内容正文:
专题02 液体的压强与浮力结合题
1. 阿基米德原理:F浮=ρ液gV排。
2. 物体的浮沉条件。
3. 力的平衡。
4. 分析计算液体的压强、固体的压强以及压强的变化量。
5. 分析时用到的知识有密度、压强、压力、浮力、力的平衡等知识,综合性强,难度大。
考点
一、物体在液体中漂浮(或悬浮)
1.小球(或物体)浸入液体中,小球静止时漂浮或悬浮,液体无溢出时(图1)。
图1
乙
甲
2. 用到的物理知识:
①阿基米德原理:F浮=ρ液gV排。
②二力平衡条件:物体漂浮或悬浮时,浮力的大小等于物体重力大小,即F浮=G物。
③物体的浮沉条件:
当物体的密度ρ物<ρ液时,物体漂浮;当ρ物=ρ液时,物体悬浮。
④物体浸入柱形容器的液体中,液体对底部增大的压力就是物体受到的浮力(漂浮、悬浮或下沉均可)即△F =F浮。
⑤物体漂浮(或悬浮)时,液体对柱形容器底部的压力等于液体的重力与物体的重力之和,即F =G液体+G物体。
⑥液体对容器底部的压强 P'液=P液+△P液=ρ液gh液+
⑦液体对容器底部压强的变化量
ΔP液= ρ液g△h液= ρ液g =
例题1.(2021杨浦一模)两个相同柱形容器置于水平地面上,两容器中分别盛有体积相等的不同液体甲、乙。若将两个质量相等的物块A、B浸入液体中,物块漂浮于液面,如图1所示。下列判断正确的是( )
图1
A
B
乙
甲
A.液体的密度ρ甲<ρ乙 B.液体的质量m甲=m乙
C.液体对容器底部的压强p甲>p乙 D.液体对容器底部的压力F甲=F乙
【答案】C
【解析】①相同柱形容器置于水平地面上,甲、乙液体的体积相等,所以开始液面一样高,放入物体后,因为都漂浮,所以浮力等于物体的重力,因为物体质量相等,所以两个物体所受浮力相等。
由图可知,乙液面上升多,即物体A排开甲液体体积V排小,根据F浮=ρgV排,可知
ρ甲>ρ乙,故A错误;
②因为ρ甲>ρ乙,液体体积相等,根据密度公式知,液体的质量m甲>m乙,故B错误;
③因为物体漂浮时,液体对柱形容器底部的压力等于液体的重力与物体的重力之和,即F =G液体+G物体,可知液体对容器底部的压力F甲>F乙;根据P=F/S可知:液体对容器底部的压强p甲>p乙。故D错误;C正确。
所以选C。
【变式训练1】(2020闵行一模)相同的柱形容器内分别盛有不同液体。将两个完全相同的物体浸入液体中,当物体静止后两液面刚好相平,如图3所示,则下列判断中正确的是( )
甲 乙
图3
A.容器对地面的压力F甲>F乙 B.液体密度ρ甲<ρ乙
C.液体对容器底部的压强p甲=p乙 D.物体排开液体的质量m甲<m乙
【答案】A
【解析】①因为物体在甲液体中漂浮,所以ρ甲>ρ物;物体在乙液体中悬浮,ρ乙=ρ物,所以ρ甲>ρ乙;
②由图可知甲液体的体积大于乙液体的体积,且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,又因为容器的重力相等、物体重力相等,容器对地面的压力大小等于容器的重力与物体重力之和,所以F甲>F乙,
故A正确,B错误;
C.因为p=ρgh,h相同,ρ甲>ρ乙,所以液体对容器底部的压强p甲>p乙,故C错误;
D.物体在甲液体中漂浮,物体受到的浮力等于物体重力;在乙液体中悬浮,物体受到的浮力等于物体重力,所以物体受到的浮力相等,即F甲浮=F乙浮;
根据阿基米德原理可知,G甲排=G乙排,
根据G=mg可知物体排开液体的质量m甲=m乙,
故D错误。
【变式训练2】(2019崇明二模)装有不同液体的甲、乙两烧杯,放入两个完全相同的物体,当物体静止后两烧杯中液面恰好相平,如图2所示.液体对甲、乙两烧杯底部的压强分别是P甲、P乙,液体对两物体的浮力分别是F甲、F乙,下列判断正确的是( )
甲
乙
图2
A. P甲>P乙 ,F甲=F乙 B. P甲=P乙 ,F甲>F乙
C. P甲<P乙 ,F甲=F乙 D. P甲=P乙 ,F甲<F乙
【答案】A。
【解析】①两个物体完全相同,在甲中漂浮,在乙中悬浮,根据二力平衡可知,它们所受浮力都等于自身的重力,所以浮力相等,即F甲=F乙。根据浮力公式F浮=ρ液gV排可知:在浮力相同的情况下,物体排开甲液体的体积小,所以甲液体的密度大,ρ甲>ρ乙。
②又因为当物体静止后两烧杯中液面恰好相平,根据公式p=pgh可知甲液体对烧杯底部的压强大。
所以选A。
二、物体在液体中沉底
1.物体浸入液体中,下沉到底部,液体无溢出(图2)。
甲
图2
2. 用到的物理知识:
①阿基米德原理:F浮=ρ液gV排。
②物体下沉到底部的条件:物体的密度ρ物>ρ液,或G物>F浮。
③三个力的平衡条件:
物体