培优专题4 密度、压强、浮力综合（课件PPT）-【卓文中考·加速度】2023年河北中考物理复习

1 1 2 3 模块三　力　学 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 类型一　基础模型 类型二　出水、入水模型 类型三　注水、排水模型 2 1 基础模型 类型一 模型 浮力F浮与物重G的关系 F浮＝ 　①G　  F浮＝G F浮＝G－ 　②F支　  F浮＝G＋ 　③F拉　  F浮＝G－  　④F拉　  F浮＝G＋ 　⑤F　  注：以上几种模型求出浮力大小之后可结合阿基米德原理列等式求出相关物体体积和密度 G　  F支　  F拉　  F拉　  F　  培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 1.[2022百色]用弹簧测力计悬挂重为5.4 N的物体放入水中，静止时弹簧测力计示数如图所示，则物体在水中受到的浮力为 　2　⁠N，物体的体积为 　2×10－4　⁠m3（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）。 第1题图 2　⁠ 2×10-4　⁠ 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 2.小明有两个不同材料制作的正方体物块，颜色分别为红色和蓝色，它们的边长相等，红色块重6 N，蓝色块重力未知。如图甲所示，将红色块放入水中静止时，刚好有五分之二的体积露出水面。如图乙所示，小明再将蓝色块叠放在红色块上面，静止时红色块刚好完全没入水中 （ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）。求： 第2题图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （1）图甲中，红色块放入水中漂浮时，受到的浮力和其排开水的体积。 解：（1）由图可知，红色块漂浮，由二力平衡得其所受浮力F浮＝G红＝6 N 由F浮＝ρ水gV排得排开水的体积 V排＝＝＝6×10－4 m3 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （2）蓝色块的重力。 解：（2）红色正方体体积 V红＝＝＝1×10-3 m3 由乙可知，红色正方体完全浸没在水中时所受的浮力 F浮'＝ρ水V红 g＝1.0×103 kg/m3×1×10-3 m3×10 N/kg＝10 N 蓝色正方体的重力 G蓝＝F压＝F浮'－G红＝10 N－6 N＝4 N 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （3）蓝色块的密度。 解：（3）由题可知，红、蓝色正方体的边长相等，即V蓝＝V红，则蓝色正方体的密度 ρ蓝＝＝＝0.4×103 kg/m3 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 已知V排，求Δh 物体排开液体体积变化量 ΔV排＝V排2－V排1 液面上升高度 Δh＝＝ 1 出水、入水模型 类型二 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 已知物体上下移动的高度h移求Δh 物体排开液体体积变化量ΔV排＝（h移＋Δh）S物 液面上升高度 Δh＝＝ 得Δh＝ 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 3.[2022河北，37]质地均匀的长方体放在水平地面上，密度为1.5× 103 kg/m3，边长如图甲所示。另有一高为0.35 m、底面积为2×10-2 m2的薄壁圆筒形容器放在水平地面上，容器内盛有0.3 m 深的某种液体，如图乙所示。将长方体由平放变为竖放，长方体对水平地面的压强变化量与液体对容器底部的压强恰好相等（g取10 N/kg）。 第3题图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （1）求长方体的质量。 解：（1）长方体的体积 V＝0.1 m×0.1 m×0.3 m＝3×10-3 m3 长方体的质量 m＝ρV＝1.5×103 kg/m3×3×10-3 m3＝4.5 kg 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （2）在图甲中作出长方体所受重力的示意图（“O”点为长方体的重心）。 第3题答图 解：（2）如答图所示 第3题答图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （3）求液体的密度。 解：（3）当长方体水平放置时，长方体对水平地面的压强 p1＝＝1 500 Pa 当长方体竖直放置时，长方体对水平地面的压强 p2＝＝＝4 500 Pa 长方体对水平地面的压强变化量 Δp＝p2－p1＝4 500 Pa－1 500 Pa＝3 000 Pa 液体的密度 ρ液＝＝＝1.0×103 kg/m3 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （4）在竖放的长方体上水平截取一部分，并将截取部分放入容器中，能使液体对容器底部的压强最大且截取部分的质量最小，求截取部分所受的浮力。 解：（4）要使液体对容器底部的压强最大，则液面应上升到容器的上表面，则 V排＝2×10-2 m2×（0.35 m－0.3 m）＝10-3 m3 由于液体密度小于物体密度，所以物体沉底，则物体受到的浮力 F浮＝ρ液gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×10-3 m3＝10 N 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 4.[2017河北，37]如图所示，薄壁圆柱形容器置于水平地面，容器的底面积S＝8×10-3 m2，容器高0.2 m，内盛0.17 m深的水。A1和A2为两个均匀实心立方体物块（不吸水），A1的质量为0.185 kg，A2的体积为3.2×10-4 m3，已知ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg。 第4题图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （1）水对容器底部的压力为多少？ 解：（1）水对容器底部的压强 p＝ρ水gh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.17 m＝1.7×103 Pa 容器底部受到的压力 F＝pS＝1.7×103 Pa×8×10－3 m2＝13.6 N 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （2）将A1释放，浸没在水中，静止后受到容器底对它的支持力为0.6 N，求A1的体积。 解：（2）A1的重力 G1＝m1g＝0.185 kg×10 N/kg＝1.85 N A1浸没在水中，A1受到三个力的共同作用，竖直向下的重力G、竖直向上的支持力F和浮力F浮。 根据力的平衡条件可得G＝F＋F浮，则A1受到的浮力F浮＝G－F＝ 1.85 N－0.6 N＝1.25 N 由阿基米德原理可知，A1排开的水的体积即A1的体积 V1＝V排＝＝1.25×10-4 m3 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （3）只将A2缓慢浸入在水中，当水对容器底部的压强最大时，A2的密度至少为多少？ 解：（3）A2在水中的状态可能有三种情况，漂浮、悬浮或下沉；A2漂浮时其密度小于水的密度，悬浮时其密度等于水的密度，下沉时其密度大于水的密度。由于本题求的是A2的最小密度，故A2在水中处于漂浮状态时，其密度最小；将A2缓慢浸入在水中，当水面上升至0.2 m时，水对容器底部的压强最大；水面下方的体积即排开的水的体积 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 V2排＝Sh'＝8×10-3 m2×（0.2 m－0.17 m）＝2.4×10-4 m3＜3.2×10-4 m3 此时A2漂浮，A2受到的浮力F浮'＝G2，即 ρ水gV2排＝ρ2gV2 代入数据得 1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2.4×10-4 m3＝ρ2×10 N/kg×3.2×10-4 m3 解得A2的最小密度ρ2＝0.75×103 kg/m3 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 1 注水、排水模型 类型三 1.注、排水过程基础受力分析 物体状态 物体静止放在容器里 给容器内加液体 物体在液体中刚好漂浮 细线在容器里刚好伸直 液体刚好没过物体 受力分析 G＝ 　①F支　  G＝ 　②F浮＋F支　  G＝ 　③F浮　  G＝ 　④F浮　  G＝ 　⑤F浮－F拉　  排水为注水的逆过程，将上述分析从后到前即可 F支　  F浮＋F支　  F浮　  F浮　  F浮－F拉　  培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 2.注、排水引起的液面高度变化 已知ΔV排与S物， 求Δh Δh＝ 已知ΔV液、S容与 S物，求Δh ΔV液＝ΔhS容－ΔhS物 则Δh＝ 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 5.[2020河北，38]边长为20 cm的薄壁正方形容器（质量不计）放在水平桌面上，将质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部，其横截面积为200 cm2，高度为10 cm，如图1所示。然后向容器内缓慢注入某种液体，圆柱体始终直立，圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图2所示（g取10 N/kg）。 第5题图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （1）判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系，并写出判断依据。 解：（1）圆柱体的密度大于液体密度 依据：由图2可知，当注入液体质量大于2 kg时，圆柱体对容器底部的压力不为零且不变，说明此时圆柱体浸没在液体中，即圆柱体沉底了，由浮沉条件可知，圆柱体的密度大于液体密度 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （2）当圆柱体刚被浸没时，求它受到的浮力。 解：（2）由题意知，圆柱体的底面积 S柱＝200 cm2＝0.02 m2 其高h＝10 cm＝0.1 m，则圆柱体的体积 V柱＝S柱h＝0.02 m2×0.1 m＝2×10-3 m3 正方体容器的底面积 S容＝0.2 m×0.2 m＝0.04 m2 圆柱体刚好浸没时，液体的体积 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 V液体＝（S容－S柱）h＝（0.04 m2－0.02 m2）×0.1 m＝2×10-3 m3 由图2可知，圆柱体刚好浸没时，注入液体的质量为2 kg，则液体的密度 ρ液＝＝＝1.0×103 kg/m3 根据阿基米德原理可得，当圆柱体刚被浸没时，它受到的浮力 F浮＝ρ液gV排＝ρ液gV柱＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2×10-3 m3＝20 N 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （3）当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为1∶3时，求容器内液体的质量。 解：（3）由（2）知，圆柱体刚好浸没时注入液体的质量为2 kg；当注入液体质量m1小于或等于2 kg时，容器内液体的深度 h'＝（其中ΔS＝S容－S柱＝0.04 m2－0.02 m2＝0.02 m2） 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 第5题解图 p2＝＝　② F＝140 N＋m1g 容器对桌面的压强 液体对容器底部的压强 p1＝ρ液gh'＝ρ液g×＝　① 由图2可知，当没有注入液体时圆柱体对容器底的压力为140 N，即圆柱体的重力为140 N，则注入液体后，容器对桌面的压力 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 F＝140 N＋m1g 容器对桌面的压强 已知p1：p2＝1∶3　③ 将①②代入③得＝1∶3 解得m1＝2.8 kg，因m1＝2.8 kg＞2 kg，故应舍去 当注入液体的质量大于2 kg时，即注入液体的深度大于10 cm，如解图所示 因液体体积与圆柱体体积之和等于容器底面积乘以液体的深度，即V液＋ V柱＝S容h'，且根据ρ＝可得液体的体积V液＝ 第5题解图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 所以＋V柱＝S容 h'，则此时液体的深度h'＝ 此时液体对容器底部的压强 p液＝ρ液 gh'＝ρ液 g×　 ④ 容器对桌面的压强 p容＝＝　 ⑤ 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 已知 p液∶p容＝1∶3，则 ∶＝1∶3 即（mg＋ρ液gV柱）∶（140 N＋mg）＝1∶3 代入数据可得 （m×10 N/kg＋1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2×10-3 m3）∶（140 N＋ m×10 N/kg）＝1∶3 解得容器内液体的质量 m＝4 kg 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 6.[2021自贡]如图甲所示，有一体积、质量忽略不计的弹簧，其两端分别固定在容器底部和正方体形状的物体上。已知物体的边长为10 cm。弹簧没有发生形变时的长度为10 cm，弹簧受到拉力作用后，伸长的长度ΔL与拉力F 的关系如图乙所示。向容器中加水，直到物体上表面与液面相平，此时水深24 cm（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）。求： 第6题图 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （1）物体受到的水的浮力。 解：（1）物体刚好完全浸没在水中，则 V排＝V物＝（0.1 m）3＝1×10-3 m3 物体所受的浮力 F浮＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10-3 m3＝10 N 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （2）物体的密度。 解：（2）由图甲可知，当物体上表面与液面齐平时，物体上表面距容器底的距离h＝24 cm 弹簧伸长的长度 ΔL＝24 cm－10 cm－10 cm＝4 cm 由图乙可知，此时弹簧对物体的拉力F拉＝4 N 物体的重力 G物＝F浮－F拉＝10 N－4 N＝6 N 物体的密度 ρ物＝＝0.6×103 kg/m3 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 （3）打开出水孔，缓慢放水，当弹簧处于没有发生形变的自然状态时，关闭出水孔。求放水前后水对容器底部压强的变化量。 解：（3）当弹簧处于没有发生形变的自然状态时L弹簧＝10 cm，此时物体受到的浮力F浮'＝G物＝6 N 物体排开液体的体积 V排'＝＝6×10-4 m3 可得h浸＝＝＝0.06 m 此时水的深度 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 h'＝L弹簧＋h浸＝0.1 m＋0.06 m＝0.16 m 放水前后水对容器底部压强的变化量 Δp＝p－p'＝ρ水g（h－h'）＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×（0.24 m－ 0.16 m）＝800 Pa 培优专题4　 密度、压强、浮力综合 卓文中考.加速度 物理 2023河北中考 $$