八年级下册10.2 阿基米德原理精品同步测试题
展开第12课 阿基米德原理(解析版)
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课程标准
课标解读
1.理解影响浮力大小的因素;
2.通过实验探究活动深刻理解探究影响浮力大小因素的实验活动;
3.掌握阿基米德原理;
4.会利用阿基米德原理解答有关问题。
1.理解物体所受浮力与物体浸入液体的体积和液体密度有关;
2.通过实验探究深刻理解影响浮力大小的因素;
3.掌握阿基米德原理的内容并理解其含义;
4.熟练应用阿基米德原理解答问题。
知识精讲
知识点01 阿基米德原理
1. 阿基米德原理:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
2. 公式表示:;
从公式中可以看出:液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状 、浸没的深度等均无关。
3. 适用条件:液体(或气体)。
【知识拓展一】阿基米德原理的五点透视
(1)原理中所说的“浸在液体里的物体”包含两种状态:一是物体的全部体积都浸入液体里,即物体浸没在液体里;二是物体的一部分体积浸入液体里,另一部分露在液面以上。
(2)G排指被物体排开的液体所受的重力,F浮= G排表示物体受到的浮力的大小等于被物体排开的液体的重力。
(3)V排是表示被物体排开的液体的体积,当物体全部浸没在液体里时,V排=V物;当物体只有一部分浸入液体里时,则V排
(5)阿基米德原理也适用于气体,但公式中ρ液应该为ρ气。
【知识拓展二】阿基米德原理的应用
1.公式法也称原理法,根据阿基米德原理,浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力(表达式为:F浮=G排=ρ液gV排)。此方法适用于所有浮力的计算。
2.曹冲称象中的浮力知识
曹冲利用浮力知识,巧妙地测出了大象的体重。请你写出他运用的与浮力有关的知识_____、 ____,另外,他所用到的科学研究方法是:_____和______。
曹冲称象的过程是首先把大象放在船上,在水面处的船舷上刻一条线,然后把大象牵上岸。再往船上放入石块,直到船下沉到船舷上的线再次与水面相平时为止,称出此时船上石头的质量即为大象的质量。两次船舷上的线与水面相平,根据阿基米德原理可知,为了让两次船排开水的体积相同,进而让两次的浮力相同,再根据浮沉条件,漂浮时重力等于浮力可知:船重+大象重=船重+石头重,用多块石头的质量替代了不可拆分的大象的质量,这是等效替代法在浮力中的一个典型应用。
3.阿基米德原理的应用
浮力的计算大都应用到阿基米德原理,所以阿基米德原理在本章也是也是最重要知识点和考点。阿基米德原理的应用主要有以下几个方面:
(1)计算物体所受浮力的大小
例一:有一个物体,质量为,体积为。求物体放在水中静止时所受到的浮力大小。
【解析】物体的重力,
要求物体所受水的浮力,需要判明物体在水中处于何种状态,因此可先求出物体完全浸没在水中受到的浮力,再与物体的重力比较来确定物体的沉浮状态。
物体完全浸入水中所受浮力:;
因,故物体上浮,静止后漂浮在水面。物体受到的浮力:。
(2)判断物体是空心还是实心的
例二:一个铝块重,如果把它挂在弹簧测力计上,铝块全部没入水中时,弹簧测力计的读数是,则这个铝块实心还是空心的?(铝块的密度是)
【解析】假设铝块是实心的,则体积,
实心铝块在水中受到的浮力:;
铝块实际在水中受到的浮力为:;
因,故铝块是空心的。
(3)计算物质的密度
例三:为了测量一石块和某液体的密度,将石块挂在弹簧测力计下,示数为,将石块浸没在水中,弹簧测力计示数是,石块浸没在某液体中,示数为。求:
(1)石块的密度;
(2)液体的密度。
【解析】(1)依题设可知,石块的重力为,则石块的质量:
石块浸没在水中受到的浮力:;
石块的体积:;
所以石块的密度 ;
(2)石块浸没在液体中受到的浮力:,
液体的密度:。
(4)判断液面的升降
例四:漂浮在杯中液面上的冰块熔化后,杯中液面的高度如何变化?设冰块熔化后,杯中无液体溢出。
【解析】由于冰块漂浮在液面上,根据二力平衡知识可知,冰块所受浮力等于其重力。设冰和液体的密度分别为和,冰的体积为,冰排开液体的体积为,
则有
冰熔化后,质量不变,设冰熔化成水的体积为,水的密度为,则有
由以上二式解得:;
若,则,冰熔化后液面高度不变;
若,则,冰熔化后液面高度下降;
若,则,冰熔化后液面高度上升。
(5)求物体的空心部分的体积
例五:质量为的空心铁球悬浮在水中,求这个铁球空心部分的体积。(铁的密度)
【解析】由于空心铁球悬浮在水中,所以铁球受到浮力与重力相等,即
空心铁球排开水的体积为:,
实心铁球的体积为:,
空心铁球的空心部分的体积:。
(6)计算物体中各成分的含量
例六:有一顶王冠质量是,完全浸没在水中,用弹簧测力计称重,已知金的密度为,银的密度为,这个王冠的含金量是多少?
【解析】王冠的重力:
王冠浸没在水中受到的浮力:
由阿基米德原理,王冠浸入水中所排开水的体积(也即王冠的体积):
王冠的密度为:
,说明这顶王冠不是纯金做成的。
设王冠中金的质量为,银的质量为,则有:
由两式并代入数据解得:;
即这顶王冠含金量为4.943kg。
知识点02 探究影响浮力大小的因素
【实验目的】探究影响浮力大小的因素。
【实验器材】弹簧测力计、烧杯2个、水、圆柱体(A)、盐水。
【实验原理】(1)浸在液体中的物体都会受到向上的浮力;(2)浮力大小遵循阿基米德原理。
【实验步骤】一、实验装置如图。
甲 乙 丙 丁 戊
二、用弹簧测力计测量圆柱体受到的重力,如图甲所示,数据计入实验表格。
三、用弹簧测力计挂着物体A慢慢部分(一半)浸入水中,如图乙所示,此时弹簧测力计读数计入表格。
四、用弹簧测力计挂着物体A,使其全部浸入水中(A在水中上半部),如图丙所示,此时弹簧测力计读数计入表格。
五、用弹簧测力计挂着物体A,使其全部浸入水中(A在水中下半部),如图丁所示,此时弹簧测力计读数计入表格。
六、用弹簧测力计挂着物体A,使其全部浸入盐水中,如图戊所示,此时弹簧测力计读数计入表格。
七、实验表格(参考数据,图中所示)
实验步骤
浸入液体内体积
弹簧测力计读数/N
1
0
8
2
V
7
3
V
6
4
V
6
5
V
5.6
八、整理器材。
【实验结论】浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
2.考查内容
考查方向
解答思路
浮力大小与浸入液体内部体积关系
物体浸入液体内部体积不变,浮力不变(步骤3、4);浸入液体的体积增大,浮力增大(步骤2、3)
浮力大小与浸入液体内部深度关系
物体全部浸入液体内部,浮力与深度无关(步骤3、4)
浮力大小与液体密度的关系
体积不变时,液体密度越大,浮力越大(步骤4、5)
浮力大小和物体形状的关系
浸入液体内体积不变,浮力不变,和物体形状无关
浮力的计算
F浮=G-F弹(G是重力,F弹是弹簧测力计读数)
探究方法
控制变量法
物体所受浮力大小规律
等于物体排开液体所受到的重力
【知识拓展】本节知识导图
分层提分
题组A 基础过关练
1.小明有一正立方体金属块,他想知道该金属块的密度,于是将金属块浸没在某种液体中,如图甲所示,在将金属块缓缓从液体中竖直提出来的过程中,画出了测力计拉力F随提起高度h变化的图象,如图乙所示,则该金属块的密度约为( )。
A.2.7×103kg/m3;B.3.1×103kg/m3;C.3.5×103㎏/m3;D.4.4×103㎏/m3
【答案】D。
【解析】(1)当金属块完全露出液面,没有浸入水体中时,金属块不受浮力,此时拉力等于重力,据此求出金属块重,利用重力公式求金属块的质量。
(2)对h=2cm到h=4cm过程中力F拉变化分析,从而可知正方体的边长,求出体积,即可利用密度公式求出密度。
当金属块完全露出液面,没有浸入水中时,金属块不受浮力,此时拉力等于重力,即在4cm以上,从图可知,该金属块重力为:G=F拉=0.35N。
因为G=mg,所以金属块的质量为:;
由图乙可知:由于h=2cm露出液面,到h=4cm时正立方体金属块离开液面,则正方体的边长L=2cm,所以正方体体积V=L3=(2×10﹣2m)3=8×10﹣6m3,金属块的密度为:
。故正确答案是D。
2.“094型”潜艇是我国自行研制的新一代潜艇,当它从深海中上浮而未露出水面的过程中,它受到海水的( )。
A.压强减小,浮力减小;B.压强不变,浮力不变;
C.压强减小,浮力不变;D.压强增大,浮力增大
【答案】C。
【解析】物体受到的浮力等于物体排开液体的重量,物体只要浸没在液体中,它排开液体的体积不变,受到的浮力不变。液体内部的压强与其深度成正比。当潜艇上浮过程中,深度逐渐变小,液体压强逐渐变小。正确的是C。
3.有两个相同的柱形烧杯分别盛满水和某液体,将一实心圆柱体挂在弹簧测力计下,图甲和乙分别是圆柱体逐渐浸入水和某液体中时,弹簧测力计的示数与圆柱体下表面离液面的距离关系。下列结论成立的是( )。
A.圆柱体浸没在水中时受到的浮力是2.4N;
B.圆柱体的底面积为 0.02m2;
C.液体的密度为1.2×103kg/m3;
D.圆柱体在液体中漂浮时下表面受到的压强为240Pa
【答案】D。
【解析】由甲乙两图可以看出,物体的重力(重量)是2.4N,当它逐渐进入液体中时,圆柱体受到的浮力逐渐增大,弹簧测力计的示数逐渐变小;由乙图可知,当圆柱体下表面距离液面为1cm时,弹簧测力计示数为0,说明此时圆柱体的重量和浮力相等;由甲图可知,当圆柱体下降到下表面距离液面2cm时,弹簧测力计示数不再发生变化,说明圆柱体的高度是2cm;同时也说明圆柱体漂浮在液体中。液体密度大于水的密度。由图甲可求得圆柱体体积为:
;
由图乙求得液体密度为:
。
故,圆柱体在液体漂浮时,其下表面的压强为:
。
4.下列四个情景中,受到的浮力增大的物体是( )。
A.从深水处走向海岸沙滩的游泳者;B.从长江驶入大海的轮船;
C.海面下正在下沉的潜水艇; D.在码头装载货物的轮船
【答案】D。
【解析】A.从深水处走向海岸沙滩的游泳者;所受浮力变小,不符合题意。
B.从长江驶入大海的轮船;只要轮船质量不变,在长江和在大海中所受浮力相同,故B不符合题意。
C.海面下正在下沉的潜水艇;所受浮力不变,只是潜水艇受到的重力逐渐增大,导致下沉,故C不符合题意。
D.在码头装载货物的轮船;轮船上的货物逐渐增大,轮船排开海水的体积逐渐增大,浮力逐渐增大,故D符合题意。
5.体积为100 cm3的铁块浸没水中,排开水的重力是 N,受到的浮力是 N。如果将它浸没酒精中,受到的浮力是 N。( g取10 N/kg ρ酒精=0.8×103 kg/ m3 )
【答案】1、1、0.8。
【解析】浸入液体中的物体,受到的浮力等于物体排开液体的重力,浮力公式为:。
解答:体积为100 cm3的铁块浸没水中,排开水的重力是:
;它受到的浮力也是1N。
如果在酒精中,受到的浮力为:
。
6.如图甲所示,弹簧测力计示数为5 N。如图乙所示,小球一半浸在水中,测力计示数为2 N。则小球受到的浮力为______N,小球的体积为______cm3。剪断悬吊小球的细线,小球在水中稳定时受到的浮力为______N。(取g=10 N/kg)
【答案】3;600;5。
【解析】由题意知:小球的重力G=5N,一半浸在水中时测力计示数F拉=2N,水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg,
则小球受到的浮力F浮=G-F拉=5N-2N=3N,
小球的体积,
再由题知,小球浸没时受到的浮力为6N,大于小球的重力,剪断悬线后,小球上浮,在水中稳定时处于漂浮状态,受到的浮力等于重力,为5N。
故答案为:3;600;5。
7.某兴趣小组在探究浸在液体中的物体所受浮力大小规律的实验中,做了如图所示的实验,将同一物体A逐渐浸入到密度的液体中,并通过观察弹簧测力计的示数的变化规律,得出以下一些结论:
(1)分析比较实验序号甲、乙、丙可初步得出结论:当液体的密度相同时,物体排开液体的体积越大,物体受到的浮力越 ,分析比较实验序号 可初步得出结论:当排开液体的体积相同时,物体所受浮力与浸没在液体中的深度 (选填“有关”或“无关”)。
(2)由实验可知A物体的重力为 N,A物体浸没在液体中所受的浮力是 N。
【答案】(1)大;甲、丙、丁;无关;(2)6、2。
【解析】(1)分析比较实验序号甲、乙、丙,液体的密度相同时,物体排开液体的体积越大,弹簧测力计的示数越小,根据F浮=G﹣F示,物体受到浮力越大;研究物体所受浮力与物体浸没在液体中的深度的关系时,应控制排开液体的体积和液体的密度相同,改变物体A在液体的深度,所以,应分析比较实验序号甲、丙、丁。
已知在丙、丁中,弹簧测力计的示数均为4N,根据F浮=G﹣F知,物体受到的浮力不变。可初步得出结论:当排开液体的体积相同时,物体所受浮力与浸没在液体中的深度无关;
(2)由甲图知,A物体的重力为6N,A物体浸没时,弹簧测力计的示数为4N,由F浮=G﹣F得:A物体浸没在液体中所受的浮力大小为2N。
8.如图所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上方连有正方体木块A,容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口,当容器中水深为20cm时,木块A有3/5的体积浸在水中,此时弹簧恰好处于自然状态,即没有发生形变(已知水的密度为1.0×103kg/m3,不计弹簧所受的浮力,g取10N/kg)。
(1)求此时容器底部受到水的压强;
(2)求木块A的密度;
(3)先向容器内缓慢加水,直至木块A刚好完全浸没在水中,此时弹簧对木块的作用力为F1,再打开阀门B缓慢放水,直至木块A完全离开水面时,再关闭阀门B,此时弹簧对木块A的作用力为F2,求F1与F2之比。
【解析】(1)当容器中水深为20cm时,容器底部受到水的压强:
p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2×103Pa;
(2)弹簧恰好处于自然状态时没有发生形变,则此时木块漂浮,所以,F浮=G,即:
ρ水gV排=ρ木gV木,已知V排=V木。所以,ρ木=ρ水=×1.0×103kg/m3=0.6×103kg/m3。
(3)木块完全浸没时,物体A受到向上的浮力、向下的重力、弹簧向下的弹力而处于平衡状态,根据力的平衡条件可得,F浮=G+F1,则弹簧对木块的作用力:
F1=F浮﹣G=ρ水gV木﹣ρ木gV木=ρ水gV木﹣ρ水gV木=ρ水gV木;
木块A完全离开水面时,物体A受到竖直向上的弹力和竖直向下的重力处于平衡状态,则弹簧对木块的作用力:F2=G=ρ木gV木=ρ水gV木,
所以F1:F2=ρ水gV木:ρ水gV木=2:3。
【答案】(1)此时容器底部受到的水的压强为2×103Pa;(2)木块A的密度为0.6×103kg/m3;
(3)F1与F2之比为2:3。
题组B 能力提升练
1.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
【答案】D。
【解析】ABD、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,故B错误,D正确;
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,故A错误;
C、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,故C错误。故选:D。
2.三个完全相同的烧杯,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。
3.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。
4.一个薄壁密封饮料瓶内装有一些饮料,分别放在装有甲、乙两种液体的容器中,静止后饮料瓶的状态如图所示,饮料瓶受到的浮力分别为F浮甲、F浮乙.甲、乙两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙.则( )。
A.F浮甲>F浮乙,ρ甲>ρ乙 B.F浮甲<F浮乙,ρ甲<ρ乙
C.F浮甲=F浮乙,ρ甲>ρ乙 D.F浮甲=F浮乙,ρ甲<ρ乙
【答案】C。
【解析】由于饮料瓶漂浮,则F浮=G,所以,饮料瓶在两种液体中受到的浮力相等,都等于饮料瓶受到的重力G,即F浮甲=F浮乙=G,
由图知,饮料瓶排开液体的体积:V甲排<V乙排,根据F浮=ρ液gV排可知液体的密度:ρ甲>ρ乙。故选:C。
5.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
【答案】D。
【解析】A、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,故A不符合题意;
B、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,故B不符合题意;
C、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,故C不符合题意;
D、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,故D符合题意。故选:D。
6.将一个重为G的鸡蛋放进盛有浓盐水的杯中,鸡蛋漂浮,然后逐渐向杯中加入清水,当鸡蛋下沉至杯底静止时停止加水,如图中的图象能粗略描述这个过程中浮力随时间变化关系的是( )。
A. B.
C. D.
【答案】C。
【解析】当鸡蛋在浓盐水中漂浮时,此时鸡蛋所受浮力等于鸡蛋的重力;
当给浓盐水中缓慢加入水时,混合液的密度开始减小,当此时混合液的密度仍大于鸡蛋的密度,虽然鸡蛋开始缓慢下沉,不过鸡蛋仍处于漂浮状态,只是浸入液体中的体积在增大,而露出的体积在减小,所以此时鸡蛋受到的浮力仍等于鸡蛋的重力;
当混合液的密度逐渐减小到等于鸡蛋的密度时,此时鸡蛋在液体中处于悬浮状态,鸡蛋受到的浮力仍等于鸡蛋的重力;当浓盐水中的水越来越多而引起混合液的密度比鸡蛋密度小的时候,此时鸡蛋受到的浮力就会小于重力,鸡蛋出现下沉直至沉到杯子的底部,由此可知,鸡蛋受到的浮力是先不变,然后减小,所以选项C符合题意。故选:C。
7.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。
故答案为:2×10﹣4;2。
8.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
(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。
【答案】(1)D;(2)3;1.5。
【解析】(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;
(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。
故答案为:(1)D;(2)3;1.5。
9.边长为20cm的薄壁正方形容器(质量不计)放在水平桌面
上,将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部,其横截面积为200cm2,高度为10cm。如图1所示。然后向容器内缓慢注入某种液体,圆柱体始终直立,圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图2所示。(g取10N/kg)
(1)判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系,并写出判断依据;
(2)当圆柱体刚被浸没时,求它受到的浮力;
(3)当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,求容器内液体的质量。
【解析】(1)圆柱体的密度大于液体密度;
依据:由图2可知,当注入液体质量大于2kg时,圆柱体对容器底部的压力不变,说明此时圆柱体浸没在液体中,即圆柱体沉底了,由浮沉条件可知,圆柱体的密度大于液体密度;
(2)由题意知,圆柱体的底面积为:S柱=200cm2=0.02m2,
其高为h=10cm=0.1m,则圆柱体的体积:V柱=S柱h=0.02m2×0.1m=2×10﹣3m3;
正方体容器的底面积S容=0.2m×0.2m=0.04m2;
圆柱体刚好浸没时,液体的体积为:V液体=(S容﹣S柱)h=(0.04m2﹣0.02m2)×0.1m=2×10﹣3m3;
由图2可知,圆柱体刚好浸没时,注入液体的质量为2kg,
则液体的密度:ρ液===1.0×103kg/m3;
根据阿基米德原理可得,当圆柱体刚被浸没时,它受到的浮力:
F浮=ρ液gV排=ρ液gV柱=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=20N;
(3)由(2)知,圆柱体刚好浸没时注入液体的质量为2kg;
当注入液体质量m1小于或等于2kg时,容器内液体的深度:
h′=(△S=S容﹣S柱=0.04m2﹣0.02m2=0.02m2),
液体对容器底部的压强:p1=ρ液g×=﹣﹣﹣﹣﹣①,
由图2可知,当没有注入液体时圆柱体对容器底的压力为140N,即圆柱体的重力为140N,
则注入液体后,容器对桌面的压力为:F=140N+m1g,
容器对桌面的压强:p2==﹣﹣﹣﹣﹣②,
已知p1:p2=1:3﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
将①②代入③得:=1:3,
解得m1=2.8kg,因m1=2.8kg>2kg,故应舍去。
当注入液体的质量大于2kg时,即注入液体的深度大于10cm,
因液体体积与圆柱体体积之和等于容器底面积乘以液体的深度,即V液+V柱=S容h′,
且根据ρ=可得液体的体积V液=,
所以+V柱=S容h′,
则此时液体的深度h′=,
此时液体对容器底部的压强:
p液=ρ液gh′=ρ液g×=,﹣﹣﹣﹣﹣﹣④
容器对桌面的压强:p容==﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤,
已知p液:p容=1:3,所以:=1:3,
即:(mg+ρ液gV柱):(140N+mg)=1:3,
代入数据可得:
(m×10N/kg+1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3):(140N+m×10N/kg)=1:3,
解得:m=4kg。
答:(1)圆柱体的密度大于液体密度;依据:由图2可知,当注入液体质量大于2kg时,圆柱体对容器底部的压力不变,说明此时圆柱体浸没在液体中,即圆柱体沉底了,由浮沉条件可知,圆柱体的密度大于液体密度;(2)当圆柱体刚被浸没时它受到的浮力为20N;(3)当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,容器内液体的质量为4kg。
题组C 培优拔尖练
1.(2021·辽宁辽宁·中考真题)如图所示, M、N是两个质量相等的正方体,VM
A.M受到的浮力大于N受到的浮力
B.甲液体的密度大于乙液体的密度
C.左侧容器对桌面的压强小于右侧容器对桌面的压强
D.若剪断细线,N静止时,乙液体对容器底的压强变大
【答案】ABD。
【解析】A.由题可知,GM=GN,M在甲液面漂浮,根据浮沉条件,FM浮=GM,N用细线吊着静止在乙液体中(细线对N有拉力),所以FN浮+F拉= GN,则FM浮FN浮,故A正确;
B.由A可知,FM浮FN浮,即甲gVM排乙gVN排,VM
F左=G总甲=G容器+G甲液+GM
右侧容器受到的压力F右=G总乙=G容器+G乙液+GN- F拉
因为甲乙,所以G甲液 G乙液,又因为GM=GN ,所以GM GN- F拉,所以F左 F右,左右容器的底面积即对桌面的接触面积相同,根据p=,可得左侧容器对桌面的压强大于右侧容器对桌面的压强,故C错误;
D.若剪断细线,N要下沉,静止时,乙液面上升,即乙液体的高度增加,根据p=乙gh可知,乙液体对容器底的压强变大,故D正确。故选ABD。
2.(2021·辽宁辽宁·中考真题)水平面上有甲、乙两个相同的容器,装有质量相等的盐水和清水,小明先用盐水浸泡草莓,然后放入清水中清洗。草莓在盐水和清水中的浮沉情况如图所示。草莓由盐水到清水带走的盐水和草莓质量变化忽略不计。下列判断正确的是( )。
A.两容器中有草莓时,对水平面的压强相等;
B.草莓a的密度小于草莓b的密度;
C.草莓c在盐水和清水中所受浮力相等;
D.两容器中有草莓时,容器底受到液体压强相等
【答案】AB。
【解析】A.两容器中有草莓时,总重力相同,容器底面积相等,根据
可知,两容器中有草莓时,对水平面的压强相等,故A正确;
B.由甲图可知,草莓a漂浮,草莓b悬浮,因此草莓a的密度小于草莓b的密度,故B正确;
C.草莓c在盐水和清水中都沉底,排开的液体的体积相同,但液体的密度不同,根据 可知,所受浮力不相等,故C错误;
D.甲、乙两个相同的容器,装有质量相等的盐水和清水,容器底受到液体压强相等;当两容器中有草莓时,容器底受到液体压强增加,增加的压强等于草莓在清水和盐水中时浮力产生的压强,而草莓在清水和盐水中时浮力不相等,增加的压强也不相等,因此两容器中有草莓时,容器底受到液体压强不相等,故D错误。故选AB。
3.(2021·福建·中考真题)如图,将一边长为10 cm的正方体木块放入装有某液体的圆柱形容器中、木块静止时露出液面的高度为2 cm,液面比放入前升高1 cm,容器底部受到液体的压强变化了80 Pa,则木块底部受到液体压强为______Pa,木块受到的浮力为______N。
【答案】640;6.4。
【解析】[1]木块放入液体后,液面升高的高度,容器底部受到液体的压强变化,由可知,液体密度
木块边长10cm,静止时露出液面的高度为2cm,所以木块底浸在液体中的深度
木块底部受到液体压强
[2]木块排开的液体的体积
木块受到的浮力。
4.(2021·黑龙江黑龙江·中考真题)小明在验证“阿基米德原理”实验中:
(1)用已调零的弹簧测力计,按照图甲中所示顺序进行实验操作,测力计的示数分别为:F1、F2、F3、F4,由此可知铁球浸没在水中所测得的浮力表达式为F浮=_______,测得铁球排开水所受的重力表达式为G排=_______(用此题中所给字母表示)
(2)小明预期要获得的结论是:_______(用此题中所给字母表示);
(3)在读数正确的情况下,小明由实验数据发现:铁球浸没在水中所受浮力F浮大于铁球排开的水所受重力G排,而且超出了误差允许的范围,得出此实验结果的原因可能是_______(写出一条即可);
(4)小明分析发现了此实验操作中存在的问题并加以改正,进一步思考:如果实验中物体没有完全浸没水中,能否验证“阿基米德原理”,正确的观点是_______(选填“能”或“不能”)验证;
(5)他又进行了如下深入探究:将溢水杯中注满水放在电子秤上,如图乙所示,其示数为m1,将铁球用细线悬挂轻轻放入水中浸没,待杯中水停止外溢时,如图丙所示,其示数为m2,则m2_______m1,(选填“>”、“=”、“<”)。
【答案】F1-F2;F3-F4;F1-F2=F3-F4;溢水杯内没有注满水;能;=。
【解析】(1)[1][2]称重法测量浮力,故铁球浸没在水中所测得的浮力表达式为F1-F2;测得铁球排开水所受的重力是总重减去空桶重,故为F3-F4。
(2)[3]根据阿基米德原理,F1-F2=F3-F4。
(3)[4]溢水杯内没有注满水,导致排开液体的重力偏小,F浮大于G排。
(4)[5]仍然可以验证浮力与排开水的重力关系,因为没有浸没,浮力仍然等于排开水的重力。
(5)[6]溢水杯里装满了水,质量为m1,当用一根细线挂着小球,浸没在水中,若不是溢水杯,增加的压力即为浮力,又由于阿基米德原理,增加的浮力等于排开水的重力,故增加的质量等于排开水的质量,故此时弹簧秤的示数m2,故两示数相等。
5.(2021·贵州贵州·中考真题)一个质量忽略不计、底面积为100cm2的容器中装有2kg水,放在水平桌面上。将一个石块挂在弹簧测力计下,测力计的示数为5.6N,慢慢将石块浸没在水中,不接触杯壁和杯底,水无溢出,稳定后,弹簧测力计的示数为2.8N。求:
(1)石块所受的浮力F浮;
(2)石块的密度ρ;
(3)在如图所示状态下,容器底对桌面的压强p。
【答案】(1)2.8N;(2)2103kg/m3;(3)2.28103Pa。
【解析】(1)根据称重法,石块所受的浮力F浮=G-F=5.6N-2.8N=2.8N
石块所受的浮力为2.8N。
(2)由F浮=ρ液gV排得石块排开水的体积V排===2.810-4m3
石块浸没在水中V石= V排=2.810-4m3
石块的密度ρ石=====2103kg/m3
石块的密度为2103kg/m3。
(3)容器对桌面的压力F压=G水+G排= m水g+ F浮=2kg×10N/kg+2.8N=22.8N
容器底对桌面的压强p===2.28103Pa
即容器底对桌面的压强为2.28103Pa。
答:(1)石块所受的浮力为2.8N;(2)石块的密度为2103kg/m3;(3)在如图所示状态下,容器底对桌面的压强为2.28103Pa。
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