内容正文:
第一部分 教材考点总复习
第10单元 浮力
四维智学系列丛书
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探究“浮力的大小跟哪些因素有关”
1.(2022·德州)如图甲所示,某实验小组利用实心圆柱金属块探究“浮力的大小跟哪些因素有关”。
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(1)金属块的重力是 N。
(2)比较实验步骤①④⑤可知,浮力大小与 有关。
(3)当金属块从接触水面到浸没于水中,直至更深位置(未触底),在图乙中能表示此过程金属块所受浮力F与浸入水中深度关系的图线是 (选填“a”或“b”)。
(4)该实验运用的主要科学探究方法是 。
2.7
液体密度
b
控制变量
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(5)如果在实验中不小心使金属块碰到容器底,且与容器底有力的作用,则测出的浮力将偏 。
(6)进一步学习了阿基米德原理之后,利用图甲中的测量数据,还可以计算出其他一些物理量(水的密度已知)。下列物理量不能计算出的是 (选填字母)。
A.金属块的体积 B.金属块的密度
C.盐水的体积 D.盐水的密度
大
C
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阿基米德原理
2.(2023·烟台)某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系,进行了下面的实验,如图所示:
A
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(1)实验过程中,利用哪些步骤能够计算出物体所受的浮力大小? 。哪些能够计算出物体排开液体的重力大小? 。(均用图中的序号表示)
(2)通过实验数据可以发现,浮力大小与物体排开的液体所受的重力有什么关系? 。
(3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该进行怎样的操作? 。
(4)另外一个小组进行实验后,发现浮力大小与物体排开液体重力不相等,在排除误差因素的情况下,出现这个结果的原因可能是什么?(写出一条即可) 。
②和③
①和④
浮力大小与物体排开的液体所受的重力相等
换用不同的液体和
物体多次实验
烧杯中的水没有装满
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3. (2023·济南)把一块石头和一个西红柿同时放入水中,它们静止时西红柿漂在水面上,而石头沉入了水底,石头的体积大于西红柿的体积,如图所示。石头和西红柿在水中受到的浮力的大小相比较( )
A.石头受到的浮力更大些
B.西红柿受到的浮力更大些
C.石头和西红柿受到的浮力一样大
D.无法比较石头和西红柿受到的浮力大小
A
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物体浮沉条件的应用
4.(2022·淄博)小明洗碗时发现,同一只碗可以漂浮在水面上,也可以沉入水底,如图所示。下列说法正确的是( )
A.碗漂浮时所受的浮力大于它所受的重力
B.碗漂浮时所受的浮力等于它排开的水所受的重力
C.碗沉底时所受的浮力大于它漂浮时所受的浮力
D.碗沉底时排开水的体积等于它漂浮时排开水的体积
B
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5. (2023·东营)用细线将两个半径相同的实心小球A和B连接在一起,放入水中,静止后的状态如图所示,线已绷紧。下列判断正确的是( )
A.F浮A=GA B.F浮A=F浮B
C.GA>GB D.ρA>ρ水
B
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6.(2024·烟台)橡皮泥可以被捏成各种形状,深受同学们喜欢。学习了力学知识后,小红利用家中的量杯、茶壶和垫块,测出了橡皮泥的密度。已知橡皮泥的密度大于水的密度(橡皮泥的吸水忽略不计),操作过程如下:
①如图所示,把茶壶的一侧垫起并装满水,将橡皮泥轻轻放入茶壶中,用量杯接住溢出的水;
②倒掉量杯中的水,从茶壶中取出橡皮泥,将量杯和橡皮泥擦干;
③把茶壶重新加满水,将橡皮泥捏成空心碗放入壶中,让其浮在水面上,用量杯接住溢出的水。
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(1)操作①是为了获得橡皮泥的 ,操作③是为了获得橡皮泥的 。
(2)假设操作①量杯中水的体积为V1,操作③量杯中水的体积为V2,水的密度为ρ0,请写出橡皮泥密度的表达式ρ= 。
(3)如果操作③中茶壶里的水有少量进入橡皮泥捏成的空心碗中,则橡皮泥密度的测量结果 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
体积
质量
不变
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F-h(拉力—深度)图像
7.(2024·枣庄)如图甲所示,使圆柱体缓慢下降,直至其全部没入水中,整个过程中弹簧测力计示数F与圆柱体下降高度h变化关系的图像如图乙所示,则圆柱体受到的最大浮力是 N,圆柱体刚好全部浸没时,下表面受到水的压强是 Pa,圆柱体受到的浮力是 N。(g取10 N/kg,忽略圆柱体下降过程中液面高度的变化)
2
1 000
2
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浮力计算
8.(2023·聊城)如图所示是某项目研究小组设计的一自动加水装置,将一重为12 N,底面积为1×10-2 m2的圆柱体放在水箱底部。从进水口注入水,随着水面升高,圆柱体竖直上浮。当水面上升到传感器底端P时,由传感器控制进水口开关停止注水,此时传感器底端P对圆柱体有20 N的竖直向下的压力。g取
10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3。求:
(1)水箱内无水时,圆柱体对水箱底部的压强;
(2)圆柱体刚好浮起时浸入水中的体积;
(3)停止注水时,圆柱体受到的浮力。
(1)1 200 Pa (2)1.2×10-3 m3 (3)32 N
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【解析】(1)水箱内无水时,圆柱体对水箱底部的压力
F=G=12 N
则圆柱体对水箱底部的压强
p===1 200 Pa
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(2)根据物体的浮沉条件可知,当圆柱体刚好浮起时受到的
浮力
F浮=G=12 N
由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,圆柱体浸入水中的体积
V浸=V排===1.2×10-3 m3
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(3)停止注水时,圆柱体受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力以及传感器底端P对圆柱体有20 N的竖直向下的压力,
根据力的平衡条件可知,此时圆柱体受到的浮力
F浮′=G+FP=12 N+20 N=32 N
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9.(2023·青岛)“国之重器”中的起重船在我国很多伟大的工程中发挥着重要作用。起重船的工作就是将重物起吊移至指定位置。如图甲所示,一艘起重船自身质量m1=10 000 t,
要吊装的重物质量m2=1 000 t。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
甲 乙 丙 丁
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(1)起重船带着重物一起漂浮在水面上时,排开水的体积是多少?
(2)起重机将该重物匀速提升了30 m,它的电动机所做的功是7.5×108 J,则起重机的机械效率是多少?
(3)为了防止起重船吊装重物时发生倾斜,在起重船的船体两侧建造了由许多小舱室组成的水舱。起重船吊起重物后,就通过抽水机将一侧水舱里的水抽向另一侧水舱来保持起重船平衡,示意图如图乙所示。
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小海设计了一种用力传感器感知抽水量的长方体水舱模型,其底面积为2 m2,示意图如图丙所示,其中A是固定的力传感器,能够显示B对它的压力或拉力的大小;B是质量和体积均可忽略的细直杆,B的上端固定在A上,下端固定在物体C上;物体C是质量为20 kg、高度为2 m的圆柱体。水舱中装有4.2 m3的水,抽水机将水抽出的过程中,力传感器示数F的大小随抽出水的体积V变化的图像如图丁所示。当力传感器示数为0时,剩余的水对舱底的压强是多少?
(1)1.1×104 m3 (2)40% (3)9×103 Pa
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【解析】(1)船漂浮时浮力等于重力,起重船自身质量m1=
10 000 t,要吊装的重物质量m2=1 000 t,则起重船带着重物一起漂浮在水面上时所受浮力为
F浮=G=(m1+m2)g=(10 000×103 kg+1 000×103 kg)×
10 N/kg=1.1×108 N
排开水的体积为
V排===1.1×104 m3
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(2)起重机将该重物匀速提升了30 m过程中做的有用功为
W有=Gh=m2gh=1 000×103 kg×10 N/kg×30 m=3× 108 J
则起重机的机械效率为
η===40%
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(3)由图丁可知,当抽出的水为4 m3后,力传感器的示数等于C的重力GC=200 N,且保持不变,则抽出4 m3水时,C的下表面露出水面,
则C的下表面距离舱底的深度
h0====0.1 m
由图丁可知,当水舱中装有4.2 m3的水时,C对传感器的压力为300 N,
F压=F浮大-GC,所以F浮大=F压+GC=300 N+200 N=500 N,
此时C浸没在水中,由阿基米德原理可得VC=V排大===0.05 m3
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C的横截面积SC===0.025 m2,
当力传感器示数为0时,水对C的浮力等于C的重力,
根据阿基米德原理可得,V排====0.02 m3
C浸在水中的深度h1===0.8 m,
此时水舱中水的深度h=h0+h1=0.1 m+0.8 m=0.9 m,
水对舱底的压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.9 m=9×103 Pa
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