专项突破4 力、压强的综合计算-【一战成名新中考】2024广西中考物理·培优册

培优册·广西物理 第 一 部 分 重 难 知 识 培 优 加 练 专项突破４　浮力、压强的综合计算 （针对中考３０题专练） 模 型 １　入水、出水型 １．（２０２３遂宁改编）小刘应用图甲所示器材进 行如下探究：升降台ＡＢ上放置轻质薄壁柱 形容器，容器底面积为２００ｃｍ２，内装１５ｃｍ 深的水；将弹簧上端固定在力传感器上，下 端悬挂重 ２０Ｎ、高 ２０ｃｍ、横截面积为 ５０ｃｍ２的长方体石块，石块下表面刚好与水 面接触；已知弹簧伸长量ΔＬ与受到的拉力 Ｆ的关系如图乙所示．将升降台 ＡＢ缓慢升 高（全过程水不会溢出），当传感器显示拉 力为１２Ｎ时（不计弹簧自重），求：（ρ水 ＝ １×１０３ｋｇ／ｍ３，ｇ取１０Ｎ／ｋｇ） （１）此时石块受到的浮力； （２）与升降台升高前相比，容器底部对升降 台ＡＢ的压强变化量； （３）升降台ＡＢ升高的高度． 甲 　 乙 第１题图 模 型 ２　注水、排水型 ２．一底面积为８ｃｍ２的容器放置在水平地面 上，其内放有一创意“潜艇”模型．“潜艇”是 由高２０ｃｍ、底部嵌有金属块的塑料制成的 柱体，如图甲所示．缓慢向图甲容器中注 水，其注水质量 ｍ与容器中水的深度 ｈ的 关系图像如图乙所示．当把“潜艇”水平切掉 一部分后，剩余部分在水中恰好悬浮，如图丙 所示，测得“潜艇”剩余部分的质量为０．０５ｋｇ． 已知塑料的密度ρ塑 ＝０．８×１０ ３ｋｇ／ｍ３，ρ水 ＝ １．０×１０３ｋｇ／ｍ３，ｇ取１０Ｎ／ｋｇ，求： （１）停止注水时水对容器底部的压强； （２）图丙中“潜艇”剩余部分悬浮在水中时 受到的浮力； （３）“潜艇”水平切掉的高度 Δｈ以及图乙 中ｍ１的值． 甲 　 乙 丙 第２                                                                    题图 ７ 培优册·广西物理 第 一 部 分 重 难 知 识 培 优 加 练 ３．小明同学借助力传感开关为自家太阳能热水器设计向水箱注水的自动控制简易装置．装置 示意图如图所示，太阳能热水器水箱储水空间是长方体．考虑既充分利用太阳能又节约用 水，小明设计水箱储水最低深度是０．１ｍ，最高深度是０．５ｍ（图中未标注最高和最低水位 线），力传感开关通过细绳在水箱内悬挂一根细长的圆柱形控制棒，当拉力Ｆ≥１６Ｎ时，打开 水泵开关向水箱注水，当拉力Ｆ≤８Ｎ时，关闭水泵开关停止注水．已知控制棒重Ｇ＝１８Ｎ， 高为０．６ｍ，不计细绳质量与体积．小明完成设计和安装，自动控制简易装置按照设计正常工 作．（ρ水＝１．０×１０ ３ｋｇ／ｍ３，ｇ取１０Ｎ／ｋｇ）求： （１）水箱底受到水的最大压强； （２）控制棒排开水的最小体积； （３）控制棒的密度． 第３题图 解：（１）由题意知，储水最高深度是０．５ｍ，故水箱底受到水的最大压强： ｐ最大＝ρ水ｇｈ最大＝１．０×１０ ３ｋｇ／ｍ３×１０Ｎ／ｋｇ×０．５ｍ＝５×１０３Ｐａ； （２）当细绳拉力Ｆ达到１６Ｎ时，开始注水，此时控制棒受到的浮力最小，故控制棒受到的最 小浮力：Ｆ浮最小 ＝Ｇ－Ｆ最大 ＝１８Ｎ－１６Ｎ＝２Ｎ， 根据阿基米德原理可知，控制棒排开水的最小体积： Ｖ排最小 ＝ Ｆ浮最小 ρ水ｇ ＝ ２Ｎ １．０×１０３ｋｇ／ｍ３×１０Ｎ／ｋｇ ＝２×１０－４ｍ３； （３）当细绳拉力Ｆ达到８Ｎ时，停止注水，此时控制棒受到的浮力最大，故控制棒受到的最 大浮力：Ｆ浮最大 ＝Ｇ－Ｆ最小 ＝１８Ｎ－８Ｎ＝１０Ｎ， 根据阿基米德原理可知，控制棒排开水的最大体积： Ｖ排最大 ＝ Ｆ浮最大 ρ水ｇ ＝ １０Ｎ １．０×１０３ｋｇ／ｍ３×１０Ｎ／ｋｇ ＝１×１０－３ｍ３， 控制棒排开水的体积的最大变化量： ΔＶ排 ＝Ｖ排最大 －Ｖ排最小 ＝１×１０ －３ｍ３－２×１０－４ｍ３＝８×１０－４ｍ３， 由题意可知，当控制棒排开水的体积最小时，水面高度最低，为０．１ｍ，当控制棒排开水的体 积最大时，水面高度最高，为０．５ｍ，故水面高度的最大变化量：Δｈ＝ｈ最大 －ｈ最小 ＝０．５ｍ－ ０．１ｍ＝０．４ｍ， 故控制棒的横截面积：Ｓ＝Δ Ｖ排 Δｈ ＝８×１０ －４ｍ３ ０．４ｍ ＝２×１０ －３ｍ２， 控制棒的体积：Ｖ＝Ｓｈ＝２×１０－３ｍ２×０．６ｍ＝１．２×１０－３ｍ３， 控制棒的质量：ｍ＝Ｇｇ＝ １８Ｎ １０Ｎ／ｋｇ＝１．８ｋｇ， 控制棒的密度：ρ＝ｍＶ＝ １．８ｋｇ １．２×１０－３ｍ３ ＝１．５×１０３ｋｇ／ｍ３． ８ 培优册·广西物理 第 一 部 分 重 难 知 识 培 优 加 练 ４．为了保证泳池能不断更换新水，科技小组设计了一个泳池自动换水装置模型．装置模