
特別說明:典例是2023年的中考真題,即時檢測是最新的全國各地的模擬題,好題沖關(guān)是2022年的期末考試題和2023年的模擬考試題和2023年的中考真題中經(jīng)過多次篩選。知識點(diǎn)以挖空的形式設(shè)計(jì),便于學(xué)生提前預(yù)習(xí),考點(diǎn)通過方法總結(jié),知識加工,便于學(xué)生理解和記憶,好題沖關(guān)分層設(shè)計(jì),針對于不同的學(xué)生。
理解浮力產(chǎn)生的原因并掌握其計(jì)算方法;
理解實(shí)驗(yàn)室測物體浮力的方法,并掌握其相關(guān)的計(jì)算;
理解阿基米德原理,并掌握利用阿基米德原理求物體的浮力;
掌握利用力的平衡,求解物體的浮力的方法;
考點(diǎn)一 壓力差法求浮力
原理法(壓力差法):
理解:F向上和F下表面指的是液體對物體下表面的壓力,F(xiàn)向下和F上表面指的是液體對物體上表面產(chǎn)生的壓力;
注意:當(dāng)物體與容器底部緊密接觸時,物體不收浮力作用,例如橋墩等;
【典例1】(2022·重慶·模擬考試)如圖所示,A、B是能自由移動的物體,C、D是容器自身凸起的一部分?,F(xiàn)往容器里注入一些水,則下列說法中錯誤的是( )
A.A物體一定受浮力的作用B.B物體一定受浮力的作用
C.C物體一定不受浮力的作用D.D物體一定不受浮力的作用
【答案】D
【詳解】A.物體A上、下表面積相同,且下表面受到的水的壓強(qiáng)大于上表面受到的水的壓強(qiáng),故物體A整體會受到水對它的向上的壓力(即浮力),故A物體一定受浮力的作用,該選項(xiàng)正確,故A不符合題意;
B.物體B上表面不受水的壓力,下表面受到水向上的壓力,故物體B整體會受到水對它的向上的壓力(即浮力),故B物體一定受浮力的作用,該選項(xiàng)正確,故B不符合題意;
C.容器自身部分C下表面不受水的壓力,上表面受到水向下的壓力,因此容器自身部分C整體沒有受到向上的壓力,因此C物體一定不受浮力的作用,該選項(xiàng)正確,故C不符合題意;
D.容器自身部分D上、下表面積相同,且下表面受到的水的壓強(qiáng)大于上表面受到的水的壓強(qiáng),故容器自身部分D整體會受到水對它的向上的壓力(即浮力),故容器自身部分D一定受浮力的作用,該選項(xiàng)錯誤,故D不符合題意。
故選D。
【典例2】(2023·山東棗莊·統(tǒng)考二模)一個豎直懸掛在水中的圓柱體,上表面受到的水的壓力為5N,下表面受到水的壓力為13N,這個圓柱體受到的水的浮力為( )
A.18 NB.5 NC.13 ND.8 N
【答案】D
【詳解】這個圓柱體受到的水的浮力為
故D符合題意,ABC不符合題意。
故選D。
【變式1】(2022下·安徽六安·八年級統(tǒng)考期末)如圖所示,體積相同的兩圓錐體浸入水中,則兩圓錐體受到的水的壓力差相比( )
A.底面朝下時受到的壓力差較大B.底面朝上時受到的壓力差較大
C.底面朝上和朝下時受到的壓力差一樣大D.底面朝上和朝下時受到的壓力差大小無法比較
【答案】C
【詳解】底面朝下和底面朝上兩種浸法排開液體的體積相同,由可知,兩種情況下錐體受到水的浮力的大小相同,由浮力產(chǎn)生的原因可知,受到水的上下壓力差的大小相同。故選C。
【變式2】(2022下·四川巴中·八年級??茧A段練習(xí))如圖所示,Q為一銅制零件,其上部為邊長L=0.4m的立方體,下部為邊長l=0.1m的立方體,Q的下表面與容器底面完全粘合,且水面正好與Q的上表面相平,則零件受到的浮力為(g取10N/kg)( )
A.0NB.200NC.600ND.800N
【答案】C
【詳解】因?yàn)橄虏苛⒎襟w的下表面與容器底面完全粘合,所以水沒有產(chǎn)生向上的壓力;上部立方體的下表面積的一部分(與水接觸)受到向上的壓力,所以
S=L2-l2=(0.4m)2-(0.1m)2=0.15m2
上部立方體的下表面受到的壓強(qiáng)
p=ρgh=ρgL=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.4m=4000Pa
水面正好與Q的上表面相平,則零件上表面沒有受到水向下的壓力,由浮力產(chǎn)生的原因可知該零件受到的浮力為
F浮=F向上=pS=4000Pa×0.15m2=600N
故選C。
【變式3】(2023下·湖北武漢·八年級校聯(lián)考期中)如圖所示,有一個重力為G的長方體浸沒在液體中,其受到的浮力為F浮,液體對長方體向下和向上的壓力分別為F1和F2,下列說法正確的是( )
A.長方體只有上下表面受到液體壓力
B.F1和F2的大小關(guān)系是F1>F2
C. F1、F2和F浮的大小關(guān)系是F2-F1=F浮
D.若物體浸沒于更深的位置,與圖示位置相比,F(xiàn)1、F2大小均不變
【答案】C
【詳解】A.長方體的六個表面都會受到液體壓力,故A錯誤;
B.液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與深度有關(guān),深度越深,壓強(qiáng)越大,根據(jù)F=pS可知,F(xiàn)2>F1,故B錯誤;
C.根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知,浮力等于物體上下表面的壓力差,即浮力為,故C正確;
D.若物體浸沒于更深的位置,受到的壓強(qiáng)增大,受力面積不變,受到的壓力增大,F(xiàn)1、F2大小均變大,故D錯誤。
故選C。
考點(diǎn)二 稱重法求物體的浮力
稱重法(實(shí)驗(yàn)法):
理解:G表示物體的重力,F(xiàn)拉表示物體浸在液體中,彈簧測力計(jì)的拉力或彈簧測力計(jì)上顯示的示數(shù)
【典例3】(2023·陜西·統(tǒng)考中考真題)如圖,用細(xì)線將一個質(zhì)量為27g、體積為10cm3的鋁塊系在電子測力計(jì)的掛鉤上,使鋁塊完全浸沒在水中靜止不動,此時,該鋁塊受到的浮力為 N,電子測力計(jì)的示數(shù) N。若使鋁塊在水中繼續(xù)下降,它所受的浮力將 (選填“變大”“變小”或“不變”)。(g取10N/kg,細(xì)線重力忽略不計(jì))
【答案】 0.1 0.17 不變
【詳解】[1]鋁塊完全浸沒在水中靜止不動,則排開水的體積等于物體的體積,有
受到的浮力為
[2]根據(jù)稱重法可得,鋁塊完全浸沒時所受的浮力為
則電子測力計(jì)的示數(shù)為
[3]若使鋁塊在水中繼續(xù)下降,根據(jù)可知,它所受的浮力將保持不變。
【變式1】(2023·湖南邵陽·統(tǒng)考二模)如圖所示,先用力傳感器(圖甲)測出繩子對重物拉力為8N,即重物重為8N,然后將該重物浸沒在某液體中并與容器底部接觸(圖乙),這時傳感器的示數(shù)為4N,則該重物在該液體中受到的浮力不可能是( )
A.2NB.3NC.4ND.5N
【答案】D
【詳解】對圖乙中的重物進(jìn)行受力分析,此時重物受到重力、浮力、拉力和支持力,受到四個力的作用,由力的平衡G=F浮+F拉+F支
支持力F支=G-F浮-F拉
由題意可知,G=8N,F(xiàn)拉=4N
若F浮=2N,則F支=2N,若F浮=3N,則F支=1N,若F浮=4N,則F支=0N,若F浮=5N,則F支=-1N,所以物體在該液體中受到的浮力不可能是5N。故ABC不符合題意,D符合題意。
故選D。
【變式2】(2023·山東青島·二模)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行“探究影響浮力大小的因素”實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象如圖所示,分析實(shí)驗(yàn)步驟、測量結(jié)果可知( )
A.圖乙中物體受到0.5N的浮力
B.圖丙和圖乙中,A排開液體的體積之比為1∶2
C.圖丙中,將物體A繼續(xù)向下運(yùn)動,彈簧測力計(jì)示數(shù)繼續(xù)減小
D.物體A的密度為4×103kg/m3
【答案】AD
【詳解】A.根據(jù)甲、乙中彈簧測力計(jì)示數(shù)可知,乙圖中物體A受到的浮力為
F浮1=G﹣F1=4N﹣3.5N=0.5N,故A符合題意;
B.圖丙中物體受到的浮力為F浮2=G﹣F2=4N﹣3N=1N
液體的密度不變,圖丙中A受到的浮力是圖乙中物體A受到的浮力的2倍,根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,圖丙中A排開的水的體積是圖乙中A排開的水的體積的2倍,即圖丙和圖乙中,A排開液體的體積之比為2∶1,故B不符合題意;
C.圖丙中,將物體A繼續(xù)向下運(yùn)動,水的密度不變,排開的水的體積不變,根據(jù)F浮=ρ液gV排可知,A受到的浮力不變,彈簧測力計(jì)示數(shù)不變,故C不符合題意;
D.物體全部浸沒水中,物體體積
物體密度為,故D符合題意。
故選AD。
【變式3】(2023·廣東東莞·統(tǒng)考二模)彈簧測力計(jì)通過細(xì)線吊著一個合金塊,靜止時彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖甲所示,將合金塊浸沒在水中如圖乙所示,則合金塊的重力是 N,浸沒在水中時受到浮力是 N。若剪斷細(xì)線,合金塊下沉,最終沉底時,合金塊對容器底的壓力是 N。
【答案】 4 1.2 2.8
【詳解】[1]甲圖中測力計(jì)的分度值為,其示數(shù)為4N,即合金塊的重力是4N。
[2]將合金塊浸沒在水中如圖乙所示,靜止時彈簧測力計(jì)示數(shù)為,根據(jù)稱重法可知合金塊所受的浮力
[3]若剪斷細(xì)線,合金塊下沉,最終沉底時,合金塊對容器底的壓力
考點(diǎn)三 阿基米德原理求浮力
阿基米德原理法:
G排表示排開液體的重力,m排表示排開液體的質(zhì)量,V排表示排開液體的體積(或表示物體浸入液體中的體積)
求浮力的萬能公式組:在解題時,經(jīng)常將兩個方程相除求解,解題速度較快,可求F浮、G物、ρ物、ρ液、V排、V物(知三求一);
【典例4】(2023·四川德陽·統(tǒng)考中考真題)小張?jiān)谔骄俊案×Φ拇笮「男┮蛩赜嘘P(guān)”的實(shí)驗(yàn)中,做了以下的部分操作。用同一彈簧測力計(jì)掛著同一金屬物塊依次完成如圖所示的三次測量:
(1)乙圖所示的實(shí)驗(yàn)中,物塊受到的浮力大小為 N;
(2)分析乙圖、丙圖,說明浮力的大小與 有關(guān);
(3)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算出鹽水的密度為 kg/m3。(已知水的密度為1.0×103kg/m3)
【答案】 4 液體的密度 1.1×103
【詳解】(1)[1]由圖甲和圖乙可知,物塊受到的浮力大小為
F浮=G-F=6N-2N=4N
(2)[2]由圖乙和圖丙可知,浸入液體中的深度相同,排開液體的體積相同,液體的密度不同,彈簧測力計(jì)的示數(shù)不同,由稱重法可知浮力大小不同,可以得到浮力的大小與液體的密度有關(guān)。
(3)[3]物塊在鹽水中受到的浮力F浮鹽=G-F鹽=6N-1.6N=4.4N
物塊的體積
鹽水的密度為
【即時檢測1】(2023·云南德宏·統(tǒng)考模擬預(yù)測)如圖所示,圖甲彈簧測力計(jì)下掛一長方體物體,將物體從盛有適量水的燒杯上方離水面某一高度處緩緩下降,然后將其逐漸浸入水中,圖乙是彈簧測力計(jì)示數(shù)F與物體下降高度h變化關(guān)系的圖像,物體受到的最大浮力是 N,則物體的體積是 cm3。
【答案】 4 400
【詳解】[1]由圖乙可知,物體接觸水面之前彈簧測力計(jì)的示數(shù)大小為9N,即物體的重力大小為;物體浸沒時在水中時,排開水的體積最大,根據(jù)可知,物體受到的浮力最大;由圖乙可知此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)大小為,則物體受到的最大浮力為
[2]物體浸沒在水中時,排開水的體積等于物體的體積,根據(jù)可得,物體的體積為
【即時檢測2】(2023·湖南郴州·統(tǒng)考二模)如圖甲所示,彈簧測力計(jì)通過細(xì)線拉著正方體物塊緩慢浸入某未知液體中,物塊受到的拉力F與其下表面浸入液體中的深度h之間的關(guān)系如圖乙所示。則物塊剛好浸沒在液體中時,其下表面受到液體壓力為 N,未知液體的密度為 kg/m3。(g取10N/kg)
【答案】 9 0.9×103
【詳解】[1]由圖像可知,彈簧測力計(jì)的最大示數(shù),此時物塊未浸入液體中,則物塊重力
由圖像可知,物塊從剛浸入液體到完全浸入,物塊浸入深度h=10cm,即正方體物塊的邊長為10cm;物塊的體積為
物塊全浸入時彈簧測力計(jì)的示數(shù),受到的浮力
根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知物塊剛好浸沒在液體中時,其下表面受到液體壓力
[2]物塊排開液體的體積
由可得液體的密度
【及時檢測3】(2023·廣西欽州·??寄M預(yù)測)在如圖所示的甲圖中,石料在鋼繩拉力的作用下從水面上方以恒定的速度下降,直至全部沒入水中。圖乙是鋼繩拉力F隨時間t變化的圖像。若不計(jì)水的摩擦力,則可知該石料的質(zhì)量為 kg,石料的密度為 kg/m3。
【答案】 140
【詳解】[1]由圖乙可知,AB段拉力大小不變,此時石料未接觸水面,此時鋼繩的拉力;以恒定速度下降,處于平衡狀態(tài),根據(jù)二力平衡條件可得,石料的重力
則石料的質(zhì)量
[2]BC段拉力逐漸減小,說明石料慢慢浸入水中,且浸入水中的體積逐漸變大,受到的浮力逐漸變大,在C點(diǎn)恰好完全浸沒,此時鋼繩的拉力,則石料受到的最大浮力
由可得,石料的體積
根據(jù)密度公式可知,石料的密度
【典例5】(2021·云南昆明·統(tǒng)考中考真題)一個氣球下掛一個鐵塊置于水中某一位置,處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示?,F(xiàn)用手輕輕向下推一下氣球,那么手離開氣球后,氣球和鐵塊的運(yùn)動情況是( )
A.加速向下運(yùn)動B.勻速向下運(yùn)動C.減速向下運(yùn)動D.仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)
【答案】A
【詳解】原來金屬塊和小氣球懸浮在水中,浮力等于重力,向下推一下氣球,所處的深度增加,由公式p=ρgh知,氣球受到水的壓強(qiáng)增大,氣球的體積變小,所以氣球排開水的體積減小,由公式F浮=ρ液gV排知,氣球受到的浮力減小,總浮力小于總重力,加速向下運(yùn)動,故BCD不符合題意,A符合題意。
故選A。
【即時檢測1】(2023·河南平頂山·統(tǒng)考二模)如圖所示,潛水員正潛沒在海水中,他攜帶的氣瓶可以對身上的背心進(jìn)行充氣或放氣,以改變背心的體積大小來實(shí)現(xiàn)浮沉。下列對潛水員分析正確的是( )
A.下潛過程中,受到海水的壓強(qiáng)變大B.水平游動時,受到海水的壓強(qiáng)變小
C.下潛過程中,需對背心進(jìn)行充氣D.對背心進(jìn)行放氣后,受到海水的浮力變大
【答案】A
【詳解】AB.向海底下潛過程中,潛水員所處的深度逐漸變大,根據(jù)可知受到海水的壓強(qiáng)變大;在海水中水平游動時,潛水員所處的深度不變,根據(jù)可知受到海水的壓強(qiáng)不變,故A正確,B錯誤;
C.下潛過程中,需減小其受到的浮力,由可知需對背心進(jìn)行放氣,使背心的體積變小,排開水的體積變小,故C錯誤;
D.對背心進(jìn)行放氣后,背心的體積變小,排開水的體積變小,由可知,受到海水的浮力變小,故D錯誤。
故選A。
【即時檢測2】(2023·廣東梅州·統(tǒng)考一模)如圖所示,兩個相同的燒杯中裝有不同的液體,把同種材料制成的小球甲和乙分別放入后均處于沉底狀態(tài),兩液體液面相平,已知甲、乙兩小球排開液體的重力相等,則甲、乙所受浮力相比( )
A.甲所受浮力較大B.乙所受浮力較大
C.甲、乙所受浮力一樣大D.兩個小球均和容器底部接觸,所以都不受浮力
【答案】C
【詳解】A.根據(jù)阿基米德原理,物體受到的浮力等于排開液體的重力,甲、乙在液體中受到的浮力等于它們各自排開的液體的重力,因此甲、乙兩球受到的浮力相等,故A不符合題意;
B.如上條所述可知,甲乙所受浮力相等,故B不符合題意;
C.如上條所述可知,甲乙所受浮力相等,故C符合題意;
D.小球雖然和容器底部接觸,但仍然受到液體對它向上、下的壓力,所以都要受到浮力,故D不符合題意。
故選C。
考點(diǎn)四 平衡法求浮力的綜合應(yīng)用
此類題型主要根據(jù)物體靜止時受到平衡力,建立平衡方程,進(jìn)行求解,常與阿基米德原理結(jié)合一起考察。
【典例6】(2022·四川攀枝花·統(tǒng)考中考真題)用輕質(zhì)細(xì)線將石塊與木塊連接后放入水中,靜止時木塊有的體積浸入水中,如圖甲所示。若將石塊移到木塊上方,靜止時木塊剛好全部浸入水中,如圖乙所示。若將石塊移開,靜止時木塊有的體積露出水面,如圖丙所示。已知水的密度為,求:
(1)木塊的密度;
(2)石塊的密度。
【答案】(1)0.6×103kg/m3;(2)2×103kg/m3
【詳解】解:(1)在圖丙中,木塊處于漂浮狀態(tài),由漂浮條件得到
G木=F浮
由G=mg和F浮=ρ液gV排得到
木塊的密度
(2)在圖甲中,木塊和石塊整體處于漂浮狀態(tài),由漂浮條件得到
G石+G木=F浮總
由G=mg和F浮=ρ液gV排得到,①
在圖乙中,木塊和石塊整體處于漂浮狀態(tài),由漂浮條件得到G石+G木=F′浮總
②
由①和②得到,
石塊的體積
由②得到石塊的質(zhì)量
石塊的密度
答:(1)木塊的密度是0.6×103kg/m3;
(2)石塊的密度是2×103kg/m3。
【及時檢測1】(2023·廣西賀州·統(tǒng)考一模)在水平桌面上放有一個足夠高的薄壁柱形容器,如圖甲所示,其底面積為100cm2。一個重為2.5N,底面積為40cm2,高為10cm的柱形玻璃杯A漂浮于水面上,容器底有一個密度為2×103kg/m3的實(shí)心金屬塊B(與容器底部不密合),用一根細(xì)線將B與玻璃杯A的下表面相連,細(xì)線未拉直,緩慢向容器中注水,細(xì)線所受拉力隨時間變化的圖像如圖乙所示,最后A、B兩物體在水中靜止(細(xì)線不可伸長且質(zhì)量與體積忽略不計(jì)),求:
(1)注水前,玻璃杯A所受浮力;
(2)請通過計(jì)算分析說明,物體AB最終在容器中所處的狀態(tài);
(3)金屬塊B的重力;
(4)從t1時刻到t2時刻,水對容器底的壓強(qiáng)變化量為200Pa,則t?時刻細(xì)線所受拉力F是多大。
【答案】(1)2.5N;(2)不管再如何加水,玻璃杯A和金屬塊B通過細(xì)線一起漂??;(3)2.4N;(4)0.4N
【詳解】解:(1)玻璃杯A漂浮,根據(jù)物質(zhì)浮沉條件可得,注水前,玻璃杯A所受浮力為
(2)假設(shè)水面可以一直上升到與玻璃杯A的最上端相平,根據(jù)阿基米德原理可得,則A受到的浮力為
由圖乙可知,細(xì)線拉力達(dá)到1.2N就不再變化,即
所以水面不可能上升到與杯口相平。也就說明,不管再如何加水,玻璃杯A和金屬塊B通過細(xì)線一起漂浮。
(3)金屬塊B處于靜止?fàn)顟B(tài),受重力、浮力、拉力的作用,由題圖可知,最大拉力為1.2N,由此可得
由于金屬塊B完全浸沒在水中,排開水的體積等于其自身體積,則有
則金屬塊B的體積為
金屬塊B所受的重力為
(4)設(shè)從t1時刻到t2時刻,水的深度的變化量為Δh,根據(jù)p=ρgh和題意可得
解得
此時玻璃杯A排開水的體積的變化量為
則玻璃杯A受到的浮力的變化量為
由圖乙可知,t1時刻到t2時刻,增大的拉力就等于增大的浮力。所以,t1時刻的拉力為
答:(1)注水前,玻璃杯A所受浮力為2.5N;
(2)不管再如何加水,玻璃杯A和金屬塊B通過細(xì)線一起漂??;
(3)金屬塊B的重力為2.4N;
(4)則t?時刻細(xì)線所受拉力F是0.4N。
【即時檢測2】(2023·江西吉安·統(tǒng)考模擬預(yù)測)我國在海洋深潛技術(shù)方面的研究已達(dá)世界領(lǐng)先水平,小明在觀看了相關(guān)紀(jì)錄片后,自制模擬深潛器模擬深潛器在海中的運(yùn)動。如圖所示。甲、乙物體由一條細(xì)線連接且在水中處于靜止?fàn)顟B(tài),已知乙的質(zhì)量為0.2kg,體積為2.5×10-5m3,求:(ρ海水取1.03×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)在10000m深處,海水對深潛器的壓強(qiáng)大??;
(2)乙物體所受浮力的大小;
(3)細(xì)線對乙物體拉力的大小。
【答案】(1)1.03×108Pa;(2)0.25N;(3)1.75N
【詳解】解:(1)海水對深潛器的壓強(qiáng)p=ρ海水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×10000m=1.03×108Pa
(2)乙浸沒在水中,排開水的體積與其自身體積相等F浮乙=ρ水gV乙=1.0×103kg/m3×10N/kg×2.5×10-5m3=0.25N
(3)乙靜止時,受到豎直向下的重力,由力的平衡條件可知,F(xiàn)拉=G乙-F浮乙=m乙g-F浮乙=0.2kg×10N/kg-0.25N=1.75N
答:(1)海水對深潛器的壓強(qiáng)為1.03×108Pa;
(2)乙物體所受浮力為0.25N;
(3)細(xì)線對乙物體的拉力為1.75N。
【即時檢測3】(2023·云南保山·統(tǒng)考二模)小紅用傳感器設(shè)計(jì)了如圖甲所示的力學(xué)裝置,豎直細(xì)桿B的下端通過力傳感器固定在柱形容器的底部,它的上端與不吸水的實(shí)心正方體A固定(不計(jì)細(xì)桿B及連接處的質(zhì)量和體積),現(xiàn)緩慢地向容器中加水,力傳感器的示數(shù)大小F隨水深h變化的圖象如圖乙所示(ρ水=1.0×103kg/m3)。求:
(1)正方體A所受重力大小;
(2)當(dāng)容器內(nèi)水的深度為13cm時,正方體A受到的浮力大??;
(3)當(dāng)容器內(nèi)水的深度為8cm時,力傳感器的示數(shù)大小為F,繼續(xù)向容器中加水,當(dāng)力傳感器的示數(shù)大小變?yōu)?.5F時,水對容器底部的壓強(qiáng)是多少?
【答案】(1)6N;(2)10N;(3)850Pa或950Pa
【詳解】解:(1)由圖乙可知,當(dāng)h0=0時,力傳感器的示數(shù)為F2=6N,此時正方體沒有受到浮力,不計(jì)細(xì)桿B及連接處的質(zhì)量,則細(xì)桿B對力傳感器的壓力等于正方體的重力
G0=6N
(2)由圖乙可知,當(dāng)h1=3cm時,物體A的下表面恰好與水面接觸;當(dāng)容器內(nèi)水的深度h2=13cm時,已經(jīng)超過了F=0時水的深度,由力的平衡條件可得,此時正方體A受到的浮力F浮=G+F=6N+4N=10N
(3)由圖乙可知,當(dāng)h1=3cm時物體A的下表面恰好與水面接觸,則正方體A的邊長l=13cm-3cm=10cm
容器內(nèi)水的深度h3=8cm時,正方體A浸入水的深度h浸2=h3-h1=8cm-3cm=5cm=0.05m
排開水的體積V排′=L2h浸2=(0.1m)2×0.05m=5×10-4m3
正方體A受到的浮力F浮′=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10-4m3=5N
力傳感器的示數(shù)F=G-F浮′=6N-5N=1N
繼續(xù)向容器中加水,當(dāng)力傳感器第一次受到的力
F′=0.5F=0.5×1N=0.5N
且水的深度較小時、細(xì)桿的向上的作用力處于平衡狀態(tài),所以由正方體受到的合力為零可得
F浮″=G-F′=6N-0.5N=5.5N
由F浮=ρ液gV排=ρ液gSAh浸可得,此時正方體浸入水中的深度
則此時容器內(nèi)水的深度h4=h1+h浸3=3cm+5.5cm=8.5cm=0.085m
則此時水對容器底的壓強(qiáng)p'=ρ液gh4=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.085m=850Pa
繼續(xù)向容器中加水,當(dāng)力傳感器第二次受到的力F1′=5F=0.5×1N=0.5N
且水的深度較小大時、細(xì)桿的向下的作用力處于平衡狀態(tài),所以由正方體受到的合力為零可得
F浮1''=G+F1′=6N+0.5N=6.5N
由F浮=ρ液gV排=ρ液gSAh浸可得,此時正方體浸入水中的深度
則此時容器內(nèi)水的深度h5=h1+h浸3′=3cm+6.5cm=9.5cm=0.095m
則此時水對容器底的壓強(qiáng)p1'=ρ液gh5=1.0×103kg/m2×10N/kg×0.095m=950Pa
答:(1)正方體A所受重力大小為6N;
(2)當(dāng)容器內(nèi)水的深度為13cm時,正方體A受到的浮力大小為10N;
(3)當(dāng)容器內(nèi)水的深度為6cm時,力傳感器的示數(shù)大小為F,當(dāng)力傳感器的示數(shù)大小變?yōu)?F,壓強(qiáng)為850Pa或950Pa。
一、單選題
1.2022年秋季學(xué)期開始,勞動課程正式成為中小學(xué)的一門獨(dú)立課程。小聰周末洗菜時發(fā)現(xiàn)盆中有的菜浮在水面,有的沉底,關(guān)于這一現(xiàn)象,下列說法正確的是( )
A.浮在水面的受浮力,沉底的不受浮力B.浮在水面的不受浮力,沉底的受浮力
C.浮在水面與沉到盆底的菜都不受浮力D.浮在水面與沉到盆底的菜都受浮力
【答案】D
【詳解】一切浸入液體中的物體,都受到液體對它豎直向上的浮力,故所有的菜都受到浮力的作用,故ABC錯誤,D正確。
故選D。
2.如圖所示,將正方體A用細(xì)線懸掛浸沒在水中,若細(xì)線對正方體的拉力為F1,其上表面受到的液體壓力為F2,下表面受到的液體壓力為F3,該正方體所受浮力為F浮,則下列說法正確的是( )
A.F浮=F1B.F?。紽3C.F?。紽3﹣F2D.F?。紽2+F3
【答案】C
【詳解】浮力產(chǎn)生的原因就是浸在液體中的物體受到的向上和向下的壓力差,因此,該正方體所受浮力為
F?。紽3﹣F2,ABD錯誤,故C正確。
故選C。
3.將一重為100N的物體,放入一盛滿水的溢水杯中,從杯中溢出了50N的水,則物體受到的浮力是( )
A.100NB.50NC.60ND.110N
【答案】B
【詳解】阿基米德原理的內(nèi)容是:浸在液體中的物體受到的浮力等于它排開液體受到的重力。因此物體受到的浮力為,故選B。
4.“蛟龍?zhí)枴睗撍暮C嫦?000m下潛到7000m的過程中,說法正確的是( )
A.壓強(qiáng)變小,浮力變小B.壓強(qiáng)變大,浮力變大
C.壓強(qiáng)變大,浮力不變D.壓強(qiáng)變小,浮力不變
【答案】C
【詳解】液體壓強(qiáng)公式,表明了物體受到的壓強(qiáng)只與液體的密度和深度有關(guān),與其他因素?zé)o關(guān),潛水艇由海面下5000m下潛到7000m的過程中,深度增加,所以壓強(qiáng)增大;根據(jù)阿基米德原理,物體浸沒在水中,無論深度如何,不變,水的密度不變,不變,故ABD錯誤,C正確。
故選C。
5.小杰同學(xué)在成都游玩“海底世界”時,觀察到魚嘴里吐出的氣泡上升時的情況如圖所示,對氣泡上升過程中受到的浮力和氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)分析正確的是( )
A.浮力不變,壓強(qiáng)不變B.浮力變小,壓強(qiáng)變小
C.浮力變大,壓強(qiáng)變小D.浮力變大,壓強(qiáng)變大
【答案】C
【詳解】因?yàn)闅馀萆仙龝r,深度變小,所以,由可知?dú)馀菔艿剿膲簭?qiáng)變小,故氣泡的體積變大。又因?yàn)橐欢ㄙ|(zhì)量的氣體,體積變大,壓強(qiáng)變小,所以,氣泡內(nèi)的壓強(qiáng)變??;因?yàn)闅馀莸捏w積變大,排開水的體積變大,所以,由,可知?dú)馀菔艿剿母×ψ兇?。故ABD不符合題意,C符合題意。
故選C。
6.如圖所示,小聰用一個長方體鋁塊探究影響浮力大小的因素。他先后將該鋁塊會平放、側(cè)放和豎放,使其部分浸入同一杯水中,保證每次水面到達(dá)同一標(biāo)記處,比較彈簧測力計(jì)示數(shù)大小。該實(shí)驗(yàn)探究的是下列哪個因素對浮力大小的影響( )
A.液體的密度B.物體的形狀
C.物體排開液體的體積D.物體浸入液體的深度
【答案】D
【詳解】他先后將該鋁塊平放、側(cè)放和豎放,鋁塊的形狀沒有改變,使其部分浸入同一杯水中,液體的密度相同,每次水面到達(dá)同一標(biāo)記處,說明物體排開水的體積相同,物體浸入水的深度不同,比較彈簧測力計(jì)示數(shù)大小,可以探究浮力與物體浸入液體的深度的關(guān)系,故D符合題意,ABC不符合題意。
故選D。
7.“奮斗者”號深潛器,創(chuàng)造了中國載人深潛新記錄10909米。如圖所示是小華制作的一個深潛器模型,已知該模型重力為G,將它浸沒于水中靜止,彈簧測力計(jì)示數(shù)為F。則下列說法正確的是( )
A.拉力F與重力G是一對平衡力
B.模型所受浮力大小
C.模型從圖示位置下移,浮力變大
D.將模型逐漸提離水面,拉力不變
【答案】B
【詳解】A.圖中深潛器模型受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力、豎直向上的拉力,模型在這三個力的作用下處于靜止和狀態(tài),拉力F與重力G大小不相等,所以,不是一對平衡力,故A錯誤;
B.由稱重法知,模型所受浮力大小為,故B正確;
C.模型從圖示位置下移,由于排開水的體積不變,根據(jù)阿基米德原理知,浮力不變,故C錯誤;
D.將模型逐漸提離水面時,排開水的體積逐漸減小,根據(jù)阿基米德原理知,浮力變小,由稱重法知,拉力F逐漸增大,故D錯誤。
故選B。
8.把重為7N,體積為600cm3的物體投入水中,當(dāng)物體靜止時,下列說法正確的是( )
A.物體漂浮,F(xiàn)?。?NB.物體懸浮,F(xiàn)浮=6N
C.物體沉在水底,F(xiàn)?。?ND.物體沉在水底,F(xiàn)?。?N
【答案】C
【詳解】物體浸沒水中,排開水的體積V排=V=600cm3=600×10﹣6m3
受到的水的浮力F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×600×10﹣6m3×10N/kg=6N
則F?。糋,所以物體將下沉,最后沉在容器底,所以F?。?N,故C正確,ABD錯誤。
故選C。
9.三個完全相同的容器內(nèi),分別裝滿酒精、水和鹽水后(),將、、三個不同的小球放入容器中,小球靜止后位置如圖所示。下列說法正確的是( )
A.三個容器底部受到的液體壓力關(guān)系是
B.三個小球的密度關(guān)系是
C.若將小球放入丙杯中,小球受到的浮力會增大
D.若將小球放入甲杯中,小球排開液體的質(zhì)量小于小球的質(zhì)量
【答案】D
【詳解】.由于
由可知,三個容器底部受到的液體壓強(qiáng)關(guān)系是
由可知,三個容器底部受到的液體壓力關(guān)系是,故A錯誤;
B.由圖可知,球在酒精中處于漂浮狀態(tài),所以
球在水中處于懸浮狀態(tài),所以
球在鹽水中處于沉底狀態(tài),所以
又因?yàn)?br>所以,三個小球的密度關(guān)系是,故B錯誤;
C.若將小球放入丙杯中,又因?yàn)?,所以,球在丙杯中處于漂浮狀態(tài),根據(jù)可知,球受到的浮力不變,故C錯誤;
D.若將小球放入甲杯中,因?yàn)?,所以,球在甲杯中處于沉底狀態(tài),浮力小于重力,所以,球排開液體的質(zhì)量小于小球的質(zhì)量,故D正確。
故選D。
10.如圖所示,浸沒在液體中的物體上、下表面受到液體的壓力分別為F1、F2,則物體受到的浮力大小等于( )
A.F1B.F2
C.F1-F2D.F2-F1
【答案】D
【詳解】浮力的實(shí)質(zhì)是物體在液體中上、下表面受到的壓力差,所以浸沒在水中的正方體,上、下表面受到的水的壓力分別為F1、F2,則物體受到的水的浮力,方向豎直向上,故ABC不符合題意,D符合題意。
故選D。
11.如圖,質(zhì)量為300g的圓柱體豎直漂浮在水面上。用手對圓柱體的上表面施加豎直向下的力使圓柱體剛好浸沒水中,則施加的力最接近于( )
A.B.C.D.
【答案】B
【詳解】由圖可知,圓柱體漂浮在水面,它受到的浮力為
使圓柱體剛好浸沒時施加的力應(yīng)等于圓柱體浸沒時所增加的浮力,因?yàn)槁冻鏊娌糠值捏w積占總體積的即占浸入部分的,由可知,施加的力
故選B。
二、填空題
12.2017年5月23日,總質(zhì)量約為的“蛟龍”號載人潛水器在世界最深處的馬里亞納海溝進(jìn)行下潛試驗(yàn),在下潛過程中它受到海水的壓強(qiáng)將 (選填“變大”“變小”或“不變”);潛水器是靠改變 來實(shí)現(xiàn)上浮和下潛的;當(dāng)它懸浮在深海某處時,受到的浮力 (選填“大于”“小于”或“等于”)自身重力。
【答案】 變大 自身重力 等于
【詳解】[1]“蛟龍?zhí)枴痹谒孪聺摃r,深度變大,根據(jù)p=ρgh,液體壓強(qiáng)變大。
[2]潛水器靠改變自身重力,改變浮力和重力的大小關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)上浮和下沉。
[3]當(dāng)懸浮在海水中時,根據(jù)二力平衡條件,此時的浮力等于自身重力。
13.一艘輪船從海洋駛?cè)虢?,該輪船受到的浮? (選填“變大”、“變小”或“不變”);潛水艇是通過改變自身的 來實(shí)現(xiàn)浮沉的。
【答案】 不變 重力
【詳解】[1]輪船從海洋駛?cè)虢?,始終處于漂浮狀態(tài),根據(jù)物體的浮沉條件可知,物體的受到的浮力等于自身的重力,由于輪船的重力不變,所以輪船受到的浮力不變。
[2]在水中,潛水艇受到水的浮力和重力的作用,因?yàn)闈撍У捏w積不變,排開水的體積不變,所以潛水艇受到水的浮力不變;當(dāng)把水艙中海水排出時,潛水艇自身重力G減小,浮力大于重力,潛水艇上??; 當(dāng)打開壓力艙的閥門,讓海水進(jìn)入水艙內(nèi)時,潛水艇自重G增大,浮力小于重力,潛水艇下沉;當(dāng)浮力等于重力時,潛水艇懸浮,可以停留在任何深度; 由此可見,潛水艇能夠上浮和下沉是通過改變自重來實(shí)現(xiàn)的。
14.一艘排水量為1萬噸的貨輪在海上航行,滿載時受到的浮力是 N;它由海上駛?cè)腴L江后,船體浸入水中的體積 (選填“變大”、“變小”或“不變”);貨輪繼續(xù)經(jīng)過葛洲壩和三峽大壩船閘,船閘是根據(jù) 原理建造的。(g取10N/kg)
【答案】 變大 連通器
【詳解】[1]貨輪在海上航行,處于漂浮狀態(tài),受到的浮力等于其重力,可知滿載時受到的浮力為
F浮=G排=m排g=10000×103kg×10N/kg=1×108N
[2]當(dāng)船由海上駛?cè)腴L江后,都是漂浮,浮力等于船的重力,重力不變,浮力大小不變,根據(jù)公式F浮=ρgV排可知,水的密度減小,則浸入水中的體積變大。
[3]三峽大壩的船閘由上下兩個閥門組成一個閘室,當(dāng)上游閥門打開時,閘室與上游通過閥門組成連通器,使閘室內(nèi)的水位與上游水位相平,故船閘的原理即為連通器的原理。
15.某潛艇在高密度海水區(qū)域內(nèi)沿水平方向潛航進(jìn)行軍事演練(如圖所示)。潛航時,不慎全部駛?cè)氲兔芏群K畢^(qū)域,導(dǎo)致浮力 (選填“增大”、“減小”或“不變”),使?jié)撏Ъ铀傧鲁?。已知該地的海水密度?.02×103kg/m3,當(dāng)儀表顯示海水壓強(qiáng)為5.1×106Pa時,潛艇距離海面的豎直距離約為 m,此時達(dá)到潛艇承受的極限,官兵緊急對艙內(nèi)的水箱進(jìn)行 (選填“注水”或“排水”),潛艇最終轉(zhuǎn)危為安。(g取10N/kg)
【答案】 減小 500 排水
【詳解】[1]當(dāng)它從海水密度大的海域進(jìn)入海水密度小的海域,液體的密度變小,但潛艇的體積不變、排開海水的體積不變,由阿基米德原理F浮=ρ液V排g可知潛艇受到的浮力減小。
[2]根據(jù)p=ρ海水gh得潛艇距離海面的豎直距離為
[3]為避免潛艇繼續(xù)下沉,根據(jù)物體的懸浮條件,需要減小潛艇的自重,官兵緊急對艙內(nèi)的水箱進(jìn)行排水,潛艇最終轉(zhuǎn)危為安。
16.小華利用吸管、鐵絲、石蠟等物品自制了一支密度計(jì),將自制密度計(jì)放到水中的情景如圖甲所示,測得浸入的長度為H,放到另一液體中的情景如圖乙所示,浸入的長度為h,用ρ水、ρ液分別表示水和液體的密度,甲、乙兩圖中密度計(jì)所受浮力大小F甲 F乙 (選填“>”、“G,所以剪斷繩子后,木塊將向上運(yùn)動。
故選B。
2.同一個柱狀物體,先后放入三個盛有不同液體的容器中,靜止時的位置如圖所示,甲、乙、丙三種情況中液面到容器底面的距離均相等,柱狀物體在各容器中下表面受到的液體壓力( )
A.甲比乙大B.乙比甲大
C.乙比丙大D.丙比乙大
【答案】B
【分析】根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因進(jìn)行受力分析比較壓力大小。
【詳解】物體在甲中漂浮,乙中懸浮,丙中沉底,由浮沉條件和可知,甲、乙、丙三個圖中柱狀物體在容器中下表面受到的液體壓力分別為
由上可知,;而與的大小關(guān)系不確定,則與、大小無法確定。
故選B。
3.小紅用彈簧測力計(jì)、鐵圓柱體、兩個相同的大燒杯做“探究影響浮力大小的因素”的實(shí)驗(yàn),其實(shí)驗(yàn)步驟和彈簧測力計(jì)示數(shù)如圖所示。下列說法正確的是( )
A.鐵圓柱體浸沒在水中所受浮力大小為1N
B.由甲、乙、戊三圖實(shí)驗(yàn),可探究浮力大小與液體密度的關(guān)系
C.由甲、乙、丁三圖可知,物體浸入液體的深度越深,所受浮力越大
D.再增加一個體積和鐵圓柱體相等的銅圓柱體,可探究浮力大小與物體密度的關(guān)系
【答案】D
【詳解】A.由稱重法測浮力可得,鐵圓柱體浸沒在水中所受浮力大小為,故A錯誤;
B.探究浮力大小與液體密度的關(guān)系,要控制排開液體的體積相同,而乙、戊中排開液體的體積不同,故B錯誤;
C.由阿基米德原理可知,物體受到的浮力大小只與液體的密度、排開液體的體積有關(guān),與物體浸入液體的深度無關(guān),故C錯誤;
D.探究浮力大小與物體密度的關(guān)系,要控制液體的密度、排開液體的體積不變,只改變物體的密度,故增加一個體積和鐵圓柱體相等的銅圓柱體,可探究浮力大小與物體密度的關(guān)系,故D正確。
故選D。
4.如圖所示,用彈簧測力計(jì)測得盛滿水的溢水杯總重為6.0N,將一鵝卵石用細(xì)線系好后測得其重力為1.4N,將該鵝卵石浸沒在溢水杯內(nèi)的水中靜止時彈簧測力計(jì)的示數(shù)為0.9N,若將溢出水后的溢水杯和浸沒在水中的鵝卵石一起掛在彈簧測力計(jì)上,靜止時彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F。則下列說法正確的是( )
A.丙圖中溢水杯溢到小桶中的水的質(zhì)量為90g
B.丙圖中,浸沒在水中的鵝卵石所受浮力為0.5N
C.丁圖中,彈簧測力計(jì)的示數(shù)F應(yīng)為7.4N
D.鵝卵石的密度為1.56g/cm3
【答案】B
【詳解】AB.由圖乙和丙,根據(jù)稱重法可知,丙圖中鵝卵石受到的浮力
根據(jù)阿基米德原理可得,溢水杯溢到小桶中水的重力
則溢到小桶中水的質(zhì)量,故A錯誤,B正確;
C.將溢出水后的溢水杯和浸沒在水中的鵝卵石一起掛在彈簧測力計(jì)上,如圖丁,則丁圖中彈簧測力計(jì)的示數(shù)為,故C錯誤;
D.鵝卵石的質(zhì)量
由可得,鵝卵石排開水的體積
鵝卵石浸沒在水中,鵝卵石的體積為
鵝卵石密度,故D錯誤。
故選B。
5.建設(shè)橋梁的過程中,要向水中沉放大量的施工構(gòu)件。如圖甲所示,假設(shè)一正方體構(gòu)件從江面被勻速吊入江水中,在沉入過程中,其下表面到水面的距離 h 逐漸增大,構(gòu)件所受浮力 F1、鋼繩拉力 F2隨h 的變化如圖乙所示(ρ水=1 × 103kg/m3)。下列判斷正確的是( )
A.構(gòu)件的邊長為 4mB.構(gòu)件的密度為 3×103kg/m3
C.構(gòu)件所受的最大浮力為 1.6×105ND.構(gòu)件所受的重力為 2×105N
【答案】B
【詳解】A.由圖乙可知,當(dāng)下表面到水面的距離達(dá)到2m后,浮力、拉力不再發(fā)生變化,這表明當(dāng)下表面到水面的距離為2m時,構(gòu)件恰好完全浸沒,所以構(gòu)件的長度為2m,故A錯誤;
BCD.由題意可得,構(gòu)件浸入水中的過程中,排開水的體積變大,構(gòu)件受到的浮力變大,拉力變小,當(dāng)構(gòu)件完全浸沒在水中時,浮力最大,此時拉力最小,由圖乙可得,拉力最小為1.6×105N,因?yàn)闃?gòu)件的體積為
V=2m×2m×2m=8m3
所以構(gòu)件完全浸沒時,所受浮力為F1=ρ水gV排=ρ水gV=1×103kg/m3×10N/kg×8m3=8×104N
又因?yàn)闃?gòu)件從江面被勻速吊入江水中,處于平衡狀態(tài),對構(gòu)件進(jìn)行受力分析可得,構(gòu)件受到重力、拉力和浮力,且重力等于拉力與浮力的和,所以可得構(gòu)件所受重力為G=F1+F2=1.6×105N+8×104N=2.4×105N
所以構(gòu)件的質(zhì)量為
所以構(gòu)件的密度為,故B正確,CD錯誤。
故選B。
6.如圖所示,物體和物體用細(xì)線連接懸浮在水中,物體重力為25N,物體重力為20N,物體體積為3.5×10-3m3,細(xì)線質(zhì)量忽略不計(jì)。下列說法正確的是( )
A.細(xì)線對的拉力為15N
B.物體受到的浮力為15N
C.物體的體積為1×103m3
D.物體的密度為2.5×103kg/m3
【答案】A
【詳解】A.物體a的體積為3.5×10-3m3,則物體a受到浮力
物體a靜止,處于平衡狀態(tài),細(xì)線對a的拉力Fa=F浮-Ga=35N-20N=15N,故A正確;
B.細(xì)線對b的拉力等于細(xì)線對a的拉力,等于15N,物體b靜止,處于平衡狀態(tài),物體b受到的浮力
F浮b=Gb-Fb=25N-15N=10N,故B錯誤;
C.由阿基米德原理可得,物體b的體積,故C錯誤;
D.物體a的密度,故D錯誤。
故選A。
7.用彈簧測力計(jì)吊著一實(shí)心物體從水面上方某一高度勻速下降,如圖甲所示,物體下降過程中,彈簧測力計(jì)示數(shù)F與物塊下降的高度h的關(guān)系如圖乙所示(忽略液面變化),根據(jù)圖中信息可知(g取10N/kg)( )
A.物體受到的最大浮力是5NB.物體的體積是400cm3
C.物體的密度是1.25×103 kg/m3D.物體浸沒后,下表面受到水的壓力保持不變
【答案】B
【詳解】A.由圖象知,物重,當(dāng)物體完全浸沒時,拉力,則該物體受到的最大浮力
,故A不符合題意;
B.由得物體的體積,故B符合題意;
C.根據(jù)知物體的質(zhì)量為
物體的密度為,故C不符合題意;
D.物體下降過程中,下表面在水中的深度變大,由可知,水對容器底部的壓強(qiáng)變大,根據(jù)可知下表面受到的壓力變大,故D不符合題意。
故選B。
8.如圖甲所示,立方體木塊下端用一段細(xì)線與之相連,細(xì)線另一端固定在容器底(容器高比細(xì)線與木塊邊長之和大得多)?,F(xiàn)向容器中慢慢加水(如圖乙),直到裝滿容器。細(xì)線的拉力用F表示,容器中水的深度用h表示,則拉力F隨深度h的變化關(guān)系圖像是( )
A.B.C.D.
【答案】C
【詳解】向容器中慢慢加水,物體浸入水中,一開始因?yàn)榕砰_水的體積小,物體受到的浮力小于重力,細(xì)線沒有被拉直,拉力為0;隨著水的增多,排開水的體積越來越大,當(dāng)物體受到的浮力大于物體重時,物體開始上升,當(dāng)細(xì)線被拉直,細(xì)繩的拉力增大;當(dāng)物體全浸入水中,排開水的體積不變、浮力不變,細(xì)線的拉力不變;由此可見細(xì)線的拉力是先為0,不斷增大,最后不變。故C符合題意,ABD不符合題意。
故選C。
9.水平地面上放有一個質(zhì)量不計(jì)的薄壁盛水柱形容器A,內(nèi)裝有質(zhì)量為400g、質(zhì)量分布均勻的物塊B,通過一根長10厘米的輕質(zhì)細(xì)線與容器底相連,如圖所示。容器中所盛水的質(zhì)量為8kg,則下列相關(guān)說法正確的是(g?。? )
A.容器對水平地面的壓力是64N
B.若再倒入一些水,物塊B受到繩子的拉力變大
C.剪斷繩子,待物塊B靜止后,水平地面受到的壓強(qiáng)變大
D.剪斷繩子前后,水對容器底的壓力的變化量等于原來繩子的拉力大小
【答案】D
【詳解】A.因不計(jì)質(zhì)量的薄壁盛水柱形容器,則容器對水平地面的壓力
,故A錯誤;
B.物體在水中受到三個力的作用:重力、浮力和繩子的拉力,若再倒入一些水,物塊B的重力不變,由于物體B排開液體的體積不變、液體的密度不變,由可知受到的浮力不變,根據(jù)
知物體B受到繩子的拉力也不變,故B錯誤;
C.剪斷繩子前后,容器對桌面的壓力均等于容器重、水重和物塊重之和,則容器對桌面的壓力不變,受力面積不變,由知水平地面受到的壓強(qiáng)不變,故C錯誤;
D.繩子剪斷前,物體在水中受到三個力的作用:重力、浮力和繩子的拉力,物體受到的拉力等于物體所受浮力與物體重力的差,即
繩子剪斷前,水對容器底的壓力等于水的重力加物體B受浮力產(chǎn)生對水的反作用力,即
繩子剪斷后,水對容器底的壓力等于水的重力加物體的重力,即,所以水對容器底的壓力變化值等于,即等于原來繩子的拉力,故D正確。
故選D。
10.(多選)一個體積為V重為G的金屬圓柱體掛在彈簧測力計(jì)上(圓柱體上下底面與水面平行),手提彈簧測力計(jì)使圓柱體完全浸入水中并勻速向上運(yùn)動(運(yùn)動過程中受到水的阻力忽略不計(jì)),如圖所示.圓柱體上底面受到水向下的壓力為F1,圓柱體下底面受到水向上的壓力為F2,圓柱體受到的浮力為F浮,測力計(jì)的示數(shù)為T,則下列表達(dá)式正確的是
A.F2﹣F1=ρ水gVB.F1﹣F2=ρ水gV
C.T+F2=G+F1D.F浮+T+F2=G+F1
【答案】AC
【詳解】由浮力產(chǎn)生的原因可知,圓柱體受到的浮力等于圓柱體上下表面受到的壓力差,所以,
F?。紽2﹣F1,而圓柱體浸沒在水中,排開水的體積等于圓柱體的體積,
F?。溅阉甮V排=ρ水gV,F(xiàn)2﹣F1=ρ水gV,故A正確、B錯;
金屬圓柱體在重力G、拉力T、浮力F浮作用下勻速上升,處于平衡狀態(tài),由力的平衡條件得:G=T+F?。絋+F2﹣F1,由此可得:T+F2=G+F1,故C正確、D錯.
11.(多選)水平桌面上放著兩個相同的足夠高的柱形水槽,水中的兩個木塊也相同。將鐵塊a放在木塊上面,木塊剛好浸沒在水中,如圖甲所示;將鐵塊b用細(xì)線系在木塊下面,木塊也剛好浸沒在水中,如圖乙所示,且此時兩水槽的水面相平,已知水的密度為ρ水,鐵的密度為ρ鐵,則( )
A.a(chǎn)鐵塊的重力小于b鐵塊的重力
B.a(chǎn)、b兩個鐵塊的體積之比
C.兩種情況相比較,乙圖中水槽對桌面的壓強(qiáng)較大
D.若將a取下投入水中,并剪斷b的細(xì)線,靜止時水對容器底壓強(qiáng)p甲>p乙
【答案】ABD
【詳解】AB.甲圖中,鐵塊a和木塊一起漂浮在水面,則F浮木=Ga+G木
所以Ga=F浮木﹣G木
即ρ鐵gVa=ρ水gV木﹣ρ木gV木
乙圖中,鐵塊b和木塊一起懸浮在水中,則F浮木+F浮b=Gb+G木
所以Gb=F浮b+F浮木﹣G木
比較可知a鐵塊的重力小于b鐵塊的重力,即F浮木﹣G木=Gb﹣F浮b
所以ρ鐵gVa=ρ鐵gVb﹣ρ水gVb=(ρ鐵﹣ρ水)gVb
所以,故AB正確;
C.因?yàn)閮伤弁耆嗤宜蹆?nèi)水面相平,由可知水對容器底面的壓強(qiáng)相等,由可知水對容器底面的壓力相等,因?yàn)樗阶烂嫔戏胖鴥蓚€相同的柱形水槽,由F壓=F水+G容可知容器對桌面的壓力也相等,故圖中水槽對桌面的壓強(qiáng)相等,故C錯誤;
D.將a取下投入水中,并剪斷b的細(xì)線,靜止時,木塊漂浮,a、b沉底,甲中排開液體體積的變化量等于木塊露出的體積與a的體積之差,乙中排開液體體積的變化量等于木塊露出的體積,所以甲則排開液體體積的變化量小于乙中排開液體體積的變化量,因?yàn)樗阶烂嫔戏胖鴥蓚€相同的柱形水槽,所以水對容器底的壓力變化量等于排開水的重力的變化量,等于浮力的變化量,由
可知,Δp甲<Δp乙,兩圖中兩水槽的水面相平,則水對容器底部的壓強(qiáng)相等,此時水對容器底壓強(qiáng)
p甲=p﹣Δp甲
p乙=p﹣Δp乙
則p甲>p乙,故D正確。
故選ABD。
二、填空題
12.如圖梯形物體重為12N,浸沒在液體中時,彈簧測力計(jì)的示數(shù)為9N,則梯形物體受到的浮力為 N。方向是 。若上表面受到液體的壓力為4N,則下表面受到液體向上的壓力為 。
【答案】 3 豎直向上 7N
【詳解】[1][2]物體浸沒在水中,受到豎直向下的重力、豎直向上的拉力、豎直向上的浮力,則梯形物體受到的浮力F浮=G﹣F′=12N﹣9N=3N,方向豎直向上。
[3]由F浮=F下表面﹣F上表面知道,下表面受到的液體向上的壓力F下表面=F浮+F上表面=3N+4N=7N
13.重為20牛,體積為米3的金屬塊從空中豎直下落,若金屬塊在下落時受到的空氣阻力始終為0.2牛,則金屬塊在下落過程中所受的合力為 牛;當(dāng)該金屬塊浸沒在水中后,所受的浮力為 牛,若此時該金屬塊上表面受到水的壓力為7.84牛,則金屬塊下表面受到水的壓力為 牛。
【答案】 19.8 2 9.84
【詳解】[1]金屬塊下落時受到豎直向下的重力和豎直向上的空氣阻力,則金屬塊在下落過程中所受的合力為
[2]該金屬塊浸沒在水中后,所受的浮力為
[3]對于規(guī)則的物體,浮力等于物體下表面與上表面的壓力之差,因此金屬塊下表面受到水的壓力為
14.如圖所示,一根細(xì)繩懸掛一個半徑為r米、質(zhì)量為m千克的半球,半球的底面與容器底部緊密接觸,此容器內(nèi)液體的密度為ρ千克/米3,高度為H米,大氣壓強(qiáng)為p帕,已知球體的體積公式是V=,球面積公式是S球=4πr2,圓面積公式是S圓=πr2。則液體對半球的壓力為 。若要把半球從水中拉起,則至少要用 的豎直向上的拉力。
【答案】
【詳解】[1]假設(shè)半球下表面處全部為液體,則半球受到的浮力F浮方向豎直向上,由阿基米德原理可知,
半球上表面受到的液體壓力F上豎直向下,半球下表面受到的液體壓力,方向向上,半球下表面的液體壓力為
半球受到的浮力F浮等于半球下表面與上表面所受液體對它的壓力合力,即
即可得出
在本題給出的條件中,半球底部與容器底部緊密接觸,即半球的下表面處并不與液體接觸,但這并不改變半球上表面受液體壓力作用的情況,則液體對半球的壓力仍為
故半球的上表面受到液體的壓力為。
[2]半球剛要被拉起時,容器底板對半球的下表面已無向上的支持力,則豎直向上的拉力F拉至少要等于上述的F上與半球本身的重力之和,即
故拉力至少需要。
15.一底面積為0.01m2的長方體木塊用細(xì)線拴在一個空容器的底部,然后向容器中緩慢加水直到木塊上表面與液面相平,如圖甲所示,在此整個過程中,木塊底部受到水的壓強(qiáng)隨容器中水的深度的變化如圖乙所示,則木塊所受到的最大浮力為 N,細(xì)線對木塊的最大拉力為 N。(g取10N/kg)
【答案】 15 6
【詳解】[1]根據(jù)圖象可知,木塊剛剛漂浮時,木塊浸入水中的深度為
由于從9cm到16cm,木塊一直處于漂浮,浸入水中的深度不變,當(dāng)水面的高度為16cm時細(xì)線剛好張緊,線的拉力為零,直到木塊上表面與液面相平,此時水面的高度為22cm, 所以木塊的高度
則木塊的體積
木塊全部淹沒時受到的浮力最大為
[2]由圖象可知,木塊剛剛漂浮時木塊底部受到水的壓強(qiáng)為900Pa, 則木塊的重力與水向上的壓力(浮力)平衡, 所以木塊重力
直到木塊上表面與液面相平時,木塊受到的浮力最大,由力的平衡條件可得,細(xì)線對木塊的最大拉力為
16.在彈簧測力計(jì)下掛一圓柱體,從盛水的燒杯上方某一高度緩慢下降,圓柱體浸沒后繼續(xù)下降,直到圓柱體底面與燒杯底部接觸為止,如圖所示是圓柱體下降過程中彈簧測力計(jì)讀數(shù)F隨圓柱體下降高度h變化的圖像()。
(1)分析圖像可知。圓柱體重力是 N;
(2)圓柱體的密度是 kg/m3;
(3)分析圖像CD段,可得結(jié)論: 。
【答案】 12 物體全部浸沒時,所受浮力與浸沒深度無關(guān)
【詳解】(1)[1]起始時,彈簧測力計(jì)的示數(shù)為12N,物體靜止,彈簧拉力和重力是一對平衡力,大小相等,所以圓柱體重力是12N。
(2)[2]從第7s開始,彈簧測力計(jì)示數(shù)不變?yōu)?N,物體完全浸沒在液體中,物體的浮力為
根據(jù)阿基米德原理可得物體排開的體積,即為物體的體積為
物體的質(zhì)量為
物體的密度為
(3)[3]由圖像CD段,可知物體浸沒在液體中時,浮力大小不發(fā)生變化,說明浮力的大小與浸沒的深度無關(guān)。
17.一個底部橫截面積為200cm2的圓柱形薄壁玻璃容器靜止于水平桌面上,一個物體懸掛于彈簧秤下端,開始完全浸沒在水中處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖甲,此時彈簧秤的讀數(shù)為5N;后來緩慢提起物體,直到物體的體積露出水面,如圖乙,發(fā)現(xiàn)容器底部水的壓強(qiáng)減少了200Pa,已知ρ水=1×103kg/m3,g=10N/kg。物體的質(zhì)量為 kg;物體的密度為 kg/m3;彈簧秤的讀數(shù)變?yōu)? N;容器底部對桌面的壓強(qiáng)變化了 Pa。
【答案】 1.3 1.625×103 9 200
【詳解】[1]根據(jù)知,當(dāng)物體的體積露出水面時,水面降低的高度為
排開水的體積減小量為
物體的體積為
物體浸沒在水中時受到的浮力為
根據(jù)稱重法知,物體的重力為
根據(jù)知,物體的質(zhì)量為
[2]物體的密度為
[3]物體的體積露出水面時的浮力為
根據(jù)稱重法知,此時物體的拉力為
所以容器底部對桌面的壓力變化量
則容器底部對桌面的壓強(qiáng)變化量
18.小紅用彈簧測力計(jì)探究“浮力的大小與哪些因素有關(guān)”,實(shí)驗(yàn)過程如圖所示,物體A的底面積為。
(1)比較圖中甲、乙、丙三次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù),可知浮力的大小與 有關(guān)。圖丁中,物體A對容器底部的壓強(qiáng)為 Pa;
(2)探究完畢后,小明找來了一個底面積為的輕質(zhì)薄壁圓柱形容器放置于水平桌面上,再把一個底面積為、高度為10cm的圓柱體B放到容器底部,圓柱體B通過不可伸長的細(xì)線與容器底部相連,向容器中注入某種液體,細(xì)線上拉力F與容器中液體深度h的關(guān)系如圖戊所示,該液體的密度為 。小明繼續(xù)往容器中倒液體,當(dāng)液體深為24cm時,馬上停止注入液體并切斷細(xì)線,當(dāng)物體靜止時,液體對容器底部的壓強(qiáng)為 Pa。
【答案】 排開液體的密度 280 2300
【詳解】(1)[1]乙和丙排開液體的體積相同,而排開液體的密度不同,測力計(jì)示數(shù)不同,根據(jù)稱重法測浮力可知,物體受到的浮力不同,說明浮力與排開液體的密度有關(guān)。
[2]丙圖中彈簧測力計(jì)的示數(shù)為,由圖甲和丙可知,物體完全浸沒在鹽水中受到的浮力
物體A對容器底部的壓力
物體A對容器底部的壓強(qiáng)
(2)[3][4]由圖戊可知,當(dāng)容器中液體深度時,細(xì)線上拉力F不變,可知此時物體受到的浮力不變,柱體B恰好浸沒,此時細(xì)線上拉力,此時柱體B排開液體的體積
柱體B受到的浮力
因柱體B恰好浸沒時受到豎直向上的浮力、豎直向下重力和細(xì)線的拉力作用處于平衡狀態(tài),所以,由柱體B受到的合力為零可得
即
①
細(xì)繩的長度
由圖戊可知,當(dāng)容器中液體深度時,細(xì)線剛好拉直,但柱體仍然漂浮,此時柱B排開液體的體積
由物體漂浮條件可得
②
由①②可得
把
代入②可得
柱形容器內(nèi)液體的體積
切斷細(xì)線到B靜止時,柱形容器內(nèi)液體的深度
切斷細(xì)線,待B靜止后,液體對容器底部的壓強(qiáng)
19.如圖甲所示,小彤課余時間用彈簧測力計(jì)做浮力實(shí)驗(yàn)。她用彈簧測力計(jì)掛著實(shí)心圓柱體,圓柱體浸沒在水中且不與容器壁接觸,然后將其緩慢拉出水面,彈簧測力計(jì)示數(shù)隨圓柱體上升距離的變化情況如圖乙,則圓柱體浸沒時所受的浮力為 。
【答案】0.6N
【詳解】由圖乙可知,當(dāng)上升高度在20cm以上,圓柱體脫離水面,彈簧測力計(jì)示數(shù)F示1=2.2N,此時圓柱體處于空氣中,則圓柱體的重力
G=F示1=2.2N
由圖乙可知,圓柱體上升高度在0~10cm時,圓柱體浸沒水中,此時彈簧測力計(jì)示數(shù)F示2=1.6N,此時圓柱體受到的浮力最大,故圓柱體浸沒時所受的浮力為
F浮最大=G-F示2=2.2N-1.6N=0.6N
20.為了給立方體工件表面均勻地涂上某種油,需要用豎直向下的力F把漂浮在油面上的工件緩緩地壓入油內(nèi),如圖甲所示。收集有關(guān)數(shù)據(jù)并處理獲得:工件的下底面與油面的距離為h,力F與h的大小關(guān)系如圖乙所示。圖中CB的延長線BA段是有意義的,在工件下底面到水面距離小于0.2m的過程中,需要用一個方向向上(相反)的力作用于工件上。若A點(diǎn)的坐標(biāo)為(﹣a,0),則a= 。從圖象分析,a表示了工件一個物理量的值,這個量就是工件的 ;若油的密度為0.8g/cm3,則物體的密度是 g/cm3。
【答案】 400 重力 0.32
【詳解】[1]由圖可知AC段為一次函數(shù),設(shè)為
圖線過B(0N,0.2m)和C(600N,0.5m)兩點(diǎn),則代入可得0.2m=b,0.5m=600N×k+b,解得
k=5×10﹣4m/N
b=0.2m
即
h=5×10﹣4m/N×F+0.2m
當(dāng)h=0m時
0m=5×10﹣4m/N×F+0.2m
解得
F=﹣400N
即a=400。
[2]當(dāng)h=0m時,工件下表面剛離開水面(即在空中),所以a表示的量就是工件受到的重力,即G=400N。
[3]由圖可知,C點(diǎn)表示工件恰好浸沒,此時工件受到豎直向下的重力和壓力F、豎直向上的浮力作用處于平衡狀態(tài),由工件受到的合力為零可得,工件受到的浮力
由F?。溅裧V排可得,物體排開油的體積即物體的體積
由G=mg=ρVg可得,物體的密度
三、計(jì)算題
21.如圖甲所示,一彈簧測力計(jì)下掛一圓柱體,將圓柱體從水面上方某一高度處勻速下降,然后將圓柱體逐漸浸入水中,整個過程中彈簧測力計(jì)的示數(shù)F與圓柱體下降高度h關(guān)系如圖乙所示?!睛阉?1.0×103kg/m3,g=10N/kg】求:
(1)當(dāng)圓柱體剛好全部浸沒時,下表面受到的水的壓強(qiáng);
(2)圓柱體完全浸沒后受到的浮力;
(3)圓柱體的密度。
【答案】(1)300Pa;(2)2N;(3)3×103kg/m3
【詳解】解:(1)由圖乙可知,當(dāng)圓柱體剛好全部浸沒時,下表面所處的深度
則下表面受到的水的壓強(qiáng)
(2)由圖乙可知,圓柱體沒有浸入水中時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F=6N,則圓柱體的重力
由圖乙可知,圓柱體完全浸沒時彈簧測力計(jì)的示數(shù),則圓柱體完全浸沒后受到的浮力
(3)因物體浸沒時排開液體的體積和自身的體積相等,所以,由可得,圓柱體的體積
由可求,圓柱體的質(zhì)量
則圓柱體密度
答:(1)當(dāng)圓柱體剛好全部浸沒時,下表面受到的水的壓強(qiáng)為300Pa;
(2)圓柱體完全浸沒后受到的浮力為2N;
(3)圓柱體的密度為3×103kg/m3。
22.把邊長為10cm的正方塊物塊放入圓柱形容器底部,容器置于水平桌面上,如圖甲所示,此時繩子對物體的拉力F恰好等于物體的重力?,F(xiàn)緩慢向容器內(nèi)倒入適量某種液體,測得繩子對物塊的拉力F隨液體深度h變化的關(guān)系如圖乙所示,g=10N/kg。求:
(1)h=5cm時,物塊所受的浮力;
(2)倒入容器中的液體的密度;
(3)h=12cm時,容器底部受到液體的壓強(qiáng)。
【答案】(1)20N;(2)4×103kg/m3;(3)4800Pa
【詳解】解:(1)沒有倒液體時,繩子對物塊的拉力F恰好等于物體的重力,由圖乙可知物體的重力G=80N。由圖乙知,在物塊完全浸沒之前,繩子對物塊的拉力F與液體深度h成一次函數(shù)關(guān)系,可設(shè)
把(0,80)、(10,40)代入可得
①
②
由兩式解得:b=80N,k=-4N/cm。因此有
當(dāng)h=5cm時,物塊所受的拉力為
則物塊所受的浮力為
(2)h=5cm時,物塊排開液體的體積為
則倒入容器中的液體的密度為
(3)h=12cm時,容器底部受到液體的壓強(qiáng)為
答:(1)h=5cm時,物塊所受的浮力為20N;
(2)倒入容器中的液體的密度為4×103kg/m3;
(3)h=12cm時,容器底部受到液體的壓強(qiáng)為4800Pa。
23.如圖甲所示,A、B為不同材料制成的體積相同的實(shí)心正方體、浸沒在盛有水的薄壁圓柱形容器中,容器底面積是正方體下表面積的4倍,現(xiàn)在沿豎直方向緩慢勻速拉動繩子,開始時刻,A的上表面剛好與水面相平,A、B之間的繩子細(xì)直,B在容器底部(未與容器底部緊密接觸),A上端繩子的拉力是F,F(xiàn)隨A上升的距離h變化的圖像如圖乙所示,且當(dāng)F剛好等于41N時,AB之間的繩子斷掉。繩的質(zhì)量和體積忽略不計(jì),求:
(1)正方體A的質(zhì)量;
(2)正方體A的體積
(3)正方體B的密度
(4)整個過程中,水對容器底部壓強(qiáng)的最小值。
【答案】(1)2.5kg;(2)1×10-3 m3;(3)2×103 kg/m3;(4)2.2×103 Pa
【詳解】解:
(1)由圖可知,D點(diǎn)時F剛好等于41N,AB之間的繩子斷掉,只有物體A在繩子上,故
解得正方體A的質(zhì)量為
(2)由圖可知,AB段是物體A出水面的過程,BC段中物體B處于浸沒狀態(tài),CD段是物體B出水面的過程,由稱重法知道,在A點(diǎn)時
(GA +GB)-(FA浮 +FB浮)=FA =25N
在B點(diǎn)時
(GA +GB)- FB浮=FB =35N
由以上兩式解得FA浮 =10N;由知道,物體A的體積
(3)因?yàn)锳、B兩物體的體積相同,所以物體A、B浸沒時受到的浮力相等,即物體B浮力為
FB浮 = FA浮 = 10N
將FB浮 10N、代入
解得GB =20N;因?yàn)锳、B兩物體的體積相同,所以,物體B的體積
VB =VA =1×10-3 m3
正方體B的密度
(4)A、B邊長為
由圖乙知道,從B到C的過程中拉力的大小不變,由此可知,B點(diǎn)是物體A的下表面剛好離開水面的時候,C點(diǎn)是物體B的上表面剛好到達(dá)水面的時候,C點(diǎn)時水的深度
h′=13.5cm+10cm=23.5cm=0.235m
設(shè)在D處時物體B受到的浮力為FB浮′,在D點(diǎn)時,有
(GA +GB)-FB浮′=FD =41N
將GA=25N 、GB=20N代入,解得FB浮′=4N,則此時物體B的排水量
根據(jù)題意知道,容器內(nèi)部底面積
S容 =4S正 =4l2 =4×(0.1m)2 =4×10-2 m2
則物體B露出體積
VB露=VB -VB排′=1×10-3 m3 -4×10-4 m3 =6×10-4 m3
從C處到D處時液面下降的高度
水的最小深度
水對容器底部最小壓強(qiáng)
答:(1)正方體A的質(zhì)量為2.5kg。
(2)正方體A的體積為1×10-3 m3。
(3)正方體B的體積為1×10-3 m3。
(4)對底部壓強(qiáng)的最小值為。
一、單選題
1.(2022·四川廣元·統(tǒng)考中考真題)在物理實(shí)驗(yàn)操作考試中,小馬同學(xué)用彈簧測力計(jì)懸掛一個圓柱體物塊,使物塊下表面與水面剛好接觸,如圖甲所示;然后勻速放下物塊,此過程中彈簧測力計(jì)示數(shù)F與物塊下表面浸入水中的深度h的關(guān)系如圖乙所示,彈簧測力計(jì)始終在水面上方,水未溢出,g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3.下列說法中正確的是( )
A.物塊受到的重力是10N
B.物塊完全浸沒在水中受到的浮力是0.64N
C.物塊的密度為6g/cm3
D.物塊剛好浸沒時,物塊下表面受到水的壓強(qiáng)是1.25×103Pa
【答案】C
【詳解】A.由圖可知當(dāng)物體沒有浸入液體中,彈簧測力計(jì)示數(shù)為12N,說明物體重力為12N,故A錯誤;
B.物體完全浸沒在水中后,彈簧測力計(jì)示數(shù)為10N,則物體受到浮力
故B錯誤;
C.由B知物體在水中受到浮力為2N,可得物體的體積
物體的密度,故C正確;
D.由乙圖可知,物體剛好完全浸沒時h=4cm,則物體下表面受到壓強(qiáng),故D錯誤。
故選C。
2.(2020·四川眉山·統(tǒng)考中考真題)如圖所示,物體懸浮在水中,水對物體向下、向上的壓力分別為F1和F2,下列說法正確的是( )
A.F1與F2是一對相互作用力
B.F2與F1的差等于物體所受的浮力
C.由于物體靜止不動,F(xiàn)1與F2是一對平衡力
D.因?yàn)槲矬w上表面距液面的距離大于物體下表面距容器底的距離,所以F1>F2
【答案】B
【詳解】物體懸浮在水中,物體受到三個力的作用:豎直向下的重力G、豎直向下的壓力F1、豎直向上的壓力F2;此時物體受力平衡,則G=F2﹣F1
根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知,浮力等于物體上下表面的壓力差,即浮力為F2﹣F1
懸浮時,浮力等于重力,則F2與F1的差等于物體的重力;所以液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與深度有關(guān),深度越深,壓強(qiáng)越大,根據(jù)F=pS可知,F(xiàn)2>F1,所以F1與F2既不是相互作用力,也不是平衡力;綜上所述:B正確、ACD錯誤。
故選B。
3.(2023·四川眉山·統(tǒng)考中考真題)水平桌面上放置裝有適量水的燒杯,A、B為兩個材料相同且不吸水的小球,B球的體積是A球的2倍。先將A球放入燒杯中,溢出水的質(zhì)量,如圖甲所示;再放入B球,又溢出水的質(zhì)量,如圖乙所示。下列判斷正確的是( )
①A球受到的浮力大小為
②B球受到的浮力大小為
③圖甲中,放入A球前后,水對燒杯底部的壓強(qiáng)相等
④圖乙中,放入B球前后,燒杯對桌面的壓力大小不變
A.①②B.①④C.②④D.③④
【答案】C
【詳解】依題意得,燒杯為放入甲球時,水未裝滿,則A排開水的質(zhì)量大于30g,由阿基米德原理得,A球受到的浮力大小為
②B球受到的浮力大小為
③圖甲中,放入A球后,水的深度增大,對燒杯底部的壓強(qiáng)增大;④圖乙中,放入B球前后,燒杯的總重力不變,對桌面的壓力等于燒杯的總重力,則對桌面壓力大小不變,故ABD錯誤,C正確。
故選C。
4.(2022·四川巴中·中考真題)小剛在恒溫游泳池中潛水時發(fā)現(xiàn)自己吐出的一個氣泡在水中上升的過程中不斷變大。關(guān)于該氣泡在水中上升時的變化情況,下列說法正確的是( )
A.密度不變,浮力變小B.密度變小,浮力變大
C.密度和浮力都變小D.密度和浮力都變大
【答案】B
【詳解】由于氣泡上升過程中逐漸變大,故其體積逐漸變大,根據(jù)阿基米德原理,可知浮力逐漸變大,氣泡內(nèi)部的氣體的質(zhì)量不變,體積逐漸變大,根據(jù)可知密度逐漸變小,故ACD不符合題意,B符合題意。
故選B。
5.(多選)(2023·四川瀘州·統(tǒng)考中考真題)小明在探究沉與浮的條件時,用一根細(xì)線連接A、B兩個物體,放在盛水的燒杯中,處于懸浮狀態(tài),如圖甲所示。剪斷細(xì)線后,A物體處于漂浮狀態(tài),B物體沉到燒杯底部,如圖乙所示。設(shè)甲、乙兩圖燒杯對桌面的壓強(qiáng)分別為p1、p2,水對燒杯底部的壓強(qiáng)變化為Δp,甲圖中細(xì)線的拉力為F,乙圖中B物體對燒杯底部的壓強(qiáng)為pB。已知B物體的重力為G,體積為V,燒杯的底面積為S,水的密度為ρ。以下關(guān)系式正確的有( )
A.p1>p2B.F=G﹣ρgV
C.D.
【答案】BC
【詳解】A.甲、乙圖中燒杯對水平桌面的壓力不變,都等于燒杯的總重力,受力面積不變,由 知道,甲、乙兩圖燒杯對桌面的壓強(qiáng)不變,即
p1=p2
故A錯誤;
B.甲圖中B物體受到豎直向下的重力、豎直向上的拉力、豎直向上的浮力,所以細(xì)線的拉力
F=G﹣F?。紾﹣ρgV
故B正確;
C.甲、乙圖浮力的減小量為
排開水的體積減小量為
液面高度的減小量為
水對燒杯底部的壓強(qiáng)變化為
故C正確;
D.乙圖中B物體對燒杯底部的壓強(qiáng)為
由于無法算出B的底面積,所以不能算出B物體對燒杯底部的壓強(qiáng),故D錯誤。
故選BC。
6.(多選)(2022·四川宜賓·統(tǒng)考中考真題)如圖甲,彈簧測力計(jì)下端用輕質(zhì)細(xì)線系著不吸水的實(shí)心圓柱體,圓柱體沒沒在水中,不與容器壁、容器底接觸,現(xiàn)將其以1cm/s的速度勻速拉出水面,彈簧測力計(jì)示數(shù)F隨圓柱體上升時間的變化關(guān)系如圖乙、水的密度是1.0×103kg/m3,g取10N/kg,圓柱體表面所沾水和細(xì)線體積均不計(jì)(忽略液面高度變化),下列說法正確的是( )
A.圓柱體的重力大小為2.0N
B.圓柱體在0~20s內(nèi),所受浮力一直減小
C.圓柱體的密度為5×103kg/m3
D.圓柱體上表面剛露出水面時,下表面受到水的壓強(qiáng)為1000Pa
【答案】ACD
【詳解】A.由圖乙知,當(dāng)上升高度大于20cm時,圓柱體脫離水面,彈簧測力計(jì)示數(shù)F=2N,此時圓柱體處于空氣中,圓柱體的重力
G=F=2.0N
故A正確;
B.圓柱體在0~10s內(nèi),圓柱體一直浸沒水中,排開水的體積不變,根據(jù)F浮=ρ水gV排知圓柱體所受浮力不變,圓柱體在10~20s內(nèi),圓柱體排開水的體積變小,根據(jù)F浮=ρ水gV排知圓柱體所受的浮力變小,故B錯誤;
C.由稱重法可知,圓柱體受到的最大浮力
F浮=G-F1=2N-1.6N=0.4N
由F浮=ρ水gV排可得圓柱體的體積
圓柱體的密度為
故C正確;
D.由圖乙知,當(dāng)上升高度為10cm時,圓柱體上表面剛剛與水面相平,當(dāng)上升高度為20cm時,圓柱體下表面剛剛脫離水面,故圓柱體的高度
l=20cm-10cm=10cm
則圓柱體上表面剛好與液面相平時,圓柱體底部所處的深度為
h= l=10cm=0.1m
圓柱體底部受到水的壓強(qiáng)
p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1×103Pa
故D正確。
故選ACD。
二、填空題
7.(2023·四川遂寧·統(tǒng)考中考真題)小劉應(yīng)用圖甲所示器材進(jìn)行如下探究:升降臺AB上放置輕質(zhì)薄壁柱形容器,容器底面積為200cm2,內(nèi)裝15cm深的水;將彈簧上端固定在力傳感器上,下端懸掛重20N、高20cm、橫截面積為50cm2的長方體石塊,石塊下表面剛好與水面接觸;已知彈簧伸長量ΔL與受到的拉力F的關(guān)系如圖乙所示。將升降臺AB緩慢升高(全過程水不會溢出),當(dāng)傳感器顯示拉力為12N時(不計(jì)彈簧自重),與升降臺升高前相比,容器底部受到的壓強(qiáng)變化了 Pa。升降臺AB升高的高度為 cm。(ρ水=1×103kg/m3,g=10N/kg)
【答案】 400 20
【詳解】[1]如乙圖所示,由題可知,升降臺AB緩慢升高,當(dāng)傳感器顯示拉力為12N時,彈簧伸長量為12cm,此時石塊受到的浮力為
根據(jù)阿基米德原理可知,排開水的體積為
因?yàn)槿^程水不會溢出,則容器中水上升的高度為
則與升降臺升高前相比,容器底部受到的壓強(qiáng)變化量為
[2]由題意可知,石塊浸入在水中部分的高度為
則石塊底部到容器底部的距離為
由題可知升降臺沒有上升前力傳感器到容器底的距離為
升降臺上升后力傳感器到容器底的距離為
則升降臺AB升高的高度為
8.(2022·江蘇淮安·統(tǒng)考中考真題)如圖所示,用量程 0 – 5N 的彈簧測力計(jì),測量未知液體的密度。根據(jù)圖中讀數(shù)可知,物塊浸沒水中受到的浮力是 N, 未知液體的密度為 g/cm3。將圖中彈簧測力計(jì)刻度用密度值標(biāo)注,制成彈簧密度計(jì),物塊浸沒待測液體中,可直接讀得待測密度值,則此密度計(jì)的測量范圍是 。(ρ水= 1× 103kg/m3)
【答案】 0~2g/cm3
【詳解】[1]從圖中可知物體受到重力為4N,物體完全浸沒在水中時,彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2N,根據(jù)稱重法可得,物體完全浸沒在水中受到的浮力為
再根據(jù)阿基米德原理可得物體體積為
[2]根據(jù)稱重法可知在未知液體中物體受到的浮力為
再根據(jù)阿基米德原理可得
由此可得
[3] ①當(dāng)彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F小= 0時,物體浸沒在液體中受到的最大浮力
F浮大= G- F小=4N-0N= 4N,
則
V排= V排水=2×10-4m3
根據(jù)公式F浮= ρ液gV排得,待測液體的最大密度
②彈簧測力計(jì)的刻度最大值為
F大= 5N > G
所以當(dāng)物體浸沒在液體中受到的最小浮力,F(xiàn)浮小= 0N時,彈簧測力計(jì)的最大示數(shù)
F示大=G- F浮小=4N-0N=4N
則
V排= V排水=2×10-4m3
根據(jù)公式F浮= ρ液gV排得,待測液體的最小密度
由此可得測量液體的密度范圍為0~2g/cm3。
9.(2022·遼寧丹東·統(tǒng)考中考真題)質(zhì)量為405g的長方體金屬塊,體積為150cm3,掛在細(xì)線下在水中靜止,如圖所示,金屬塊的下表面距燒杯底部3cm,距水面7cm。金屬塊受到的浮力為 N;水對金屬塊下表面的壓強(qiáng)為 Pa。(水的密度)
【答案】 1.5 700
【詳解】[1]金屬塊體積為150cm3,則
金屬塊受到的浮力為
[2]金屬塊的下表面距水面7cm,即
水對金屬塊下表面的壓強(qiáng)為
10.(2022·湖北荊州·統(tǒng)考中考真題)一個邊長為10cm的實(shí)心正方體(不吸水)重15N,將其懸掛在彈簧測力計(jì)上并完全浸沒在水中靜止時,燒杯內(nèi)水的深度為25cm,如圖所示。燒杯內(nèi)的水對杯底的壓強(qiáng)為 Pa,彈簧測力計(jì)的示數(shù)為 N。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
【答案】 2500 5
【詳解】[1]由題意可知,燒杯內(nèi)水的深度
h=25cm=0.25m
所以燒杯內(nèi)水對杯底的壓強(qiáng)為
[2]因?yàn)檎襟w的邊長為10cm,所以該正方體的體積為
V=(10cm)3=1000cm3=1.0×10-3m3
因?yàn)檎襟w浸沒在水中,所以正方體排開水的體積為
V排=V=1.0×10-3m3
所以正方體浸沒在水中時,受到的浮力為
由稱重法可知,彈簧測力計(jì)的示數(shù)為
F=G-F浮=15N-10N=5N
三、實(shí)驗(yàn)題
11.(2023·黑龍江·統(tǒng)考中考真題)如圖所示是物理興趣小組探究“影響浮力大小的因索”的實(shí)驗(yàn),根據(jù)他的實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù),請你回答下列問題:(ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)由圖可知物體浸沒在水中受到的浮力F浮= N;
(2)由圖ACD可知,浮力大小與物體浸沒深度 (選填“無關(guān)”或“有關(guān)”);
(3)分析此實(shí)驗(yàn)可得出:物體受到的浮力大小與 和 有關(guān);
(4)經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算可知物體體積V= m3,物體的密度ρ= kg/m3。
【答案】 0.5 無關(guān) 液體的密度 物體排開液體的體積
【詳解】(1)[1]由圖A可知物體的重力是2N,由圖C可知物體浸沒在水中的拉力是1.5N,物體浸沒在水中受到的浮力
F浮=G-F3=2N-1.5N=0.5N
(2)[2]由圖ACD可知,當(dāng)物體完全浸沒在水中后排開水的體積相同,在水中的深度不同,彈簧測力計(jì)示數(shù)相同,浮力的大小相同,則浮力的大小與深度無關(guān)。
(3)[3][4]由圖ABC可知,液體的密度不變,物體排開液體的體積不同,彈簧測力計(jì)的示數(shù)不同,浮力大小不同,說明浮力大小與排開液體的體積有關(guān);由ADE可知,物體排開液體的體積相同,只有液體的密度不同,彈簧測力計(jì)的示數(shù)不同,浮力大小不同,由此可得:物體在液體中所受浮力的大小跟液體的密度有關(guān)。
(4)[5]物體的體積
[6]物體的密度
四、計(jì)算題
12.(2023·四川雅安·統(tǒng)考中考真題)一棱長為的正方體物塊放在盛有40L水的薄壁圓柱形容器中,容器重為10N,底面積為?,F(xiàn)用豎直向下大小為20N的力F作用在物體上,物體剛好浸沒于水中靜止,如圖所示(,g取10N/kg)。求:
(1)物塊下表面受到水的壓強(qiáng);
(2)物塊受到的浮力;
(3)容器底部對水平地面的壓強(qiáng)。
【答案】(1)2000Pa;(2)80N;(3)4.9×103Pa
【詳解】解:(1)根據(jù)題意可知,水對物塊下表面的壓強(qiáng)為
(2)物塊排開水的體積
物塊受到的浮力為
(3)水的體積
水的質(zhì)量
水的重力為
物塊處于平衡狀態(tài),豎直方向上三力平衡,即有
所以
容器底部對水平地面的壓力為
容器底部對水平地面的壓強(qiáng)
答:(1)物塊下表面受到水的壓強(qiáng)為2000Pa;
(2)物塊受到的浮力為80N;
(3)容器底部對水平地面的壓強(qiáng)為4.9×103Pa。
13.(2023·內(nèi)蒙古通遼·統(tǒng)考中考真題)如圖所示,某同學(xué)用阿基米德原理測量一種未知液體的密度,他把底面積為的圓柱體物塊,用細(xì)繩懸掛在彈簧測力計(jì)上,讀出示數(shù)后,將物塊浸入該液體中,浸入液體中的深度h=10cm,容器底面積為,g取10N/kg。求:
(1)物塊所受的浮力;
(2)液體的密度;
(3)物塊浸入前后,液體對容器底的壓強(qiáng)變化量。
【答案】(1)0.8N;(2)0.8×103kg/m3(3)200Pa
【詳解】解:(1)由第一個圖可知,物塊的重力G=3N,由第二個圖可知,物塊浸入液體中時的拉力F拉=2.2N,則物塊所受的浮力
F浮=G-F拉=3N-2.2N=0.8N
(2)物塊浸入液體中的體積,即排開液體的體積
V排=Sh=10cm2×10cm=100 cm3=1×10-4m3
根據(jù)F浮=ρ液gV排得,液體的密度
(3)容器的底面積
S=40cm2=4×10-3m2
物塊浸入后,液面升高的高度
液體對容器底的壓強(qiáng)變化量
答:(1)物塊所受的浮力是0.8N;
(2)液體的密度是0.8×103kg/m3;
(3)物塊浸入前后,液體對容器底的壓強(qiáng)變化量是200Pa。
14.(2022·廣西梧州·統(tǒng)考中考真題)如圖甲所示,一彈簧下端固定在容器的底部,上端與一個重為20N的正方體相連,此時水的深度為0.2m,彈簧的伸長量為4cm。在彈性限度內(nèi),彈簧產(chǎn)生的彈力F與其伸長量x之間的關(guān)系如圖乙所示。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)求:
(1)正方體的質(zhì)量;
(2)水對容器底部的壓強(qiáng);
(3)正方體浸在水中的體積。
【答案】(1)2kg;(2);(3)
【詳解】解:(1)正方體的質(zhì)量
(2)水對容器底部的壓強(qiáng)
(3)由圖乙,當(dāng)彈簧的伸長量為4cm時,彈簧產(chǎn)生的彈力F為8N,則正方體所受的浮力
正方體浸在水中的體積
答:(1)正方體的質(zhì)量為2kg;
(2)水對容器底部的壓強(qiáng)為;
(3)正方體浸在水中的體積為。
知識點(diǎn)
考點(diǎn)
好題沖關(guān)
壓力差法求浮力(2典例+3即時檢測)
基礎(chǔ)過關(guān)(23)
稱重法求浮力(1典例+3即時檢測)
能力提升(23)
阿基米德原理求浮力(2典例+5即時檢測)
真題感悟(14題)
平衡法求浮力的綜合應(yīng)用(1典例+3即時檢測)
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這是一份中考物理一輪復(fù)習(xí)專題20浮力(知識點(diǎn)復(fù)習(xí)+例題講解+過關(guān)練習(xí))(原卷版+解析),共39頁。
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