2025年中考物理一轮复习:《浮力》模拟试题分类汇编(含答案解析)
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这是一份2025年中考物理一轮复习:《浮力》模拟试题分类汇编(含答案解析),共75页。
1.(2024•温江区校级模拟)某同学按如图所示的实验步骤“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”,下列关于实验过程的描述错误的是( )
A.通过丙、丁两图可以测出物体排开水所受的重力
B.甲图中的溢水杯一定要装满水
C.按照如图所示的步骤实验,会导致测得的排开水所受的重力偏大
D.选用其他液体、更换不同的物体多次实验,寻求普遍规律
2.(2023•龙马潭区模拟)小明取一根粗细均匀的饮料吸管,在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口,制成简易密度计。现使吸管竖直漂浮在不同液体中,测量出液面到吸管下端的深度为h,如图所示。则下列图表示吸管所受的浮力大小F、液体的密度ρ与深度h关系的图象中,可能正确的是( )
A.B.
C.D.
3.(2023•德阳一模)如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,上升到离水面一定的高度处(不考虑水的阻力)。图乙是绳子拉力F随时间t变化的图像,根据图像信息,下列判断正确的是( )
A.该金属块重力的大小为34N
B.该金属块的密度是5.4×103kg/m3
C.浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20N
D.在t1至t2金属块在水中受到的浮力逐渐增大
4.(2022•西昌市校级模拟)将同一物块分别放入两种不同的液体中,静止后如图所示。若两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙,静止时物块所受的浮力分别为F甲、F乙,已知物块在甲液体时,其下表面受到水的压力为2.3牛,上表面受到水的压力为1.5牛,则( )
A.F甲=3.8牛 ρ甲>ρ乙
B.F乙=3.8牛 ρ甲<ρ乙
C.F甲=0.8牛 ρ甲>ρ乙
D.F乙=0.8牛 ρ甲<ρ乙
5.(2024•涪城区校级模拟)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),按如图两种方式放入两种液体中,待静止后B刚好浸没在甲液体中,A刚好浸没在乙液体中,两杯中液面恰好相平。下列说法正确的是( )
①甲液体密度小于乙液体密度
②甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强
③物块B受到的浮力大于物块A受到的浮力
④装甲液体的容器对桌面的压力小于装乙液体的容器对桌面的压力
A.①②B.②③C.③④D.①④
6.(2024•旺苍县二模)小明在学习了浮沉条件的应用后,将铁钉嵌入圆柱形木棒底部制成一个简易密度计,将其分别放入水平桌面上盛有不同液体的两个相同圆柱形烧杯中,密度计静止时如图所示,两烧杯中液面相平,下列说法不正确的是( )
A.甲液体的密度小于乙液体的密度
B.密度计在甲液体中所受浮力等于在乙液体中所受浮力
C.甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力
D.木棒底面所受液体的压强大小相等
7.(2023•利州区一模)水平面上有两个相同的溢水杯,分别装满不同的液体,将同一个小球A分别放入溢水杯中静止时(如图所示),从甲杯中溢出了0.6N的液体,从乙杯中溢出了0.4N的液体。下列说法不正确的是( )
A.小球A在甲杯中受到的浮力大于在乙杯中受到的浮力
B.小球A的重力等于0.6N,在乙杯中受到的浮力等于0.4N
C.甲杯液体的密度大于乙杯液体的密度
D.小球A放入前,液体对甲杯底的压强等于液体对乙杯底的压强
8.(2023•龙马潭区一模)如图,水平桌面上放置着一个装有水的圆柱形容器和质量相等的A、B两个实心小球。将A球放入容器内的水中,A球漂浮。取出A球后(带出的水忽略不计),再将B球放入容器内的水中,B球沉入容器底部。下列说法正确的是( )
A.A球的密度大于B球的密度
B.A球受到的浮力大于B球受到的浮力
C.放入A球后水对容器底的压强等于放入B球后水对容器底的压强
D.放入A球后容器对桌面的压强大于放入B球后容器对桌面的压强
9.(2022•广安区校级模拟)如图所示,两个完全相同的容器甲、乙,左为甲,右为乙。原来都装有同样多的水,放置在水平桌面上,将体积相等的不同物体A、B放入甲乙中,如图所示,A处于漂浮状态,B处于悬浮状态。下列判断不正确的是( )
A.A物体的密度小于B物体的密度
B.A物体的浮力小于B物体的浮力
C.甲乙中水对容器底的压强相等
D.甲对桌面的压强小于乙对桌面的压强
10.(2022•内江一模)不同鱼缸里的两条鱼,趴在水底争论不休,它们说法正确的是( )
A.甲鱼缸的鱼说压强是由水的重力产生的,所以它受压强大
B.乙鱼缸的鱼说压强与深度有关,所以它受压强大
C.甲鱼缸的鱼说只要在水里的东西都受到浮力的作用
D.乙鱼缸的鱼说水底的石头没有浮起来,石头没受到浮力
11.(2024•达州模拟)把木块放入装满水的溢水杯中,溢出水的体积为V1(如图甲);用细针将该木块全部压入水中,溢出水的总体积为V2(如图乙),忽略细针体积,则( )
A.木块的质量为ρ水V2
B.木块全部压入水甲静止时,细针对木块的压力大小为ρ水gV2
C.木块的密度为
D.缓慢下压木块的过程中,溢水杯底受到水的压强变大
12.(2022•岳池县模拟)将体积相同材料不同的甲、乙、丙三个实心小球,分别轻轻放入三个装满水的相同烧杯中,甲球下沉至杯底、乙球漂浮和丙球悬浮,如图所示,下列说法中正确的是( )
A.三个小球的质量大小关系是m甲>m乙>m丙
B.三个小球受到的浮力大小关系是F甲=F乙<F丙
C.三个烧杯中的水对烧杯底部的压强大小关系是p甲>p乙>p丙
D.三个烧杯底部对桌面的压强大小关系是p'甲>p'乙=p'丙
二.填空题(共8小题)
13.(2024•雨城区校级三模)如图为全球首艘智能型无人系统科考母船“珠海云”号,其最大排水量为2100吨,满载时受到的浮力为 N,船上的无人机起飞后船身受到的浮力 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。(g取10N/kg)
14.(2022•内江一模)一个空心工艺铁球重5N,将它用细线系在弹簧测力计下浸没水中时,测力计的示数恰好为0.则铁球受到的浮力是 N.若此时将细线剪断,铁球将 (选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”)。
15.(2023•锦江区模拟)将两个质量相同的橡皮泥做成实心球形和碗形,分别放入甲、乙两杯水中,静止时如图所示,由此可知,橡皮泥的密度 水的密度,甲杯中橡皮泥所受的浮力 乙杯中橡皮泥所受的浮力。(两空均选填“大于”“小于”或“等于”)
16.(2023•营山县一模)将同一个新鲜的鸡蛋分别浸入密度不同的甲、乙两杯盐水中,静止时的位置如图,鸡蛋的密度 甲杯中盐水的密度,鸡蛋在甲杯中受到的浮力 乙杯中受到的浮力。(两空均选填“大于”、“等于”或“小于”)
17.(2022•泸州一模)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,将两个完全相同的实心小球A、B分别放入两烧杯中,当两球静止时,两液面高度相同,两球所处的位置如图所示,A球密度与甲液体密度关系为ρA ρ甲,B球密度与乙液体密度关系为ρB ρ乙,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“<”)。
18.(2022•合江县模拟)把重8N、边长为0.1m的正方体物块投入装有足够多水的大容器中,正方体的密度为 kg/m3,当物块静止时,处于 状态(选填“沉底”、“悬浮”或“漂浮”),此时物体所受浮力大小为 N,物块下表面受到水的压强大小为 Pa。
19.(2023•锦江区校级模拟)如图所示是小聪同学利用水、弹簧测力计和金属块测量某液体密度的情景。根据图中信息可知,金属块在水中受到的浮力是 N,所测液体的密度是 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
20.(2024•乐山模拟)2023年11月4日,中国国产首艘大型邮轮“爱达•魔都号”正式命名交付,魔都号满载总吨位为13.62万吨,则满载时受到的浮力为 N,当邮轮从内河驶入大海后,邮轮相对于水面将 (填“上浮一些”、“下沉一些”或“不变”)。(g取10N/kg)
三.实验探究题(共3小题)
21.(2024•旺苍县三模)小林在“探究浮力大小跟哪些因素有关”时,进行的实验过程如图所示。
(1)他用调节好的弹簧测力计测量物体的重力,如图甲所示;
(2)他用弹簧测力计挂着物体,将物体缓慢地浸没在水中,待物体静止时,弹簧测力计的示数如图乙所示,此时物体受到的浮力是 N;
(3)小林继续将物体缓慢向下移动,弹簧测力计的示数始终如图丙所示(物体未与容器底部接触)。通过乙和丙两次实验的探究得到的结论是:浸没在液体中的物体所受的浮力大小与 无关;
(4)由以上实验可知,该物体的密度是 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
22.(2023•武侯区模拟)科学探究是初中物理课程内容的重要组成部分,探究的形式可以是多种多样的。小红设计了如图所示的实验来探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。
(1)实验的最佳顺序是 。
A.甲、乙、丙、丁
B.丁、甲、乙、丙
C.乙、甲、丁、丙
(2)通过实验可得到的结论是:浸在液体中的物体,受到的浮力大小等于它 。
(3)以下情况会影响结论的是 。
A.图乙中水面未到达溢水杯的溢水口
B.图乙中物体未全部浸没在水中
(4)小红利用上述实验中的器材和木块,探究“漂浮在液面上的物体所受浮力的大小与物体所受重力的关系”,实验过程中 (选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)步骤不需要弹簧测力计。通过实验可得出漂浮在液面上的物体所受的浮力大小 物体所受的重力大小(选填“大于”“等于”或“小于”)。
23.(2022•达州模拟)小明在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,他设计了如图所示的装置进行探究,把同一金属块浸入甲、乙两种液体中,记录数据如下:
(1)表格中空缺的数据应为 N。
(2)分析比较实验次数 ,可知:当排开液体的体积(浸入的体积)相同时,物体受到的浮力与 有关。
(3)分析比较金属块受到的浮力与它排开液体受到的重力,可知: 。
(4)分析表格中的数据,可知ρ甲 ρ乙。(选填“<”、“=”或“>”)
(5)分析表格中的数据,可知ρ甲= ρ物。
四.计算题(共2小题)
24.(2022•乐山模拟)如图所示,已知重为10N的长方体木块静止在水面上,浸入在水中的体积占木块总体积的五分之四(g取10N/kg),求:
(1)求木块所受到的浮力大小;
(2)若木块下表面所处的深度为20cm,求木块下表面受到水的压强;
(3)若要将木块全部浸没水中,求至少需要施加多大的压力。
25.(2024•达州模拟)如图所示,放在水平地面上的正方体A,它的质量为2.7kg、边长为10cm。高为12cm、底面积为300cm2、重为7N的薄壁圆柱形容器放在水平地面上,其中盛有10cm深的水。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)求:
(1)容器中水对容器底的压强。
(2)把容器放在A的正上方,A对地面的压强。
(3)将A缓慢放入水中静止后,A受到的浮力和此时容器对地面的压强。
参考答案与试题解析
一.选择题(共12小题)
1.(2024•温江区校级模拟)某同学按如图所示的实验步骤“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”,下列关于实验过程的描述错误的是( )
A.通过丙、丁两图可以测出物体排开水所受的重力
B.甲图中的溢水杯一定要装满水
C.按照如图所示的步骤实验,会导致测得的排开水所受的重力偏大
D.选用其他液体、更换不同的物体多次实验,寻求普遍规律
【考点】探究浮力大小与排开液体重力实验中溢水杯问题;阿基米德原理的理解;探究浮力的大小与排开液体重力的关系;浮力大小与排开液体重力的关系.
【专题】实验题;浮力;分析、综合能力.
【答案】C
【分析】(1)根据图丙和丁求出排开的水的重力;
(2)要想测出物体排开的水的重力,溢水杯内水的液面必须到达溢水杯口;
通过图甲的弹簧测力计可读出物体的重力;通过乙与甲弹簧测力计的示数差可求出物体所受浮力的大小;
(3)在倒出水的过程中,小桶内残留有水;
(3)为了获得普遍的规律,应多次测量。
【解答】解:A、由图可知,丙的示数与丁的示数之差为排开的水的重力,故A正确;
B、要想测出物体排开的水的重力,溢水杯内水的液面必须到达溢水杯口,若达不到,则测得的排开的液体的重力会变小;故B正确;
C、在倒出水的过程中,小桶内残留有水,使得测量的水的重力偏小,故C错误;
D、为了获得普遍的规律,减小偶然性的发生,实验中需要选用其他液体、更换不同的物体多次实验为,故D正确;
故选:C。
【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。
2.(2023•龙马潭区模拟)小明取一根粗细均匀的饮料吸管,在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口,制成简易密度计。现使吸管竖直漂浮在不同液体中,测量出液面到吸管下端的深度为h,如图所示。则下列图表示吸管所受的浮力大小F、液体的密度ρ与深度h关系的图象中,可能正确的是( )
A.B.
C.D.
【考点】物体浮沉条件;阿基米德原理的理解.
【专题】浮力;应用能力.
【答案】D
【分析】密度计漂浮在不同的液体中,根据漂浮条件,所受浮力等于自身重力,即浮力不变,据此判断浮力F与浸没液体中深度h的关系;
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排=ρ液gSh,浮力和密度计的横截面积一定时,判断出液体密度与浸没液体中的深度的关系。
【解答】解:(1)同一支密度计,重力G不变,竖直漂浮在不同液体中,由漂浮条件F浮=G可知,浮力不变,与浸没液体中的深度无关,故AB错误;
(2)由阿基米德原理F浮=ρ液gV排得,g是定值,ρh的乘积为定值,所以ρ、h的关系呈现反比例函数图象,故C错误,D正确。
故选:D。
【点评】本题考查阿基米德原理和漂浮条件的应用,解答此题的关键是知道密度计是利用物体漂浮条件制成的。
3.(2023•德阳一模)如图甲所示,长方体金属块在细绳竖直向上拉力作用下从水中开始一直竖直向上做匀速直线运动,上升到离水面一定的高度处(不考虑水的阻力)。图乙是绳子拉力F随时间t变化的图像,根据图像信息,下列判断正确的是( )
A.该金属块重力的大小为34N
B.该金属块的密度是5.4×103kg/m3
C.浸没在水中的金属块受到的浮力大小是20N
D.在t1至t2金属块在水中受到的浮力逐渐增大
【考点】浮力的图像问题;密度的简单计算;根据运动状态件判断物体的受力情况;称重法测量浮力;阿基米德原理的理解;利用阿基米德原理进行简单计算.
【专题】应用题;浮力;应用能力.
【答案】C
【分析】分析绳子拉力随时间t变化的图象,当金属块从水中一直竖直向上做匀速直线运动,但未露出水面,此时金属块排开水的体积不变,由阿基米德原理可知此时金属块受到的浮力不变,绳子的拉力也不变,即为图中的AB段。
(1)当金属块完全露出水面时,金属块不受浮力,此时拉力等于重力,即为图中的CD段,据此可知金属块的重力;
(2)当金属块未露出水面时,拉力等于重力减去浮力,据此求金属块受到的浮力,再根据阿基米德原理求金属块排开水的体积(金属块的体积),知道金属块的重,利用重力公式求金属块的质量,最后利用密度公式求金属块的密度;
(3)首先判断在t1至t2时间段拉力的变化,再利用公式F浮=G﹣F拉判断浮力的变化。
【解答】解:当金属块完全露出水面时,金属块不受浮力,此时拉力等于重力,即为图中的CD段,
则由图可知,该金属块的重力为:G=F拉=54N,
当金属块未露出水面时,即为图中的AB段,
由图可知,此时绳子的拉力为34N,
则金属块浸没时受到的浮力为:F浮=G﹣F拉=54N﹣34N=20N,
因为金属块浸没在水中时排开水的体积等于物体的体积,
所以由F浮=ρgV排可得,金属块的体积:
V金=V排===0.002m3,
由G=mg可得,金属块的质量:
m===5.4kg,
金属块的密度:
ρ===2.7×103kg/m3,
由图可知,绳子的拉力在t1至t2时间段内逐渐变大,
由F浮=G﹣F拉可知,此过程中浮力逐渐变小,故ABD错误,C正确。
故选:C。
【点评】本题考查了浮力、质量、密度的计算以及阿基米德原理的应用,关键是通过图乙确定金属块的重力及绳子受到的拉力、会用称重法计算金属块受到的浮力。
4.(2022•西昌市校级模拟)将同一物块分别放入两种不同的液体中,静止后如图所示。若两种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙,静止时物块所受的浮力分别为F甲、F乙,已知物块在甲液体时,其下表面受到水的压力为2.3牛,上表面受到水的压力为1.5牛,则( )
A.F甲=3.8牛 ρ甲>ρ乙
B.F乙=3.8牛 ρ甲<ρ乙
C.F甲=0.8牛 ρ甲>ρ乙
D.F乙=0.8牛 ρ甲<ρ乙
【考点】物体浮沉条件.
【专题】定性思想;浮沉的应用;应用能力.
【答案】D
【分析】(1)物体漂浮或悬浮时受到的浮力和自身的重力相等,据此判断物块在两液体中受到的浮力关系;
由图可知物块在两液体中排开液体的体积关系,根据阿基米德原理可知两液体的密度关系;
(2)从浮力产生的原因来考虑,利用公式F浮=F下表面﹣F上表面计算浮力的大小。
【解答】解:(1)由图可知,物体在甲液体中悬浮,在乙液体中漂浮,
因物体悬浮或漂浮时受到的浮力和自身的重力相等,且同一物体的重力不变,所以,F甲=F乙=G;
由图可知,V排甲>V排乙,由F浮=ρgV排的变形式:ρ液=可知,甲容器中液体的密度较小,即ρ甲<ρ乙,故AC错误;
(2)甲物体受到的浮力为:F浮=F下表面﹣F上表面=2.3N﹣1.5N=0.8N,即F乙=F甲=0.8N,故D正确,B错误。
故选:D。
【点评】本题考查了物体浮沉条件和阿基米德原理的应用,利用好同一物体的重力不变较为关键。
5.(2024•涪城区校级模拟)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),按如图两种方式放入两种液体中,待静止后B刚好浸没在甲液体中,A刚好浸没在乙液体中,两杯中液面恰好相平。下列说法正确的是( )
①甲液体密度小于乙液体密度
②甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强
③物块B受到的浮力大于物块A受到的浮力
④装甲液体的容器对桌面的压力小于装乙液体的容器对桌面的压力
A.①②B.②③C.③④D.①④
【考点】利用物体的浮沉条件比较浮力的大小;压力的比较大小;液体压强的大小比较.
【专题】压强、液体的压强;浮力;应用能力.
【答案】D
【分析】①.把A、B两物体作为一个整体,由图可知,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,则该整体在两液体中受到的浮力相等;由图可知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;
②.已知两液体的深度h相同,且ρ甲<ρ乙,由p=ρgh可知,两液体对杯底的压强小的大小;
③.整体受到的浮力相等,据此分析;
④.两容器中液面恰好相平且容器相同,则液体与物块排开液体的体积之和相同,但V排甲>V排乙,所以甲液体的体积较小,又知ρ甲<ρ乙,则根据G液=m液g=ρ液gV液可知,甲液体的重力较小;根据F=G容+GA+GB+G液分析比较整个容器水平桌面的压力。
【解答】解:
①把A、B两物体作为一个整体,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,则该整体在两液体中受到的浮力相等;由图可知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,由F浮=ρ液gV排可知,两液体的密度关系:ρ甲<ρ乙,故①正确;
②已知ρ甲<ρ乙,两液体的深度h相同,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,故②错误;
③因整体受到的浮力相等,即甲液体中B物体受到的浮力等于乙液体中A物体受到的浮力,故③错误;
④两容器中液面恰好相平且容器相同,则液体与物块排开液体的体积之和相同,但V排甲>V排乙,故甲液体的体积较小,又知ρ甲<ρ乙,则根据G液=m液g=ρ液gV液可知,甲液体的重力较小;整个容器水平桌面的压力F=G容+GA+GB+G液,因容器相同、则其重力相同,且A、B两物体的重力不变,甲液体的重力较小,故装甲液体的容器对水平桌面的压力较小,故④正确。
故选:D。
【点评】本题考查压强和浮力的有关知识,是一道综合题。
6.(2024•旺苍县二模)小明在学习了浮沉条件的应用后,将铁钉嵌入圆柱形木棒底部制成一个简易密度计,将其分别放入水平桌面上盛有不同液体的两个相同圆柱形烧杯中,密度计静止时如图所示,两烧杯中液面相平,下列说法不正确的是( )
A.甲液体的密度小于乙液体的密度
B.密度计在甲液体中所受浮力等于在乙液体中所受浮力
C.甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力
D.木棒底面所受液体的压强大小相等
【考点】密度计原理;压力的比较大小;液体压强的大小比较.
【专题】浮沉的应用;分析、综合能力.
【答案】A
【分析】(1)由图可知,甲液体和乙液体中的密度计均处于漂浮状态,所受的浮力大小与密度计的重力大小相等,据此可知密度计在两液体中受到的浮力大小;甲液体中密度计排开液体的体积比乙小,根据F浮=ρ液gV排可知两液体的密度的大小关系;
(2)由图分析可知,放入密度计之前,甲液体的体积小于乙液体的体积,由于甲液体的密度小于乙液体的密度,根据m=ρV可知两液体的质量的大小关系,根据G=mg可知两液体的重力的大小关系;根据F压=G杯+G密度计可知两烧杯对桌面的压力的大小关系;
(3)根据浮力产生的原因、p=分析木棒底面所受液体的压强的大小关系。
【解答】解:AB、由图可知,甲液体和乙液体中的木棒均处于漂浮状态,所受的浮力大小与木棒的重力大小相等,故木棒在两液体中受到的浮力大小相等;甲液体中木棒排开液体的体积比乙小,根据F浮=ρ液gV排可知,甲液体的密度大于乙液体的密度,故A错误、B正确;
C.同一密度计重力相等,相同的烧杯重力也相等,由图可知,因为液面相平,甲液体的体积大于乙液体的体积,甲液体的密度大于乙液体的密度,根据m=ρV可知,甲液体的质量大于乙液体的质量,根据G=mg可知,甲液体的重力大于乙液体的重力,容器放在水平桌面上,容器对桌面的压力等于密度计的重力、容器的重力和液体的重力之和,所以甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力,故C正确;
D.因为密度计在两液体中受到的浮力相等,所以木棒底面所受液体对其向上的压力大小相等,同一木棒底面积相同,根据可知,木棒底面所受液体的压强大小相等,故D正确。
故选:A。
【点评】本题考查浮沉条件和阿基米德原理的应用,并考查液体压强的知识,是一道综合题。
7.(2023•利州区一模)水平面上有两个相同的溢水杯,分别装满不同的液体,将同一个小球A分别放入溢水杯中静止时(如图所示),从甲杯中溢出了0.6N的液体,从乙杯中溢出了0.4N的液体。下列说法不正确的是( )
A.小球A在甲杯中受到的浮力大于在乙杯中受到的浮力
B.小球A的重力等于0.6N,在乙杯中受到的浮力等于0.4N
C.甲杯液体的密度大于乙杯液体的密度
D.小球A放入前,液体对甲杯底的压强等于液体对乙杯底的压强
【考点】密度大小与浮沉的关系;固体压强的比较大小;液体压强的大小比较;阿基米德原理的理解.
【专题】定性思想;浮力;应用能力.
【答案】D
【分析】(1)根据阿基米德原理可知小球在甲、乙两杯中受到的浮力;
(2)根据阿基米德原理可知小球在甲、乙两杯中受到的浮力,根据物体漂浮条件可得物体的重力;
(3)根据物体浮沉条件得出两种液体的密度关系;
(4)根据p=ρgh分析杯底受到的压强大小。
【解答】解:A、根据阿基米德原理,物体在液体中受到的浮力大小等于其排开液体的重力,由于甲杯中溢出的液体重力是0.6N,乙杯中溢出的液体重力是0.4N,故小球A在甲杯中受到的浮力大于在乙杯中受到的浮力,故A正确;
B.根据物体在液体中的沉浮条件可知,小球A在甲杯中漂浮,其重力等于浮力,即0.6N,在乙杯中沉底,受到的浮力等于0.4N,故B正确;
C.根据物体在液体中的沉浮条件可知,物体在乙液体中沉底,则物体密度大于液体乙的密度,而物体在甲液体中漂浮,则物体的密度小于液体甲的密度,故甲杯液体的密度大于乙杯液体的密度,故C正确;
D.根据液体压强公式p=ρgh知,小球A放入前,两个相同的溢水杯液位高度相同,因为甲杯液体的密度大于乙杯液体的密度,故液体对甲杯底的压强大于液体对乙杯底的压强,故D错误。
故选:D。
【点评】本题考查了学生对阿基米德原理、物体浮沉条件,重力、密度公式和液体压强公式的应用,关键是理解和运用漂浮条件、下沉条件(密度关系)得出两液体的密度关系。
8.(2023•龙马潭区一模)如图,水平桌面上放置着一个装有水的圆柱形容器和质量相等的A、B两个实心小球。将A球放入容器内的水中,A球漂浮。取出A球后(带出的水忽略不计),再将B球放入容器内的水中,B球沉入容器底部。下列说法正确的是( )
A.A球的密度大于B球的密度
B.A球受到的浮力大于B球受到的浮力
C.放入A球后水对容器底的压强等于放入B球后水对容器底的压强
D.放入A球后容器对桌面的压强大于放入B球后容器对桌面的压强
【考点】利用物体的浮沉条件比较浮力的大小;固体压强的比较大小;液体压强的大小比较.
【专题】定性思想;压强、液体的压强;浮沉的应用;应用能力.
【答案】B
【分析】(1)漂浮和沉底的条件判断即可判断出浮力的关系以及物体密度的关系;
(2)据液体内部压强的特点分析判断即可;
(3)根据水平面上F=G总以及p=分析判断即可。
【解答】解:A、将A放入水中,A漂浮,A球的密度小于水的密度,B球放入水中,B沉入容器底部,B球的密度大于水的密度,所以A的密度小于B的密度,故A错误;
B、已知两个小球的质量相同,重力相同,A球漂浮,浮力等于重力,即F浮A=G,B球沉底,浮力小于重力,F浮B<G,所以A受到的浮力大于B受到的浮力,故B正确;
C、由B知,A受到的浮力大于B受到的浮力,根据阿基米德原理知A排开液体的体积大于B排开液体的体积,A的液面升高的多,根据p=ρgh知放入A后比放入B后水对容器底的压强大,故C错误;
D、因为AB的质量相等,放入A后与放入B后容器对桌面的压力相等,根据p=知放入A后与放入B后容器对桌面的压强相等,故D错误。
故选:B。
【点评】该题考查了浮力的判断、液体压强的计算、密度与浮沉条件的关系等知识点,是一道综合题。
9.(2022•广安区校级模拟)如图所示,两个完全相同的容器甲、乙,左为甲,右为乙。原来都装有同样多的水,放置在水平桌面上,将体积相等的不同物体A、B放入甲乙中,如图所示,A处于漂浮状态,B处于悬浮状态。下列判断不正确的是( )
A.A物体的密度小于B物体的密度
B.A物体的浮力小于B物体的浮力
C.甲乙中水对容器底的压强相等
D.甲对桌面的压强小于乙对桌面的压强
【考点】利用物体的浮沉条件比较浮力的大小;固体压强的比较大小;液体压强的大小比较.
【专题】应用题;压强、液体的压强;浮沉的应用;应用能力.
【答案】C
【分析】(1)知道A漂浮,B悬浮,根据物体沉浮条件即可判断物体的密度;
(2)据图能看出两个小球排开液体的体积,而后结合阿基米德原理计算即可;
(3)根据甲、乙中的水的多少和物体排开水的体积判断出容器里水的深度,然后根据p=ρ液gh即可判断水对容器底的压强关系;
(2)两容器相同时受力面积相同且液体质量相等,根据F=G=mg可知对桌面的压力关系,利用p=判断两容器对桌面的压强关系。
【解答】解:
A、因A漂浮,B悬浮,根据物体沉浮条件可知:ρA<ρ水,ρB=ρ水,所以ρA<ρB,故A正确;
B、已知A、B体积相等,由图可知:VA排<VA,VB排=VB,所以VA排<VB排,
由于A、B都是放入水中,所以根据F浮=ρ液gV排可知:F浮A<F浮B,故B正确;
C、由于甲、乙都装有同样多的水,VA排<VB排,则甲容器水上升的高度小于乙容器上升的高度,由p=ρ液gh可知,两容器中水对底部的压强关系p甲<p乙,故C错误;
D、因ρA<ρB,且两物体的体积相同,则根据G=mg=ρVg可知两物体所受重力关系为:GA<GB,又因两相同的容器中装有相同质量的水,则水和容器的总重力相同,所以,容器对桌面的压力关系为F甲<F乙,由于两容器的底面积相同,则由p=可知,容器对桌面的压强关系:p甲′<p乙′,故D正确。
故选:C。
【点评】此题考查了阿基米德原理和液体内部压强公式的应用,是一道综合题。
10.(2022•内江一模)不同鱼缸里的两条鱼,趴在水底争论不休,它们说法正确的是( )
A.甲鱼缸的鱼说压强是由水的重力产生的,所以它受压强大
B.乙鱼缸的鱼说压强与深度有关,所以它受压强大
C.甲鱼缸的鱼说只要在水里的东西都受到浮力的作用
D.乙鱼缸的鱼说水底的石头没有浮起来,石头没受到浮力
【考点】浮力产生的原因;液体压强规律;液体压强与深度的关系.
【专题】应用题;浮力;应用能力.
【答案】B
【分析】根据p=ρgh分析比较鱼受到的压强的大小;
浮力产生的原因:浸在液体中的物体,液体对物体向上的压力大于向下的压力,物体受到向上和向下的压力差就是物体受到的浮力。
【解答】解:AB、由图可知,乙所处的深度较深,水的密度一定,根据p=ρgh可知,乙受到的压强大,故A错误,B正确;
C、如果物体底面埋在淤泥下,不能与水接触,因此物体没有受到水对其向上的压力,根据浮力产生的原因可知物体不受浮力作用,故C错误;
D、乙鱼缸的鱼说水底的石头没有浮起来,是因为浮力小于其重力,石头受到浮力,故D错误。
故选:B。
【点评】此题考查了液体压强的特点和浮力的定义、浮力产生的原因,关键是明确浮力产生的原因,难度不大,属于基础知识。
11.(2024•达州模拟)把木块放入装满水的溢水杯中,溢出水的体积为V1(如图甲);用细针将该木块全部压入水中,溢出水的总体积为V2(如图乙),忽略细针体积,则( )
A.木块的质量为ρ水V2
B.木块全部压入水甲静止时,细针对木块的压力大小为ρ水gV2
C.木块的密度为
D.缓慢下压木块的过程中,溢水杯底受到水的压强变大
【考点】物体浮沉条件;液体压强规律;阿基米德原理的定性分析.
【专题】计算题;压强、液体的压强;应用能力.
【答案】C
【分析】(1)木块漂浮在水面上时,对木块进行受力分析,由漂浮条件求出木块所受的重力,然后由浮力公式的变形公式求出木块的质量,根据木块完全浸没在水中时排出水的总体积求出木块的体积,然后根据密度公式求出木块的密度表达式。
(2)缓慢下压木块的过程中,溢水杯中水的深度不变,由p=ρgh分析压强变化;
(3)当木块全部压入水中静止时,木块受到的浮力等于木块重加上对木块的压力,据此求出对木块的压力。
【解答】解:
A、木块漂浮在水面上时,由漂浮条件可知F浮=G;
因为木块所受到的浮力F浮=ρ水gV1,所以ρ水gV1=mg,
则木块的质量m=ρ水V1;故A错误;
B、木块完全浸没时受到的浮力:F浮′=ρ水gV2,
木块完全浸没时,由力的平衡条件可得:F浮′=F压+G木,
所以细针对木块的压力(最大压力):
F压=F浮′﹣G木=ρ水gV2﹣mg=ρ水gV2﹣ρ水V1g=ρ水g(V2﹣V1),故B错误;
C、木块完全浸没在水中时所排开水的体积等于木块的体积,
由题意知木块的体积V=V2,
则木块的密度:ρ==•ρ水;故C正确;
D、缓慢下压木块的过程中,溢水杯中水的深度不变,由p=ρgh可知,溢水杯底部受到水的压强不变,故D错误。
故选:C。
【点评】本题是一道力学综合题,考查了密度的计算、浮力的计算以及液体压强公式的应用、力的合成,知识点多、综合性强,难度较大。
12.(2022•岳池县模拟)将体积相同材料不同的甲、乙、丙三个实心小球,分别轻轻放入三个装满水的相同烧杯中,甲球下沉至杯底、乙球漂浮和丙球悬浮,如图所示,下列说法中正确的是( )
A.三个小球的质量大小关系是m甲>m乙>m丙
B.三个小球受到的浮力大小关系是F甲=F乙<F丙
C.三个烧杯中的水对烧杯底部的压强大小关系是p甲>p乙>p丙
D.三个烧杯底部对桌面的压强大小关系是p'甲>p'乙=p'丙
【考点】物体浮沉条件;固体压强的比较大小;液体压强的大小比较.
【专题】应用题;比较思想;压强、液体的压强;浮沉的应用;应用能力;分析、综合能力.
【答案】D
【分析】(1)甲球下沉至容器底部,乙球漂浮,丙球悬浮,根据物体的浮沉条件分析判断三个小球密度的关系,由于甲乙丙三个实心小球体积相同,根据m=ρV即可判断三个小球的质量大小关系;
(2)由图可确定三个烧杯中的V排关系,然后根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排判断浮力大小关系;
(3)由于三个相同烧杯中都装满水,由图可确定判断液面升高的关系,从而根据p=ρgh判断烧杯底部受到水的压强的关系;
(4)由于烧杯底部对桌面的压力等于容器的总重力,则根据小球放入后容器的总重力G=G烧杯和装满水+G球﹣G排可求出容器的总重力,根据p=可得出容器对桌面的压强大小关系。
【解答】解:A、甲球下沉至容器底部,乙球漂浮,丙球悬浮,所以甲球的密度大于水的密度,乙球的密度小于水的密度,丙球的密度等于水的密度,因此三个小球的密度大小关系是:ρ甲>ρ丙>ρ乙,根据m=ρV可知:质量大小关系是m甲>m丙>m乙,故A错误。
B、由于甲乙丙三个实心小球体积相同,则根据图可知排开水的体积关系:V甲排=V球,V乙排<V球,V丙排=V球,所以V甲排=V丙排>V乙排,由三球的体积相同,根据F浮=ρ液V排g可知:F甲=F丙>F乙,故B错误。
C、因为三个相同烧杯中都装满水,放入球后烧杯中液面高度不变,根据p=ρgh可知烧杯底部受到水的压强相等,即:p甲=p乙=p丙,故C错误。
D、三个相同烧杯中都装满水,里面的水的重力G水相等,由于烧杯底部对桌面的压力等于容器的总重力,则放入物体后对桌面的压力变化为:F=G容器+G水+G球﹣G排和G排=F浮,据此可得:
F′甲=G容器+G水+G甲﹣G排甲=G容器+G水+G甲﹣F甲;
F′乙=G容器+G水+G乙﹣G排乙=G容器+G水+G乙﹣F乙;
F′丙=G容器+G水+G丙﹣G排丙=G容器+G水+G丙﹣F丙;
由于甲球下沉至容器底部,乙球漂浮,丙球悬浮,则G甲>F甲;G乙=F乙;G丙=F丙;
所以F′甲>F′乙=F′丙;
由于容器的底面积相同,根据p=可得:
烧杯底部对桌面的压强的关系是p′甲>p′乙=p′丙,故D正确。
故选:D。
【点评】本题考查了学生分析推理的能力,本题中解题的关键是由物体在水中所处的状态判断其密度和浮力大小的关系、知道烧杯底部对桌面的压力等于容器的总重力。
二.填空题(共8小题)
13.(2024•雨城区校级三模)如图为全球首艘智能型无人系统科考母船“珠海云”号,其最大排水量为2100吨,满载时受到的浮力为 2.1×107 N,船上的无人机起飞后船身受到的浮力 变小 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。(g取10N/kg)
【考点】利用阿基米德原理进行简单计算;利用物体的浮沉条件比较浮力的大小.
【专题】浮力;分析、综合能力.
【答案】2.1×107;变小。
【分析】(1)知道船的排水量(满载时排开水的质量),利用阿基米德原理求船满载时受到的浮力;
(2)船上的无人机起飞后,航母仍处于漂浮状态,根据物体漂浮条件即可判断。
【解答】解:科考母船“珠海云”号最大排水量为2100吨,满载时受到的浮力等于排开水的重力,即
;
船上的无人机起飞后航母仍处于漂浮状态,浮力仍等于重力,由于重力减小,故船受到的浮力变小。
故答案为:2.1×107;变小。
【点评】本题考查了学生对阿基米德原理、物体的漂浮条件的了解和掌握,知道航母满载时排水量就是满载时排开水的质量是本题的关键。
14.(2022•内江一模)一个空心工艺铁球重5N,将它用细线系在弹簧测力计下浸没水中时,测力计的示数恰好为0.则铁球受到的浮力是 5 N.若此时将细线剪断,铁球将 悬浮 (选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”)。
【考点】剪断绳子问题;称重法测量浮力;利用阿基米德原理进行简单计算;物体浮沉条件.
【专题】浮力.
【答案】见试题解答内容
【分析】已知物体重和浸没在水中时弹簧测力计的示数,根据称重法F浮=G﹣F′求出该物体在水中受到的浮力。
【解答】解:已知G=5N,F′=0N,则该物体在水中受到的浮力F浮=G﹣F′=5N﹣0N=5N。
因为此时铁球受到的浮力和重力相等,受力平衡,因此当细线剪断后,铁球将静止不动,处于悬浮状态。
故答案为:5;悬浮。
【点评】本题考查了浮力的计算和物体状态的判断,关键是称重法的应用,是一道基础题目。
15.(2023•锦江区模拟)将两个质量相同的橡皮泥做成实心球形和碗形,分别放入甲、乙两杯水中,静止时如图所示,由此可知,橡皮泥的密度 大于 水的密度,甲杯中橡皮泥所受的浮力 小于 乙杯中橡皮泥所受的浮力。(两空均选填“大于”“小于”或“等于”)
【考点】物体浮沉条件.
【专题】应用题;浮力;浮沉的应用;应用能力.
【答案】大于;小于。
【分析】实心球橡皮泥沉到容器底部,受到的浮力F球<G;碗状橡皮泥漂浮在水面,受到的浮力F碗=G;而碗状和实心球状的橡皮泥受到的重力相同,据此判断它们所受浮力的大小关系。
【解答】解:实心球橡皮泥沉到容器底部,根据物体浮沉条件可知,橡皮泥的密度大于水的密度;
实心球橡皮泥受到的浮力:F球<G①
碗状橡皮泥漂浮在水面,碗状橡皮泥受到的浮力:F碗=G②
由①②可得:F球<F碗。
故答案为:大于;小于。
【点评】本题考查了学生对物体浮沉条件的掌握和运用,确定碗状和实心球状的橡皮泥受到的重力相同是本题的关键。
16.(2023•营山县一模)将同一个新鲜的鸡蛋分别浸入密度不同的甲、乙两杯盐水中,静止时的位置如图,鸡蛋的密度 小于 甲杯中盐水的密度,鸡蛋在甲杯中受到的浮力 等于 乙杯中受到的浮力。(两空均选填“大于”、“等于”或“小于”)
【考点】物体浮沉条件.
【专题】应用题;推理法;浮沉的应用;应用能力.
【答案】小于;等于。
【分析】(1)物体浮沉情况与密度的关系:上浮、漂浮时,ρ物<ρ液;下沉时,ρ物>ρ液;悬浮时,ρ物=ρ液;
(2)物体在液体中的浮沉条件:上浮时,F浮>G;悬浮或漂浮时,F浮=G;下沉时,F浮<G。
【解答】解:鸡蛋在甲杯中处于漂浮状态,根据物体浮沉条件可知:鸡蛋的密度小于甲杯盐水的密度;
由图可知,同一个鸡蛋在甲、乙两杯中分别处于悬浮和漂浮状态,由于物体漂浮或悬浮时,受到的浮力和自身的重力相等,所以同一只鸡蛋在两杯中受到的浮力相等,都等于鸡蛋的重力。
故答案为:小于;等于。
【点评】本题考查了物体浮沉条件和阿基米德原理的应用,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(漂浮、悬浮)物体所受重力与浮力的大小关系。
17.(2022•泸州一模)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,将两个完全相同的实心小球A、B分别放入两烧杯中,当两球静止时,两液面高度相同,两球所处的位置如图所示,A球密度与甲液体密度关系为ρA < ρ甲,B球密度与乙液体密度关系为ρB = ρ乙,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“<”)。
【考点】物体浮沉条件;液体压强的大小比较.
【专题】定性思想;浮沉的应用;理解能力.
【答案】<;=;>。
【分析】根据漂浮和悬浮时液体密度和球的密度关系,找出两种液体的密度关系,又知道两容器液面等高(深度h相同),利用液体压强公式分析两种液体对容器底压强的大小关系。
【解答】解:由于A球漂浮,B球悬浮,根据物体的浮沉条件可知:ρ甲>ρA,ρ乙=ρB,
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。
故答案为:<;=;>。
【点评】本题考查物体的浮沉条件以及液体压强公式的应用,是一道综合题。
18.(2022•合江县模拟)把重8N、边长为0.1m的正方体物块投入装有足够多水的大容器中,正方体的密度为 0.8×103 kg/m3,当物块静止时,处于 漂浮 状态(选填“沉底”、“悬浮”或“漂浮”),此时物体所受浮力大小为 8 N,物块下表面受到水的压强大小为 800 Pa。
【考点】利用物体的浮沉条件求浮力的大小;密度的简单计算;液体压强的公式及计算.
【专题】浮沉的应用;应用能力.
【答案】0.8×103;漂浮;8;800。
【分析】已知物块的边长,可求物块的体积,已知物块的重力可求物块的质量,根据密度公式可求物块的密度,再与水的密度进行比较,即可知道物体的在水中的浮沉状态;从而求出物体所受的浮力;再根据物体受到的浮力求出物体排开的水的体积,进一步求出浸入的深度,根据公式p=ρgh求出下表面受到的压强。
【解答】解:物块的体积V=(0.1m)3=0.001m3;
物块的质量:m===0.8kg;
物块的密度ρ===0.8×103kg/m3<1.0×103kg/m3;
即物块的密度小于水的密度,根据浮沉条件可知物块在水中将漂浮;
根据漂浮条件可知,物块受到的浮力F浮=G=8N;
物块排开水的体积V排==8×10﹣4m3;
浸入的深度h===0.08m;
物块下表面所受水的压强:
p=ρ水gh=1000kg/m3×10N/kg×0.08m=800Pa。
故答案为:0.8×103;漂浮;8;800。
【点评】本题考查物体的质量、密度、排开水的体积、浮力、液体压强等的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是求物体的密度,判断物体在水中的沉浮状态。
19.(2023•锦江区校级模拟)如图所示是小聪同学利用水、弹簧测力计和金属块测量某液体密度的情景。根据图中信息可知,金属块在水中受到的浮力是 2 N,所测液体的密度是 1.2×103 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
【考点】阿基米德原理的理解;利用阿基米德原理进行简单计算;称重法测量浮力.
【专题】应用题;密度及其应用;浮力;应用能力.
【答案】2;1.2×103。
【分析】先确定弹簧测力计的分度值,再根据指针位置读数,可得金属块的重力;
根据称重法测浮力,由甲、乙两图求出金属块在水中受到的浮力;
利用阿基米德原理求出金属块排开水(另一种液体)的体积,根据甲、丙两图可得金属块浸没在另一种液体中受到的浮力,再利用阿基米德原理求液体的密度。
【解答】解:由图甲可知,弹簧测力计的示数为4.8N,则金属块的重为4.8N,
根据称重法测浮力,由甲、乙两图可得物块浸没在水中受到的浮力为:F浮水=G﹣F示乙=4.8N﹣2.8N=2N;
根据阿基米德原理,金属块在水中和液体中都处于浸没状态,排开液体的体积都等于物体的体积,
所以金属块排开液体的体积为:V排===2×10﹣4m3,
根据甲、丙两图可得金属块浸没在另一种液体中受到的浮力:
F浮液=G﹣F示丙=4.8N﹣2.4N=2.4N,
由阿基米德原理F浮=G排=ρ液V排g可得另一种液体的密度:
ρ液===1.2×103kg/m3。
故答案为:2;1.2×103。
【点评】本题考查了阿基米德原理、称重法测浮力的应用,以及弹簧测力计的读数方法,灵活应用阿基米德原理F浮=G排=ρ液V排g是关键。
20.(2024•乐山模拟)2023年11月4日,中国国产首艘大型邮轮“爱达•魔都号”正式命名交付,魔都号满载总吨位为13.62万吨,则满载时受到的浮力为 1.362×109 N,当邮轮从内河驶入大海后,邮轮相对于水面将 上浮一些 (填“上浮一些”、“下沉一些”或“不变”)。(g取10N/kg)
【考点】物体浮沉条件;阿基米德原理的理解.
【专题】定量思想;浮沉的应用;理解能力.
【答案】1.362×109;上浮一些。
【分析】(1)由阿基米德原理求得邮轮在海面上满载航行时受到的浮力。
(2)当邮轮从内河驶入大海后,都是处于漂浮状态,根据F浮=G可知油轮受到的浮力的变化情况,由于ρ河水<ρ海水,根据F浮=ρ液V排g可知油轮排开河水的体积和排开海水的体积的大小关系。
【解答】解:(1)该邮轮在海面上满载航行时受到的浮力是:
F浮=G排=m排g=13.62×107kg×10N/kg=1.362×109N;
(2)当邮轮从内河驶入大海后,都是处于漂浮状态,邮轮受到的浮力F浮=G,因为邮轮受到的重力不变,所以邮轮受到的浮力不变;由于ρ海水>ρ河水,根据F浮=ρ液V排g可知,邮轮排开海水的体积小于排开河水的体积,所以,邮轮相对水面位置会上浮一些。
故答案为:1.362×109;上浮一些。
【点评】本题考查浮沉条件和阿基米德原理的应用,是一道综合题。
三.实验探究题(共3小题)
21.(2024•旺苍县三模)小林在“探究浮力大小跟哪些因素有关”时,进行的实验过程如图所示。
(1)他用调节好的弹簧测力计测量物体的重力,如图甲所示;
(2)他用弹簧测力计挂着物体,将物体缓慢地浸没在水中,待物体静止时,弹簧测力计的示数如图乙所示,此时物体受到的浮力是 0.5 N;
(3)小林继续将物体缓慢向下移动,弹簧测力计的示数始终如图丙所示(物体未与容器底部接触)。通过乙和丙两次实验的探究得到的结论是:浸没在液体中的物体所受的浮力大小与 浸没深度 无关;
(4)由以上实验可知,该物体的密度是 3.2×103 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
【考点】探究浮力大小的影响因素;探究浮力大小与浸没深度的关系.
【专题】浮力;科学探究能力.
【答案】(2)0.5;(3)浸没深度;(4)3.2×103。
【分析】(2)使用弹簧测力计首先“三看“,一看零刻度线是否对准零刻度线;二看量程;三看分度值;
根据称重法可求出此时物体受到的浮力;
(3)比较图乙、丙两图知,液体密度相同,浸没水的深度不同,浮力相同,根据控制变量法可做出解答;
(4)利用G=mg求得物体质量,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排及在水中浸没时所受浮力可得物体的体积,利用密度计算公式求得物体的密度。
【解答】解:(2)如图甲可知,物体重力为G=1.6N
物体浸没在水中,待物体静止时,弹簧测力计的示数如图乙所示F=1.1N
由称重法可计算此时物体所受浮力为
F浮=G﹣F=1.6N﹣1.1N=0.5N
(3)乙和丙两次实验,液体密度和排开液体体积一定,浸没深度不同,但测力计示数相同,故两次所受浮力相等,说明浸没在液体中的物体所受的浮力大小与浸没深度无关。
(4)由重力可求物体质量为
物体的体积为
该物体的密度是
故答案为:(2)0.5;(3)浸没深度;(4)3.2×103。
【点评】本题是探究浮力的大小与哪些因素有关的实验,考查了弹簧测力计读数、根据称重法测浮力、控制变量法的应用等。
22.(2023•武侯区模拟)科学探究是初中物理课程内容的重要组成部分,探究的形式可以是多种多样的。小红设计了如图所示的实验来探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。
(1)实验的最佳顺序是 B 。
A.甲、乙、丙、丁
B.丁、甲、乙、丙
C.乙、甲、丁、丙
(2)通过实验可得到的结论是:浸在液体中的物体,受到的浮力大小等于它 排开的液体受到的重力 。
(3)以下情况会影响结论的是 A 。
A.图乙中水面未到达溢水杯的溢水口
B.图乙中物体未全部浸没在水中
(4)小红利用上述实验中的器材和木块,探究“漂浮在液面上的物体所受浮力的大小与物体所受重力的关系”,实验过程中 乙 (选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)步骤不需要弹簧测力计。通过实验可得出漂浮在液面上的物体所受的浮力大小 等于 物体所受的重力大小(选填“大于”“等于”或“小于”)。
【考点】探究浮力大小与排开液体重力实验中溢水杯问题;探究浮力的大小与排开液体重力的关系;浮力大小与排开液体重力的关系;探究浮力大小与排开液体重力的实验步骤.
【专题】定性思想;探究型实验综合题;科学探究能力.
【答案】(1)B;(2)排开的液体受到的重力;(3)A;(4)乙;等于。
【分析】(1)分别读出空桶的重力、物体的重力、物体浸没水中时弹簧测力计的示数、桶和溢出水的重力,桶和溢出水的重力与空桶的重力之差即为排开水的重力;
(2)物体所受的浮力等于物体的重力减去浸入液体时弹簧测力计的示数;物体排开液体的重力等于桶和排开水所受的重力减去空桶的重力,然后比较浮力和排开水所受的浮力得出结论;
(3)溢水杯的水没装满,会使溢出的水的重力偏少;
(4)物体漂浮在水面上时受到的浮力等于物体的重力,此时不需要用弹簧测力计提着木块,据此分析图示答题。
【解答】解:(1)最合理的实验顺序是:
丁、测出空桶的重力;
甲、测出物体所受到的重力;
乙、把物体浸在装满水的溢水杯中,测出测力计的示数;
丙、测出桶和排开的水受到的重力;
故正确顺序为:丁、甲、乙、丙,故B正确。
故选:B;
(2)空气中物体的重力为G=2N;水中弹簧测力计的示数为F′=1N,
物体在水中受到的浮力为:
F浮=G﹣F′=2N﹣1N=1N;
由图丁可知,空桶的重力G桶=0.5N,
由图丙可知,水和桶的重力G总=1.5N,
所以溢出水的重力为:
G排=G总﹣G桶=1.5N﹣0.5N=1N;
根据计算结果,可见F浮=G排,说明浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力;
(3)A.图乙中水面未到达溢水杯的溢水口,物体放入溢水杯时,先要使溢水杯满了才可以向外排水,故在此过程中,物体受到的浮力大于排出的水的重力,故A符合题意;
B.图乙中物体未全部浸没在水中,物体排开液体的体积小,排开液体的重力小,浮力也小,仍然能得出浮力等于排开的液体受到的重力,对实验没有影响,故B不符合题意;
故选:A;
(4)物体漂浮在水面上,受到的浮力等于它的重力,测量漂浮的物体受到的浮力时,不需要用弹簧测力计提着物体,即乙步骤不需要弹簧测力计。
故答案为:(1)B;(2)排开的液体受到的重力;(3)A;(4)乙;等于。
【点评】本题考查了验证阿基米德原理的实验,关键是知道该实验的验证方法,同时要注意物体漂浮时受到的浮力不能用称重法进行测量。
23.(2022•达州模拟)小明在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,他设计了如图所示的装置进行探究,把同一金属块浸入甲、乙两种液体中,记录数据如下:
(1)表格中空缺的数据应为 0.9 N。
(2)分析比较实验次数 2、5或3、6 ,可知:当排开液体的体积(浸入的体积)相同时,物体受到的浮力与 液体的密度 有关。
(3)分析比较金属块受到的浮力与它排开液体受到的重力,可知: 浮力等于排开液体受到的重力 。
(4)分析表格中的数据,可知ρ甲 > ρ乙。(选填“<”、“=”或“>”)
(5)分析表格中的数据,可知ρ甲= 0.36 ρ物。
【考点】探究浮力大小与液体密度的关系;探究浮力大小的影响因素.
【专题】探究型实验综合题.
【答案】(1)0.9;(2)2、5或3、6;液体的密度;(3)浮力等于排开液体受到的重力;(4)>;(5)0.36。
【分析】(1)根据第1次实验的数据,可得出小空桶的重力,再结合实验2中B的示数,可得出表中空缺的数据;
(2)根据提供的实验条件“当排开液体的体积(浸入的体积)相同时”,找出表中符合条件的数据,结合控制变量法的思想就可以做出解答;
(3)分析表中数据,比较金属块受到的浮力与它排开液体受到的重力,据此得出结论;
(4)分析表格中的数据,当排开液体的体积(浸入的体积)相同时,物体受到的浮力与液体的密度有关,根据浮力的大小可比较两种液体密度的大小;
(5)分析表格数据可知物体的重力、物体全部浸入甲液体中时受到的浮力,此时V排=V物;由重力公式、密度公式和阿基米德原理可得浮力与物重之比,从而得出甲液体与物体密度的具体关系。
【解答】解:
(1)根据第1次实验的数据可知,小空桶的重力为2.0N,实验2中B的示数为2.9N,则实验2中物体所受的浮力F浮=G排=2.9N﹣2.0N=0.9N;
(2)分析比较实验次数2、5或3、6,可知:当排开液体的体积(浸入的体积)相同时,物体受到的浮力与液体的密度有关;
(3)根据表格中的实验数据,分析比较金属块受到的浮力与它排开液体受到的重力,可知:浮力等于排开液体受到的重力。
(4)分析表格中2、5或3、6的数据,当排开液体的体积相同时,物体受到的浮力与液体的密度有关,2、3在甲液体中,5、6在乙液体中,前者受到的浮力较大,说明甲液体的密度大于乙液体的密度,即ρ甲>ρ乙。
(5)分析表格数据可知,物体的重力为G物=5.0N(即物体浸入体积为0时A测力计的示数),物体全部浸入甲液体中时受到的浮力F浮甲=1.8N,此时V排=V物,
由重力公式、密度公式和阿基米德原理可得浮力与物重之比为:
==,
即=,
解得ρ甲=0.36ρ物。
故答案为:(1)0.9;(2)2、5或3、6;液体的密度;(3)浮力等于排开液体受到的重力;(4)>;(5)0.36。
【点评】本题考查了物体的浮沉条件的灵活应用和探究影响浮力大小因素的实验,一般采用控制变量法的思想,探究时注意抓住变量和不变量,根据所受浮力的大小得出结论。
四.计算题(共2小题)
24.(2022•乐山模拟)如图所示,已知重为10N的长方体木块静止在水面上,浸入在水中的体积占木块总体积的五分之四(g取10N/kg),求:
(1)求木块所受到的浮力大小;
(2)若木块下表面所处的深度为20cm,求木块下表面受到水的压强;
(3)若要将木块全部浸没水中,求至少需要施加多大的压力。
【考点】阿基米德原理的理解;利用阿基米德原理进行简单计算;液体压强的公式及计算.
【专题】压强、液体的压强;浮力;应用能力.
【答案】(1)木块所受到的浮力大小为10N;
(2)木块下表面受到水的压强为2000Pa;
(3)要将木块全部浸没水中,至少需要施加2.5N的压力。
【分析】(1)木块在水中漂浮,受到的浮力等于木块的重力,根据F浮=G求木块所受到的浮力大小;
(2)已知木块下表面所处的深度,根据p=ρ液gh求木块下表面受到水的压强;
(3)要将木块全部浸没水中,由力的平衡条件可知,施加的压力大小等于木块受到的浮力增加量,根据F=ΔF浮=ρ液gΔV排求压力的大小。
【解答】解:(1)木块在水中漂浮,受到的浮力等于木块的重力,即F浮=G=10N;
(2)木块下表面所处的深度为:h=20cm=0.2m,
木块下表面受到水的压强为:p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa;
(3)当木块浸没时,受到竖直向下的重力、压力和竖直向上的浮力作用,由力的平衡条件可知,施加的压力大小等于木块受到的浮力增加量,
由F浮=ρ液gV排可知,木块所受浮力与木块排开水的体积成正比,
木块漂浮时,木块浸入水中的体积占木块总体积的五分之四,且F浮=ρ水gV排=10N,
木块浸没时,木块浸入水中的体积增加量占木块总体积的五分之一,
即木块排开水的体积增加量为原来的四分之一,
所以施加的压力为:F=ΔF浮=ρ水gΔV排=ρ水gV排=F浮=×10N=2.5N。
答:(1)木块所受到的浮力大小为10N;
(2)木块下表面受到水的压强为2000Pa;
(3)要将木块全部浸没水中,至少需要施加2.5N的压力。
【点评】本题考查阿基米德原理和液体压强公式的应用,正确判断木块排开水的体积变化量是关键之一。
25.(2024•达州模拟)如图所示,放在水平地面上的正方体A,它的质量为2.7kg、边长为10cm。高为12cm、底面积为300cm2、重为7N的薄壁圆柱形容器放在水平地面上,其中盛有10cm深的水。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)求:
(1)容器中水对容器底的压强。
(2)把容器放在A的正上方,A对地面的压强。
(3)将A缓慢放入水中静止后,A受到的浮力和此时容器对地面的压强。
【考点】浮力综合问题的分析与计算;压强的公式的应用;液体压强的公式及计算.
【专题】计算题;压强、液体的压强;浮力;浮沉的应用;应用能力.
【答案】见试题解答内容
【分析】(1)根据p=ρgh求水对容器底的压强;
(2)根据密度公式求出容器中水的质量,根据G=mg分别求出正方体A、水的重力,把容器放在A的正上方,A对水平地面的压力大小等于正方体A、容器和水的重力之和,受力面积为A的底面积,根据p=求A对地面的压强;
(3)根据密度公式求出正方体A的密度,与水的密度比较,根据物体的浮沉条件判断出正方体A静止时在水中的状态,根据阿基米德原理求出A受到的浮力;
比较容器的容积与容器中水的体积和正方体A的总体积可知,正方体A静止后,容器中有部分水溢出,根据体积关系求出容器中剩余水的体积,根据密度公式和G=mg求出剩余水的重力,容器对水平地面的压力大小等于正方体A、容器和剩余水的重力之和,受力面积为容器的底面积,根据p=求容器对地面的压强。
【解答】解:(1)容器中水的深度:h=10cm=0.1m,
水对容器底的压强:p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1×103Pa;
(2)容器中水的体积:V水=S容h水=300cm2×10cm=3000cm3=3×10﹣3m3,
由ρ=可知,容器中水的质量:m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×3×10﹣3m3=3kg,
则容器中水的重力:G水=m水g=3kg×10N/kg=30N,
正方体A的重力:GA=mAg=2.7kg×10N/kg=27N,
把容器放在A的正上方,A对水平地面的压力:FA=G水+GA+G容=30N+27N+7N=64N,
正方体A的底面积:SA=(10cm)2=100cm2,
则A对地面的压强:pA===6400Pa;
(3)正方体A的体积:VA=(10cm)3=1000cm3=1×10﹣3m3,
正方体A的密度:ρA===2.7×103kg/m3,
因为正方体A的密度大于水的密度,所以正方体A在在水中静止时能沉底,
因为容器中水深度等于正方体A的边长,所以正方体A能浸没在水中,
因此静止后,A受到的浮力:F浮=ρ水gV排=ρ水gVA=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N;
容器的容积:V容=S容h容=300cm2×12cm=3600cm3,
将A缓慢放入水中后,正方体A和容器中原来水的总体积:V=VA+V水=1000cm3+3000cm3=4000cm3>3600cm3,
因此将A缓慢放入水中后,容器中的水会溢出,此时容器中剩余水的体积:V剩=V容﹣VA=3600cm3﹣1000cm3=2600cm3=2.6×10﹣3m3,
剩余水的质量:m剩=ρ水V剩=1.0×103kg/m3×2.6×10﹣3m3=2.6kg,
剩余水的重力:G剩=m剩g=2.6kg×10N/kg=26N,
将A缓慢放入水中静止后,容器对水平地面的压力:F容=G剩+GA+G容=26N+27N+7N=60N,
容器对水平地面的压强:p容===2000Pa。
答:(1)容器中水对容器底的压强为1×103Pa;
(2)把容器放在A的正上方,A对地面的压强为6400Pa;
(3)将A缓慢放入水中静止后,A受到的浮力为10N,此时容器对地面的压强为2000Pa。
【点评】本题考查液体压强公式、压强定义式、物体的浮沉条件、阿基米德原理的应用,关键是需要判断正方体A放入容器中后有没有水溢出。
考点卡片
1.密度的简单计算
【知识点的认识】
公式:ρ=
【命题方向】
考查测量平均速度的实验,包括实验原理,实验器材,实验步骤,实验方法,数据分析,注意事项等内容。
例:小蓝将一个质量为54g的实心小球放入盛满水的杯子中,小球沉入杯底,溢出水的质量为20g,则该小球的体积为 20 cm3,密度为 2.7×103 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3)
分析:溢出水的体积即为小球的体积,利用密度公式分别计算溢出水的体积和小球的密度。
解析:解:溢出水的体积即为小球的体积,已知溢出水的质量为20g,根据密度公式,溢出水的体积V溢水===20cm3;
已知小球质量为54g,小球的体积等于溢出水的体积,根据密度公式,小球的密度ρ球====2.7g/cm3=2.7×103kg/m3。
故答案为:20;2.7×103。
点评:本题考查密度公式的应用,难度不大。
【解题方法点拨】
利用密度公式计算时要注意单位的统一。
质量用kg,则体积用m3,密度单位为kg/m3
质量用g,则体积用cm3,密度单位为g/cm3
2.根据运动状态件判断物体的受力情况
【知识点的认识】
①当物体不受任何力作用时,物体总保持静止状态或匀速直线状态;
②当物体受平衡力作用时,物体同样总保持静止状态或匀速直线状态即平衡状态.
③当物体受非平衡力作用时,物体的运动状态一定会改变.
【命题方向】
考查不同运动状态下,物体受力的情况。
例:如图,放在粗糙水平面地上的木箱,受到两个水平拉力F1、F2的作用,下列分析正确的是( )
A.若木箱保持静止状态,则F1一定等于F2
B.若木箱保持静止状态,则F1一定小于F2
C.若木箱向右做匀速直线运动,则F1一定小于F2
D.若木箱向左做匀速直线运动,则F1一定等于F2
分析:(1)物体静止在粗糙的水平面上:
当物体有运动趋势时,物体受到摩擦力的作用,此时物体受到拉力F1、F2和摩擦力作用,这三个力是平衡力,F1一定不等于F2。
当物体没有运动趋势时,物体不受摩擦力作用,此时物体受到拉力F1、F2是平衡力,F1一定等于F2。
(2)当物体向右匀速直线运动时,物体受到向左的摩擦力,F2和F1、摩擦力是平衡力,F2一定大于F1。
当物体向左匀速直线运动时,物体受到向右的摩擦力,F1和F2、摩擦力是平衡力,F1一定大于F2。
解析:解:AB、当物体静止在水平面上,物体可能有运动的趋势,可能没有运动趋势。当物体没有运动趋势时,水平方向上只受两个水平拉力F1、F2作用,这两个力是平衡力,大小一定相等;当物体有运动趋势时,此时物体受到拉力F1、F2和摩擦力作用,这三个力是平衡力,F1一定不等于F2.可能F1大,也可能F2大,故AB错误。
CD、当物体向右匀速直线运动时,物体受到向左的摩擦力,F2和F1、摩擦力是平衡力,则F2一定大于F1.
当物体向左匀速直线运动时,物体受到向右的摩擦力,F2和F1、摩擦力是平衡力,则F1一定大于F2.故C正确,D错误。
故选:C。
点评:对于粗糙的水平面,物体有运动趋势和进行运动时,都要考虑摩擦力的问题。这是容易让人忽视的问题。
【解题方法点拨】
物体在不受力或受平衡力时,将保持平衡状态,即静止状态或匀速直线运动状态.物体在受非平衡力作用时,其运动状态一定改变。
3.压力的比较大小
【知识点的认识】
固体压强一般根据公式p=比较,根据F=G的关系比较压力。对于柱形固体,也可以根据公式p=ρgh比较压强大小,根据F=pS比较压力。
【命题方向】
比较压力的大小是各省、市中考物理的热点,考题常以填空、选择等形式出现。只有加强这方面的训练,全面提高分析问题和解决问题的能力,才能在中考时取得好成绩。
例:艺术体操是一项力量与灵动结合,产生极致美感的体育运动。如图是某体操运动员表演过程中静止在水平地面上的甲、乙两种姿势,其对地面的压力分别为F甲和F乙,压强分别为p甲和p乙。下列判断正确的是( )
A.F甲>F乙,p甲>p乙
B.F甲=F乙,p甲=p乙
C.F甲<F乙,p甲<p乙
D.F甲=F乙,p甲<p乙
分析:(1)人对地面的压力等于自身重力的大小,据此分析两图中人对地面的压力的大小关系;
(2)由图可知,甲图中人与地面的接触面积大于乙图中人与地面的接触面积,根据p=分析两图中人对地面的压强的大小关系。
解析:解:人对地面的压力等于自身重力的大小,且同一个人的重力一定,所以两图中人对地面的压力大小相等,即F甲=F乙;由图可知,甲图中人与地面的接触面积大于乙图中人与地面的接触面积,且压力大小相等,
根据p=可知甲图中人对地面的压强比乙图中的小,即p甲<p乙,故D正确,ABC错误。故选:D。
点评:本题考查了压力、压强大小的比较,属于对基础知识的考查,难度不大。
【解题方法点拨】
掌握比较压力大小的方法以及对公式的熟练应用是关键。
4.压强的公式的应用
【知识点的认识】
计算公式:P=,(适用范围:这是压强的定义式,适用于所有物体间的压强计算,无论气体、固体、液体)
【命题方向】
压强的计算,主要是运用公式及其变形解决有关问题,另外,压强的计算常常与密度公式,重力公式相联系,体现了知识的综合性,所以常成为中考的热点。
例:我国研发的四轮长航程极地漫游机器人,科考队在附近遇控机器人。若机器人质量为500kg,履带与地面的总接触面积为400cm2。求:
(1)机器人对水平冰面的压力;
(2)若南极某处冰面能承受的压强为2×105Pa,该机器人能顺利通过该冰面吗?
分析:(1)已知机器人的质量,利用G=mg求其重力,机器人对冰面的压力等于本身的重力;
(2)知道履带与冰面的接触总面积(受力面积),利用p=求机器人对冰面的压强,与冰面能承受的最大压强比较可知能否通过该冰面。
解析:解:(1)机器人的重力为:G=mg=500kg×10N/kg=5000N,
机器人对冰面的压力等于机器人的重力,即F=G=5000N;
(2)机器人对冰面的受压面积S=400cm2=0.04m2,
则机器人对冰面的压强为:p===1.25×105Pa<2×105Pa,机器人可以顺利通过该冰面。
答:(1)机器人对水平冰面的压力是5000N;
(2)该机器人可以顺利通过冰面。
点评:本题考查了重力公式、压强公式的应用,关键是知道物体对冰面的压力等于物体重力。
【解题方法点拨】
压强的计算,需要确定压力、面积.要注意面积的计算与单位,其中压力的确定是难点.正确判断物体间的压力,进行受力分析是关键;物体间接触部分的面积,一般与较小的物体面积相同.
5.固体压强的比较大小
【知识点的认识】
准确判断压力、受力面积及其变化:固体压强的大小与压力的大小、受力面积有关。中考中对于压强的考查,往往在同一情境中出现多个力、多个面积发生变化的情景。要想准确的比较、计算压强的大小,找准产生压强的压力和该压力的受力面积是关键。我们审题时要抓住“谁对谁的压强”,找到压力的施力物体和受力物体,以及这两个物体的接触面积就可以准确判断压力和受力面积。利用公式p=,采用控制变量法。
【命题方向】
比较压力的大小是各省、市中考物理的热点,考题常以填空、选择等形式出现。只有加强这方面的训练,全面提高分析问题和解决问题的能力,才能在中考时取得好成绩。
例:小明同学将三个完全相同的长方体木块竖放在水平面上,将图中的阴影部分切去,剩余部分对水平面的压强值依次为p甲、p乙、p丙,则长方体甲对水平面的压强跟切去前相比 不变 (选填“增大”“减小”或“不变”);在这三个压强值中最小的是 p乙 。
分析:根据p======ρgh比较压强的大小变化;首先比较甲、乙、丙对地面压力的大小,然后根据p=比较它们对水平地面的压强的大小关系。
解析:解:将图中的阴影部分切去,根据p======ρgh可知,高度不变,压强不变;长方体乙对地面的压力的减小比例小大于受力面积的减小比例,所以压强变小;长方体丙对地面的压力的减小比例小于受力面积的减小比例,所以压强变大。所以剩余部分对水平面的压强中最小的是p乙。
故答案为:不变;p乙。
点评:判断压强的变化,不但考虑压力的变化,同时还要考虑受力面积的变化。
【解题方法点拨】
掌握比较压强大小的方法以及对公式的熟练应用是关键。
6.液体压强规律
1
7.液体压强与深度的关系
【知识点的认识】
(1)在同一液体,液体内部压强随深度的增加而增大。
(2)在同一深度,不同液体密度越大液体该处压强越大。
(3)液体内部的压强只与液体的密度、液体深度有关,而与容器的形状、底面积、液体的体积、液体的总重无关。
【命题方向】
考查影响液体压强大小的因素。
例:为什么深水潜水员必须穿行坚固耐压的潜水服?
分析:由于液体受到重力作用,且具有流动性,所以液体对容器底和容器侧壁有压强,液体内部向各个方向都有压强;液体的压强随深度增加而增大;在同一深度处液体向各个方向的压强相等;不同液体的压强还跟密度有关。
解析:答:处于液体内部的物体的所有表面都要受到液体的压强,压强大小与深度有关,越深处压强越大,深水潜水员在潜水时要受到比在水面上大许多倍的压强,如果不穿坚固耐压的潜水服,潜水员是承受不了那么大压强,会有生命危险,所以必须穿上高强度耐压的潜水服才行。
点评:本题的解题关键是知道液体的压强随深度的增加而增大。
【解题方法点拨】
记忆性的知识点,要熟记.
8.液体压强的公式及计算
【知识点的认识】
1、计算液体压强的公式是p=ρgh.可见,液体压强的大小只取决于液体的种类(即密度ρ)和深度h,而和液体的质量、体积没有直接的关系。运用液体压强的公式计算时,必须注意相关知识理解,以免造成干扰。确定深度时要注意是指液体与大气(不是与容器)的接触面向下到某处的竖直距离,不是指从容器底部向上的距离(那叫“高度”)。
2、液体压强中隐含“密度不同”的有关计算:
由液体的压强公式p=ρgh可知,液体的压强大小取决于液体的密度和深度,深度的不同比较直观,一眼可以看到,而密度不同需引起注意,有时直接给出物质不同,密度不同,有时则隐含着密度不同,需要自己发现。
3、液体对容器底的压强、压力与容器对支持面的压强、压力的计算方法:
液体对容器底的压强和压力与容器对支持面的压强和压力不是一同事。
(1)液体内部压强是由液体的重力产生的,但液体对容器底的压力并不一定等于液体的重力,而等于底面积所受的压强乘以受力面积,因此,处理液体内部问题时,先求压强再算压力。
(2)容器对支持面的压力和压强,可视为固体问题 处理,先分析压力大小,再根据p=计算压强大小。
【命题方向】
液体压强的计算,题型常见的有填空、选择、计算及探究题。
例:面积为1m2的水平桌面正中央放着一个平底鱼缸,内外底面积均为100cm2;缸内有3kg的水和一条100g的鱼,水的深度为20cm,忽略鱼缸厚度和质量,求:
(1)水对鱼缸底的压强;
(2)水对鱼缸底产生的压力;
(3)鱼缸对桌面产生的压强。
分析:(1)根据p=ρgh求水对鱼缸底的压强;
(2)根据p=求出水对鱼缸底产生的压力;
(3)根据G=mg求鱼和水的重力,鱼缸对水平桌面的压力大小等于鱼缸、水和鱼的总重力,根据p=求出鱼缸对桌面产生的压强。
解析:解:(1)水对鱼缸底的压强:p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2×103Pa;
(2)鱼缸的底面积S=100cm2=0.01m2,
则水对缸底产生的压力:F=pS=2×103Pa×0.01m2=20N;
(3)鱼的重力:G鱼=m鱼g=0.1kg×10N/kg=1N,
水的重力:G水=m水g=3kg×10N/kg=30N,
鱼缸对桌面的压力:F'=G总=1N+30N=31N,
鱼缸对桌面产生的压强:p'===3100Pa。
答:(1)水对鱼缸底的压强为2×103Pa;
(2)水对鱼缸底产生的压力为20N;
(3)鱼缸对桌面产生的压强为3100Pa。
点评:本题考查了液体压强和固体压强的计算方法,同时出现固、液体压力压强,要注意先后顺序:液体,先计算压强(p=ρgh),后计算压力(F=pS);固体,先计算压力(在水平面上F=G),后计算压强(p=)。
【解题方法点拨】
(1)液体的压强与液体的深度和密度有关,因此计算时关键找到“液体”的深度和密度。当容器是柱形容器时,液体对容器底部压力等于液体重力时,先判断压力等于重力后利用p=F/S求压强。
(2)液体的压强公式,对于固体来说,不能直接应用此公式,但对于长方体、正方体、圆柱体等规则形状的物体来说,经过推导以后可以使用。
(3)找出题目中隐含条件是解本题的关键。
(4)一些题按常规方法比较,很复杂。重要是抓住问题的关键:容器内液体体积不变。结合图形分析、比较,得出结论。
9.液体压强的大小比较
【知识点的认识】
液体内部的压强主要与液体的密度、深度有关要比较其大小一定采取控制变量法来分析,利用公式采用密度比较法和深度比较法。
【命题方向】
比较压强的大小是各省、市中考物理的热点,考题常以填空、选择等形式出现。只有加强这方面的训练,全面提高分析问题和解决问题的能力,才能在中考时取得好成绩。
例:如图所示,甲、乙、丙是三个底面积不同的圆柱形容器,且S甲<S乙<S丙,容器内装有质量相同的不同液体,液体对容器底部的压强分别为p甲、p乙、p丙,它们的大小关系是( )
A.p甲>p乙>p丙
B.p甲=p乙<p丙
C.p甲<p乙<p丙
D.无法比较
分析:根据容器形状,判断三种液体对容器底部的压力与各自重力的关系,又知三种液体的质量关系,进而得到三种液体对容器底的压力关系,由p=判断出液体对容器底部压强的关系。
解析:解:由图可知,三个容器都为直壁容器,液体对容器底的压力都等于液体的重力,甲、乙、丙三种液体的质量相等,则液体的重力相等,所以,甲、乙、丙三种液体对容器底的压力相同,即:F甲=F乙=F丙;
由于S甲<S乙<S丙,由p=知液体对容器底部的压强p甲>p乙>p丙,故A正确。
故选:A。
点评:此题考查压强和压力的大小比较,关键是会根据容器形状判断液体对容器底部的压力与自身重力的关系。
【解题方法点拨】
掌握比较压强大小的方法以及对公式的熟练应用是关键。
10.浮力产生的原因
【知识点的认识】
浮力产生的原因:浸在液体或气体里的物体受到液体或气体对物体向上的和向下的压力差
物体在液体中,上下两个面因为在液体中的深度不相同,所以受到的压强也不相等,上面的压强小,下面受到的压强大,下面受到向上的压力大于上面受到的向下的压力。液体对物体这个压力差,就是液体对物体的浮力
浮体的顶部界面接触不到液体时,则只有作用在底部界面向上的压力才会产生浮力,因为只要其间有一层很薄的液膜,就能传递压强,底面就有向上的压力,物体上下表面有了压力差,物体就会受到浮力。
【命题方向】
考查对浮力产生的原因,判断是否受到浮力。
例:下列物体没有受到浮力的是( )
A.空中上升的热气球
B.水中下潜的奋斗者号
C.海面航行的辽宁号
D.在月背采样的嫦娥六号
分析:根据浮力的定义:浸在液体(或气体)中的物体受到液体(或气体)竖直向上托起的力叫浮力,对各个选项逐一分析即可。
解析:解:A、上升的热气球,是因为球内空气受热,内部空气的密度减小,在上升时,受到空气的浮力的作用,故A不符合题意;
B、水中下潜的奋斗者号,会受到水竖直向上的浮力,故B不符合题意;
C、海上航行的辽宁号处于漂浮状态,受到水的浮力,故C不符合题意;
D、太空中没有空气,在月背采样的嫦娥六号没有受到浮力,故D符合题意。
故选:D。
点评:本题考查浮力产生的原因,解答此题的关键是明确浮力的定义,难度不大,属于基础知识。
【解题方法点拨】
记忆性知识,牢记即可。
11.称重法测量浮力
【知识点的认识】
根据物体受力平衡变换而来的方法,当物体受到竖直向上的拉力时,拉力、重力和浮力三力平衡,向上的拉力加浮力等于向下的重力,所以浮力等于重力减去拉力,公式:F浮=G﹣F拉
【命题方向】
考查利用平衡知识,称重法计算浮力的大小。
例:弹簧测力计下悬挂一重为5N的物体,把物体浸没在水中时测力计的示数如图所示,则物体在水中所受的浮力是( )
A.0N
B.5N
分析:首先对物体所受到的力进行分析,搞清各个力之间的大小关系,在水中的物体受到竖直向下的重力和竖直向上的拉力及浮力作用,所以这几个力满足F浮=G﹣F拉.据此求物体受到的浮力,求浮力利用称重法。
解析:解:物体重力为5N,浸没在水中时弹簧测力计示数为2.4N,则浮力F浮=G﹣F=5N﹣2.4N=2.6N,故ABD不符合题意,C符合题意。
故选:C。
点评:此题考查学生对浮力大小的计算这一知识点的理解和掌握,计算浮力的方法很多,这是最简单的一种。
【解题方法点拨】
计算浮力的方法很多,当物体受到竖直向上的拉力时,拉力、重力和浮力三力平衡时,考虑用称重法。
12.探究浮力大小的影响因素
【知识点的认识】
(1)探究浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度的关系
使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸没在相同液体中的不同深度时的拉力大小,并记录数据。可以发现,物体的拉力没有变化。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度无关。
(2)探究浮力的大小跟物体浸在液体中的体积的关系
使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸在相同液体中体积不同时的拉力大小,并记录数据。可以发现,物体的拉力随浸没在液体中的体积改变。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟物体浸在液体中的体积有关。物体浸在液体中的体积越大,物体所受的浮力就越大。
(3)探究浮力的大小跟液体的密度的关系
使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸没在密度不同的液体中时的拉力大小,并记录数据。(注意:实验时要使铁球浸没的深度相同)可以发现,物体在密度不同的液体中拉力改变。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟液体的密度有关。液体的密度越大,物体所受浮力就越大。
(4)探究浮力的大小跟物体的密度的关系
使用弹簧测力计分别测出体积相同的铜球和铁球的重力以及浸没在水中时的拉力大小,并记录数据。(注意:实验时要使铜球和铁球浸没的深度相同)可以发现,铜球和铁球的拉力虽然不同,但F浮=G﹣F拉相同。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟物体的密度无关。
(5)实验结论:
物体在液体中所受的浮力的大小,只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,物体所受的浮力就越大。
【命题方向】
考查探究浮力大小的影响因素的实验,包括实验原理,实验器材,实验步骤,实验方法,数据分析,注意事项等内容。
例:如图是某实验小组的同学用同一物块探究浮力大小与哪些因素有关的实验步骤。
(1)对图B中的物块进行受力分析,力的作用点都画在重心处。
(2)物体完全浸没在水中时所受浮力为 1 N。
(3)比较ADE可以得出:浮力大小与 液体密度 有关。
(4)比较ACD可知,浮力大小与物体浸没的深度 无关 (选填“无关”或“有关”)。比较A BC 可知,浮力大小与物体的体积无关。
(5)图E中酒精的密度为 0.8×103 kg/m3。(,g=10N/kg)
分析:(1)静止受力平衡,据此画图;
(2)根据称重法计算物体在水中的浮力大小;
(3)(4)分析图中的相同点和不同,根据实验控制的变量与实验现象得出实验结论,然后分析答题;
(5)根据阿基米德原理列出水中和酒精中浮力表达式计算酒精密度。
解析:解:(1)图B中的物块静止受力平衡,受重力、浮力、拉力作用,都画在重心上,如图所示:
(2)由甲图可知,物体的重力为G=4N,由丙图可知物体浸没在水中弹簧测力计的示数为F=3N,此时物体受到的浮力为F浮=G﹣F=4N﹣3N=1N;
(3)比较ADE可以得出:物体浸没在水和盐水中时,排开液体的体积相同,弹簧测力计的示数不同,说明浮力的大小与液体的密度有关;
(4)比较ACD可知,液体的密度和物体排开液体的体积相同,浸没在液体中的深度不同,而拉力相同,说明浮力不变,故浮力大小与物体浸没的深度无关。
探究浮力大小与物体的体积,必须控制液体密度相同,而排开液体的体积不同,故选:ABC。
(5)水中的浮力为1N,由阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得:1N=ρ水gV排;
浸没酒精中的浮力为F'浮=G﹣F'=4N﹣3.2N=0.8N;
由阿基米德原理F'浮=ρ酒精gV排可得:0.8N=ρ酒精gV排;
浸没时V排不变,解得ρ酒精=0.8ρ水=0.8×103kg/m3。
故答案为:(1)见解答;(2)1;(3)液体密度;(4)无关;BC;(5)0.8×103。
点评: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。
【解题方法点拨】
实验中,用到了“称重法”测浮力:,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大。
13.探究浮力大小与液体密度的关系
【知识点的认识】
(1)探究浮力的大小跟液体的密度的关系
使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸没在密度不同的液体中时的拉力大小,并记录数据。(注意:实验时要使铁球浸没的深度相同)可以发现,物体在密度不同的液体中拉力改变。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟液体的密度有关。液体的密度越大,物体所受浮力就越大。
(2)探究浮力的大小跟物体的密度的关系
使用弹簧测力计分别测出体积相同的铜球和铁球的重力以及浸没在水中时的拉力大小,并记录数据。(注意:实验时要使铜球和铁球浸没的深度相同)可以发现,铜球和铁球的拉力虽然不同,但F浮=G﹣F拉相同。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟物体的密度无关。
(3)实验结论:
物体在液体中所受的浮力的大小,只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,物体所受的浮力就越大。
【命题方向】
考查探究浮力大小与液体密度的关系的实验,包括实验原理,实验器材,实验步骤,实验方法,数据分析,注意事项等内容。
例:韵菲同学用弹簧测力计探究“浮力大小与哪些因素有关”,实验过程如图所示;
(1)在使用弹簧测力计前,应先明确它的量程、 分度值 和指针是否指着零刻度线;
(2)分析图中实验数据可知,物体浸没在水中时受到的浮力为 1 N;
(3)比较图甲、乙、丙三次的实验数据,可知浮力的大小与液体的 密度 (选填“质量”或“密度”)有关;
(4)韵菲通过数据还计算出图中物体A的密度为 4×103 kg/m3、盐水的密度为 1.2×103 kg/m3。
分析:(1)观察弹簧测力计的量程、分度值,并观察指针是否指在零刻度线;
(2)根据F浮=G﹣F可求物体浸没在水中时受到的浮力;
(3)根据控制变量法分析解答;
(4)根据F浮=ρ液gV排可求物体排开液体的体积即物体的体积,根据重力公式可求质量,再根据密度公式可求物体的密度;根据F浮′=ρ盐水gV排可求盐水的密度。
解析:解:(1)测量物体重力前应先观察弹簧测力计的量程、分度值,并观察指针是否指在零刻度线。
(2)由图甲可知,物体的重力为G=4N,由图甲和乙可知,物体完全浸没在水中受到的浮力为F浮=G﹣F=4N﹣3N=1N,
(3)丙图中弹簧测力计的示数为2.8N,由图甲和丙可知,物体完全浸没在盐水中受到的浮力为F浮2=G﹣F2=4N﹣2.8N=1.2N,
乙和丙排开液体的体积相同,浮力不同,说明浮力与液体的密度有关。
(4)物体浸没在水中,排开水的体积等于物体自身的体积,由F浮=ρ液gV排可知,物体A的体积为
V=V排水==10﹣4m3,
由图甲可知,物体的重力为G=4N,根据G=mg可得物体A的质量为
=0.4kg,
则物体A的密度为
=4×103kg/m3,
物体浸没在盐水中,排开水的体积为V=V排水=10﹣4m3,
由F浮=ρ液gV排可知,盐水的密度为
==1.2×103kg/m3。
故答案为:(1)分度值;(2)1;(3)密度;(4)4×103;1.2×103。
点评:本题主要考查探究浮力大小与哪些因素有关的实验,由称重法具体考查阿基米德原理,是一道实验操作题。
【解题方法点拨】
实验中,用到了“称重法”测浮力:,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大。
14.探究浮力大小与浸没深度的关系
【知识点的认识】
(1)探究浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度的关系
使用弹簧测力计测出铁球的重力和浸没在相同液体中的不同深度时的拉力大小,并记录数据。可以发现,物体的拉力没有变化。
可得出以下实验结论:浮力的大小跟物体浸没在液体中的深度无关。
(2)实验结论:
物体在液体中所受的浮力的大小,只跟它浸在液体中的体积和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大,物体所受的浮力就越大。
【命题方向】
考查探究浮力大小与浸没深度的关系的实验,包括实验原理,实验器材,实验步骤,实验方法,数据分析,注意事项等内容。
例:小明在“探究浮力的大小与什么因素有关”的实验中,用弹簧测力计挂着一实心圆柱体,做了如图a、b、c、d、e的实验。(g取10N/kg)
(1)通过a、c两次实验,可知物体浸没在水中所受浮力大小是 0.5 N。
(2)分析 a、c、d 三次实验,可知浮力的大小与物体浸没在液体中的深度 无关 。
(3)通过a、c、e三次实验,可探究物体所受浮力大小与 液体密度 的关系。
(4)根据记录的实验数据,实验e中液体的密度为 0.8×103 kg/m3。
(5)如果在实验e中不小心使物体接触了容器底且与容器底有力的作用,则所测液体密度将 偏大 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
分析:(1)根据称重法求出物体在水中受到的浮力;
(2)影响浮力的因素有液体密度和排开液体的体积,要探究与深度关系,必须控制液体密度和排开液体的体积不变;
(3)分析a、c、e两图,找出相同量和不同量,根据称重法测浮力:F浮=G﹣F计算所受浮力是否相同,据此分析结论;
(4)求出物体在液体中的浮力的大小,由于物体全部浸没在两种液体中,排开的液体的体积是相同的,根据阿基米德原理列出关系式,求出液体的密度。
(5)如果他在实验中不小心使物体接触了容器底且与容器底有力的作用,容器底的支持力使得弹簧测力计示数变小,根据称重法分析F浮液变化,确定测量的液体密度值的变化。
解析:解:(1)根据称重法测浮力,物体在水中受到的浮力为:
F浮=G﹣FC=2N﹣1.5N=0.5N;
(2)分析a、c、d两图,当物体都块浸没在水中后,液体密度和排开液体的体积不变,物体浸没的深度不同,但测力计示数相同,根据称重法测浮力:F浮=G﹣F知,所受浮力的大小相同,故得出:物体浸没在液体中后,所受浮力大小跟物体浸没在液体中的深度无关;
(3)由图c、e所示实验可知,都是浸没,则物体排开液体的体积相同而液体密度不同,该实验可以探究浮力大小与液体密度的关系;
(4)实验步骤c中,物体受到的浮力为:F浮c=G﹣Fc=2N﹣1.5N=0.5N;
实验步骤e中,物体受到的浮力为:F浮e=G﹣Fe=2N﹣1.6N=0.4N;
因物体均浸没,所以V排水=V排液;
根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g代入数据
0.5N=1.0×103kg/m3×V排水×10N/kg;
0.4N=ρ液×V排液×10N/kg;
两式相比可得ρ液=0.8×103kg/m3。
(5)如果他在实验中不小心使物体接触了容器底且与容器底有力的作用,则测力计示数变小,导致F示液变小,根据称重法,故F浮液变大,根据F浮=ρ液V排g,V排g不变,测量的液体密度值将偏大。
故答案为:(1)0.5;(2)a、c、d;无关;(3)液体密度;(4)0.8×103;(5)偏大。
点评:本题探究浮力的大小与哪些因素有关,考查控制变量法的运用、称重法测浮力、阿基米德原理、密度的计算,有一定的难度。
【解题方法点拨】
实验中,用到了“称重法”测浮力:,弹簧测力计的示数越小,说明物体受到的浮力越大。
15.阿基米德原理的理解
【知识点的认识】
(1)内容:浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。阿基米德原理又名浮力定律,是指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受到的重力,而与物体浸在液体中的深度、物体的质量、密度及物体的形状无关。
(2)公式:浸在液体里的物体受的浮力,大小等于物体排开的液体的重力。用公式表示为F浮=G排=ρ液gV排
①F浮=G排=ρ液gV排,式中ρ液表示液体的密度,V排是被物体排开的液体的体积,g取9.8N/kg。
②阿基米德原理既适用于液体也适用于气体。
【命题方向】
考查阿基米德原理内容的理解,以及利用阿基米德原理计算浮力的大小。
例:我国首艘10万屯级智慧渔业大型工船“国信1号”。它的排水量为1.3×105t,满载时排开海水的体积为 1.26×105 m3;满载时工船受的浮力为 1.3×109 N;海面下2m深处海水的压强为 2.06×104 Pa。(ρ水=1.03×103kg/m3,g=10N/kg)
分析:(1)根据ρ=可求出满载时排开海水的体积;
(2)根据F浮=G排=m排g可求出满载时工船所受的浮力;
(3)根据p=ρgh可求出海面下2m深处海水的压强。
解析:解:(1)根据ρ=可得满载时排开海水的体积为:V排==≈1.26×105m3;
(2)满载时工船所受的浮力为:F浮=G排=m排g=1.3×105×103kg×10N/kg=1.3×109N;
(3)海面下2m深处海水的压强为:p=ρ海水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×2m=2.06×104Pa。
故答案为:1.26×105;1.3×109;2.06×104。
点评:本题主要考查密度公式、阿基米德原理以及液体压强公式的应用,灵活运用公式是解题的关键。
【解题方法点拨】
理解阿基米德原理的内容,并会用公式计算浮力的大小。
16.阿基米德原理的定性分析
【知识点的认识】
运用阿基米德原理进行定性分析时,运用控制变量法,先找到相同的量,再利用公式F浮=ρ水gV排进行分析即可。
【命题方向】
考查阿基米德原理的定性分析。
例:将甲、乙、丙三个体积相同的小球放在水中,小球静止时的情况如图所示,则三个小球中所受浮力最小的是( )
A.甲
B.乙
C.丙
D.丁
分析:已知体积的关系,利用阿基米德原理公式可判断出它们所受浮力最小的是哪一个。
解析:解:因为体积相同,丙物下沉,乙物悬浮,甲物体漂浮,丙和乙排开水的体积相同,甲漂浮,甲排开水的体积最小,根据公式F浮=ρ水gV排可知,甲受到的浮力最小。
故选:A。
点评:本题考查浮力公式的应用,关键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。
【解题方法点拨】
熟练运用阿基米德定理的公式,重点是分析题目中的相同的条件。
17.利用阿基米德原理进行简单计算
【知识点的认识】
①F浮=G排=ρ液gV排,式中ρ液表示液体的密度,V排是被物体排开的液体的体积,g取9.8N/kg。
②阿基米德原理既适用于液体也适用于气体。
【命题方向】
考查运用阿基米德原理进行计算。
例:如图所示,小芳用手将重2N、体积为2.3×10﹣4m3的苹果浸没在水中,则松手后苹果最终静止时,苹果受到的浮力大小为 2 N。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
分析:(1)根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排求出苹果所受浮力;
(2)根据苹果重力与浮力的大小关系可知苹果的浮沉状态;
(3)苹果静止后处于漂浮状态,根据物体的漂浮条件可知苹果受到的浮力大小。
解析:解:苹果浸没在水中时,排开水的体积等于苹果的体积,即:V排=V=2.3×10﹣4m3,
苹果浸没时受到的浮力为:
F浮=G排=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2.3×10﹣4m3=2.3N;
浸没在水中的苹果,受到的浮力F浮=2.3N,而重力G=2N,
比较可知:F浮>G,故松手后苹果将上浮,最终苹果会漂浮在水面上,此时受到的浮力等于苹果的重力,即:F浮′=G=2N。
故答案为:2。
点评:熟练运用阿基米德原理的公式和物体的受力情况,是解答此题的关键。
【解题方法点拨】
根据题目所给信息,判断用称重法,压力差法,阿基米德原理法中的哪一种。
18.密度大小与浮沉的关系
【知识点的认识】
密度与物质的浮沉有着密切的关系。当一块物质的密度大于周围介质(如液体或气体)的密度时,它会下沉;当一块物质的密度小于周围介质的密度时,它会浮起。这是由于密度差异造成的。
【命题方向】
考查密度的与浮沉的关系,通过浮沉状态判断密度大小以及通过比较密度大小判断浮沉状态。
例:小津把体积相等的三种不同的水果放进水中,水果静止后出现了如图所示的情况,A漂浮,B悬浮,C沉底,关于它们的密度和浮力的大小关系判断正确的是( )
A.ρA<ρB<ρC
B.ρA>ρB>ρC
C.FA<FB<FC
D.FA=FB<FC
分析:根据A、B、C在水中所处的状态,即可判断A、B、C密度的大小,再根据阿基米德原理判断A、B、C所受浮力的关系。
解析:解:AB、A漂浮,ρA<ρ水;B悬浮,ρB=ρ水;C沉底,ρC>ρ水,所以,ρA<ρB<ρC,故A正确,B错误;
CD、由图可知,VA<VB=VC,根据F浮=ρ水gV排可得,它们所受浮力FA<FB=FC,故C错误,D错误;
故选:A。
点评:本题主要考查物体浮沉条件和阿基米德原理,比较典型,值得重视。
【解题方法点拨】
在利用阿基米德原理进行浮力运算的时候,先要判断物体的浮沉状态,以确定实际的排开水的体积,而不是直接代入物体的体积进行计算。
19.探究浮力的大小与排开液体重力的关系
【知识点的认识】
1.实验:探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系;
2.实验步骤:
①用弹簧测力计测出物体重力记作F1
②将溢水杯中装满水,将挂在弹簧测力计下的物体浸没在水中读出弹簧测力计的示数记作F2,同时用小桶收集溢出来的水
③用弹簧测力计测出桶和水的总重记作F3,
④用弹簧测力计测出空桶的重记作F4.
3.实验分析:物体受到的浮力:F1﹣F2,物体排开液体的重力F3﹣F4。如果F1﹣F2=F3﹣F4,可得出阿基米德原理
4.实验结论:
浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于排开液体的重力。这就是著名的阿基米德原理。可用公式表示为F浮=G排=ρ液gV排。
【命题方向】
考查探究浮力的大小与排开液体重力的关系的实验,包括实验原理,实验器材,实验步骤,实验方法,数据分析,注意事项等内容。
例:下列A、B、C、D四幅图是“探究浮力的大小与排开水所受重力关系”的过程情景。请根据图示完成下面的填空;
(1)实验中所用圆柱体的重力为 4.2 N。
(2)在情景图B中存在的错误是 溢水杯未装满水 。
(3)纠正错误后,圆柱体从刚接触水面到全部浸入水中,水对溢水杯底的压强 保持不变 (选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”)。
(4)实验结果表明:浸在水中的物体受到的浮力 等于 物体排开的水所受到的重力。
分析:(1)读出B中弹簧测力计的示数即为圆柱体的重力;
(2)用溢水法收集物体排开的水,将溢水杯装满水,然后将物体浸入水中,用其他容器(需先测出其重力)接住溢出的水,然后再测出装有溢出的水的容器的总重力,两者之差就是物体排开水的重力;
(3)根据p=ρgh分析圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中,水对溢水杯底的压强;
(4)利用F浮=G﹣F可求得圆柱受到的浮力;用小桶和水的总重力减去空小桶的重力即为圆柱体排开的水所受的重力G排。
解析:解:(1)由图B可知,实验中的所用圆柱体的重力G=4.2N;
(2)圆柱体放入水中前,溢水杯中的水应该满的,否则溢出水的体积将小于物体排开水的体积,所以,在情景图B中存在的错误是溢水杯未注满水;
(3)纠正错误后,即溢水杯中的水应该满的,圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中的过程,溢水杯中水的深度不变,由p=ρgh可知,水对溢水杯底的压强保持不变;
(4)由图C可知,圆柱体浸没在水中时,弹簧测力计的示数F=3N,
则圆柱受到的浮力F浮=G﹣F=4.2N﹣3N=1.2N;
由图D可知,小桶和水的总重力G总=1.8N,
由图A可知,空小桶的重力G桶=0.6N,
则圆柱体排开水所受的重力G排=G总﹣G桶=1.8N﹣0.6N=1.2N;
综上分析知,浸在水中的物体受到的浮力等于物体排开水所受到的重力。
故答案为:(1)4.2;(2)溢水杯未注满水;(3)保持不变;(4)等于。
点评:在“探究浮力的大小”实验中,用“称量法”测出物体受到的浮力,即F浮=G﹣F拉;用两次称重测出物体在液体中排开液体的重力,进行比较得出:物体在液体中受到的浮力,大小等于它排开的液体的重力。
【解题方法点拨】
实验操作要点及注意事项:
(1)弹簧测力计的读数(注意看清量程和分度值);
(2)称重法计算浮力:F浮=G物一F拉;
(3)溢水杯的使用(溢水杯中的液体到达溢水口,以保证物体排开的液体全部流入小桶内);
(4)实验步骤的补充与改正(先测空桶重和物重,再将物体浸没在水中,最后测出排开液体的重力)﹔
(5)得出普遍规律的操作(物体由浸没改为浸入;换用不同的液体等)。
20.浮力大小与排开液体重力的关系
【知识点的认识】
1.实验:探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系;
2.实验步骤:
①用弹簧测力计测出物体重力记作F1
②将溢水杯中装满水,将挂在弹簧测力计下的物体浸没在水中读出弹簧测力计的示数记作F2,同时用小桶收集溢出来的水
③用弹簧测力计测出桶和水的总重记作F3,
④用弹簧测力计测出空桶的重记作F4.
3.实验分析:物体受到的浮力:F1﹣F2,物体排开液体的重力F3﹣F4。如果F1﹣F2=F3﹣F4,可得出阿基米德原理
4.实验结论:
浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于排开液体的重力。这就是著名的阿基米德原理。可用公式表示为F浮=G排=ρ液gV排。
【命题方向】
考查浮力的大小与排开液体重力的关系,常在实验探究题中考查此知识点。
例:下列A、B、C、D四幅图是“探究浮力的大小与排开水所受重力关系”的过程情景。请根据图示完成下面的填空;
(1)实验中所用圆柱体的重力为 4.2 N。
(2)在情景图B中存在的错误是 溢水杯未装满水 。
(3)纠正错误后,圆柱体从刚接触水面到全部浸入水中,水对溢水杯底的压强 保持不变 (选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”)。
(4)实验结果表明:浸在水中的物体受到的浮力 等于 物体排开的水所受到的重力。
分析:(1)读出B中弹簧测力计的示数即为圆柱体的重力;
(2)用溢水法收集物体排开的水,将溢水杯装满水,然后将物体浸入水中,用其他容器(需先测出其重力)接住溢出的水,然后再测出装有溢出的水的容器的总重力,两者之差就是物体排开水的重力;
(3)根据p=ρgh分析圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中,水对溢水杯底的压强;
(4)利用F浮=G﹣F可求得圆柱受到的浮力;用小桶和水的总重力减去空小桶的重力即为圆柱体排开的水所受的重力G排。
解析:解:(1)由图B可知,实验中的所用圆柱体的重力G=4.2N;
(2)圆柱体放入水中前,溢水杯中的水应该满的,否则溢出水的体积将小于物体排开水的体积,所以,在情景图B中存在的错误是溢水杯未注满水;
(3)纠正错误后,即溢水杯中的水应该满的,圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中的过程,溢水杯中水的深度不变,由p=ρgh可知,水对溢水杯底的压强保持不变;
(4)由图C可知,圆柱体浸没在水中时,弹簧测力计的示数F=3N,
则圆柱受到的浮力F浮=G﹣F=4.2N﹣3N=1.2N;
由图D可知,小桶和水的总重力G总=1.8N,
由图A可知,空小桶的重力G桶=0.6N,
则圆柱体排开水所受的重力G排=G总﹣G桶=1.8N﹣0.6N=1.2N;
综上分析知,浸在水中的物体受到的浮力等于物体排开水所受到的重力。
故答案为:(1)4.2;(2)溢水杯未注满水;(3)保持不变;(4)等于。
点评:在“探究浮力的大小”实验中,用“称量法”测出物体受到的浮力,即F浮=G﹣F拉;用两次称重测出物体在液体中排开液体的重力,进行比较得出:物体在液体中受到的浮力,大小等于它排开的液体的重力。
【解题方法点拨】
实验操作要点及注意事项:
(1)弹簧测力计的读数(注意看清量程和分度值);
(2)称重法计算浮力:F浮=G物一F拉;
(3)溢水杯的使用(溢水杯中的液体到达溢水口,以保证物体排开的液体全部流入小桶内);
(4)实验步骤的补充与改正(先测空桶重和物重,再将物体浸没在水中,最后测出排开液体的重力)﹔
(5)得出普遍规律的操作(物体由浸没改为浸入;换用不同的液体等)。
21.探究浮力大小与排开液体重力的实验步骤
【知识点的认识】
1.实验:探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系;
2.实验步骤:
①用弹簧测力计测出物体重力记作F1
②将溢水杯中装满水,将挂在弹簧测力计下的物体浸没在水中读出弹簧测力计的示数记作F2,同时用小桶收集溢出来的水
③用弹簧测力计测出桶和水的总重记作F3,
④用弹簧测力计测出空桶的重记作F4.
3.实验分析:物体受到的浮力:F1﹣F2,物体排开液体的重力F3﹣F4。如果F1﹣F2=F3﹣F4,可得出阿基米德原理
4.实验结论:
浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于排开液体的重力。这就是著名的阿基米德原理。可用公式表示为F浮=G排=ρ液gV排。
【命题方向】
考查探究浮力大小与排开液体重力的实验步骤,常在实验探究题中考查此知识点。
例:某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材,设计了如图所示的实验来探究“浮力的大小跟排开液体所受重力大小的关系”。
(1)实验的最佳顺序是 丁、甲、乙、丙 ;
(2)把石块浸没在盛满水的溢水杯中,甲石块受到的浮力大小为 1.5 N,石块排开的水所受的重力可由 丙丁 两个步骤测出;
(3)由以上步骤可初步得出结论:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于 排开的液体的重力 ;
(4)由图中数据可知石块的体积为 150 cm3,将图乙中的水换成酒精,石块受到的浮力为 1.2 N。(ρ水=1×103kg/m3,ρ酒精=0.8×103kg/m3,g取10N/kg)。
分析:(1)先乙后甲,物体由于带水测重力会引起误差;先丙后丁,烧杯内有残留的水,会产生误差;
(2)根据称重法:F浮=G﹣F示计算浮力,丙丁之差即为石块排开的水所受的重力;
(3)比较甲乙之差和丙丁之差得出结论;
(4)根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排计算石块排开液体的体积。物体浸没在液体中时,排开液体的体积跟物体的体积相等;石块浸没在酒精中时V排=V物,再根据阿基米德原理算浮力。
解析:(1)先乙后甲,物体由于带水测重力会引起误差;先丙后丁,小桶内有残留的水,会产生误差,所以实验的最佳顺序是丁、甲、乙、丙;
(2)把石块浸没在盛满水的溢水杯中,甲石块受到的浮力:F浮=G﹣F示=3.8N﹣2.3N=1.5N;丙丁之差即为石块排开的水所受的重力G排,G排=2.7N﹣1.2N=1.5N;
(3)比较甲乙之差和丙丁之差可知:浸在液体中的物体所受浮力的大小等于排开的液体的重力;
(4)根据F浮=G排=ρ液gV排可得石块排开液体的体积V排===1.5×10﹣4m3=150cm3
石块的体积:V石=V排=150cm3;
石块浸没在酒精中时排开酒精的体积:V排′=V石=1.5×10﹣4m3
石块受到的浮力为:F浮′=ρ酒gV排′=0.8×103kg/m3×10N/kg×1.5×10﹣4m3=1.2N。
故答案为:(1)丁、甲、乙、丙;(2)1.5;丙丁;(3)排开的液体的重力;(4)150;1.2。
点评:本题探究了“浮力的大小跟排开液体所受重力大小的关系”,能够根据阿基米德原理进行计算是解答本题的关键。
【解题方法点拨】
实验操作要点及注意事项:
(1)弹簧测力计的读数(注意看清量程和分度值);
(2)称重法计算浮力:F浮=G物一F拉;
(3)溢水杯的使用(溢水杯中的液体到达溢水口,以保证物体排开的液体全部流入小桶内);
(4)实验步骤的补充与改正(先测空桶重和物重,再将物体浸没在水中,最后测出排开液体的重力)﹔
(5)得出普遍规律的操作(物体由浸没改为浸入;换用不同的液体等)。
22.探究浮力大小与排开液体重力实验中溢水杯问题
【知识点的认识】
物体放入水中前,溢水杯应该是满水的,否则小桶内所盛的水将小于物体排开水的体积。物体排开的水没有全进入小烧杯内,排开水的重力偏小。
【命题方向】
考查实验中的错误操作,常在实验探究题中考查此知识点。
例:某实验小组在探究“浮力大小跟物体排开液体所受重力”的关系时,做了如图所示的四次实验,下列有关说法正确的是( )
A.丙图实验中石块必须完全浸没在水中
B.乙、丙中F3<F2表明石块所受重力减小了
C.石块排开的水所受的重力G排=F4−F2
D.由图可知,溢出到小杯中水的重量一定小于石块所受的浮力
分析:(1)用称重法测浮力:浮力大小等于物体重力减去物体浸在液体中时弹簧测力计的示数;
物体排开液体的重力等于溢出液体和小烧杯的总重力减去空烧杯的重力;
(2)阿基米德原理的内容:浸在液体中的物体受到的浮力大小等于它排开液体的重力。解析:解:A、要探究阿基米德原理就要测出物体排开液体的重力,实验中石块不需要浸没在水中,故A错误;
B、本实验中石块的重力是不变的,F3<F2,即测力计的示数减小,是因为石块受到了向上的浮力,故B错误;
C、由图可知,石块排开的水所受的重力G排=F4﹣F1,故C错误;
D、该实验是探究“浮力大小跟物体排开液体所受重力”的关系,因为图乙中溢水杯中没有装满水,则物体浸入水中后水面先升高到溢水口,才有水溢出,所以溢出到小杯中水的重量一定小于石块所受的浮力,故D正确。
故选:D。
点评:本题重点考查了阿基米德原理的探究过程,应熟练掌握,记住并理解阿基米德原理。
【解题方法点拨】
实验中观察图片,观察是否溢水杯未满;
溢水杯未满会导致测得的排开水的重力偏小
23.浮力的图像问题
【知识点的认识】
(1)理解浮力图像的变化情况,认清楚横坐标和纵坐标的准确含义,根据图像的变化推出整个物理过程,尤其注意图像中的各个特殊点对应的状态,比如起点、终点、和图像发生变化的拐点;
(2)根据浮力图像还原相应场景动态过程,并在整个过程的特殊状态进行分析和计算。
【命题方向】
考查浮力结合图像的综合计算,难度较大。
例:如图,小马同学用弹簧测力计悬挂一个圆柱体物块,使物块下表面与水面刚好接触,如图甲所示:然后匀速放下物块,此过程中弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水中的深度h的关系如图所示,弹簧测力计始终在水面上方,下列说法中正确的是( )
A.物块受到的重力是10N
B.物块完全浸没后,继续向下运动,所受浮力增大
C.物块刚好浸没时,水对物体下表面压力大小是10N
D.该物块的密度为6g/cm3
分析:(1)由图乙可知弹簧测力计的最大示数,此时物块未浸入水中,物块的重力等于弹簧测力计的最大示数;
(2)浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关;
(3)由图乙可知物块浸没在水中时弹簧测力计的示数,利用称重法求出物块完全浸没在水中受到的浮力;根据浮力产生的原因分析解答;
(4)物块完全浸没在水中时,排开水的体积等于自身的体积,利用F浮=ρ水V排g和G=mg=ρVg组成方程组解答。
解析:解:A、由图象可知,弹簧测力计的最大示数F最大=12N,此时物块未浸入水中,则物块的重力G=F最大=12N;故A错误;
B、物体浸没后排开液体的体积不变,根据阿基米德原理知,浮力大小不变,故B错误;
C、物块浸没在水中时弹簧测力计的示数F示=10N,
由称重法可知,物块刚好浸没时受到的浮力:F浮=G﹣F示=12N﹣10N=2N,由于上表面没有液体的压强和压力,故下表面受到的压力等于浮力,即2N,故C错误;
D、根据阿基米德原理知,F浮=ρ水V排g=2N;﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
而物体的重力为12N,则G=mg=ρ物Vg=12N;﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由于浸没时,V排=V;联立①②得ρ物=6ρ水=6×103kg/m3=6g/cm3,故D正确。
故选:D。
点评:本题考查阿基米德原理的应用,属于中档题。
【解题方法点拨】
观察图像的一般方法“看两轴抓三点”,即看准横坐标、纵坐标分别表示的物理量及单位,抓住起点、终点和拐点。
24.浮力综合问题的分析与计算
【知识点的认识】
浮体综合题的解题思路和方法:
(1)先明确物体在液体中的状态:漂浮。
(2)分析物体的受力情况:只受重力G物和浮力F浮两个力的作用,并处于静止状态。
(3)列出二力平衡的方程:F浮=G物。
(4)展开求解:利用浮力的公式F浮=ρ液gV排、重力公式G物=m物g=ρ物gV物求未知量。
【命题方向】
浮力的综合计算,常以压轴题为主,考查学生的综合能力,难度较大。
例:善于思考的文乐同学在实践活动中进行了如下操作:如图甲所示,圆柱形容器重力为6N,底面积为500cm2,正方体甲与圆柱体乙用长为5cm的细绳相连,并用轻杆将其整体固定在力传感器上,甲边长为10cm,初始乙距离容器底部为2cm。现向容器中注水直至甲完全浸没,注水过程中,轻杆的受力与注水体积关系如图乙所示,求:
(1)甲浸没时,其所受浮力大小;
(2)乙的体积;
(3)A点时容器对桌面的压强。解析:解:(1)甲浸没时,其所受浮力大小为:
F浮甲=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1m)3=10N;
(2)由图知当注水量为零时,传感器受到的拉力为:F大=G甲+G乙=72N;
当甲刚好完全浸没时,传感器受到向上的压力为18N,此时甲、乙的整体受力分析可得:
F浮最大=F压+G甲+G乙=18N+72N=90N;
甲、乙整体的体积为:
V总===9×10﹣3m3=9000cm3;
乙的体积为:
V乙=V总﹣V甲=9000cm3﹣(10cm)3=8000cm3;
(3)乙物体浸没后乙受到的浮力为:
F浮乙=F浮最大﹣F浮甲=90N﹣10N=80N;
当加水量为5300cm3时,甲乙受到的浮力和总重力相等,此时传感器示数为零,此时浮力为:
F浮=G甲+G乙=72N,
此时乙排开水的体积为:
V乙排===7.2×10﹣3m3=7200cm3;
此时的水深为:
h水==25cm;
此时乙物体浸入的深度为:
h乙浸=h水﹣L绳子﹣h0=25cm﹣5cm﹣2cm=18cm;
乙的底面积为:
S乙===400cm2;
乙的高度为:
h乙===20cm,
由图知传感器的压力从12N到18N时,甲物体排开水的体积变化量为:
ΔV排甲====6×10﹣4m3=600cm3,
这段时间加水的深度为:
Δh水===6cm;
从加水5300cm3之后,再加水的体积为:
ΔV加水=S容器×[(h乙﹣h乙浸)+(L甲﹣Δh水)]﹣[(V乙﹣V乙排)+(V甲﹣ΔV排甲)]
代入数据得:
ΔV加水=500cm2×[(20cm﹣18cm)+(10cm﹣6cm)]﹣[(8000cm3﹣7200cm3)+(1000cm3﹣600cm3)],
所以加水的体积为:
ΔV加水=5300cm3+1800cm35=7100cm3,
加水的质量为:
Δm加水=ρ水ΔV加水=1.0g/cm3×7100cm3=7100g=7.1kg,
加水的重力为:
ΔG加水=Δm加水g=7.1kg×10N/kg=71N;
A点时容器对桌面的压力为:
F桌=G容器+ΔG加水+G甲+G乙+FA=6N+71N+72N+12N=161N;
A点时容器对桌面的压强为:
p桌===3220Pa。
答:(1)甲浸没时,其所受浮力大小为10N;
(2)乙的体积为8000cm3;
(3)A点时容器对桌面的压强为3220Pa。
【解题方法点拨】
浮力综合问题的分析与计算主要涉及几个关键步骤和方法,包括确定物体在液体中的状态、分析受力情况、建立二力平衡方程、利用浮力公式求解未知量。
25.物体浮沉条件
【知识点的认识】
物体浮沉条件:
(1)当物体的密度小于液体的密度时,物体所受的浮力大于重力,因此物体会上浮。
(2)当物体的密度等于液体的密度时,物体所受的浮力等于重力,物体将保持悬浮状态。
(3)当物体的密度大于液体的密度时,物体所受的浮力小于重力,因此物体将下沉。
【命题方向】
考查物体的浮沉条件。
例:甲、乙两个实心球体放入足够深的某种液体中平衡后,所受的浮力之比为F甲:F乙=3:5,若甲、乙两球的密度之比为ρ甲:ρ乙=2:3,体积之比为V甲:V乙=3:4,则( )
A.甲、乙都沉底
B.甲悬浮,乙沉底
C.甲漂浮,乙沉底
D.甲、乙都漂浮在液面上
分析:知道甲、乙两物体的密度关系和体积关系,可以得出两物体的质量关系、重力关系;知道浸没时受到的浮力关系,据此利用排除法选择正确答案。
解析:解:已知:甲、乙两球的密度之比为ρ甲:ρ乙=2:3,体积之比为V甲:V乙=3:4,
根据ρ=可得:m甲:m乙=ρ甲V甲:ρ乙V乙=2×3:3×4=1:2,
若甲、乙都漂浮在液面上,甲、乙受到的浮力:
F甲:F乙=G甲:G乙=m甲:m乙=1:2,不符合题意,故D错误;
若甲、乙都沉在水底或甲悬浮在液体中、乙沉底,甲乙物体排开液体的体积等于本身的体积,
则甲、乙受到的浮力:
F甲:F乙=ρ液V甲g:ρ液V乙g=V甲:V乙=3:4,不符合题意,故A、B错;
已知F甲:F乙=3:5,V甲:V乙=3:4,
根据F浮=ρ液gV排可知,V甲排:V乙排=F甲:F乙=3:5,
则V甲排<V乙排,即甲排开液体的体积少,
所以,甲漂浮,乙沉底,故C正确。
故选:C。
点评:本题考查了学生对阿基米德原理和漂浮条件的掌握和运用,利用好排除法做选择题!
【解题方法点拨】
比较重力与浮力的大小,或者液体密度的大小来判断物体的浮沉。
26.利用物体的浮沉条件求浮力的大小
【知识点的认识】
漂浮、悬浮时,浮力等于物体自身的重力或排开水的重力,F=mg=ρVg。
沉浮时,浮力等于物体的体积乘以水的密度F浮=ρ液gV物
【命题方向】
沉浮条件和阿基米德原理的综合应用常常在初二下以及初三各大型考试中以选择题的形式出现,考察学生对知识点的综合应用,题型也较多变。例:为迎接端午佳节,2024年6月1日“龙舟游江”民俗活动在铜仁市碧江区锦江河瓦窑河至东门桥水域举行,某参赛龙舟上共有43人,载人后的龙舟总质量为3500kg。(河水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。)
请回答下列问题:
(1)载人龙舟受到的重力是多少N?
(2)载人龙舟静止于水面时,位于水下0.28m处的龙舟底部受到水的压强是多少Pa?
(3)载人龙舟静止于水面时,载人龙舟所受到的浮力是多少N?
分析:(1)根据G=mg求出载人龙舟受到的重力;
(2)根据p=ρ水gh计算当载人龙舟静止于水面时,位于水下0.4m处的龙舟底部受到水的压强;
(3)根据F浮=G总=m总g计算当载人龙舟静止于水面时,载人龙舟所受到的浮力。
解析:解:(1)载人龙舟受到的重力:G总=m总g=3500kg×10N/kg=3.5×104N;
(2)当载人龙舟静止于水面时,位于水下0.28m处的龙舟底部受到水的压强:p=ρ水gh=103kg/m3×10N/kg×0.28m=2.8×103Pa;
(3)当载人龙舟静止于水面时,载人龙舟所受到的浮力F浮=G总=3.5×104N。
答:(1)载人龙舟受到的重力是3.5×104N;
(2)载人龙舟静止于水面时,位于水下0.28m处的龙舟底部受到水的压强是2.8×103Pa;
(3)载人龙舟静止于水面时,载人龙舟所受到的浮力是3.5×104N。
点评:本题考查速度、浮力和压强的计算问题,属于对基础知识的考查,有一定综合性,但难度不大。
【解题方法点拨】
通常考查漂浮时F=mg这个知识点,做题时,要抓住物体处在什么浮沉状态。
27.利用物体的浮沉条件比较浮力的大小
【知识点的认识】
(1)根据阿基米德原理比较浮力大小
(2)根据物体沉浮状态比较浮力大小
当ρ液和V排都不相同时,就需要我们转换思路,利用沉浮状态的特点进行分析比较,尤其注意利用特殊状态中F浮与G物的大小关系进行分析。
【命题方向】
考查浮力的大小比较,还会涉及到压强、压力、密度等物理量的比较,难度比较大。
例: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,小球在液体中的状态分别是沉底、漂浮、悬浮。以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲>ρ丙>ρ乙
B.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
C.液体对容器底部的压强关系是p乙>p丙>p甲
D.液体对容器底部的压力关系是F乙=F丙>F甲
分析:(1)根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系,然后利用液体压强公式分析判断三种液体对容器底的压强关系,根据F=pS可知液体对容器底部的压力关系;
(2)当物体沉底时,浮力小于其重力,当物体漂浮或悬浮时,其浮力等于自身的重力,据此比较小球受到的浮力大小。
解析:解:三个完全相同的小球,其质量、体积和密度都相同;
A、小球在甲中下沉,故ρ球>ρ甲,在乙容器中漂浮,故ρ球<ρ乙,在丙中悬浮,故ρ球=ρ丙;所以三种液体的密度关系为:ρ甲<ρ丙<ρ乙,故A错误;
B、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;在甲容器中下沉,浮力小于其重力,所以小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲,故B正确;
CD、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,甲容器底受到的液体压强最小,即p乙>p丙>p甲,故C正确;
容器的底面积相同,根据F=pS可得液体对容器底部的压力关系是F乙>F丙>F甲,故D错误。
故选:BC。
点评:此题主要考查物体浮沉条件及其应用、压强的大小比较,根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系是解答此题关键。
【解题方法点拨】
审题时一定要抓住题目中的关键词语和信息,选择合适的公式进行判断。
28.剪断绳子问题
【知识点的认识】
剪断绳子问题涉及浮力和力的平衡原理。当两个物体通过绳子连接并在水中悬浮时,每个物体都处于一种力的平衡状态,即重力与浮力相等。如果剪断绳子,物体的状态会发生变化,这取决于物体本身的密度和体积。
【命题方向】
考查剪断绳子问题,综合性较强。
例:体积为V=2×10﹣3m3的木块在绳子拉力的作用下完全浸没在水中,如图所示,已知该木块的密度为0.8×103kg/m3。求:(绳子重力不计)
(1)木块此时受到的浮力;
(2)绳子的拉力;
(3)剪断绳子后木块静止时露出水面的体积。
分析:(1)图中木块浸没在水中,则V排=V,根据阿基米德原理计算木块此时受到的浮力;
(2)根据G木=m木g=ρ木gV算出木块的重力,木块在绳子拉力的作用下静止在水中,受到竖直向下的重力和拉力、竖直向上的浮力作用,根据G木+F拉=F浮算出绳子的拉力;
(3)比较浮力与重力的大小关系判断出剪断绳子后木块的浮沉情况,根据漂浮的条件算出剪断绳子后木块受到的浮力,根据阿基米德原理计算木块漂浮时排开水的体积,用总体积减去此时排开水的体积即为剪断绳子后木块静止时露出水面的体积。
解析:解:(1)图中木块浸没在水中,则V排=V=2×10﹣3m3,
木块此时受到的浮力为:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=20N;
(2)木块的重力为:
G木=m木g=ρ木gV=0.8×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=16N;
木块在绳子拉力的作用下静止在水中,受到竖直向下的重力和拉力、竖直向上的浮力作用,
根据G木+F拉=F浮得绳子的拉力为:
F拉=F浮﹣G木=20N﹣16N=4N;
(3)剪断绳子时,因为F浮>G木,所以木块上浮,静止时会漂浮在水面上,
则木块漂浮时受到的浮力:F浮′=G木=16N,
根据F浮=ρ水gV排可得此时木块排开水的体积:
V排′===1.6×10﹣3m3,
木块露出水面的体积为:
V露=V﹣V排′=2×10﹣3m3﹣1.6×10﹣3m3=4×10﹣4m3。
答:(1)木块此时受到的浮力为20N;
(2)绳子的拉力为4N;
(3)剪断绳子后木块静止时露出水面的体积为4×10﹣4m3。
点评:本题考查了浮沉条件和阿基米德原理的应用,是一道综合题。
【解题方法点拨】
对于通过绳子连接的物体,剪断绳子前后物体的状态变化也体现了力的平衡原理。在绳子未断时,物体受到的重力和浮力的平衡使其悬浮;剪断后,这种平衡被打破,物体根据其密度和受到的浮力调整到新的平衡状态。这种状态的变化不仅涉及到浮力的计算,还涉及到物体在液体中的运动和受力分析
29.密度计原理
【知识点的认识】
密度计是一种测量物体密度的仪器,其基本原理是利用物体在液体中的浮沉条件。当一个物体在液体中时,如果物体能够漂浮,那么它所受到的浮力等于其重力。密度计的设计利用了这一原理,使其能够在不同的液体中保持漂浮状态。密度计的重量小于相同体积水的重力,因此当它浸入液体中时,会根据液体的密度调整其浮力以达到平衡。
密度计的读数设计为下大上小,这是因为当密度计浸入液体中时,浸入的深度不同,排开的液体体积也不同。
【命题方向】
考查密度计的原理,也常与压强、浮力、密度等大小比较一起考查。
例:如图所示,将同一密度计先后放入甲、乙两个相同的烧杯中,两烧杯中的液面相平,则下列说法正确的是( )
A.甲烧杯中密度计受到的浮力大
B.乙烧杯中液体的密度比甲烧杯中的大
C.甲烧杯中液体对杯底的压强较大
D.两烧杯对桌面的压强相等
分析:(1)从图可知,密度计放在甲、乙液体中都漂浮,受到的浮力都等于密度计受到的重力,从而可以判断受到浮力的大小关系;
(2)从图可以得出密度计排开液体体积的大小关系,再根据阿基米德原理分析液体的密度大小关系,由p=ρgh判断出甲、乙液体对烧杯底的压强;
(3)由图可知判断出液体的体积大小关系,根据m=ρV即可判断液体的质量大小,进而知道重力和压力的大小,由p=判断出两烧杯对水平桌面压强的关系。
解析:解:ABC、同一个密度计放在甲、乙液体中都漂浮,所受的浮力等于自身的重力,则F甲=F乙=G,所以甲、乙两图中密度计所受的浮力大小相等,故A错误;
由图知密度计排开液体的体积V排甲>V排乙,根据F浮=ρ液V排g可知两液体的密度ρ甲<ρ乙,故B正确;
甲、乙两图中液面相平,由p=ρgh知甲液体对烧杯底的压强小于乙液体对烧杯底的压强,故C错误;
D、甲、乙两图中液面相平,且ρ甲<ρ乙,甲中液体的体积小于乙中液体的体积,根据m=ρV可知,乙中液体的质量大,根据G=mg可知,乙中液体的重力大;密度计、烧杯的重力相同,则烧杯的总重力小于乙烧杯的总重力,甲对桌面的压力小于乙对桌面的压力,底面积相同,由p=知甲对桌面的压强小于乙对桌面的压强,故D错误。
故选:B。
点评:本题考查了学生对阿基米德原理和物体的漂浮条件的掌握和运用,利用好密度计测液体密度时漂浮(F浮=G)是本题的关键。
【解题方法点拨】
利用好密度计测液体密度时漂浮(F浮=G)是解题的关键
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液体
次数
浸入体积
A示数/N
B示数/N
浮力/N
甲
1
0
5.0
2.0
0
2
一半
4.1
2.9
3
全部
3.2
3.8
1.8
乙
4
0
5.0
2.0
0
5
一半
4.3
2.7
0.7
6
全部
3.6
3.4
1.4
液体
次数
浸入体积
A示数/N
B示数/N
浮力/N
甲
1
0
5.0
2.0
0
2
一半
4.1
2.9
3
全部
3.2
3.8
1.8
乙
4
0
5.0
2.0
0
5
一半
4.3
2.7
0.7
6
全部
3.6
3.4
1.4
相关试卷
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