评】本题考查阿基米德原理的运用,要理解物体漂浮时的特点,掌握液体内部压强的运算。
30.(2020?雅安)如图所示,水平桌面上放置底面积为100cm2、质量为500g的圆桶,筒内装有30cm深的某液体。弹簧测力计下悬挂底面积40cm2、高为10cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直至完全浸没液体中,在圆柱体未进入液体中时,弹簧测力计示数为18N,圆柱体浸没液体中时,弹簧测力计示数为12N.(可以忽略圆桶的厚度,过程中液体没有从筒中溢出,g取10N/kg)。求:
(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力;
(2)筒内液体密度;
(3)当圆柱体完全浸没时,圆桶对桌面的压强。
【答案】(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力6N;
(2)筒内液体密度是1.5×103kg/m3;
(3)当圆柱体完全浸没时,圆桶对桌面的压强5600Pa。
【解析】
(1)由题可知,物体重G柱=18N,完全浸没液体中时,圆柱体受到的拉力F拉=12N,
圆柱体受到的浮力:F浮=G柱﹣F拉=18N﹣12N=6N;
(2)因为圆柱体浸没,则有
V排=V柱=S柱h=40cm2×10cm=400cm3=4×10﹣4m3,
由阿基米德原理可得,F浮=ρ液gV排,
6N=ρ液×10N/kg×4×10﹣4m3,
解得液体的密度为:ρ液=1.5×103kg/m3。
(3)液体的质量:m液=ρ液V液=1.5×103kg/m3×100×30×10﹣6m3=4.5kg,
液体的重力:G液=m液g=4.5kg×10N/kg=45N,
圆桶的重力:G筒=m筒g=0.5kg×10N/kg=5N,
则总重力:G总=G液+G筒+G柱=45N+5N+18N=68N,
圆桶放在水平桌面上,圆桶对桌面的压力:F=G总﹣F拉=68N﹣12N=56N,
此时圆桶对桌面的压强:p===5600Pa。
【点评】本题的关键是当圆柱体浸没在液体中,容器对水平桌面的压力等于容器、液体和圆柱体所有的重力之和与向上的拉力差。
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一.选择题
1.(2020?房山区二模)下列说法中正确的是( )
A.浸在气体中的物体不受浮力
B.浸在液体中的物体受到的浮力,浮力的大小就是液体对物体压力的合力
C.浸在液体中的物体受到的浮力,浮力大小只与液体的密度有关
D.悬浮在液体中的物体受到的重力与浮力是一对相互作用力
【答案】B
【解析】A、阿基米德原理既适用于液体又适用于气体,因此浸在液体或气体中的物体都受浮力,故A错误;
B、浸在液体中的物体受到各个方向的压力,由于上下表面存在高度差,因此只有受到竖直向上的压力与竖直向下的压力无法抵消,即上下表面的压力差等于浮力,故此浸在液体中的物体受到的浮力就是液体对物体压力的合力,故B正确;
C、浮力的大小与液体的密度和排开液体的体积有关,故C错误;
D、悬浮在液体中的物体受到的重力与浮力符合二力平衡的条件,因此是一对平衡力,故D错误。
故选:B。
【点评】本题考查阿基米德原理、浮力产生的实质、二力平衡条件以及影响浮力大小的因素,考查浮力相关知识非常全面,对学生要求比较高。
2.(2020?苏州一模)关于桥墩在河水中所受浮力的情况,下列说法中正确的是( )
A.水中的桥墩不受水的浮力
B.河水涨时,桥墩所受浮力减小
C.河水涨时,桥墩所受浮力增大
D.河水涨时,桥墩所受浮力大小不变
【答案】A
【解析】桥墩下面没有水,水不会对桥墩产生向上的压力,没有上下表面的压力差,故不会产生浮力,故A正确,BCD错误。
故选:A。
【点评】本题考查浮力产生的原因,难度不大。
3.(2020?秦淮区二模)小红用弹簧测力计、铁圆柱体、两个相同的大烧杯做“探究影响浮力大小的因素”的实验,其实验步骤和弹簧测力计示数如图所示。下列说法正确的是( )
A.铁圆柱体浸没在水中所受浮力大小为1N
B.由甲、乙、戊三图可探究浮力大小与液体密度的关系
C.由甲、乙、丁三图可知,物体浸入液体的深度越深,所受浮力越大
D.再增加一个体积和铁圆柱体相等的铜圆柱体,可探究浮力大小与物体质量的关系
【答案】D
【解析】
A、由称重法测浮力可得,铁圆柱体浸没在水中所受浮力大小为:F浮=G﹣F=5N﹣1N=4N,故A错误;
B、探究浮力大小与液体密度的关系,要控制排开液体的体积相同,而乙、戊中排开液体的体积不同,故B错误;
C、由阿基米德原理可知,物体受到的浮力大小只与液体的密度、排开液体的体积有关,与物体浸入液体的深度无关,故C错误;
D、探究浮力大小与物体质量的关系,要控制液体的密度、排开液体的体积不变,只改变物体的质量,故增加一个体积和铁圆柱体相等的铜圆柱体(根据m=ρV可知质量不同),可探究浮力大小与物体质量的关系,故D正确。
故选:D。
【点评】本题探究影响浮力大小因素的实验题目,考查了称重法测浮力、控制变量法的应用以及数据分析能力,属于基础题目。
4.(2020?射阳县一模)某兴趣小组在探究物体在水中浸没前受到的浮力的影响因素时,设计了两种方案:方案一:如图甲、乙,改变长方体金属块部分浸入水中深度,比较弹簧测力计示数F甲、F乙,并多次实验;方案二:如图甲、丙,将同一长方体金属块分别横放和竖放,部分浸入水中,使浸入部分体积相同,比较弹簧测力计示数F甲、F丙,改变浸入部分的体积做多次实验,通过探究能够得到浮力与浸入部分体积关系的方案是( )
A.两个方案均可以
B.只有方案一
C.只有方案二
D.两个方案均不可以
【答案】A
【解析】方案一:根据阿基米德原理,浮力大小与排开液体的密度和体积有关,故实验中要控制排开液体的密度相同,只改变物体排开液体的体积,记下测力计示数,根据称重法测浮力可知受到的浮力大小;
方案二:如图甲、丙,将同一长方体金属块分别横放和竖放,部分浸入水中(排开液体的密度相同),使浸入部分体积相同,物体所处深度不同,比较弹簧测力计示数F甲、F丙,由称重法可比较受到的浮力大小,故两个方案均可以。
故选:A。
【点评】本题探究物体在水中浸没前受到的浮力的影响因素,考查控制变量法和阿基米德原理及称重法的运用。
5.(2020?玉林一模)小华用如图甲所示进行实验“探究影响浮力大小的因素”,A是实心圆柱体,根据数据作出的弹簧测力计示数F与物体浸入水中的深度h的关系图象如图乙,从图乙可知( )
A.物体受到的重力为2N
B.当物体浸没在水中时受到的浮力为2N
C.该物体的密度为1.0×103kg/m3
D.浸入液体的物体所受的浮力大小与深度成正比
【答案】B
【解析】A、由图示图象可知,物体没有浸入液体时测力计示数为4N,则物体重力:G=4N,故A错误;
B、由图示图象可知,物体完全浸没在水中时受到的浮力:F浮=G﹣F=4N﹣2N=2N,故B正确;
C、由浮力公式:F浮=ρgV排可知,物体的体积:V=V排===2×10﹣4m3,
由G=mg可知,物体的质量:m===0.4kg,物体的密度:ρ物体===2×103kg/m3,故C错误;
D、由图示图象可知,物体没有完全浸没在液体中前受到的浮力与物体浸入液体的深度成正比,物体完全进入液体后受到的浮力不变,故D错误;
故选:B。
【点评】本题考查了求重力、浮力、物体密度等问题,分析清楚图示图象,应用浮力公式、密度公式即可正确解题。
6.(2020?达州模拟)小东在家中用电子秤做物理家庭实验,他将重物M挂在电子秤上,按图中的操作顺序放入装有不同液体的甲、乙两容器中,其中甲容器中是水,乙容器中是另一种液体。则物体M的密度及乙容器中液体密度是( )
A.ρM=5×103kg/m3
B.ρM=4×109kg/m3
C.ρ液=0.5×103kg/m3
D.ρ液=0.75×103kg/m3
【答案】A
【解析】
(1)由甲、乙两图可知,物体M排开水的质量:m排水=5.0kg﹣4.0kg=1kg,
由ρ=可得,物体M排开水的体积:V排===1×10﹣3m3,
由于物体浸没在水中,则物体M的体积:V=V排=1×10﹣3m3,
物体M的密度:ρM===5×103kg/m3,故A正确,B错误;
(2)由甲、丙两图可知,物体M排开液体的质量:m排液=5.0kg﹣4.2kg=0.8kg,
由于物体仍然浸没在液体中,则V排相同,
由m排液=ρ液V排可得,液体的密度:
ρ液===0.8×103kg/m3,故CD错误;
故选:A。
【点评】本题考查了学生对密度公式、阿基米德原理、物体浮沉条件的掌握和运用,知道物体体积与排开的水的体积相等是本题的关键。
7.(2020?盐城模拟)如图所示,用弹簧测力计、大烧杯、小水桶、铝块(附悬挂线)、小垫块和水来验证阿基米德原理。实验中( )
A.铝块一定要浸没到水中
B.可以用量筒替代弹簧测力计测浮力
C.可以先测空桶的重力再测铝块的重力
D.铝块浸在水中时弹簧测力计的示数等于它所受的浮力
【答案】C
【解析】A、铝块浸没在水中和部分浸没在水中都可以验证阿基米德原理,故A错误。
B、用量筒只能测量物体排开液体受到的重力,不能测量物体受到的重力,不能验证阿基米德原理,故B错误。
C、测量空桶的重力和铝块的重力顺序不同不影响验证结果,先测量空桶的重力会使实验更简单,故C正确。
D、铝块浸在水中时,铝块受到重力、浮力和拉力作用,此时弹簧测力计的示数等于重力和浮力的差,故D错误。
故选:C。
【点评】对于课本的探究实验,我们不但要掌握实验结果,更要注重实验过程,还要理解每一个实验器材在实验中的作用。
8.(2020?黎平县一模)将一重为2.5N的石块放入盛满水的溢杯中,从杯中溢出的水重为1N,求该石块所受的浮力( )
A.3.5N
B.2.5N
C.1.5N
D.1N
【答案】D
【解析】由题知,物体浸入在盛满水的溢水杯中,物体受到水的浮力:F浮=G排=G溢=1N,故D正确,ABC错误。
故选:D。
【点评】本题考查了阿基米德原理的应用,认真审题(将物体浸没到装满水的溢水杯中)得出G排=G溢是本题的关键。
9.(2020?成都模拟)水平桌面上两个容器中分别盛有相同深度的甲、乙两种液体(ρ乙>ρ水)。将两个完全相同的小球M、N分别放入两个容器中,静止时两球状态如图所示(两个容器液面相平)。下列说法正确的是( )
A.两小球所受浮力FM<FN
B.两小球所受浮力FM>FN
C.两容器底受到液体压强p甲=p乙
D.乙容器中加入适量清水,N会下沉
【答案】D
【解析】
AB、小球
M
在甲液体中漂浮,则浮力FM=GM,小球
N
在乙液体中悬浮,则浮力FN=GN,由于小球M、N
完全相同,即GM=GN,则有FM=FN,故
AB错误;
C、小球
M
在甲液体中漂浮,则它们的密度关系为ρM<ρ甲;小球
N
在乙液体中悬浮,则它们的密度关系为ρN=ρ乙;
由于小球M、N
完全相同,即ρM=ρN,则有ρ甲>ρ乙,两容器液面相平即容器内液体的深度h相同,根据液体压强计算公式
p=ρgh
可知,p甲>p乙,故C错误;
D、因为ρ乙>ρ水,所以当在乙容器中加入适量清水时,液体的密度减小,则液体的密度小于N球的密度,N会下沉,故D正确。
故选:D。
【点评】此题综合考查了阿基米德原理、物体浮沉条件及其应用、压强的大小比较等知识点,是一道综合性较强的题目。
10.(2020?绥化一模)下列飞行的物体,其飞行原理与浮力无关的是( )
A.热气球
B.火箭
C.飞艇
D.孔明灯
【答案】B
【解析】
A、热气球中热空气的密度小于空气的密度,使气球受到的浮力大于气球的重力,因而能升空,其飞行原理与浮力有关,故A不符合题意。
B、火箭升空靠气体的反冲作用而获得动力(即力的作用是相互的),其飞行原理与浮力无关,故B符合题意。
C、飞艇工作时,需要向飞艇内充入比空气密度小的气体,其飞行原理与浮力有关,故C不符合题意。
D、孔明灯灯罩内的气体被加热,体积膨胀、密度减小,小于灯罩外空气的密度,使孔明灯受到空气的浮力大于孔明灯的自重,孔明灯上升,其飞行原理与浮力有关,故D不符合题意。
故选:B。
【点评】本题是一道有关浮力、升力和相互作用力的综合性选择题,在解题时要认真分析每一个选项,找出其对应的知识点。
11.(2020?富顺县校级模拟)如图所示,利用弹簧测力计将处于容器底部的物块缓慢上提。在物块从开始上提到离开水面的过程中,如图能正确表示弹簧测力计的示数F与物块底部离容器底部的高h的关系的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】(1)物块从容器底部到露出水面之前,
F浮=ρ水V排g,物块排开水的体积不变,
物块受到的浮力不变;
又因为F浮=G﹣F,物块重G不变,
所以弹簧测力计测力计示数F不变;
(2)物块从上表面露出水面到下表面离开水面,
由F浮′=ρ水V排′g,物块排开水的体积变小,
物块受到的浮力变小;
又因为F浮′=G﹣F′,物块重G不变,
所以弹簧测力计测力计示数F变大;
所以在物块从容器底提到离开水面的过程中,弹簧测力计的示数先不变、后变大。
故选:B。
【点评】本题找出两个阶段排开水的体积变化是突破口,利用好阿基米德原理和称重法测浮力是本题的关键。
12.(2020?北碚区校级模拟)在国内很多地方,正月十五都要吃汤圆。煮汤圆,人们常用“生沉熟浮”来判断汤圆是否煮熟,完整的汤圆煮熟后会漂起来的原因是( )
A.汤圆的重力减小了
B.汤圆的重力不变,浮力增大
C.汤圆的重力和浮力都增大了
D.汤圆的重力和浮力都减小了
【答案】B
【解析】汤圆在水中煮的时候,质量不变,则重力不变,因为汤圆受热膨胀,体积增大,根据F浮=ρgV排知,浮力增大,当浮力大于重力时便会浮上来,故B正确,ACD错误。
故选:B。
【点评】知道影响浮力大小的因素和决定物体浮沉的条件是本题的解题关键。
13.(2020?鼓楼区一模)如图所示,在两个完全相同的容器中装有甲、乙两种不同的液体,将体积相等的实心小球1、2、3分别放入两个容器中,放入小球后两个容器中的液面高度相同,且1、3两球排开液体体积相同,2球在甲液体中悬浮,在乙液体中下沉。则下列选项正确的是( )
A.1、3两球所受的浮力相等
B.甲液体比乙液体对容器底的压强大
C.三个小球中密度最小的是2球
D.如果把1、3两球对调,1球在乙液体中不会下沉
【答案】B
【解析】因为2球在甲液体悬浮,ρ2=ρ甲;在乙液体沉底,ρ2>ρ乙,所以甲液体的密度大于乙液体;
A、1、3两球排开液体体积相同,甲液体的密度大于乙液体,根据F浮=ρgV排可知1球受到的浮力更大,故
A错误;
B、深度相同时,甲液体的密度大于乙液体,根据p=ρgh可知甲液体对底部的压强更大,故
B正确;
C、根据浮沉状态可得,2球密度比1球和3球都要大,1球和3球均漂浮且排开液体体积相等,又因为乙液体密度小,则3球的重力更小,质量更小,在体积相同时密度更小,故C错误;
D、由于无法判断出1球的密度与乙液体密度的关系,则1球在乙液体中的状态无法判断,故D错误。
故选:B。
【点评】此题通过分析小球在液体中的浮沉情况,考查了对阿基米德原理、浮沉条件的应用,同时考查了密度知识的应用,难度较大。
二.填空题
14.(2020?道里区模拟)小华在探究浮力大小与哪些因素有关的实验中,做了如图所示的实验。比较甲和乙可知,物体受到的浮力F浮=________(用图中的物理量符号表示),该实验是为了探究浮力大小与________的关系。
【答案】G﹣F1;排开液体体积。
【解析】
(1)由甲图可知物体重力为G;
由乙图物体受到重力、拉力和浮力作用,三个力的关系为G=F1+F浮,所以物体受到的浮力F浮=G﹣F1;
(2)图乙和图丙液体的密度相同,排开液体的体积不同,弹簧测力计的示数不同,浮力不同,该实验是探究浮力大小与排开液体体积的关系。
【点评】本题考查探究浮力大小与哪些因素有关的实验,熟练运用称量法求浮力大小,关键是熟练运用控制变量法。
15.(2020?望花区模拟)如图所示为中国国产航母山东舰,于2019年12月17日,在海南三亚某军港交付海军。山东舰的排水量可达到6.5万吨,在海面巡航时受到的浮力为________N,某日山东舰在海面巡航时接受补给,此时山东舰排开水的体积________(选填“变大”、“变小”或“不变“),山东舰舰底最底处的压强________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】6.5×108;变大;变大。
【解析】
排水量是指舰船满载时排开水的质量,由阿基米德原理可得山东舰受到的浮力:
F浮=G排=m排g=6.5×107kg×10N/kg=6.5×108N;
山东舰在海面巡航时接受补给时,山东舰的总重力变大,根据漂浮条件可知,山东舰所受浮力增大,液体的密度不变,由F浮=ρ液gV排可知此时山东舰排开水的体积变大,山东舰舰底在水中深度增加,故山东舰舰底最底处的压强变大;
【点评】本题考查了对阿基米德原理和液体压强特点的理解,知道排水量的含义是解题的关键。
16.(2020?南岗区模拟)如图所示是我国古代僧人怀丙打捞沉在河里的铁牛的情景,当他们卸下船上的沙子的过程中,在铁牛被拉起前,船受到的浮力________(选填“变大”、“变小”或“不变”),铁牛被拉动后船(包括船上的物体)所受浮力________(选填“大于”、“小于”或“等于”)其重力。
【答案】不变;大于。
【解析】他们卸下船上的沙子的过程中,铁牛和船(包括船上的人、木头及剩余的沙土)受到的总重力减小,铁牛即将离开河床的过程中,船排开水的体积始终不变,因此根据阿基米德原理F浮=ρ水gV排,可知,浮力不变;
铁牛被拉动后船向上浮,运动状态改变,是因为船所受浮力大于其重力。
【点评】解答此题的过程中,应结合平衡力的知识,分析此题中受到拉力、浮力、重力可解答此题。
三.实验探究题
17.(2020?新华区校级二模)小冉在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用到如下器材: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)小冉进行了如图所示的实验:A步骤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
弹簧测力计示数/N
2.6
2.5
2.4
2.4
2.1
(2)在实验步骤B中铜块所受浮力F浮=________N。
(3)小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是________kg/m3,还算出了步骤B中铜块下表面受到水的压强是________Pa。
(4)小冉在步骤B的基础上继续探究:保持铜块下表面所处的位置不变,把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上,缓慢向烧杯内加水,发现弹簧测力计的示数逐渐________(选填“增大”或“减小”);当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出),烧杯底部受到水的压强增加了________Pa.(已知在一定范围内,弹簧受到的拉力每减少0.1N,弹簧的长度就缩短0.2cm)
【答案】(1)2.7;(2)0.1;(3)2×103
;
200;
(4)减小;
440。
【解析】(1)弹簧测力计的分度值是0.1N,A步骤所示弹簧测力计的示数为2.7N;
(2)由铜块的重力和表中对应的数据,在实验步骤B中铜块所受浮力F浮=2.7N﹣2.6N=0.1N;
(3)在步骤E、F中,铜块受到的浮力分别为F浮水=2.7N﹣2.4N=0.3N,F浮液=2.7N﹣2.1N=0.6N,铜块排开液体的体积都等于铜块本身的体积,故V排水=V排液,
根据阿基米德原理有,=,所以ρ液=?ρ水=×1×103kg/m3=2×103kg/m3;
根据浮力产生的原因,步骤B中铜块下表面受到水的压力等于其受到的浮力F浮=0.1N,所以步骤B中铜块下表面受到水的压强:
p===200Pa;
(4)缓慢向烧杯内加水,保持铜块下表面所处的位置不变,所以铜块排开水的体积增大,浮力增大,则弹簧测力计的示数减小;
B中铜块排开水的体积V排===1×10﹣5m3,
此时铜块进入水的深度h1===0.02m=2cm,
若铜块不动,当所加水使铜块刚好浸没时,所加水的深度h=6cm﹣2cm=4cm,
但在一定范围内,弹簧受到的拉力每减少0.1N,弹簧的长度就缩短0.2cm,因此当所加水使铜块刚好浸没时,此时拉力减少0.2N,则弹簧的长度缩短0.4cm,因此还应该倒入0.4cm高的水,故水面上升的高度△h=4cm+0.4cm=4.4cm=0.044m,
因此烧杯底部增加压强值△p=ρ水g△h=1×103kg/m3×10N/kg×0.044m=440Pa;
【点评】本题考查探究影响浮力大小因素的实验,关键是将课本知识内容记忆清楚,仔细审题分析。
18.(2020?达州模拟)小东用溢水杯、弹簧测力计、烧杯、水、重物及细线按照正确的操作步骤完成了“验证阿基米德原理”的实验。
(1)请根据图中的操作示意图排列出小东实验操作的正确顺序是________。
(2)物体所受浮力是________N,排开液体的重力是________N,小东的实验结果与阿基米德原理________(选填“相符”或“不相符”)。
(3)小东根据实验过程计算出物体的体积是________m3,进而计算出物体的密度是________kg/m3(g取10N/kg)。
【答案】(1)丙、甲、丁、乙;(2)2;2;相符;(3)2×10﹣4;2×103。
【解析】(1)为了减小误差,在小桶接水前,应先测出其重力,所以合理的实验顺序为丙、甲、丁、乙;
(2)由实验过程可知,物体浸没在水中受到的浮力为:F浮=G物﹣F1=4N﹣2N=2N;
物体排开液体的重力:G排=F2﹣G空桶=3N﹣1N=2N,
由实验可知,浸入液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受重力的大小,与阿基米德原理相符;
(3)由F浮=ρ水gV排得:
物体的体积:
V=V排水===2×10﹣4m3,
物体的质量:m===0.4kg;
物体的密度:ρ===2×103kg/m3。
【点评】本题目就是考查学生对阿基米德实验的掌握程度,看学生能否掌握每个步骤,以及每一步要测量的对象,只要基本知识掌握扎实,题目不难做出。
四.计算题
19.(2020?和平区一模)如图甲,将一个石块挂在弹簧测力计下端,称得石块的重为4N,如图乙,将石块浸没在水中,弹簧测力计的示数为2N,将石块浸没到另一种液体中时,弹簧测力计的示数为1.8N,计算:(g=10N/kg)
(1)石块浸没在水中时,受到水的浮力。
(2)石块的密度。
(3)另一种液体的密度。
【答案】(1)石块浸没在水中时,受到水的浮力为2N;
(2)石块的密度为2g/cm3;
(3)另一种液体的密度为1.1g/cm3。
【解析】(1)石块的重力为4N,浸没在水中,弹簧测力计的示数是2N,所以石块受到的浮力:
F浮=G﹣F示=4N﹣2N=2N;
(2)由F浮=ρ水gV排得,石块的体积:
V=V排===2×10﹣4m3=200cm3,
由G=mg得,石块的质量:
m===0.4kg=400g,
则石块的密度:
ρ石===2g/cm3。
(3)将挂在弹簧测力计下的石块浸没到某种液体中,弹簧测力计的示数为1.8N,
所以,F浮′=G﹣F示′=4N﹣1.8N=2.2N;
由F浮=ρgV排得,液体的密度:
ρ液===1.1×103kg/m3=1.1g/cm3。
【点评】本题考查固体密度的测量,关键是知道物体浸没在液体中时,排开液体的体积等于其自身体积,此题的知识点较多,有一定的综合性,属于中等题。
20.(2020?重庆一模)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。由此处匀速下放物块,直至浸没于水中并继续匀速下放(物块始终未与喜器接触)。物块下放过程中,水面位始终不变,弹簧测力计示数F与物块下表面漫入水中的深度h的关系如图乙所示。求:
(1)物体的质量;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的密度。
【答案】(1)物体的质量为1.8kg;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力为8N;
(3)物块的密度为2.25×103kg/m3。
【解析】
(1)由图象可知,弹簧测力计的最大示数F最大=8N,此时物块未浸入水中,则物块重力G=F最大=18N,
物体的质量:
m===1.8kg;
(2)物块完全浸没水中时弹簧测力计的示数F示=10N,
此时物体受到水的浮力:
F浮=G﹣F示=18N﹣10N=8N;
(2)由F浮=ρ水gV排得物体的体积:
V=V排===8×10﹣4m3,
物体的密度:
ρ===2.25×103kg/m3;
【点评】本题考查了重力公式、密度公式、阿基米德原理以及称重法测浮力的应用,分析图象得出相关信息是关键。
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444.7
浮力
物体的沉浮条件
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一.选择题
1.(2019?临沂)被誉为“新世界七大奇迹”的港珠澳大桥(如图)由“水上桥面”和“海底隧道”两部分组成,其中海底隧道长5.7km,设计时速100km/h,隧道洞壁采用了让人视觉舒适的新型装饰材料。下列说法正确的是( )
A.水中的桥墩不受海水的浮力
B.桥面上行驶的汽车相对灯杆静止
C.通过海底隧道最少需要34.2min
D.光在装饰材料上发生镜面反射
2.(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
3.(2020?大庆)一个底部横截面积为200cm2的圆柱形薄壁玻璃容器静止于水平桌面上,一个物体悬挂于弹簧秤下端,开始完全浸没在水中处于静止状态,如图甲,此时弹簧秤的读数为5.0N;后来缓慢提起物体,直到物体的体积露出水面,如图乙,发现容器底部水的压强减少了100Pa,已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg。则下列说法不正确的是( )
A.物体的质量为1.3kg
B.物体的密度为1.625×103
kg/m3
C.容器底部对桌面的压力减小2N
D.弹簧秤的读数变为8N
4.(2020?雅安)如图所示,当乒乓球从水里上浮到水面上,乒乓球在A位置时受到的浮力为FA,水对杯底的压强为pA,在B位置时受到的浮力为FB,水对杯底的压强为pB,则它们的大小关系是( )
A.FA=FB
pA=pB
B.FA<FB
pA<pB
C.FA>FB
pA>pB
D.FA>FB
pA=pB
5.(2020?深圳)如图所示,放在水平桌面上的溢水杯盛满水,用弹簧测力计挂一个实心铁块,示数为F1;将铁块缓慢浸没水中(未接触溢水杯),溢出的水流入小烧杯,弹簧测力计的示数为F2.下列判断正确的是( )
A.水对溢水杯底部的压强p甲<p乙
B.溢水杯对桌面的压力F甲<F乙
C.铁块受到的浮力F浮=F2﹣F1
D.小烧杯中水的重力G=F1﹣F2
6.(2020?衢州)2020年4月23日,“雪龙”号考察船圆满完成历时198天的南极考察任务,返回上海码头落锚。在铁链拉着铁锚缓慢放入水中时,经历了如图所示三种情况:图甲中铁锚部分浸入水中;图乙中铁锚完全浸没水中但未触底;图丙中铁锚沉底。三种情况下船身受到的浮力大小分别为F甲、F乙、F丙,它们的大小关系正确的是( )
A.F甲=F乙=F丙
B.F甲>F乙=F丙
C.F甲>F乙>F丙
D.F甲<F乙<F丙
7.(2020?新疆)一个盛有足够多水的溢水杯放在水平桌面上,先往溢水杯中投入一个质量为m的小球A,从溢水杯中溢出的水的质量为20g,再往溢水杯中投入一个质量为2m的小球B,从溢水杯中再次溢出的水的质量为80g,此时A、B小球受到的总浮力为F浮,水对溢水杯底部产生的压力比两小球投入溢水杯前增加了△F,已知小球A、B的密度均小于水的密度,则( )
A.F浮
=1.2N,△F=0.2N
B.F浮
=1.2N,△F=1.2N
C.F浮
=1.0N,△F=1.0N
D.F浮
=1.0N,△F=0N
8.(2020?黔西南州)2019年12月17日,中国第一艘国产航空母舰在海南三亚某军港交付海军,这艘航母命名为“中国人民解放军海军山东舰”。山东舰满载排水量约5万吨,可以搭载36架歼﹣15舰载机。下列分析正确的是( )
A.山东舰满载时受到的浮力为5×107N
B.舰载机全部飞出后,山东舰受到的浮力不变
C.舰载机在舰上起飞的过程是匀速直线运动
D.山东舰在海上沿直线匀速航行时,受到的阻力与水的推力是平衡力
9.(2020?台州)如图表示跳水运动员从入水到露出水面的过程,其中运动员受到水的浮力不断增大的阶段是( )
A.①→②
B.②→③
C.③→④
D.④→⑤
10.(2019?济南)如图所示,是一位先生巧用物理知识借助气球将帽子送给楼上女士的情景。此过程中应用的关键知识是( )
A.惯性
B.浮力
C.动能
D.效率
11.(2020?烟台)三个完全相同的烧杯,分别装有相同体积的甲、乙、丙三种不同液体,将烧杯放在同一个水槽中,静止时如图所示。则下列说法正确的是( )
A.三个烧杯所受浮力相等
B.乙液体的密度最大
C.丙液体的密度比水大
D.三种液体的密度相等
12.(2020?河池)水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体,将两个不同材料制成的正方体A、B(VA<VB)分别放入两种液体中,静止后如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度较大
B.甲液体对容器底的压力较小
C.甲液体中的物体所受的浮力较大
D.两种液体对容器底的压强相等
13.(2020?大连)如图所示,两个完全相同的柱形容器放在水平桌面上,分别装有甲,乙两种不同的液体。a、b是体积相等的两个小球,a球漂浮在液面上,b球沉没在容器底。甲液面高于乙液面,且两种液体对容器底的压强相等。则( )
A.两种液体的密度ρ甲=ρ乙
B.两种液体的质量m甲=m乙
C.两个小球所受的重力Ga>Gb
D.两个小球所受的浮力Fa<Fb
二.填空题
14.(2019?绍兴)小敏对“物体在水中浸没前受到的浮力是否与浸入深度有关”进行了研究。
(1)将一长方体金属块横放,部分体积浸入水中时,在液面所对的烧杯壁作一标记线,读出弹簧测力计的示数F甲(如图甲)为________牛;再把金属块竖放浸入同一杯水中,当________时,读出弹簧测力计示数F乙(如图乙)。比较发现F乙=F甲,小敏得出:浸没前物体受到的浮力与浸入深度无关。
(2)图中两种状态时,金属块底部受到水的压强p甲________p乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
15.(2020?百色)如图所示,将悬挂在弹簧测力计上的实心铝球浸没在装满水的溢水杯中,铝球静止时,弹簧测力计的示数为3.4N,已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,铝的密度ρ铝=2.7×103kg/m3,则铝球的体积为________m3,铝球浸没在水中时所受到的浮力为________N。
16.(2020?盐城)在透明薄塑料袋中装入大半袋水,用弹簧测力计钩住塑料袋缓慢放入水中,水袋受到的浮力不断________(增大/减小)。当塑料袋中的水面与容器中水面________时,水袋中水的重力和排开水的重力相等。用塑料袋进行实验的好处是________(说出一点即可)。
17.(2020?邵阳)质量相等的甲、乙两物体的密度分别为2g/cm3和3g/cm3,现分别用弹簧测力计钩住使之完全浸没在水中,弹簧测力计测得的示数之比是________。
18.(2020?西藏)在“测量物体浸没在液体中所受的浮力”实验中,某同学在弹簧测力计下悬挂一个物块,静止时弹簧测力计的示数F1=2.2N,再将物体浸没在酒精中,静止时弹簧测力计的示数F2=1.4N,如图所示,则物体在酒精中受到的浮力是________N,物体的体积是________m3.(酒精0.8×103kg/m3,g取10N/kg)
19.(2020?内江)一质量为54g边长为3cm的立方体橡皮泥块,浸没在水中时,受到的浮力为________N,立方体橡皮泥块的密度为________kg/m3(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3、g=10N/kg)。
20.(2020?大连)弹簧测力计通过细线吊着一个金属块,静止时弹簧测力计的示数如图甲所示,则金属块的重力是________N.如图乙所示,将金属块浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数是1.6N.则金属块在水中受到的浮力是________N。
21.(2020?成都)旅游景区的“热气球”升空是利用了空气产生的________;民航客机起飞,是利用机翼上、下表面空气流速不同而产生的________。(两空均选填“升力”或“浮力”)
22.(2020?沈阳)人们在端午节会吃粽子,康康把粽子放入盛有适量水的锅中,发现粽子完全浸入水中且沉在锅底,这说明粽子的密度________水的密度,此时粽子对锅底的压力________粽子受到的重力
(以上均选填“大于”、“等于”或“小于”),若粽子的体积为150cm3,则它受到的浮力为________N.(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
23.(2020?益阳)某体积为200cm3、重为1.6N的物体,把它浸没在水中后放手,它将________(“上浮”,“悬浮”或“下沉”),当该物体静止时排开水的体积________cm3(g=10N/kg)。
三.实验探究题
24.(2019?贵阳)小明运用浮力相关知识制作了可以用来测量物体质量的“浮力称”,其构造如图所示,在水平支架的左端固定刻度盘,支架横梁两端各固定个滑轮,将一根无弹性的细绳跨过两个滑轮,细线的一端悬挂秤盘,另一端连接装有适量细沙的圆柱形浮筒(浮筒自重不计),在线的适当位置固定一根大头针作为指针,把浮筒浸入装有适量水的水槽中,称量时,把待测物体放入秤盘后,指针下降浮筒上升,静止后,待测物体的质量就可以通过指针在刻度盘上的位置反映出来。
请你回答下列问题(不计细线、秤盘、指针的质量以及线与滑轮的摩擦)
(1)为了制作量程为1kg的浮力称,向秤盘添加1kg的砝码,逐渐向空浮筒内加入细沙,当浮筒的________(选填“上”或“下“)表面刚好与水面齐平并保持静止时,在刻度盘上将指针所指的位置标定为最大刻度线。
(2)取下砝码,当浮筒受到________力和________力是一对平衡力时,浮筒能直立地浮在水面上静止,此刻度所指的位置应标定为零刻度线,在均匀地标定其余刻度线。
(3)若将质量为m(m<1kg)的待测物体放在秤盘上,当浮筒静止时其下表面距离水面的距离是h,若细沙的质量是M,浮筒的横截面积是S,水的密度为ρ水,则待测物体质量的表达式m=________。
(4)若将原来的浮筒更换为长度相同、横截面积更小的另一个浮筒,细沙的质量和细线的长度等不变,则重新标定的刻度线与原来刻度线相比发生变化的是________ (选填“零刻度线上升”或“最大刻度线下降“),请你分析带来这一变化的原因是:________。
25.(2019?福建)如图,“验证阿基米德原理”的实验步骤如下:
①用弹簧测力计测出物体所受的重力G(图甲);
②将物体浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯中,用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水,读出这时测力计的示数F(图乙);
③测出接水后小桶与水所受的总重力G1(图丙);
④将小桶中的水倒出,测岀小桶所受的重力G2(图丁);
⑤分别计算出物体受到的浮力和排开的水所受的重力,并比较它们的大小是否相同。
回答下列问题:
(1)物体浸没在水中,受到水的浮力F浮=________,被排开的水所受的重力G排=________。(用上述测得量的符号表示)
(2)指出本实验产生误差的原因(写出两点):
(a)________;
(b)________。
(3)物体没有完全浸没在水中,________(选填“能”或“不能”)用实验验证阿基米德原理。
四.计算题
26.(2020?黔西南州)如图甲所示,有一体积、质量忽略不计的弹簧,其两端分别固定在容器底部和正方体形状的物体上。已知物体的边长为10cm,弹簧没有发生形变时的长度为10cm,弹簧受到拉力作用后,伸长的长度△L与拉力F的关系如图乙所示。向容器中加水,直到物体上表面与液面相平,此时水深24cm。(g=10N/kg)求:
(1)物体受到水的浮力。
(2)打开出水口,缓慢放水,当弹簧处于没有发生形变的状态时,关闭出水口。求放水前后水对容器底部压强的变化量。
27.(2020?呼和浩特)2020年6月20日,我国自主设计和建造的“海斗号”载人潜水器,成功下潜到太平洋“马里亚纳海沟”10000米深处。创造了载人潜水器海水深潜的世界纪录。潜水器由双层船壳构成,外层与海水接触,外壳选择了钛合金作主材,潜水器在上浮和下潜时,其体积是一定的。潜水器近似可以看做长方体,其规格:长9m、宽3m、高3.4m。该潜水器悬浮在海水中时总质量为25t。(海面大气压1.0×105Pa)。
(1)假设海水密度不随深度变化,质量不变的潜水器在上浮且未浮出水面过程中,受到水的浮力 不变 (选填“变大”、“变小”或“不变”);
(2)“海斗号”悬浮在海水中,求所受到的浮力;
(3)载人潜水器在10000米深处,其上表面受到的压力约为2.78×109N,求海水的密度。
28.(2020?常州)创新小组自制简易“浸没式液体密度计”,过程为:
①将一实心小球悬挂在弹簧测力计下方,示数如图甲所示;
②将小球浸没在水中,弹簧测力计示数如图乙所示;
③将小球浸没在某未知液体中,弹簧测力计示数如图丙所示;
已知ρ水=1×103kg/m3,取10N/kg,问:
(1)该小球的密度有多大?
(2)未知液体的密度有多大?
(3)该密度计的最大测量值是________kg/m3
(4)在测量范围内,某待测液体的密度ρ与弹簧测力计示数F的关系式为________,则该“浸没式液体密度计”的刻度值分布________(均匀/不均匀)。
29.(2018?巴中)边长为10cm的正方体木块,漂浮在水面上,露出水面体积与浸在水中的体积比为2:3,如图甲所示;将木块从水中取出,放入另一种液体中,并在木块上表面放一重为2N的小铁块,静止时,木块上表面恰好与液面相平,如图乙所示。求:
(1)图甲中木块所受浮力大小;
(2)图乙中液体的密度;
(3)图乙中木块下表面所受压强的大小。
30.(2020?雅安)如图所示,水平桌面上放置底面积为100cm2、质量为500g的圆桶,筒内装有30cm深的某液体。弹簧测力计下悬挂底面积40cm2、高为10cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直至完全浸没液体中,在圆柱体未进入液体中时,弹簧测力计示数为18N,圆柱体浸没液体中时,弹簧测力计示数为12N.(可以忽略圆桶的厚度,过程中液体没有从筒中溢出,g取10N/kg)。求:
(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力;
(2)筒内液体密度;
(3)当圆柱体完全浸没时,圆桶对桌面的压强。
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一.选择题
1.(2020?房山区二模)下列说法中正确的是( )
A.浸在气体中的物体不受浮力
B.浸在液体中的物体受到的浮力,浮力的大小就是液体对物体压力的合力
C.浸在液体中的物体受到的浮力,浮力大小只与液体的密度有关
D.悬浮在液体中的物体受到的重力与浮力是一对相互作用力
2.(2020?苏州一模)关于桥墩在河水中所受浮力的情况,下列说法中正确的是( )
A.水中的桥墩不受水的浮力
B.河水涨时,桥墩所受浮力减小
C.河水涨时,桥墩所受浮力增大
D.河水涨时,桥墩所受浮力大小不变
3.(2020?秦淮区二模)小红用弹簧测力计、铁圆柱体、两个相同的大烧杯做“探究影响浮力大小的因素”的实验,其实验步骤和弹簧测力计示数如图所示。下列说法正确的是( )
A.铁圆柱体浸没在水中所受浮力大小为1N
B.由甲、乙、戊三图可探究浮力大小与液体密度的关系
C.由甲、乙、丁三图可知,物体浸入液体的深度越深,所受浮力越大
D.再增加一个体积和铁圆柱体相等的铜圆柱体,可探究浮力大小与物体质量的关系
4.(2020?射阳县一模)某兴趣小组在探究物体在水中浸没前受到的浮力的影响因素时,设计了两种方案:方案一:如图甲、乙,改变长方体金属块部分浸入水中深度,比较弹簧测力计示数F甲、F乙,并多次实验;方案二:如图甲、丙,将同一长方体金属块分别横放和竖放,部分浸入水中,使浸入部分体积相同,比较弹簧测力计示数F甲、F丙,改变浸入部分的体积做多次实验,通过探究能够得到浮力与浸入部分体积关系的方案是( )
A.两个方案均可以
B.只有方案一
C.只有方案二
D.两个方案均不可以
5.(2020?玉林一模)小华用如图甲所示进行实验“探究影响浮力大小的因素”,A是实心圆柱体,根据数据作出的弹簧测力计示数F与物体浸入水中的深度h的关系图象如图乙,从图乙可知( )
A.物体受到的重力为2N
B.当物体浸没在水中时受到的浮力为2N
C.该物体的密度为1.0×103kg/m3
D.浸入液体的物体所受的浮力大小与深度成正比
6.(2020?达州模拟)小东在家中用电子秤做物理家庭实验,他将重物M挂在电子秤上,按图中的操作顺序放入装有不同液体的甲、乙两容器中,其中甲容器中是水,乙容器中是另一种液体。则物体M的密度及乙容器中液体密度是( )
A.ρM=5×103kg/m3
B.ρM=4×109kg/m3
C.ρ液=0.5×103kg/m3
D.ρ液=0.75×103kg/m3
7.(2020?盐城模拟)如图所示,用弹簧测力计、大烧杯、小水桶、铝块(附悬挂线)、小垫块和水来验证阿基米德原理。实验中( )
A.铝块一定要浸没到水中
B.可以用量筒替代弹簧测力计测浮力
C.可以先测空桶的重力再测铝块的重力
D.铝块浸在水中时弹簧测力计的示数等于它所受的浮力
8.(2020?黎平县一模)将一重为2.5N的石块放入盛满水的溢杯中,从杯中溢出的水重为1N,求该石块所受的浮力( )
A.3.5N
B.2.5N
C.1.5N
D.1N
9.(2020?成都模拟)水平桌面上两个容器中分别盛有相同深度的甲、乙两种液体(ρ乙>ρ水)。将两个完全相同的小球M、N分别放入两个容器中,静止时两球状态如图所示(两个容器液面相平)。下列说法正确的是( )
A.两小球所受浮力FM<FN
B.两小球所受浮力FM>FN
C.两容器底受到液体压强p甲=p乙
D.乙容器中加入适量清水,N会下沉
10.(2020?绥化一模)下列飞行的物体,其飞行原理与浮力无关的是( )
A.热气球
B.火箭
C.飞艇
D.孔明灯
11.(2020?富顺县校级模拟)如图所示,利用弹簧测力计将处于容器底部的物块缓慢上提。在物块从开始上提到离开水面的过程中,如图能正确表示弹簧测力计的示数F与物块底部离容器底部的高h的关系的是( )
A.
B.
C.
D.
12.(2020?北碚区校级模拟)在国内很多地方,正月十五都要吃汤圆。煮汤圆,人们常用“生沉熟浮”来判断汤圆是否煮熟,完整的汤圆煮熟后会漂起来的原因是( )
A.汤圆的重力减小了
B.汤圆的重力不变,浮力增大
C.汤圆的重力和浮力都增大了
D.汤圆的重力和浮力都减小了
13.(2020?鼓楼区一模)如图所示,在两个完全相同的容器中装有甲、乙两种不同的液体,将体积相等的实心小球1、2、3分别放入两个容器中,放入小球后两个容器中的液面高度相同,且1、3两球排开液体体积相同,2球在甲液体中悬浮,在乙液体中下沉。则下列选项正确的是( )
A.1、3两球所受的浮力相等
B.甲液体比乙液体对容器底的压强大
C.三个小球中密度最小的是2球
D.如果把1、3两球对调,1球在乙液体中不会下沉
二.填空题
14.(2020?道里区模拟)小华在探究浮力大小与哪些因素有关的实验中,做了如图所示的实验。比较甲和乙可知,物体受到的浮力F浮=________(用图中的物理量符号表示),该实验是为了探究浮力大小与________的关系。
15.(2020?望花区模拟)如图所示为中国国产航母山东舰,于2019年12月17日,在海南三亚某军港交付海军。山东舰的排水量可达到6.5万吨,在海面巡航时受到的浮力为________N,某日山东舰在海面巡航时接受补给,此时山东舰排开水的体积________(选填“变大”、“变小”或“不变“),山东舰舰底最底处的压强________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
16.(2020?南岗区模拟)如图所示是我国古代僧人怀丙打捞沉在河里的铁牛的情景,当他们卸下船上的沙子的过程中,在铁牛被拉起前,船受到的浮力________(选填“变大”、“变小”或“不变”),铁牛被拉动后船(包括船上的物体)所受浮力________(选填“大于”、“小于”或“等于”)其重力。
三.实验探究题
17.(2020?新华区校级二模)小冉在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用到如下器材: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)小冉进行了如图所示的实验:A步骤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
弹簧测力计示数/N
2.6
2.5
2.4
2.4
2.1
(2)在实验步骤B中铜块所受浮力F浮=________N。
(3)小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是________kg/m3,还算出了步骤B中铜块下表面受到水的压强是________Pa。
(4)小冉在步骤B的基础上继续探究:保持铜块下表面所处的位置不变,把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上,缓慢向烧杯内加水,发现弹簧测力计的示数逐渐________(选填“增大”或“减小”);当所加水使铜块刚好浸没时(水未溢出),烧杯底部受到水的压强增加了________Pa.(已知在一定范围内,弹簧受到的拉力每减少0.1N,弹簧的长度就缩短0.2cm)
18.(2020?达州模拟)小东用溢水杯、弹簧测力计、烧杯、水、重物及细线按照正确的操作步骤完成了“验证阿基米德原理”的实验。
(1)请根据图中的操作示意图排列出小东实验操作的正确顺序是________。
(2)物体所受浮力是________N,排开液体的重力是________N,小东的实验结果与阿基米德原理________(选填“相符”或“不相符”)。
(3)小东根据实验过程计算出物体的体积是________m3,进而计算出物体的密度是________kg/m3(g取10N/kg)。
四.计算题
19.(2020?和平区一模)如图甲,将一个石块挂在弹簧测力计下端,称得石块的重为4N,如图乙,将石块浸没在水中,弹簧测力计的示数为2N,将石块浸没到另一种液体中时,弹簧测力计的示数为1.8N,计算:(g=10N/kg)
(1)石块浸没在水中时,受到水的浮力。
(2)石块的密度。
(3)另一种液体的密度。
20.(2020?重庆一模)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。由此处匀速下放物块,直至浸没于水中并继续匀速下放(物块始终未与喜器接触)。物块下放过程中,水面位始终不变,弹簧测力计示数F与物块下表面漫入水中的深度h的关系如图乙所示。求:
(1)物体的质量;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的密度。
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