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2021年中考物理真题汇编 第十章 浮力
一.选择题(共20小题)
1.(2021 陕西)将一个质量为275g的土豆放入容器内的水中,土豆下沉后静止在容器底部,如图1。小明设法在土豆上插入几个轻质的粗吸管后做成了一个“吸管土豆”,再次放回水中后“吸管土豆”浮了起来,最终漂浮在水面上,如图2(忽略吸管重力,取g=10N/kg)。下列说法正确的是( )
A.图1中静止的土豆所受浮力等于2.75N
B.土豆上插入吸管后增大了排开水的体积从而增大了所受的浮力
C.图2中土豆浮起后其下表面所受水的压力比在图1中时大
D.“吸管土豆”漂浮时所受浮力大于重力
2.(2021 鄂尔多斯)水平桌面上,完全相同的甲、乙、丙容器中装有三种不同液体,将同一实心小球放入容器中,静止时三容器中液面相平,如图所示。下列说法正确的是( )
A.小球所受的浮力F浮甲=F浮乙<F浮丙 B.三种液体密度的关系ρ乙<ρ甲=ρ丙
C.液体对容器底的压强p乙<p甲<p丙 D.桌面所受的压力F压甲<F压乙<F压丙
3.(2021 淄博)课外实践活动中,小雨用橡皮泥造“船”并放入水中,往所造小船中装入豆粒来观察它的承载量,如图所示。在逐渐装入豆粒的过程中(船未沉底)( )
A.小船受的浮力不变 B.小船排开水的质量变大
C.小船浸在水中的体积变小 D.小船受的浮力大于它和豆粒的总重力
4.(2021 济南)学习浮力时,老师组织同学们进行了以下体验活动:将一个密闭的圆柱形空筒放在装有水的深桶中,如图所示用手试着慢慢把它竖直压入水中,体会手的感受;空筒全部没入水中后,继续试着把它压向桶底,体会手的感受。根据活动中的感受,大家提出了以下四个问题。其中最有探究价值且易于探究的科学问题是( )
A.手的感受与物体所受到的浮力大小有什么关系
B.浮力的大小与浸入液体的物体形状有什么关系
C.浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系
D.浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系
5.(2021 南通)如图,把小石块挂在弹簧测力计上,示数为2.5N,再将石块浸没在盐水中,示数变为1.5N,利用以上信息能求解的物理量是( )
A.石块的体积 B.排开盐水的重
C.石块的密度 D.盐水的密度
6.(2021 盐城)如图所示,小聪用一个长方体铝块探究影响浮力大小的因素。他先后将该铝块平放、侧放和竖放,使其部分浸入同一杯水中,保证每次水面到达同一标记处,比较弹簧测力计示数大小。该实验探究的是下列哪个因素对浮力大小的影响( )
A.液体的密度 B.物体的密度
C.物体排开液体的体积 D.物体浸入液体的深度
7.(2021 常州)2021年3月23日,巴拿马籍大型货轮“长赐号”在苏伊士运河搁浅,如图甲所示。28~29日,海水涨潮、运河水位持续上升,28日“长赐号”仍处于搁浅状态,29日“长赐号“脱离运河河底,随着水位上升船身逐渐升高,最终如图乙所示。28~29日,海水涨潮、运河水位持续上升过程中,“长赐号”受到的浮力( )
A.一直变大 B.先变大后不变
C.一直不变 D.先不变后变大
8.(2021 百色)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,静止时的位置如图所示。则下列说法正确的是( )
A.鸡蛋在乙杯中受到的浮力大 B.鸡蛋在甲、乙两杯中受到的浮力一样大
C.鸡蛋的密度大于甲杯中盐水的密度 D.鸡蛋的密度等于乙杯中盐水的密度
9.(2021 德阳)2020年11月10日,中国载人潜水器“奋斗者”号在西太平洋马里亚纳海沟成功坐底,创造了中国载人深潜的新纪录,标志着我国的深潜事业又迈上了一个崭新的台阶。如图所示,假设海水的密度不变,在“奋斗者”号潜水器下潜过程中,下列分析合理的是( )
A.潜水器所受海水对它的压强大小不变
B.潜水器始终只受到海水对它向下的压强
C.潜水器所受到的浮力随深度的增大而增大
D.潜水器所受浮力的大小始终等于它排开海水的重力
10.(2021 凉山州)如图所示,将一个空心铁球浸没入水中,放手后铁球恰好悬浮,若沿虚线方向将铁球切成大小不等的两块,则( )
A.大块的将下沉,小块的将上浮 B.大块的将上浮,小块的将下沉
C.两块都将上浮 D.两块都将下沉
11.(2021 永州)如图所示,底面积相同的甲、乙两个容器放在水平桌面上,容器内的水面相平。现将a、b两个体积相同的实心物体分别放入甲、乙两个容器内,静止时a沉在甲容器底部,b悬浮在乙容器的水中。下列说法正确的是( )
A.a、b两物体的密度ρa=ρb
B.a、b两物体的质量ma<mb
C.a、b两物体所受的浮力Fa>Fb
D.放入a、b两物体后,甲、乙容器底部所受水的压强p甲>p乙
12.(2021 株洲)如图,我国一艘第三代093B型攻击核潜艇在一次军事演习中,停在水面下200m处,后根据演习指令,下潜至300m处悬停,在此过程中( )
A.只需向水舱内充水
B.只需水舱向外排水
C.需先水舱向外排水,后向水舱内充水
D.需先向水舱内充水,后水舱向外排水
13.(2021 广州)将体积相同的甲、乙实心球放入装有水的烧杯中。若甲、乙所受的重力和排开水所受的重力如下表。则两球静止在水中时的情形可能是( )
实心球 实心球所受的重力/N 排开水所受的重力/N
甲 1 1
乙 2 1
A. B. C. D.
14.(2021 眉山)放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器(容器质量不计)底面积为10﹣4m2,将一体积为2×10﹣4m3的木块放入水中静止时,有体积露出水面,如图甲所示;用一根质量和体积不计的细线把容器底和木块底部中心连接起来,如图乙所示。下列说法中错误的是(已知:水的密度为ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)( )
A.木块的密度为0.8×103kg/m3
B.木块漂浮时排开水的质量为160g
C.浸没水中时细线对木块的拉力为0.6N
D.甲、乙两图所示情况,容器对水平桌面的压强相等
15.(2021 襄阳)刘星取一只空牙膏皮,一次将它挤瘪,一次将它撑开,两次都拧紧盖后,先后放入桌面上同一杯水中,结果如图甲、乙所示。下列说法正确的是( )
A.牙膏皮在甲中受到的浮力大
B.牙膏皮在乙中受到的浮力大
C.牙膏皮在甲、乙中受到的浮力一样大
D.牙膏皮在甲、乙中受到的浮力无法比较
16.(2021 烟台)小明同学在一根细木棒的下端缠绕了一些铁丝然后将它分别置于甲,乙两杯液体中,静止时的状态如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲杯液体的密度较大 B.乙杯液体的密度较大
C.木棒在甲杯液体中受到的浮力较大 D.木棒在乙杯液体中受到的浮力较大
17.(2021 贵港)2020年11月28日上午8时30分许,随着一阵汽笛声响,在马里亚纳海沟结束科考任务的“探索一号”科考船,搭载成功实现10909米坐底纪录的“奋斗者”号胜利返航。若海水密度为1.03×10 kg/m ,“奋斗者”号在海面下下潜的过程中,下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号受到的海水的压强不变,受到的海水的浮力不变
B.“奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力不变
C.“奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力变大
D.“奋斗者”号受到的海水的压强变小,受到的海水的浮力变小
18.(2021 黑龙江)质量相等的A、B两实心物块,密度之比ρA:ρB=3:2,分别放入足够多的水中,物块所受浮力分别为FA和FB,当两物块静止时所受浮力FA与FB之比不可能的是( )
A.1:1 B.2:3 C.ρ水:ρA D.ρ水:ρB
19.(2021 广东)小明看到清淤作业人员正在将水塘底部的淤泥搬运到船上。他想:水面高度会变化吗?于是进行了探究:首先,将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中,如图所示;然后,将石块a从水中拿出并轻轻放在木块b上,它们处于漂浮状态,则水面高度将( )
A.下降 B.上升 C.不变 D.无法判断
20.(2021 北京)测量工具为我们的工作和生活带来了极大的便利,而成功制作测量工具需要科技人员的创造性劳动,小慧通过自制密度计。体验动手与动脑相结合的劳动过程。她在粗细均匀的木棒一端缠绕一些细铜丝制成简易密度计(未标刻度)。该密度计放在水和酒精中时均竖直漂浮,露出液面的长度用L表示(如图所示),已知酒精的密度为0.8g/cm3,水的密度为1.0g/cm3。为了给简易密度计标刻度,小慧将该密度计放入酒精中,密度计静止时L为6cm,她在密度计上距顶端6cm处标记刻度线,该刻度线对应的密度值为0.8g/cm3。小慧将该密度计放入水中,密度计静止时L为8cm,她在密度计上距顶端8cm处标记刻度线,该刻度线对应的密度值为1.0g/cm3。利用上述数据,可计算出该密度计上对应密度值为1.25g/cm3的刻度线到密度计顶端的距离为(忽略铜丝的体积)( )
A.9.2cm B.9.6cm C.10cm D.10.4cm
二.填空题(共10小题)
21.(2021 鞍山)将一块质量为60g、体积为100cm3的物块浸没在水中后放手,物块最终处于 (选填“沉底”、“悬浮”或“漂浮”)状态,此时物块浸入水中的体积是 cm3,物块受到的浮力为 N。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
22.(2021 兴安盟)如图甲所示,底面积S为25cm2的圆柱形平底容器内装有适量的未知液体,将容器放入水中处于直立漂浮状态,容器下表面所处深度h1=10cm,该容器受到的浮力是 N;如图乙所示,从容器中取出100cm3的液体后,当容器下表面所处深度h2=6.8cm时,该容器仍处于直立漂浮状态,则未知液体的密度是 kg/m3。(g取10N/kg)
23.(2021 柳州)漂浮在水面上的物体受到的浮力的大小 被物体排开的水的重力, 物体受到的重力。(均选填“大于”、“等于”或“小于”)
24.(2021 淮安)将一个质量为80g、体积为100cm3的实心物体浸没于水中,此时该物体所受浮力大小为 N,松手后该物体将 (填“上浮”、“悬浮”或“下沉”)。(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
25.(2021 镇江)我国“奋斗者”号成功下潜至10909米的深海处,达到了全球深海探测的制高点。如图所示,某潜水器由舱体和油囊两部分构成,质量为M、体积为V,悬停在深海中甲处。从舱内向油囊注入质量为m的油后,潜水器的体积增大了0.1V,此时潜水器将 (填“上浮”或“下沉”),最终悬停在乙处,则潜水器在乙处所排开海水的质量为 ,乙处海水的密度为 。(上述过程无其他动力)
26.(2021 徐州)如图所示,用塑料瓶制成的潜水艇模型悬浮于水中,此时模型受到的浮力 重力(填“>”、“<”或“=”)。当通过进排气管向瓶中打气时,瓶内气体的压强将 ,模型将上浮。在上浮过程中,水对模型底部的压强将 (以上两空填“变大”、“变小”或“不变”)。
27.(2021 丹东)如图所示,有一实心长方体悬浮在油和盐水中,浸在油中和盐水中的体积之比为3:2。则该物体在油中受到的浮力与物体的重力之比为 ;该物体密度为 kg/m3。(ρ油=0.7×103kg/m3,ρ盐水=1.2×103kg/m3)
28.(2021 桂林)如图所示,充满氢气的气象探测气球携带探空仪(体积不计)在高空测量,工作完毕后释放部分氢气,气球体积缩小,所受浮力随之 ,气球下落。气球球囊(厚度不计)、细绳及探空仪的总质量为m0,空气密度为ρ空,当它恰能缓慢下降时,球内氢气密度为ρ氢,此时气球的体积为 (用题中已知物理量表示)。
29.(2021 益阳)在弹簧测力计下端悬挂一个金属零件,测力计的示数是5N。当把零件浸没在密度为0.9×103kg/m3的液体中时,测力计的示数变为3.2N。金属零件在液体中受到的浮力是 N,其体积为 m3(g=10N/kg)。
30.(2021 襄阳)一金属环中间结有冰块,冰块和金属环的总重为0.71N,将它们放入底面积为10cm2的圆柱形容器中恰好悬浮于水中(如图甲所示),此时冰块和金属环受到的浮力共为 N;过一段时间冰全部熔化,金属环沉入水底,容器内的水面下降了0.7cm(如图乙所示),则金属环的质量是 g。(已知ρ冰=0.9g/cm3,g取10N/kg)
三.实验探究题(共5小题)
31.(2021 鞍山)小云实验小组用如图甲所示的实验装置“探究浮力的大小跟哪些因素有关”。
(1)分析b、c两次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与 有关;
(2)分析c、d两次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与浸没深度 ;
(3)分析c、e两次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与 有关;
(4)若先完成实验c,再完成实验a,则测得的浮力将 (选填“偏大”或“偏小”);
(5)完成上述实验后,小云又利用如图乙所示的装置来测量实验中所用金属块的密度,实验过程如下:
①将空烧杯漂浮在水槽内,用刻度尺测得水面高度为h1;
②将金属块放在烧杯内,用刻度尺测得水面的高度为h2;
③ ,用刻度尺测得水面高度为h3;
④金属块的密度ρ金属= (用ρ水,h1,h2,h3表示)。
32.(2021 梧州)小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶探究浮力大小的影响因素。
(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2的是猜想 (填序号)。
常识 猜想
常识1:大小相同的木块和铁块,木块漂在水面,铁块沉在水底常识2:轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些常识3:人在水中越往深处走,觉得身体越来越轻 猜想1:浮力大小与液体的密度有关猜想2:浮力大小与物体排开液体的体积有关猜想3:浮力大小与物体的质量有关
(2)为了验证上述猜想是否正确,小丽依次做了以下实验,如图所示。
①通过A、C实验步骤,可知物体浸没在水中所受浮力大小是 N;
②通过 (填字母)实验步骤,可得猜想2是 (选填“正确”或“错误”);
③通过A、C、E实验步骤,可探究物体所受浮力大小与 有关;
④为验证猜想3,小丽将瓶子中的沙子倒掉一些,接着她仿照步骤D进行实验,发现测力计示数小于2N,继续将瓶子中的沙子倒掉一些,重复以上步骤,发现测力计示数始终小于2N,便认为猜想3是正确的,小丽在该实验环节中存在的问题是 。
33.(2021 赤峰)(1)复习“验证阿基米德原理”实验时,小明设计了如下表所示的实验数据记录表格。
①请把表格第一行中缺少的I、Ⅱ两部分内容补充完整:I ;II 。
次数 物体的所受的重力/N 物体在水中时测力计的计数/N Ⅰ 小桶和排开水所受的总重力/N 小桶所受的重力/N Ⅱ
1
2
3
……
②验证完阿基米德原理后,小组继续深入讨论时发现还可以利用其中一次的实验数据(如图所示)和水的密度算出所用物块的密度,则物块密度ρ物= kg/m3。
(2)科技制作小组在一次课外实践活动中,用一根装有适量配重的长饮料吸管,使其能竖直漂浮在水中,制成了简易密度计。为了能准确地在吸管上标注出不同液体密度所对应的刻度,则必须测量的量是 。
A.吸管的总长度
B.容器中水的深度
C.吸管浸入水中的长度
D.吸管及配重的重力
34.(2021 随州)下列甲、乙、丙、丁四幅图是某实验小组利用弹簧测力计、溢水杯、圆柱形物块、小桶和水“探究浸在液体中的物体所受浮力跟它排开液体所受重力的关系”的过程情景,其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4。
(1)在实验操作前细心的明天同学指出:在情景甲中存在错误,该错误是溢水杯中水面 。
(2)纠正错误后,该探究实验的合理顺序为 (用甲、乙、丙、丁表示)。
(3)在情景乙的测量中,溢水口还在溢水过程中,义正同学便急忙把小杯移开,开始测量小杯和溢出水的总重力,这样会导致测得“排开液体所受重力” (选填“偏小”、“不变”或“偏大”)。
(4)在完成实验之后,陶子同学发现实验桌上有一瓶用于测量密度的盐溶液,她思考之后建议:利用浮力来测量该液体的密度,经过组内一番讨论,仅增加了戊图(注意:戊图中是盐水,乙图中是水)所示情景,此时弹簧测力计示数为F5,则待测盐溶液的密度ρ液可表示为ρ水或ρ水,其中X= (用F1、F5表示)。
35.(2021 哈尔滨)春辉同学做“探究浮力大小与液体密度、物体排开液体体积的关系”实验。如图所示,A、B为同种材料的金属块(体积VA<VB),液体密度ρ浓盐水>ρ水,均在物体静止时对弹簧测力计进行读数(其中F1、F2分别为乙、丙两图中测力计示数)。
(1)如图甲所示,春辉测量金属块A所受重力为 N。
(2)他将金属块A分别浸没在浓盐水和清水中,如图乙、丙所示,初步得出的实验结论是: 相同时,液体密度越大,物体所受浮力越 。
(3)春辉又将金属块B浸没在清水中(如图丁所示),测得其受到的浮力为1.2N,春辉分析图甲、图丙和图丁得出了“浮力大小与物体排开液体体积的关系”;而玉丽同学思考:对比图甲、图乙和图丁,同时结合(2)的实验结论,是否也能分析出“浮力大小与物体排开液体体积的关系”呢?请针对玉丽的思考写出你的分析。
四.计算题(共2小题)
36.(2021 江西)地球气候变暖,冰川熔化加剧,是造成海平面变化的原因之一。小明同学根据所学知识,通过比较冰川完全熔化成水后水的体积与冰川熔化前排开海水的体积,就能推断海平面的升降。如图所示,是冰川漂浮在海面上的情景,若冰川的质量为m冰,海水的密度为ρ海,水的密度为ρ水,且ρ海>ρ水,g用符号表示。求:
(1)冰川熔化前受到的浮力;
(2)冰川熔化前排开海水的体积;
(3)冰川完全熔化成水后水的体积;
(4)推断海平面的升降,并说明理由。
37.(2021 温州)图甲所示为一种水下滑翔机,图乙是其部分结构示意图。该滑翔机通过液压泵将油在内、外油囊间来回转移,从而改变浮力大小以达到上浮和下潜的目的,再结合其它技术即可滑行,以执行海洋环境的监测任务。
(1)该滑翔机具有低能耗、高续航的特点,电池一次充电后能提供1千瓦时电能。它在整个运动过程中前进速度保持0.2米/秒,但只有9%的时间耗电,耗电时功率仅为4瓦。该滑翔机充电一次总共能航行的路程为多少千米?
(2)该滑翔机总重515牛。当外油囊中无油时,滑翔机排开水的体积为0.0495米3。已知海水密度随深度变化情况如图丙所示。当该滑翔机在600米深度悬浮时,外油囊中油的体积为多少米3?(忽略海水压强对油和滑翔机外壳体积的影响)
五.解答题(共1小题)
38.(2021 安顺)如图所示,将生鸡蛋浸没在装有适量白醋的烧杯中,反应产生的气泡会附着在蛋壳表面,随着表面气泡的增加,鸡蛋慢慢上浮。请分析说明附着大量气泡的鸡蛋上浮的原因。(不考虑白醋密度和鸡蛋质量的变化)
2021年中考物理真题汇编 第十章 浮力
参考答案与试题解析
一.选择题(共20小题)
1.(2021 陕西)将一个质量为275g的土豆放入容器内的水中,土豆下沉后静止在容器底部,如图1。小明设法在土豆上插入几个轻质的粗吸管后做成了一个“吸管土豆”,再次放回水中后“吸管土豆”浮了起来,最终漂浮在水面上,如图2(忽略吸管重力,取g=10N/kg)。下列说法正确的是( )
A.图1中静止的土豆所受浮力等于2.75N
B.土豆上插入吸管后增大了排开水的体积从而增大了所受的浮力
C.图2中土豆浮起后其下表面所受水的压力比在图1中时大
D.“吸管土豆”漂浮时所受浮力大于重力
【分析】(1)根据G=mg算出土豆的重力,由浮沉情况判断出此时的浮力;
(2)根据F浮=ρ液gV排分析所受的浮力的变化;
(3)根据p=ρgh判断出下表面受到水的压强的变化,由F=pS判断出下表面受水压力的变化;
(4)根据浮沉条件分析解答“吸管土豆”漂浮时所受浮力与重力的关系。
【解答】解:A、土豆的重力为:G=mg=275×10﹣3kg×10N/kg=2.75N,
由图1知土豆在水中沉底,则浮力小于重力,所以图1中静止的土豆所受浮力小于2.75N,故A错误;
B、土豆上插入吸管后增大了排开水的体积增大,根据F浮=ρ液gV排知所受的浮力增大,故B正确;
C、图2中土豆浮起后其下表面所处的深度减小,根据p=ρgh知下表面受到水的压强减小,由F=pS知下表面受水的压力减小,所以图2中土豆浮起后其下表面所受水的压力比在图1中时小,故C错误;
D、“吸管土豆”漂浮时所受浮力等于重力,故D错误。
故选:B。
【点评】本题综合考查了阿基米德原理公式、液体压强公式、固体压强公式以及浮沉条件的应用,掌握物体的浮沉条件时解题的根据。
2.(2021 鄂尔多斯)水平桌面上,完全相同的甲、乙、丙容器中装有三种不同液体,将同一实心小球放入容器中,静止时三容器中液面相平,如图所示。下列说法正确的是( )
A.小球所受的浮力F浮甲=F浮乙<F浮丙
B.三种液体密度的关系ρ乙<ρ甲=ρ丙
C.液体对容器底的压强p乙<p甲<p丙
D.桌面所受的压力F压甲<F压乙<F压丙
【分析】A、由图可知,小球在甲液体中处于悬浮,小球受到的浮力大小等于小球的重力大小;小球在乙液体中沉底,小球受到的浮力大小小于小球的重力大小;小球在丙液体中处于漂浮,小球受到的浮力大小等于小球的重力大小,由此可得出结论;
B、小球在甲液体中悬浮,甲液体的密度等于小球的密度;小球在乙液体中沉底,乙液体的密度小于小球的密度;小球在丙液体中处于漂浮,丙液体的密度大于小球的密度,由此可得出结论;
C、由于三容器中液面相平,即液体的深度相同,由液体对容器底的压强p=ρ液gh可知,密度大的液体对容器底的压强也大,由此可得出结论;
D、容器对桌面的压力大小等于容器中液体的重力,小球的重力,容器自重之和,由此可知,只需要比较三个容器中液体重力的大小;由图可知,甲,乙液体的体积相等,丙液体的体积最大,根据m=ρV可求出三个容器中液体的质量大小关系,根据G=mg可知三种液体的重力大小关系,由此可得出结论。
【解答】解:A、由图可知,小球在甲液体中悬浮,所以小球受到的浮力F浮甲=G球;小球在乙中沉底,所以小球受到的浮力F浮乙<G球;小球在丙中漂浮,所以小球受到的浮力F浮丙=G球;
同一实心小球,重力不变,所以小球在三种液体中受到的浮力的大小关系是F浮甲=F浮丙>F浮乙,故A错误;
B、小球在甲液体中悬浮,所以甲液体的密度ρ甲=ρ球;小球在乙中沉底,所以乙液体的密度ρ乙<ρ球;小球在丙中漂浮,所以丙液体的密度ρ丙>ρ球,同一实心小球,密度相同,所以三种液体的密度大小关系是ρ乙<ρ甲<ρ丙,故B错误;
C、三容器的液面等高,根据p=ρ液gh可知,密度大的液体对容器底的压强也大,三种液体对容器底的压强的大小关系是p乙<p甲<p丙,故C正确;
D、甲、乙、丙三个容器完全相同,三容器液面相平,由图可知三种液体的体积大小关系是V甲=V乙<V丙,
因为液体的密度关系为ρ乙<ρ甲<ρ丙,根据m=ρV可知,三容器内液体的质量大小关系是m乙<m甲<m丙;
根据G=mg可知,液体的重力的大小关系是G乙液<G甲液<G丙液;
由于容器对桌面的压力F大小等于容器中液体的重力G液,小球的重力G球,容器自重G容之和,即F=G液+G容+G球,所以桌面所受的压力大小关系是F压乙<F压甲<F压丙,故D错误。
故选:C。
【点评】本题主要考查物体漂浮条件,悬浮条件,物体沉底条件,液体压强的计算,压力的计算,其中根据小球的状态分析小球受到的浮力大小关系,液体密度关系,容器内液体体积关系是本题的难点和解题关键。
3.(2021 淄博)课外实践活动中,小雨用橡皮泥造“船”并放入水中,往所造小船中装入豆粒来观察它的承载量,如图所示。在逐渐装入豆粒的过程中(船未沉底)( )
A.小船受的浮力不变
B.小船排开水的质量变大
C.小船浸在水中的体积变小
D.小船受的浮力大于它和豆粒的总重力
【分析】A、由于小船一直漂浮在水面上(船未沉底),根据物体漂浮条件可知,小船受到的浮力大小等于小船和豆粒的总重力的大小,由题意可知,在逐渐装入豆粒的过程中,小船和豆粒的总重力在逐渐变大,由此可得出结论;
B、由于小船受到的浮力逐渐变大,根据阿基米德原理F浮=G排可知,小船排开水的重力也逐渐变大,根据m=可知,小船排开水的质量也变大,由此可得出结论;
C、根据F浮=ρ水gV排可知,小船受到的浮力变大,小船排开水的体积也变大,由此可得出结论;
D、由于小船一直漂浮在水面上(船未沉底),根据物体漂浮条件可知,小船受到的浮力大小等于小船和豆粒的总重力的大小,由此可得出结论。
【解答】解:A、由于小船一直漂浮在水面上(船未沉底),根据物体漂浮条件F浮=G物可知,小船受到的浮力大小等于小船和豆粒的总重力的大小,由题意可知,在逐渐装入豆粒的过程中,小船和豆粒的总重力逐渐变大,由此可知,小船受到的浮力逐渐变大,故A错误;
B、由于小船受到的浮力逐渐变大,根据阿基米德原理F浮=G排可知,小船排开水的重力也逐渐变大,根据m=可知,小船排开水的质量也变大,故B正确;
C、根据F浮=ρ水gV排可知,当ρ水、g一定时,小船受到的浮力变大,小船排开水的体积也变大,故C错误;
D、由于小船一直漂浮在水面上(船未沉底),根据物体漂浮条件F浮=G物可知,小船受到的浮力大小等于小船和豆粒的总重力的大小,故D错误。
故选:B。
【点评】本题主要考查物体的漂浮条件,阿基米德原理,其中正确分析小船受到的浮力大小的变化是解题的关键。
4.(2021 济南)学习浮力时,老师组织同学们进行了以下体验活动:将一个密闭的圆柱形空筒放在装有水的深桶中,如图所示用手试着慢慢把它竖直压入水中,体会手的感受;空筒全部没入水中后,继续试着把它压向桶底,体会手的感受。根据活动中的感受,大家提出了以下四个问题。其中最有探究价值且易于探究的科学问题是( )
A.手的感受与物体所受到的浮力大小有什么关系
B.浮力的大小与浸入液体的物体形状有什么关系
C.浮力的大小与物体排开液体的体积有什么关系
D.浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系
【分析】A、本实验中是通过手的感受来反映浮力的大小,所以探究手的感受与浮力大小有什么关系没有探究价值;
B、因为空筒压入水中,形状没有发生变化,所以无法探究浮力的大小与物体形状的关系;
CD、用手缓慢把空筒压入水中,随着物体浸入液体中的深度增加(排开水的体积增大),手感受到的浮力也在增加,当物体全部浸没后,物体浸入的深度增加,手感受到的浮力几乎不变;从最容易想到、最有探究价值且易于探究的角度进行解答。
【解答】解:
A、本实验中是通过手的感受来反映浮力的大小,所以探究手掌的感受与浮力大小有什么关系没有探究价值,故A错误;
B、因为空筒压入水中,形状没有发生变化,所以无法探究浮力的大小与当入液体中物体形状的关系,故B错误;
CD、用手缓慢把空筒压入水中,随着空筒浸入液体中的深度增加,手感受到的浮力也在增加;当空筒全部浸没后,空筒浸入的深度增加,手感受到的浮力几乎不变,所以最容易想到的科学问题是浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系;
虽然“浮力的大小与物体浸入液体的深度有什么关系”这个问题不是很全面、也不是很准确,但这是初次接触浮力知识最容易想到、最有探究价值且易于探究的问题,故D正确,C错误。
故选:D。
【点评】本题主要考查科学探究的七个环节中的提出问题,提出问题时要透过现象看本质。
5.(2021 南通)如图,把小石块挂在弹簧测力计上,示数为2.5N,再将石块浸没在盐水中,示数变为1.5N,利用以上信息能求解的物理量是( )
A.石块的体积 B.排开盐水的重
C.石块的密度 D.盐水的密度
【分析】把小石块挂在弹簧测力计上,示数为2.5N,则石块的重力为2.5N,再将石块浸没在盐水中,示数变为1.5N,根据称重法可知石块所受浮力;据阿基米德原理可知排开盐水的重力。
【解答】解:把小石块挂在弹簧测力计上,示数为2.5N,则石块的重力为2.5N,
再将石块浸没在盐水中,示数变为1.5N,根据称重法可知石块所受浮力F浮=G﹣F示=2.5N﹣1.5N=1N;
根据阿基米德原理可知排开盐水的重G排=F浮=1N。
由于条件有限,无法计算石块的体积、密度和盐水的密度。
故选:B。
【点评】本题考查浮力计算的有关问题,需灵活运用相关公式进行解题。
6.(2021 盐城)如图所示,小聪用一个长方体铝块探究影响浮力大小的因素。他先后将该铝块平放、侧放和竖放,使其部分浸入同一杯水中,保证每次水面到达同一标记处,比较弹簧测力计示数大小。该实验探究的是下列哪个因素对浮力大小的影响( )
A.液体的密度 B.物体的密度
C.物体排开液体的体积 D.物体浸入液体的深度
【分析】影响浮力的因素是液体的密度和排开液体的体积,根据控制变量法分析解答即可。
【解答】解:他先后将该铝块平放、侧放和竖放,使其部分浸入同一杯水中,液体的密度相同,每次水面到达同一标记处,说明物体排开水的体积相同,物体进入水的深度不同,比较弹簧测力计示数大小,可以探究浮力与物体浸入液体的深度的关系,故D正确。
故选:D。
【点评】本题考查了影响浮力因素的实验探究,掌握控制变量法是解题的关键。
7.(2021 常州)2021年3月23日,巴拿马籍大型货轮“长赐号”在苏伊士运河搁浅,如图甲所示。28~29日,海水涨潮、运河水位持续上升,28日“长赐号”仍处于搁浅状态,29日“长赐号“脱离运河河底,随着水位上升船身逐渐升高,最终如图乙所示。28~29日,海水涨潮、运河水位持续上升过程中,“长赐号”受到的浮力( )
A.一直变大 B.先变大后不变
C.一直不变 D.先不变后变大
【分析】根据阿基米德原理F浮=ρgV排可知,浮力的大小与液体的密度和排开的液体的体积有关;据此分析涨潮时长赐号脱离运河河底前和脱离运河河底后排开水的体积变化,根据阿基米德原理分析浮力大小的变化。
【解答】解:图甲中“长赐号”搁浅时受力平衡,受到三个力的作用:竖直向下的重力、竖直向上的支持力和浮力,则受到的浮力小于重力;
随着水位上升,在“长赐号“脱离运河河底漂浮前的过程中,长赐号排开的水的体积逐渐变大,根据阿基米德原理F浮=ρgV排可知,受到的浮力逐渐变大;
图乙中“长赐号“漂浮后,随着水位继续上升的过程中,船身逐渐升高,但排开水的体积不变,受到的浮力不变。
故选:B。
【点评】本题考查了阿基米德原理的灵活应用,正确判断排开水的体积变化是解题的关键。
8.(2021 百色)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,静止时的位置如图所示。则下列说法正确的是( )
A.鸡蛋在乙杯中受到的浮力大
B.鸡蛋在甲、乙两杯中受到的浮力一样大
C.鸡蛋的密度大于甲杯中盐水的密度
D.鸡蛋的密度等于乙杯中盐水的密度
【分析】(1)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;
(2)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。
【解答】解:AB.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,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A错误,B正确;
C,鸡蛋在甲杯中处于悬浮状态,所以鸡蛋的密度等于甲杯盐水的密度,即ρ鸡蛋=ρ甲,故C错误;
D.鸡蛋在乙杯中处于漂浮状态,所以鸡蛋的密度小于乙杯盐水的密度,即ρ鸡蛋<ρ乙,故D错误。
故选:B。
【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。
9.(2021 德阳)2020年11月10日,中国载人潜水器“奋斗者”号在西太平洋马里亚纳海沟成功坐底,创造了中国载人深潜的新纪录,标志着我国的深潜事业又迈上了一个崭新的台阶。如图所示,假设海水的密度不变,在“奋斗者”号潜水器下潜过程中,下列分析合理的是( )
A.潜水器所受海水对它的压强大小不变
B.潜水器始终只受到海水对它向下的压强
C.潜水器所受到的浮力随深度的增大而增大
D.潜水器所受浮力的大小始终等于它排开海水的重力
【分析】(1)海水密度不变,由公式p=ρgh可知潜水器在不断下潜时受到海水的压强的变化。
(2)在液体内部,液体向各个方向都有压强;
(3)根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排和排开海水的体积变化判断出潜水器受到海水浮力的变化;
(4)由阿基米德原理F浮=G排可知浸没液体中受到液体的浮力等于排开液体的重力。
【解答】解:
A、潜水器在下潜的过程中,深度增加,由p=ρgh可知,潜水器受到海水的压强变大,故A错误;
B、因为在液体内部,液体向各个方向都有压强,所以潜水器不只是受到海水对它向下的压强,故B错误;
C、潜水器浸没海水中后继续下潜过程中,排开海水的体积不变,海水密度不变,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,潜水器受到的浮力不变,故C错误;
D、潜水器在下潜的过程中,由阿基米德原理F浮=G排可知受到的浮力等于排开海水的重力,故D正确。
故选:D。
【点评】本题考查液体压强公式、阿基米德原理的应用,以及对液体内部压强特点的认识,属于基础题目。
10.(2021 凉山州)如图所示,将一个空心铁球浸没入水中,放手后铁球恰好悬浮,若沿虚线方向将铁球切成大小不等的两块,则( )
A.大块的将下沉,小块的将上浮
B.大块的将上浮,小块的将下沉
C.两块都将上浮
D.两块都将下沉
【分析】当物体密度等于液体密度时,物体悬浮;当物体密度小于液体密度时,物体漂浮;当物体密度大于液体密度时,物体下沉。
【解答】解:空心铁球悬浮在水中,说明物体的密度与水的密度相同,将它沿图示虚线切为大小不等的两块后,小块为实心,故小块密度大于水的密度,大块仍为空心,密度小于水的密度,所以大块将上浮,小块将下沉。
故选:B。
【点评】本题考查物体的沉浮条件的应用,关键知道密度是物体的一种属性,它不随物体体积和质量的变化而变化,还要知道物体悬浮时,物体的密度等于液体的密度。
11.(2021 永州)如图所示,底面积相同的甲、乙两个容器放在水平桌面上,容器内的水面相平。现将a、b两个体积相同的实心物体分别放入甲、乙两个容器内,静止时a沉在甲容器底部,b悬浮在乙容器的水中。下列说法正确的是( )
A.a、b两物体的密度ρa=ρb
B.a、b两物体的质量ma<mb
C.a、b两物体所受的浮力Fa>Fb
D.放入a、b两物体后,甲、乙容器底部所受水的压强p甲>p乙
【分析】(1)物体的浮沉条件:ρ物>ρ液,下沉;ρ物=ρ液,悬浮;ρ物<ρ液,上浮;
(2)体积相同的物体,质量与密度成正比;
(3)在液体密度相同时,物体受到的浮力与排开液体的体积成正比;
(4)在液体密度相同时,液体产生的压强与深度成正比。
【解答】解:A、将a、b两个物体分别放入甲、乙两个容器内,静止时a沉在甲容器底部,b悬浮在乙容器的水中。由物体浮沉条件知:ρa>ρ水,ρb=ρ水。故A错误;
B、由上知,ρa>ρ水,ρb=ρ水。所以ρa>ρb。已知a、b体积相同,由公式m=ρV知,ma>mb。故B错误;
C、已知a、b体积相同,静止时a沉在甲容器底部,b悬浮在乙容器的水中。所以两个物体排开水的体积V排相同。由F浮=ρ液gV排知,两个物体受到的浮力相同,即Fa=Fb。故C错误;
D、已知a、b体积相同,甲、乙两个容器的底面积相同且容器内的水面相平。将两个物体分别放入甲、乙两个容器内,甲容器内水面上升幅度更大,也就是增加的深度更大。由p=ρgh知:放入a、b两物体后,甲、乙容器底部所受水的压强p甲>p乙。故D正确。
故选:D。
【点评】此题是一道力学综合题,考查了物体浮沉条件、密度计算公式、阿基米德原理和液体压强公式的应用,熟悉基本规律,确定两个物体与水的密度关系,是正确解答此题的第一步。
12.(2021 株洲)如图,我国一艘第三代093B型攻击核潜艇在一次军事演习中,停在水面下200m处,后根据演习指令,下潜至300m处悬停,在此过程中( )
A.只需向水舱内充水
B.只需水舱向外排水
C.需先水舱向外排水,后向水舱内充水
D.需先向水舱内充水,后水舱向外排水
【分析】核潜艇悬停时受到的重力和浮力大小相等、方向相反,是一对平衡力,平衡力合力为零;核潜艇完全没入水面之后,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,受到的浮力不变,核潜艇要继续下潜,需要重力大于浮力,据此分析。
【解答】解:核潜艇悬停时受到的重力和浮力大小相等、方向相反、作用在同一个物体上,作用在同一条直线上,是一对平衡力,平衡力合力为零;核潜艇完全没入水面之后,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,受到的浮力不变,核潜艇要继续下潜,需要重力大于浮力,需先向水舱内充水,下潜至300m处悬停,此时重力需要等于浮力,由于浮力不变,所以需要水舱向外排水,使重力等于浮力核潜艇才能悬停在300m处。
综上分析可知,D正确,ABC错误。
故选:D。
【点评】此题考查平衡力和阿基米德原理,是一道综合性较强的题目,但总体难度不大,掌握基础知识即可正确解题。
13.(2021 广州)将体积相同的甲、乙实心球放入装有水的烧杯中。若甲、乙所受的重力和排开水所受的重力如下表。则两球静止在水中时的情形可能是( )
实心球 实心球所受的重力/N 排开水所受的重力/N
甲 1 1
乙 2 1
A. B. C. D.
【分析】根据表格数据可知,甲、乙实心球的重力和排开水所示的重力,根据阿基米德原理可知两球受到的浮力,比较两球受到的浮力和重力关系判断它们的状态,然后结合选项得出答案。
【解答】解:由表格数据可知,G甲=1N,G乙=2N,G排甲=1N,G排乙=1N,
由阿基米德原理可得,甲、乙实心球受到的浮力F浮甲=1N,F浮乙=1N,
由F浮甲=G甲、F浮乙<G乙可知,两球静止在水中时,甲球悬浮或漂浮,乙球沉底;
因两球受到的浮力大小相等,则由阿基米德原理可知V排甲=V排乙,
已知两实心球的体积相等,要排开水的体积相等,则甲球只能是浸没在水中处于悬浮状态,结合选项可知,C选项正确。
故选:C。
【点评】本题考查了物体浮沉条件和阿基米德原理的应用,从表格中获取有用的信息是关键。
14.(2021 眉山)放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器(容器质量不计)底面积为10﹣4m2,将一体积为2×10﹣4m3的木块放入水中静止时,有体积露出水面,如图甲所示;用一根质量和体积不计的细线把容器底和木块底部中心连接起来,如图乙所示。下列说法中错误的是(已知:水的密度为ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)( )
A.木块的密度为0.8×103kg/m3
B.木块漂浮时排开水的质量为160g
C.浸没水中时细线对木块的拉力为0.6N
D.甲、乙两图所示情况,容器对水平桌面的压强相等
【分析】(1)图甲中木块漂浮在水面上,有体积露出水面,此时受到的浮力和自身的重力相等,据此列出等式,根据阿基米德原理和G=mg=ρVg算出木块的密度;
(2)木块漂浮时,求出排开水的体积,然后根据m=ρV求出排开水的质量;
(3)图乙中,木块浸没水中,根据F浮=ρ水gV排算出物体浸没在水中时物块A受到的浮力,根据平衡力算出浸没水中时细线对A的拉力;
(4)甲、乙两图所示情况,容器里的水和木块仍然在容器中,总重力仍等于木块、水、容器的重力之和,总重力不变,对桌面的压力不变,根据p=判断出容器对桌面压强的变化。
【解答】解:
A、木块处于漂浮状态,有体积露出水面,则V排=(1﹣)V木=V木,
此时浮力等于重力,即:F浮=G,根据阿基米德原理和G=mg=ρVg得,ρ水g(1﹣)V木=ρ木gV木,
所以,ρ木=ρ水=×1.0×103kg/m3=0.8×103kg/m3,故A正确;
B、木块漂浮时,排开水的体积:V排=V木=×2×10﹣4m3=1.6×10﹣4m3,
根据ρ=可得排开水的质量:m排=ρ水V排=1.0×103kg/m3×1.6×10﹣4m3=0.16kg=160g,故B正确;
C、图乙中,木块浸没水中受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=2N;
木块的重力为:G木=ρ木gV木=0.8×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=1.6N;
则木块浸没水中时细线对木块的拉力为:F拉=F浮﹣G木=2N﹣1.6N=0.4N,故C错误;
D、甲、乙两图所示情况,木块和水仍然在容器中,总重力仍等于木块、水、容器的重力之和,总重力不变,对桌面的压力不变,根据p=知容器对桌面的压强不变,故D正确。
故选:C。
【点评】本题考查了阿基米德原理、密度、固体压强、物体的沉浮条件的应用、液体压强等知识,能够判断出甲、乙两图所示情况容器的总重力不变是关键。
15.(2021 襄阳)刘星取一只空牙膏皮,一次将它挤瘪,一次将它撑开,两次都拧紧盖后,先后放入桌面上同一杯水中,结果如图甲、乙所示。下列说法正确的是( )
A.牙膏皮在甲中受到的浮力大
B.牙膏皮在乙中受到的浮力大
C.牙膏皮在甲、乙中受到的浮力一样大
D.牙膏皮在甲、乙中受到的浮力无法比较
【分析】(1)质量是物体本身的一种性质,与形状、位置、温度、状态无关;
(2)根据浮力与重力的关系判断出浮力的大小。
【解答】解:牙膏皮的形状发生变化,但质量不变,所以m甲=m乙;故甲乙的重力相等都为G,
甲下沉,F浮<G,乙漂浮,F浮=G,所以F甲浮<F乙浮,故B正确,ACD错误
故选:B。
【点评】本题通过一个简单的现象,考查了质量、浮力、物体浮沉条件有关知识应用,关键能够判断出两种情况下浮力的大小关系。
16.(2021 烟台)小明同学在一根细木棒的下端缠绕了一些铁丝然后将它分别置于甲,乙两杯液体中,静止时的状态如图所示,下列说法正确的是( )
A.甲杯液体的密度较大
B.乙杯液体的密度较大
C.木棒在甲杯液体中受到的浮力较大
D.木棒在乙杯液体中受到的浮力较大
【分析】细木棒在甲、乙两种液体中都漂浮,所受浮力都等于木棒重,受浮力相等,再结合阿基米德原理分析即可。
【解答】解:(1)物体的质量不变,在两液体中均处于漂浮状态,则说明在两种液体中所受浮力相同;故CD错误;
(2)当F浮相同时,V排大的液体密度小,由图知甲V排的大,所以甲的密度小,乙液体的密度大,故B正确,A错误。
故选:B。
【点评】本题考查物体的浮沉条件,物体的浮沉条件为中考中的热点,注意漂浮时物体所受的浮力等于物体所受的重力。
17.(2021 贵港)2020年11月28日上午8时30分许,随着一阵汽笛声响,在马里亚纳海沟结束科考任务的“探索一号”科考船,搭载成功实现10909米坐底纪录的“奋斗者”号胜利返航。若海水密度为1.03×10 kg/m ,“奋斗者”号在海面下下潜的过程中,下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号受到的海水的压强不变,受到的海水的浮力不变
B.“奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力不变
C.“奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力变大
D.“奋斗者”号受到的海水的压强变小,受到的海水的浮力变小
【分析】“奋斗者”科考船没入海水中后,所排开的水的体积不变,但下潜过程中,深度变大,根据阿基米德原理和液体压强与深度的关系得出答案。
【解答】解:AB、奋斗者下潜的过程中,所处深度h增大,水的密度ρ水不变,由p=ρ水gh可知,它受到的压强变大,故B正确,A错误。
CD、奋斗者没入海水中后,下潜的过程中,排开海水的体积V排不变,由于水的密度ρ水不变,则根据F浮=ρ水gV排可知:受到的浮力不变,故CD错误。
故选:B。
【点评】本题考查了学生对液体压强公式和阿基米德原理公式的掌握和运用,抓住下潜时深度变大、排开水的体积不变是本题的关键。
18.(2021 黑龙江)质量相等的A、B两实心物块,密度之比ρA:ρB=3:2,分别放入足够多的水中,物块所受浮力分别为FA和FB,当两物块静止时所受浮力FA与FB之比不可能的是( )
A.1:1 B.2:3 C.ρ水:ρA D.ρ水:ρB
【分析】根据A、B两实心物块的质量和密度之比得出体积之比;列举物块在水中存在状态,根据阿基米德原理和物体的浮沉条件分析。
【解答】解:质量相等的A、B两实心物块,密度之比ρA:ρB=3:2,根据ρ=可知,其体积之比为:VA:VB=2:3;
A、B两实心物块,分别放入足够多的水中,若两个物体在水中都处于漂浮状态,则受到的浮力等于其重力,根据G=mg可知,物体的重力相同,则浮力相同,即FA:FB=1:1;
若两个静止时,都全部浸入水中,根据F浮=ρ水gV排可知,其浮力之比等于排开的水的体积之比,也等于A、B两实心物块的体积之比,即FA:FB=2:3;
由于A的密度大于B的密度,当A在水中下沉,B在水中漂浮时,则A受到的浮力为:F浮A=ρ水gVA,B受到的浮力为:F浮B=GB=ρBgVB,FA:FB=(ρ水gVA):(ρBgVB)=(2ρ水):(3ρB);由于ρA:ρB=3:2,则:(ρ水gVA):(ρBgVB)=ρ水:ρA;
综上所述,不可能得到D。
故选:D。
【点评】本题考查了阿基米德原理的应用、物体浮沉条件的应用,能分析出两个物体在水中的状态是解题的关键。
19.(2021 广东)小明看到清淤作业人员正在将水塘底部的淤泥搬运到船上。他想:水面高度会变化吗?于是进行了探究:首先,将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中,如图所示;然后,将石块a从水中拿出并轻轻放在木块b上,它们处于漂浮状态,则水面高度将( )
A.下降 B.上升 C.不变 D.无法判断
【分析】由图可知,b漂浮,F浮b=Gb,a沉底,F浮a<Ga,
将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中,把a、b当做一个整体分析,由题意可知都是处于漂浮状态,所以受到的浮力相等,等于它们的总重力,由阿基米德原理F浮=ρ水V排g分析。
【解答】解:由图可知,b漂浮,F浮b=Gb,a沉底,F浮a<Ga,
.将石块a轻轻放在木块b上,它们处于漂浮状态,则F浮(a+b)=Ga+Gb,
可得F浮(a+b)>F浮a+F浮b,由阿基米德原理F浮=ρ水V排g可知,将石块a轻轻放在木块b上后,a、b排开水的体积比原来变大了,则水面高度将升高。
故选:B。
【点评】本题考查了学生对阿基米德原理、物体的漂浮条件的掌握和运用,根据阿基米德原理分析出浮力的变化是解题的关键。
20.(2021 北京)测量工具为我们的工作和生活带来了极大的便利,而成功制作测量工具需要科技人员的创造性劳动,小慧通过自制密度计。体验动手与动脑相结合的劳动过程。她在粗细均匀的木棒一端缠绕一些细铜丝制成简易密度计(未标刻度)。该密度计放在水和酒精中时均竖直漂浮,露出液面的长度用L表示(如图所示),已知酒精的密度为0.8g/cm3,水的密度为1.0g/cm3。为了给简易密度计标刻度,小慧将该密度计放入酒精中,密度计静止时L为6cm,她在密度计上距顶端6cm处标记刻度线,该刻度线对应的密度值为0.8g/cm3。小慧将该密度计放入水中,密度计静止时L为8cm,她在密度计上距顶端8cm处标记刻度线,该刻度线对应的密度值为1.0g/cm3。利用上述数据,可计算出该密度计上对应密度值为1.25g/cm3的刻度线到密度计顶端的距离为(忽略铜丝的体积)( )
A.9.2cm B.9.6cm C.10cm D.10.4cm
【分析】设木棒长度为h,底面积为S,密度计重力为G,根据密度计漂浮在液面上时,F浮=G,分别列出在酒精和水中的等式,求得木棒的长度,然后将其带入密度计上对应密度值为1.25g/cm3的刻度线时的等式即可求得答案。
【解答】解:设木棒长度为h,底面积为S,密度计重力为G,小慧将该密度计放入酒精中,密度计静止时L为6cm,ρ酒精=0.8g/cm3=0.8×103kg/m3,
由F浮酒精=G,可得:ρ酒精gV排酒精=G,
即[(h﹣0.06m)S]×0.8×103kg/m3×10N/kg=G﹣﹣﹣﹣﹣①,
小慧将该密度计放入水中,密度计静止时L为8cm,ρ水=1.0g/cm3=1.0×103kg/m3,
由F浮水=G,可得:
[(h﹣0.08m)S]×1.0×103kg/m3×10N/kg=G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
由①②可得,h=0.16m;
设该密度计上对应密度值为1.25g/cm3的刻度线到密度计顶端的距离为L′,
则[(h﹣L′)S]×1.25×103kg/m3×10N/kg=G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
将h=0.16m分别代入②和③,并将②③联立,
解得L=0.096m=9.6cm。
故选:B。
【点评】此题考查物体浮沉条件的应用和阿基米德原理的应用,主要是漂浮时F浮=G的应用,同时考查学生的数学计算能力。
二.填空题(共10小题)
21.(2021 鞍山)将一块质量为60g、体积为100cm3的物块浸没在水中后放手,物块最终处于 漂浮 (选填“沉底”、“悬浮”或“漂浮”)状态,此时物块浸入水中的体积是 60 cm3,物块受到的浮力为 0.6 N。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
【分析】(1)利用物体的浮沉条件判定,物体完全浸没时浮力与重力的关系,得出物体漂浮在水面上;
(2)物体漂浮在水面上,浮力等于物体重力;
(3)利用F浮=ρ水gV排可求此时物块浸入水中部分的体积。
【解答】解:(1)物体完全浸没时受到的浮力F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣6m3=1N;
物体的重力G=mg=60×10﹣3kg×10N/kg=0.6N;
G物<F浮,物体上浮,最后漂浮;
(2)物体浮在水面上,所以F浮′=G物=0.6N。
(3)根据F浮=ρ水gV排可得,物块浸入水中部分的体积:
V浸=V排′===6×10﹣5m3=60cm3。
故答案为:漂浮;60;0.6。
【点评】本题考查了物体的浮沉条件以及阿基米德原理的理解和运用。
22.(2021 兴安盟)如图甲所示,底面积S为25cm2的圆柱形平底容器内装有适量的未知液体,将容器放入水中处于直立漂浮状态,容器下表面所处深度h1=10cm,该容器受到的浮力是 2.5 N;如图乙所示,从容器中取出100cm3的液体后,当容器下表面所处深度h2=6.8cm时,该容器仍处于直立漂浮状态,则未知液体的密度是 0.8×103 kg/m3。(g取10N/kg)
【分析】(1)知道容器下表面深度和底面积求出容器排开水的体积,根据阿基米德原理求出容器受到的浮力。
(2)根据减小的浮力等于减小的重力列出等式求解。
【解答】解:(1)容器排开水的体积:V排=Sh1=25cm2×10cm=250cm3=2.5×10﹣4m3,
容器受到水的浮力为:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2.5×10﹣4m3=2.5N。
(2)从容器中取出100cm3的液体后,容器下表面所处的深度h2=6.8cm=0.068m,
容器减少的浮力为:△F浮=ρ水g△V排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2.5×10﹣3m2×(0.1﹣0.068)m=0.8N。
减小的浮力等于减小的重力,
所以,△F浮=G液减=0.8N,
所以从容器中取出液体的质量为:m===0.08kg=80g,
液体的密度为:ρ===0.8g/cm3。
故答案为:2.5;0.8×103。
【点评】物体漂浮时,变化的浮力等于变化的重力,在浮力计算中应用很广泛,要熟练掌握。
23.(2021 柳州)漂浮在水面上的物体受到的浮力的大小 等于 被物体排开的水的重力, 等于 物体受到的重力。(均选填“大于”、“等于”或“小于”)
【分析】根据阿基米德原理和漂浮的条件分析解答。
【解答】解:由阿基米德原理知漂浮在水面上的物体受到的浮力的大小等于被物体排开的水的重力;
由漂浮的条件知:漂浮在水面上的物体受到的浮力等于物体受到的重力。
故答案为:等于;等于。
【点评】本题考查了阿基米德原理和漂浮条件的应用,是一道基础题。
24.(2021 淮安)将一个质量为80g、体积为100cm3的实心物体浸没于水中,此时该物体所受浮力大小为 1 N,松手后该物体将 上浮 (填“上浮”、“悬浮”或“下沉”)。(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
【分析】物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,根据阿基米德原理求出此时物体受到的浮力,知道物体的质量,根据G=mg求出物体的重力;再比较物体受到的浮力和重力的大小关系判断松手后物体的浮沉情况。
【解答】解:物体浸没在水中时,V排=V=100cm3,物体受到的浮力为:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×100×10﹣6m3=1N;
物体的质量为:m=80g=0.08kg,
物体的重力为:
G=mg=0.08kg×10N/kg=0.8N;
所以F浮>G,则松手后物体将上浮,最后漂浮。
故答案为:1;上浮。
【点评】本题考查了浮力、重力的计算以及物体浮沉条件的应用,有一定的综合性。
25.(2021 镇江)我国“奋斗者”号成功下潜至10909米的深海处,达到了全球深海探测的制高点。如图所示,某潜水器由舱体和油囊两部分构成,质量为M、体积为V,悬停在深海中甲处。从舱内向油囊注入质量为m的油后,潜水器的体积增大了0.1V,此时潜水器将 上浮 (填“上浮”或“下沉”),最终悬停在乙处,则潜水器在乙处所排开海水的质量为 M ,乙处海水的密度为 。(上述过程无其他动力)
【分析】(1)对比从舱内向油囊注入质量为m的油后,潜水器所受浮力和重力的大小关系,从而得出此时潜水器的浮沉情况;
(2)根据悬浮条件,判断悬停在乙处时,潜水器在所排开海水的质量及乙处海水密度。
【解答】解:
(1)从舱内向油囊注入质量为m的油后,潜水器的质量不变,潜水器的体积变为1.1V,它排开海水的体积变大为1.1V,根据阿基米德原理可知:F浮=ρ海水gV排,在海水密度一定时,潜水器所受浮力增大,使得它受到的浮力大于其重力,故潜水器将上浮;
(2)潜水器悬停在乙处时,F浮=G排=G潜,则潜水器排开海水的质量为:m排=m潜=M、乙处海水的密度为:ρ海水=ρ潜===。
故答案为:上浮;M;。
【点评】这道题主要考查物体的浮沉条件,但解题时需结合阿基米德原理,密度公式等相关内容,属于难点。这类题目解题关键就是掌握求浮力的不同方法,并适当综合应用。
26.(2021 徐州)如图所示,用塑料瓶制成的潜水艇模型悬浮于水中,此时模型受到的浮力 = 重力(填“>”、“<”或“=”)。当通过进排气管向瓶中打气时,瓶内气体的压强将 变大 ,模型将上浮。在上浮过程中,水对模型底部的压强将 变小 (以上两空填“变大”、“变小”或“不变”)。
【分析】物体悬浮时,浮力等于自身重力;
通过进排气管向瓶中打气时,瓶内气体的压强将变大;
在上浮过程中,模型底部所处深度变小,根据p=ρ水gh可知水对模型底部的压强的变化情况。
【解答】解:如图所示,用塑料瓶制成的潜水艇模型悬浮于水中,此时模型受到的浮力等于重力;
当通过进排气管向瓶中打气时,瓶内气体的压强将变大,模型将上浮;
在上浮过程中,模型底部所处深度变小,根据p=ρ水gh可知水对模型底部的压强将变小。
故答案为:=;变大;变小。
【点评】本题考查物体浮力和压强的有关知识,属于对基础知识的考查,难度不大。
27.(2021 丹东)如图所示,有一实心长方体悬浮在油和盐水中,浸在油中和盐水中的体积之比为3:2。则该物体在油中受到的浮力与物体的重力之比为 7:15 ;该物体密度为 0.9×103 kg/m3。(ρ油=0.7×103kg/m3,ρ盐水=1.2×103kg/m3)
【分析】设长方体的体积为V,且浸在油中和盐水中的体积之比为3:2,根据阿基米德原理得出物体在油中受到的浮力和物体在盐水中受到的浮力的表达式,
根据重力和密度公式可知该物体的重力表达式,长方体悬浮,F浮=G,据此得出该物体的密度。进而得出该物体在油中受到的浮力与物体的重力之比。
【解答】解:设长方体的体积为V,且浸在油中和盐水中的体积之比为3:2,
该物体在油中受到的浮力F浮油=ρ油gV排油,
该物体在盐水中受到的浮力F浮盐水=ρ盐水gV排盐水,
根据重力和密度公式可知该物体的重力G=mg=ρ物gV,
长方体悬浮,F浮=G,即:ρ油gV排油+ρ盐水gV排盐水=ρ物gV,
代入数据可得:0.7×103kg/m3×10N/kg×V+1.2×103kg/m3×10N/kg×V=ρ物gV,
解出:ρ物=0.9×103kg/m3;
则该物体在油中受到的浮力与物体的重力之比为:==×=×=。
故答案为:7:15;0.9×103。
【点评】本题考查阿基米德原理的应用和密度的计算,综合性强,有一定难度。
28.(2021 桂林)如图所示,充满氢气的气象探测气球携带探空仪(体积不计)在高空测量,工作完毕后释放部分氢气,气球体积缩小,所受浮力随之 变小 ,气球下落。气球球囊(厚度不计)、细绳及探空仪的总质量为m0,空气密度为ρ空,当它恰能缓慢下降时,球内氢气密度为ρ氢,此时气球的体积为 (用题中已知物理量表示)。
【分析】利用公式F浮=ρ空气gV排分析浮力的变化;
根据二力平衡分析浮力的大小,根据阿基米德原理求出浮力,根据浮力等于重力求出体积的大小。
【解答】解:工作完毕后释放部分氢气,气球体积缩小,F浮=ρ空气gV排可知,气球所受浮力随之变小;
气球恰能缓慢下降时,气球受到的浮力和重力是一对平衡力,大小相等,所以浮力为:F浮=G=m0g+ρ氢gV;
根据阿基米德原理可知:F浮=ρ空gV;
则:ρ空gV=m0g+ρ氢gV;
所以气球的体积为:V=。
故答案为:变小;。
【点评】本题考查了阿基米德原理、物体浮沉条件的应用,利用好二力平衡是解题的关键。
29.(2021 益阳)在弹簧测力计下端悬挂一个金属零件,测力计的示数是5N。当把零件浸没在密度为0.9×103kg/m3的液体中时,测力计的示数变为3.2N。金属零件在液体中受到的浮力是 1.8 N,其体积为 2×10﹣4 m3(g=10N/kg)。
【分析】(1)已知零件的重力G、零件浸没在液体中时的示数F示,由公式F浮=G﹣F示可求得浮力大小;
(2)物体浸没在液体中时,V排=V物,由公式F浮=ρ液gV排可求得零件的体积。
【解答】解:(1)零件的重力为:G=F示1=5N
零件的浮力为:F浮=G﹣F示2=5N﹣3.2N=1.8N;
(2)零件的体积为:V零=V排===2×10﹣4m3。
故答案为:1.8;2×10﹣4。
【点评】本题考查应用称重法计算浮力,以及利用浮力计算公式F浮=ρ液gV排求物体的体积,难度不大。
30.(2021 襄阳)一金属环中间结有冰块,冰块和金属环的总重为0.71N,将它们放入底面积为10cm2的圆柱形容器中恰好悬浮于水中(如图甲所示),此时冰块和金属环受到的浮力共为 0.71 N;过一段时间冰全部熔化,金属环沉入水底,容器内的水面下降了0.7cm(如图乙所示),则金属环的质量是 8 g。(已知ρ冰=0.9g/cm3,g取10N/kg)
【分析】(1)利用物体的浮沉条件中的悬浮,F浮=G物算出冰块和金属环受到的浮力;
(2)设整个冰块的体积为V,其中冰的体积为V1,根据冰熔化为水时,质量保持不变,但体积减小,以体积的减少量作为等量关系,可列出方程,即可求出冰块中冰的体积,根据密度公式算出冰的质量,用总质量减去冰的质量就是金属环的质量。
【解答】解:(1)冰块和金属环悬浮在液体中,浮力等于重力,
所以冰块和金属环受到的浮力共为:
F浮=G=0.71N;
(2)设整个冰块的体积为V,其中冰的体积为V1,金属环的体积为V2;冰和金属环的总质量为m===0.071kg=71g,其中冰的质量为m1,金属环的质量为m2。
由题意得,冰的体积减去熔化成水后的体积,就是水面下降的体积,由于质量不变,
根据密度公式可知:V1﹣=0.7cm×10cm2=7cm3,
则:V1﹣V1=7cm3,即:V1=70cm3,
冰的质量为:m1=ρ冰V1=0.9g/cm3×70cm3=63g,
金属环的质量为:m2=m﹣m1=71g﹣63g=8g。
故答案为:0.71;8。
【点评】此题主要考查学生对密度的计算,密度公式的应用,物体的浮沉条件及其应用,此题虽然涉及到的知识点不是很多,但是难度较大,属于难题。
三.实验探究题(共5小题)
31.(2021 鞍山)小云实验小组用如图甲所示的实验装置“探究浮力的大小跟哪些因素有关”。
(1)分析b、c两次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与 物体排开液体的体积 有关;
(2)分析c、d两次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与浸没深度 无关 ;
(3)分析c、e两次实验可知:浸在液体中的物体受到浮力的大小与 液体的密度 有关;
(4)若先完成实验c,再完成实验a,则测得的浮力将 偏大 (选填“偏大”或“偏小”);
(5)完成上述实验后,小云又利用如图乙所示的装置来测量实验中所用金属块的密度,实验过程如下:
①将空烧杯漂浮在水槽内,用刻度尺测得水面高度为h1;
②将金属块放在烧杯内,用刻度尺测得水面的高度为h2;
③ 将烧杯内的金属块拿出直接放入水中 ,用刻度尺测得水面高度为h3;
④金属块的密度ρ金属= (用ρ水,h1,h2,h3表示)。
【分析】(1)浮力的大小可能跟液体的密度、物体排开液体的体积、物体浸没到液体的深度、可能跟物体的重力、可能跟物体的体积有关,研究浮力大小的影响因素时,采用控制变量法;
(2)若先完成实验c,再完成实验a,则物体表面有水,测得的重力偏大,根据称量法F浮=G﹣F示知浮力可知浮力变化;
(3)比较图乙中两图可知,都是漂浮,受到的浮力都等于自重,则两图中浮力的变化量等于金属块重力,进一步求出金属块的质量;然后将金属块拿出直接放入水槽内,可以求出金属块b的体积。
【解答】解:(1)分析b、c两次实验可知,液体的密度相同,排开液体的体积不同,观察弹簧测力计的示数变小,根据称量法F浮=G﹣F示知浮力变大,说明浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(2)分析c、d两次实验可知,深度增加,弹簧测力计的示数不变,浮力不变,说明浮力大小与物体浸没到液体的深度无关;
(3)分析c、e两次实验可知,排开液体的体积相同,液体的密度不同,观察弹簧测力计的示数变大,根据称量法F浮=G﹣F示知浮力变大,说明浮力大小与物体排开液体的密度有关;
(4)若先完成实验c,再完成实验a,则物体表面有水,测得的重力偏大,根据称量法F浮=G﹣F示知浮力变大;
(5)由①②可知,烧杯前后都是漂浮在水面,受到的浮力都等于自重,则两图中浮力的变化量等于金属块重力,
两图中浮力的变化量:△F浮=ρ水g△V排=ρ水g(h2﹣h1)S容,所以金属块的重力为:G=ρ水g(h2﹣h1)S容;
将烧杯内的金属块拿出直接放入水中,用刻度尺测得水面高度为h3,则金属块的体积为V=(h3﹣h1)S容;
则金属块的密度为:ρ金属====。
故答案为:(1)物体排开液体的体积;(2)无关;(3)液体的密度;(4)偏大;(5)将烧杯内的金属块拿出直接放入水中;。
【点评】本题考查探究影响浮力大小的因素,难点是(5)题,分析上面所给出的图示,利用前后几次的水面的高度差找出等量关系。
32.(2021 梧州)小丽用装有沙子的柱形带盖塑料瓶探究浮力大小的影响因素。
(1)小丽列举了以下三个常识,做出了三个猜想,其中符合常识2的是猜想 1 (填序号)。
常识 猜想
常识1:大小相同的木块和铁块,木块漂在水面,铁块沉在水底常识2:轮船从江里驶入海里,船身会上浮一些常识3:人在水中越往深处走,觉得身体越来越轻 猜想1:浮力大小与液体的密度有关猜想2:浮力大小与物体排开液体的体积有关猜想3:浮力大小与物体的质量有关
(2)为了验证上述猜想是否正确,小丽依次做了以下实验,如图所示。
①通过A、C实验步骤,可知物体浸没在水中所受浮力大小是 2 N;
②通过 A、B、C (填字母)实验步骤,可得猜想2是 正确 (选填“正确”或“错误”);
③通过A、C、E实验步骤,可探究物体所受浮力大小与 液体的密度 有关;
④为验证猜想3,小丽将瓶子中的沙子倒掉一些,接着她仿照步骤D进行实验,发现测力计示数小于2N,继续将瓶子中的沙子倒掉一些,重复以上步骤,发现测力计示数始终小于2N,便认为猜想3是正确的,小丽在该实验环节中存在的问题是 没有测量出此时瓶子(含有沙子的)重力 。
【分析】(1)浮力大小跟液体的密度和物体排开液体的体积有关,跟其它因素没有关系;
(2)①分析A、C的数据,根据称重法F浮=G﹣F即可求出浮力;
②根据控制变量法可知,验证猜想2时需要控制液体的密度相同,比较排开液体的体积不同时浮力的大小;
③分析A、C、E实验中相同量和不同量,根据控制变量法即可得出结论;
④将瓶子中的沙子倒掉一些以减小物体的质量,则此时瓶子(含有沙子的)重力小于4N,据此分析回答。
【解答】解:(1)常识1:木块漂在水面,铁块沉在水底,说明木块的密度小于水的密度,铁块的密度大于水的密度,则猜想3符合:浮力大小跟物体的质量有关;
常识2:轮船从长江驶入大海,船身会上浮一些,液体的密度变化,则猜想1符合:浮力大小跟液体的密度有关;
常识3:人从泳池浅水区走向深水区,感觉身体变轻,物体浸入物体的深度增加,浮力变化,则猜想2符合:浮力大小与物体排开液体的体积有关;
(2)①A、C实验步骤中,根据称重法可知浮力:F浮=G﹣F=4N﹣2N=2N;
②根据控制变量法可知,验证猜想2时需要控制液体的密度相同,排开液体的体积不同;B、C实验中物体在水中的深度不同,则排开液体的体积不同,由于测力计示数不同,由称重法知,两实验中受到的浮力不同,所以,根据A、B、C的结果,可得猜想2是正确的;
③分析A、C、E知液体的密度不同,排开液体的体积相同,由于测力计示数不同,由称重法知,两实验中受到的浮力不同,说明浮力与液体的密度有关;
④根据称重法测浮力,F浮=G﹣F,将瓶子中的沙子倒掉一些以减小物体密度,则此时瓶子(含有沙子的)重力小于4N,为验证猜想3,即浮力与物体的质量有关,应测量出此时瓶子(含有沙子的)重力,故小丽在该实验环节中存在的问题是没有测量出此时瓶子(含有沙子的)重力。
故答案为:(1)1;(2)①2;②A、B、C;正确;③液体的密度;④没有测量出此时瓶子(含有沙子的)重力。
【点评】本题探究浮力的影响因素,考查物体的浮沉条件、称重法测浮力、控制变量法、数据分析和对实验方案的评估。
33.(2021 赤峰)(1)复习“验证阿基米德原理”实验时,小明设计了如下表所示的实验数据记录表格。
①请把表格第一行中缺少的I、Ⅱ两部分内容补充完整:I 物体受到的浮力/N ;II 物体排开水的重力/N 。
次数 物体的所受的重力/N 物体在水中时测力计的计数/N Ⅰ 小桶和排开水所受的总重力/N 小桶所受的重力/N Ⅱ
1
2
3
……
②验证完阿基米德原理后,小组继续深入讨论时发现还可以利用其中一次的实验数据(如图所示)和水的密度算出所用物块的密度,则物块密度ρ物= 2.5×103 kg/m3。
(2)科技制作小组在一次课外实践活动中,用一根装有适量配重的长饮料吸管,使其能竖直漂浮在水中,制成了简易密度计。为了能准确地在吸管上标注出不同液体密度所对应的刻度,则必须测量的量是 C 。
A.吸管的总长度
B.容器中水的深度
C.吸管浸入水中的长度
D.吸管及配重的重力
【分析】(1)①阿基米德原理内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力大小等于物体排开液体受到的重力;
②根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排算出物块的体积,由密度公式算出物块的密度;
(2)根据漂浮的特点及阿基米德原理得出液体密度的表达式,据此分析。
【解答】解:(1)①阿基米德原理内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力大小等于物体排开液体受到的重力,所以实验过程中,需要记录物体受到的浮力F浮、物体排开水的重力G排,所以I处为物体受到的浮力/N,II处为物体排开水的重力/N;
②由称重法可知,物块在水中受到的浮力:
F浮=G﹣F=2.5N﹣1.5N=1N
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排知物块的体积:
V=V排===1×10﹣4m3,
物块的密度为:
ρ====2.5×103kg/m3;
(2)因为密度计是漂浮在液体中,所受浮力等于本身的重力,
则有:F浮水=F浮液=G,由阿基米德原理:F浮=ρ液gV排,
ρ水gSh水=ρ液gSh液=G,
故ρ液=ρ水;
h水是吸管浸入水中的深度,h液是吸管浸入液体中的深度,所以需要测量吸管浸入水中的深度。
故选:C。
故答案为:(1)①物体受到的浮力/N;物体排开水的重力/N;②2.5×103;(2)C。
【点评】本题考查漂浮的特点及阿基米德原理的运用以及密度公式的应用,要掌握。
34.(2021 随州)下列甲、乙、丙、丁四幅图是某实验小组利用弹簧测力计、溢水杯、圆柱形物块、小桶和水“探究浸在液体中的物体所受浮力跟它排开液体所受重力的关系”的过程情景,其中弹簧测力计的示数依次是F1、F2、F3、F4。
(1)在实验操作前细心的明天同学指出:在情景甲中存在错误,该错误是溢水杯中水面 未到达溢水杯杯口 。
(2)纠正错误后,该探究实验的合理顺序为 丁、甲、乙、丙 (用甲、乙、丙、丁表示)。
(3)在情景乙的测量中,溢水口还在溢水过程中,义正同学便急忙把小杯移开,开始测量小杯和溢出水的总重力,这样会导致测得“排开液体所受重力” 偏小 (选填“偏小”、“不变”或“偏大”)。
(4)在完成实验之后,陶子同学发现实验桌上有一瓶用于测量密度的盐溶液,她思考之后建议:利用浮力来测量该液体的密度,经过组内一番讨论,仅增加了戊图(注意:戊图中是盐水,乙图中是水)所示情景,此时弹簧测力计示数为F5,则待测盐溶液的密度ρ液可表示为ρ水或ρ水,其中X= F1﹣F5 (用F1、F5表示)。
【分析】(1)要想准确测出物体排开的水的重力,实验前水的液面必须到达溢水杯杯口;
(2)实验中要先测物体和空桶的重力,然后再将物体浸没在水中,测出拉力,最后测出排出的水和空桶的总重力;
(3)根据测量的排开的水的重力的大小分析;
(4)物体浸没在水和盐水中时,排开的液体的体积是相同的;根据阿基米德原理的公式分析。
【解答】解:(1)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杯口,若达不到,则测得的排开的液体的重力会变小,故图甲中的错误为溢水杯内水面未到达溢水杯杯口;
(2)合理的实验顺序是:
丁、测出空桶所受的重力;
甲、测出实心合金块所受的重力;
乙、把合金块浸没在装满水溢水杯中,测出合金块所受的浮力,收集合金块排开的水;
丙、测出桶和排开的水所受的重力;
故合理的顺序为丁、甲、乙、丙;
(3)在情景乙的测量中,溢水口还在溢水过程中,把小杯移开,开始测量小杯和溢出水的总重力,此时测量的总重力会偏小,即测得“排开液体所受重力”偏小;
(4)物体在水中时,根据阿基米德原理可知,物体受到的浮力等于其排开的液体的重力,即:F浮水=F1﹣F2=F3﹣F4;
物体在液体中时,物体受到的浮力等于其排开的液体的重力,即:F浮液=F1﹣F5;
物体全部浸没在水和液体中时,物体的体积不变,排开的液体的体积是相同的;
则:V=V排水===;
V=V排液==;
V排水=V排液,即:=,解得:ρ液=ρ水或ρ水,所以X=F1﹣F5。
故答案为:(1)未到达溢水杯杯口;(2)丁、甲、乙、丙;(3)偏小;(4)F1﹣F5。
【点评】此题主要考查的是学生对浮力大小影响因素、阿基米德原理公式的理解和掌握,弄明白控制变量法在实验中的应用是解决此题的关键。
35.(2021 哈尔滨)春辉同学做“探究浮力大小与液体密度、物体排开液体体积的关系”实验。如图所示,A、B为同种材料的金属块(体积VA<VB),液体密度ρ浓盐水>ρ水,均在物体静止时对弹簧测力计进行读数(其中F1、F2分别为乙、丙两图中测力计示数)。
(1)如图甲所示,春辉测量金属块A所受重力为 4 N。
(2)他将金属块A分别浸没在浓盐水和清水中,如图乙、丙所示,初步得出的实验结论是: 物体排开液体体积 相同时,液体密度越大,物体所受浮力越 大 。
(3)春辉又将金属块B浸没在清水中(如图丁所示),测得其受到的浮力为1.2N,春辉分析图甲、图丙和图丁得出了“浮力大小与物体排开液体体积的关系”;而玉丽同学思考:对比图甲、图乙和图丁,同时结合(2)的实验结论,是否也能分析出“浮力大小与物体排开液体体积的关系”呢?请针对玉丽的思考写出你的分析。
【分析】(1)根据弹簧测力计的量程和分度值读出弹簧测力计的示数;
(2)根据称量法算出金属块A在盐水和清水中的浮力,得出结论;
(3)根据乙、丙中受到的浮力以及盐水密度与水密度的关系判断出乙、丙排开液体体积的关系。
【解答】解:(1)图甲是用弹簧测力计测量金属块A的重力,弹簧测力计分度值为0.1N,示数4N,即金属块A所受重力为4N;
(2)由图乙、丙可知,金属块A浸没在浓盐水和清水中排开液体的体积相同,受到的浮力分别为:
F浮乙=G﹣F1=4N﹣2.8N=1.2N,
F浮丙=G﹣F2=4N﹣3N=1N,
由此看出,浓盐水的密度大,金属块受到的浮力大,故可得结论:排开液体体积相同时,液体密度越大,物体所受浮力越大;
(3)因为ρ浓盐水>ρ水,由(2)知,其他条件相同时,物体在水中受到浮力应小一些,而实验中物体在清水中受到的浮力却等于盐水中受到的浮力,是因为在清水中排开液体体积较大,所以能分析出“浮力大小与物体排开液体体积的关系。
故答案为:(1)4;(2)物体排开液体体积;大;(3)实验中物体在清水中受到的浮力等于盐水中受到的浮力,由于ρ浓盐水>ρ水,所以在清水中排开液体体积较大,故能分析出浮力大小与物体排开液体体积的关系。
【点评】本题考查了探究影响浮力大小的因素和控制变量法的应用。在分析问题时,要明确哪些量是相同的,哪些量是变化的或不同的,正是这些变化的或不同的量导致了实验结果的不同。
四.计算题(共2小题)
36.(2021 江西)地球气候变暖,冰川熔化加剧,是造成海平面变化的原因之一。小明同学根据所学知识,通过比较冰川完全熔化成水后水的体积与冰川熔化前排开海水的体积,就能推断海平面的升降。如图所示,是冰川漂浮在海面上的情景,若冰川的质量为m冰,海水的密度为ρ海,水的密度为ρ水,且ρ海>ρ水,g用符号表示。求:
(1)冰川熔化前受到的浮力;
(2)冰川熔化前排开海水的体积;
(3)冰川完全熔化成水后水的体积;
(4)推断海平面的升降,并说明理由。
【分析】(1)根据冰川漂浮时受到的浮力等于重力表示出冰川熔化前受到的浮力;
(2)根据阿基米德原理F浮=ρ海水V排g表示出冰川熔化前排开海水的体积;
(3)因为冰化水后质量不变,根据密度公式表示出冰川完全熔化成水后水的体积;
(4)比较冰川排开海水的体积与冰川完全熔化成水的体积即可得出海平面的变化。
【解答】解:(1)因为冰川漂浮,所以冰川熔化前受到的浮力等于重力,即F浮=G=m冰g;
(2)根据阿基米德原理F浮=ρ海V排g知,冰川熔化前排开海水的体积:V排====;
(3)因为冰川熔化成水后质量不变,所以m水=m冰,
若冰川中的冰全部熔化成水,水的体积:V水==;
(4)因ρ海>ρ水,所以由V排=和V水=可知,V排<V水,所以海中冰川熔化后,海平面会升高。
答:(1)冰川熔化前受到的浮力为m冰g;
(2)冰川熔化前排开海水的体积为;
(3)冰川完全熔化成水后水的体积为;
(4)因ρ海>ρ水,所以由V排=和V水=可知,V排<V水,所以海中冰川熔化后,海平面会升高。
【点评】本题考查了物体浮沉条件的应用、阿基米德原理的应用、密度公式的应用等知识,表示出排开水的体积和冰化水的体积是分析海平面变化的关键。
37.(2021 温州)图甲所示为一种水下滑翔机,图乙是其部分结构示意图。该滑翔机通过液压泵将油在内、外油囊间来回转移,从而改变浮力大小以达到上浮和下潜的目的,再结合其它技术即可滑行,以执行海洋环境的监测任务。
(1)该滑翔机具有低能耗、高续航的特点,电池一次充电后能提供1千瓦时电能。它在整个运动过程中前进速度保持0.2米/秒,但只有9%的时间耗电,耗电时功率仅为4瓦。该滑翔机充电一次总共能航行的路程为多少千米?
(2)该滑翔机总重515牛。当外油囊中无油时,滑翔机排开水的体积为0.0495米3。已知海水密度随深度变化情况如图丙所示。当该滑翔机在600米深度悬浮时,外油囊中油的体积为多少米3?(忽略海水压强对油和滑翔机外壳体积的影响)
【分析】(1)根据电能和功率,利用公式P=求出滑翔机耗电的时间;根据效率求出滑翔机运行的总时间,根据速度公式求出路程的大小;
(2)根据物体的浮沉条件求出滑翔机受到的浮力,根据阿基米德原理求出滑翔机排开的水的体积;根据滑翔机的体积求出外油囊中油的体积。
【解答】解:(1)电池充一次电的能量为:W=1千瓦时=1kW h=1000W×3600s=3.6×106J;
如果滑翔机一直耗电,则运行时长为:;
因为滑翔机实际只有9%的时间耗电,故实际运行时长为:;
故滑翔机充一次电可以航行的路程为:s=vt=0.2m/s×107s=2×106m=2000km;
(2)滑翔机悬浮在600米时,由图乙可知,海水的密度为1.03×103kg/m3;
滑翔机悬浮,受到的浮力等于其重力:F浮=G=515N;
根据阿基米德原理可知,外油囊中有油时滑翔机排开的水的体积为:V排===0.05m3;
外油囊中油的体积为:V=V排﹣V'排=0.05m3﹣0.0495m3=0.0005m3。
答:(1)滑翔机充电一次总共能航行的路程为2000千米;(2)外油囊中油的体积为0.0005m3。
【点评】本题考查了物体浮沉条件的应用、阿基米德原理的应用、功率和功的计算公式的应用,利用物体的浮沉条件是解题的关键。
五.解答题(共1小题)
38.(2021 安顺)如图所示,将生鸡蛋浸没在装有适量白醋的烧杯中,反应产生的气泡会附着在蛋壳表面,随着表面气泡的增加,鸡蛋慢慢上浮。请分析说明附着大量气泡的鸡蛋上浮的原因。(不考虑白醋密度和鸡蛋质量的变化)
【分析】浸入液体中的物体受到的浮力的大小与液体的密度和排开的液体的体积有关。
【解答】答:反应后,气泡不断附着在蛋壳表面,整体的V排增大,ρ液不变,由F浮=ρ液gV排可知,F浮增大,G蛋不变,当F浮>G蛋时,鸡蛋上浮。
【点评】本题考查了阿基米德原理和物体浮沉条件的应用,属于基础题。
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