2025年中考物理一轮专项复习:浮力(江西专用)
2025-03-10
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内容正文:
浮力
【知识梳理】
一、浮力
(1)定义:浸在液体(或气体)中的物体会受到向上的力,这个力叫做浮力。
(2)浮力的施力物体是液体(或气体),方向是竖直向上。
(3)浮力产生的原因:浸在液体(或气体)中的物体,受到液体(或气体)对物体向上的压力大于向下的压力,向上、向下的压力差即浮力F浮=F上–F下。
注意:若物体下部没有液体则物体不受浮力作用。例如插入河底淤泥中的木桩和已粘在杯底上的铁块都不受水的浮力。浸在气体中的物体也受到气体对它竖直向上的浮力,但一般情况下不考虑气体对物体的浮力。
二、决定浮力大小的因素
物体在液体中所受浮力的大小不仅与液体的密度有关;还与物体排开液体的体积有关,而与浸没在液体中的深度无关。
注意:弹簧测力计下挂着一个物体,当物体逐渐浸入水中时,弹簧测力计的示数逐渐减小,物体受到的浮力逐渐增大。将一个空心的金属球浸没在水中并上浮,随着露出水面的体积逐渐增大时,球所受的浮力将逐渐变小,球所受的重力不变,当球浮在水面静止时,所受浮力和它的重力相等。
三、浮力的计算
1.称重法:把物体挂在弹簧测力计上,记下弹簧测力计的示数为G,再把物体浸入液体中,记下弹簧测力计的示数F,则F浮=G–F。
2.原理法(根据阿基米德原理):利用阿基米德原理,F浮=G排=m排g=ρ液gV排,普遍适用于计算任何形状物体受到的浮力。
3.漂浮或悬浮条件:物体漂浮或悬浮时,物体处于平衡状态:F浮=G。
注意:(1)计算浮力时,可以依据物体所处状态和题目已知条件选择适当的方法来计算;
(2)将阿基米德原理与物体漂浮、悬浮条件结合在一起来计算浮力大小;
(3)漂浮、悬浮的物体F浮=G排=G物,m排=m物。
四、阿基米德原理
探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系。
(1)实验器材:溢水杯、弹簧测力计、金属块、水、小桶。
(2)实验步骤:
①如图甲所示,用测力计测出金属块的重力;
②如图乙所示,把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中,读出这时测力计的示数。同时,用小桶收集物体排开的水;
③如图丙所示,测出小桶和物体排开的水所受的总重力;
④如图丁所示,测量出小桶所受的重力。
结论1.内容:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。
2.公式:
注意:在应用阿基米德原理时应注意:①“浸在”包含两种情况:一是物体有一部分浸在液体中,此时V排=V浸入<V物;二是物体全部没入液体中,此时V排=V浸入=V物。
②“浮力的大小等于物体排开液体所受的重力”,这里要注意浮力本身是力,只能和力相等,很多同学常把这句话说成“浮力大小等于物体排开液体的体积”。力和体积不是同一物理量,不具有可比性;这里所受的重力,不是物体所受的重力,而是被排开液体所受的重力。
③由F浮=ρ液gV排,可以看出,浮力的大小只跟液体的密度和物体排开液体的体积两个因素有关,而跟物体本身的体积、密度、形状,与在液体中是否运动,液体的多少等因素无关。
④阿基米德原理也适用于气体。浸没在气体里的物体受到浮力的大小,等于它排开的气体所受的重力。即F浮=G排=ρ气gV排。
五、物体的浮沉条件
判断物体浮沉的条件:通常情况下,判断物体的浮沉有两种方法:一是根据力的关系来判断,即根据浮力和重力的大小关系,结合浮沉条件来判断;二是根据物体密度与液体密度的关系来判断。
判断方法
比较F浮和G物
比较ρ液和ρ物
上浮
F浮>G物
ρ液>ρ物
悬浮
F浮=G物
ρ液=ρ物
下沉
F浮<G物
ρ液<ρ物
注意:总有同学认为“上浮的物体受到的浮力大,下沉的物体受到的浮力小”,这种说法是不正确的。事实上物体的沉浮决定于物体受到的浮力和物体重力的大小关系,而不是只决定于物体受到的浮力大小。大石块受到的浮力再大,只要还小于自身的重力,就不会上浮;小木块受到的浮力再小,只要还大于自身的重力,就不会下沉。
悬浮与漂浮有相似之处,也有重要区别。相似之处是:物体都处于平衡状态,各自所受重力和浮力是大小相等的一对平衡力。重要区别是:(1)它们在液体中的位置不同,悬浮是物体可以静止在液体内部任一地方,而漂浮则是物体静止在液体表面上;(2)处于悬浮状态的物体,其密度与液体密度相等,处于漂浮状态的物体,其密度小于液体的密度,其体积大于物体排开液体的体积。
六、浮力的应用
(1)轮船是采用空心的方法来增大浮力的。轮船的排水量:轮船满载时排开水的质量。轮船从河里驶入海里,由于水的密度变大,轮船浸入水的体积会变小,所以会上浮一些,但是受到的浮力不变(始终等于轮船所受的重力)。
(2)潜水艇是靠改变自身的重力来实现上浮或下潜。
(3)气球和飞艇是靠充入密度小于空气的气体来实现升空的;靠改变自身体积的大小来改变浮力的。
(4)密度计是漂浮在液面上来工作的,它的刻度是“上小下大”。
注意:轮船在不同的水中(如江水、海水)都处在漂浮状态所受浮力相等;潜艇靠改变自身重力实现浮与沉,在没有露出水面之前潜水艇受到的浮力不变。气球升空时气球里充密度小于空气的气体。
【专题突破】
一.选择题(共12小题)
1.(2022•江西)如图所示,在家庭小实验中,某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上,下列操作可行的是( )
A.向杯子中加盐 B.向杯子中加水
C.倒出少量的水 D.轻轻摇晃杯子
2.(2024•修水县校级模拟)在学习物体浮沉条件时,老师在课堂上所做的一个演示实验摘录如下:将体积相同的两枚鸡蛋分别轻轻放入两杯相同的水中,待鸡蛋在水中静止后,浮沉状态如图甲、乙所示,下列判断正确的是( )
A.甲图中的鸡蛋排开水的重力小
B.乙图中的鸡蛋受到的浮力大
C.甲图中的鸡蛋重力大
D.乙图中的鸡蛋受到的浮力大于重力
3.(2024•吉州区模拟)水平桌面上有两个完全相同的杯子,盛有等质量的水。将橘子放入左侧杯中,取出后剥皮再放入右侧杯中,橘子静止时的状态分别如图甲、乙所示。下列分左右析正确的是( )
A.甲图中的橘子所受的浮力大于其所受的重力
B.甲图中的橘子比乙图中的橘子所受的浮力大
C.甲图中杯子对桌面的压强小于乙图中杯子对桌面的压强
D.甲图中杯底所受水的压强小于乙图中杯底所受水的压强
4.(2024•鄱阳县一模)在一支平底试管内装入适量铁砂,然后将其先后放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯中,试管静止时的状态如图所示,则下列说法正确的是( )
A.试管在甲液体中受到的浮力较大
B.试管在乙液体中受到的浮力较大
C.装有甲液体的烧杯底部所受压强较大
D.装有乙液体的烧杯底部所受压强较大
5.(2022•江西模拟)如图所示,杯中的冰块漂浮在水中,杯中水面恰好与杯口相平,待冰块全部熔化,下列说法中正确的是( )
A.水会从杯中溢出
B.杯中水面会下降
C.熔化过程中水面下降,完全熔化后水会从杯中溢出
D.水对杯底的压强不变
6.(2024•新余模拟)三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲<ρ丙=ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.容器对桌面的压强关系是p′甲<p′乙<p′丙
D.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
7.(2023•吉安一模)甲、乙两个完全相同的烧杯,盛有浓度不同的盐水,放在水平桌面上。如图所示,将相同的物体 A、B分别放入甲、乙烧杯中,静止时液面相平。则下列判断正确的是( )
A.甲杯对地面的压力小于乙杯对地面的压力
B.甲液体密度可能大于乙液体的密度
C.甲、乙两杯中液体对烧杯底的压强相等
D.A 物体排开液体的质量大于 B 物体排开液体的质量
8.(2023•上饶模拟)如图所示,鸡蛋漂浮在水面上,下列描述正确的是( )
A.鸡蛋受到的重力小于鸡蛋受到的浮力
B.鸡蛋的密度小于水的密度
C.容器对水的支持力等于水的重力
D.鸡蛋排开水的重力小于鸡蛋的重力
9.(2023•信州区校级一模)如图所示,水平桌面上有一个装有水的圆柱形容器,水面漂浮着一个放有铁球的烧杯(ρ铁>ρ水);若将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,下列说法正确的是( )
A.容器底受到水的压强不变
B.容器对桌面的压强会变小
C.容器中的水面会下降一些
D.烧杯下表面受到水的压强不变
10.(2024•广昌县一模)为了延长水果的存放时间,果农先将水果浸没到自己配制的保鲜液中,再用保鲜纸包住就能存放比较长的时间.若将同一个苹果先后放入甲、乙两个容器的保鲜液中,静止后苹果的浮沉情况如图所示,则下列说法正确的是( )
A.甲中苹果所受浮力大于乙中苹果所受浮力
B.甲中液体密度小于乙中液体密度
C.乙中苹果所受浮力等于苹果的重力
D.乙中液体密度大于苹果的密度
11.(2023•红谷滩区校级三模)放在水平桌面上的两个相同的容器中盛有等量的水,将一小石块和小木块放入水中,最终发现小木块浮在水面上,而小石块却沉入水中,最终两容器中的液面相平,下列说法正确的是( )
A.小木块受到的浮力大
B.石块受到的重力大
C.水对两容器底部的压强不相等
D.两容器对桌面的压强相等
12.(2023•石城县一模)如图所示,是南极海洋冰山的美丽景象。冰山实质就是海中漂浮的大块淡水冰。据科学分析,全球气候变暖会导致冰山熔化,海平面升高。下列判断正确的是( )
A.冰山熔化一部分后仍会漂浮在水面上
B.冰山熔化一部分后排开水的体积不变
C.冰山所受到的浮力一定大于它所受的重力
D.冰山所受的重力小于它排开水所受的重力
二.填空题(共10小题)
13.(2024•永修县模拟)如图所示,在实验室小明用完全相同的两个弹簧秤,分别称取100N的棉花和铜块,然后将它们悬挂于透明密闭的容器内,随着抽气机将容器中空气抽离,发现两弹簧秤示数均 (变大/变小/不变),最后发现悬挂棉花的弹簧秤示数 (大于/小于/等于)悬挂铜块的弹簧秤示数。
14.(2020•江西)如图所示,A、B两物块以不同方式组合,分别静止在甲、乙两种液体中,由此可判断ρ甲 ρ乙;若A物块在两种液体中受到的浮力分别为F甲、F乙,则F甲 F乙.(均选填“>”、“<”或“=”)
15.(2024•永修县校级模拟)五一黄金周,小明乘游船游览烟台山海域,领略烟台山水画卷之美。游玩结束后,20名游客全部离船上岸后(每名游客质量按60kg计算),游船会 (选填“上浮一些”或“下沉一些”);游船排开水的体积变化 m3(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
16.(2024•吉州区校级二模)如图甲所示,在木块上放一个铁块,静止时木块恰好浸没在水中。用细绳(质量可忽略)连接木块和铁块放入水中,静止时如图乙所示。木块在甲图中受到的浮力 在乙图中受到的浮力(选填“大于”“小于”或“等于”),乙图中液面会 (选填“上升”“下降”或“不变”)。
17.(2024•南昌县校级模拟)福建舰是我国第三艘航空母舰,已在近期圆满完成为期8天的首次航行试验任务,如图所示。当福建舰从密度大的海域驶入密度小的海域过程中,其受到海水的浮力 ,舰体在海面下相同深度处受到海水的压强 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
18.(2024•江西模拟)2023年11月,中国首艘国产大型邮轮“爱达•魔都号”正式交付,总吨位13.55万吨,如图所示。“魔都号”满载时受到的浮力 (选填“最大”或“最小”);满载的“魔都号”从长江行驶到东海时,其排开液体的体积 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
19.(2024•永修县模拟)如图,木块质量为50g,漂浮在盐水中,它受到的浮力是 N;若盐水的深度是10cm,则杯子底部受到盐水的压强是 Pa。(g=10N/kg,ρ盐水=1.1×103kg/m3)
20.(2024•信丰县一模)如图所示,在室温为10℃的房间内有一块冰漂浮在装有水的盆中(不考虑汽化和升华),一段时间后发现冰块变小了,在这段时间内,冰的浮力会 (选填“变大”、“变小”或“不变”),水对盆底的压强会 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
21.(2024•贵溪市一模)如图所示是实验过程中弹簧测力计挂着同一金属块的示数。则金属块浸没在水中时,受到的浮力是 N,该金属块的密度是 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
22.(2024•南昌县模拟)如图所示,取一大塑料瓶,用一小玻璃瓶制作成“浮沉子”。将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下,使其漂浮在大塑料瓶的水面上。为了观察其浮沉,大瓶的瓶盖应该旋紧,当用力挤压大瓶时,“浮沉子”的重力 (选填“大于”、“小于”或“等于”)“浮沉子”所受浮力,此时“浮沉子”会 (选填“加速”、“减速”或“匀速”)下沉。
三.实验探究题(共3小题)
23.(2024•婺源县二模)【实验名称】测量金属块的密度:
【实验器材】托盘天平、量筒、水、细线、烧杯、金属块、电子秤;
【实验原理】 ;
【实验步骤】(1)将天平放在水平台面上,将游码移至标尺零刻度线处,指针指示的位置如图甲所示,此时应将平衡螺母向 (选填“左”或“右”)端调节,使横梁水平平衡;
(2)将金属块放在天平的 盘,用镊子向另一个盘中加减砝码并移动游码。当天平横梁再次水平平衡时,所加砝码和游码位置如图乙所示,则金属块的质量为 g;
(3)往量筒中倒入26mL的水,用细线拴住该金属块缓慢放入量筒中,量筒中水面位置如图丙所示,测出金属块的体积为 cm3;
(4)实验测得该金属块的密度为 g/cm3;
【拓展】某同学利用电子秤、一根细绳、烧杯和水设计了另一种实验方案,如图丁所示;
①如图A,向烧杯中倒入适量水,电子秤的示数为m0;
②如图B,将金属块用细线系住,用手拉住细线,使金属块浸没于水中,电子秤的示数为m1;
③如图C,将金属块沉入杯底,松开细线,静止时电子秤的示数为m2;
④金属块的密度ρ金属块= (用m0、m1、m2、ρ水表示)。
24.(2024•永修县校级模拟)小明在厨房帮妈妈煮饺子,发现饺子刚入锅时沉在水底,一段时间后会鼓起来,煮熟后漂浮在水面上。小明猜想,物体受到的浮力大小可能与它排开液体的体积有关,于是设计实验进行探究。如图,他把适量沙子装入气球,并充入少量空气,制成一个“饺子”进行了如下实验。实验中充入“饺子”的空气质量忽略不计。
(1)弹簧测力计是物理实验中常用的测量工具,该实验前应在 方向调零,如图甲所示,该测力计的分度值是 N,用弹簧测力计测出“饺子”的重力G= N;
(2)如图乙所示,将“饺子”浸入水中,“饺子”沉底,它受到的浮力F乙与其重力G的大小关系为F乙 G;(填“>”“<”或“=”)
(3)用测力计把“饺子”竖直拉离水底,在水中静止,测力计的示数如图丙所示,它受到的浮力F丙= N;
(4)向“饺子”中充入适量空气,使其体积变大再浸入水中,测力计的示数如图丁所示,此时它受到的浮力为F丁,则F丁与F丙的大小关系为F丁 F丙;(填“>”“<”或“=”)
(5)向“饺子”中充入更多的空气,浸入水中,“饺子”排开水的体积更大,最终漂浮在水面上,如图戊所示。至此,小明验证了自己的猜想,即物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关,且排开液体的体积越大,所受浮力越 。
25.(2023•江西)【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关:
【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后,还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。
【证据】该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。
①如图a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为 N;
②如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
③如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
④如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
【解释】
(1)图b中橡皮泥受到的浮力大小为 N;
(2)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状 。
【交流】
(1)本实验在其它因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究。在物理学中,这种研究方法称为 。
(2)在第④步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,橡皮泥所受浮力大小 (选填“变大”“变小”或“不变”),说明浮力大小与 无关。
(3)若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,能否完成本实验的探究? 。
四.计算题(共4小题)
26.(2024•江西)如图所示,水平桌面上的平底薄壁容器(重力忽略不计)底面积为0.01m2,容器内盛有质量为4kg的水。一实心木块漂浮在水面上,木块的质量为0.6kg,体积为1×10﹣3m3。g取10N/kg,求:
(1)木块的密度;
(2)木块受到的重力;
(3)木块受到的浮力;
(4)此时容器对水平桌面的压强。
27.(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。
28.(2024•赣州二模)如图甲所示,用弹簧测力计悬挂一实心物块,从盛水的烧杯上方某一高度匀速下降,直至浸没于水中并继续匀速下降(物块未与烧杯底接触)。物块下降过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙所示。(g=10N/kg,)
求:
(1)物块的质量;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的体积;
(4)物块刚好完全浸没时,水对物块下表面的压强。
29.(2024•九江校级模拟)如图所示,是某次实验操作过程顺序的示意图;所用水的密度为ρ水=1.0×103kg/m3。求:
(1)物体浸没在水中时受到水的浮力;
(2)物体的体积为多少;
(3)物体的密度为多少。
浮力
参考答案与试题解析
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
A
C
B
D
D
D
A
B
C
C
B
题号
12
答案
A
一.选择题(共12小题)
1.(2022•江西)如图所示,在家庭小实验中,某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上,下列操作可行的是( )
A.向杯子中加盐 B.向杯子中加水
C.倒出少量的水 D.轻轻摇晃杯子
【分析】物体在液体中的浮沉条件:浸没在液体中的物体,F浮>G,则上浮;F浮=G,则悬浮;F浮<G,则下沉;当物体漂浮或悬浮时,浮力与重力相等。
【解答】解:
鸡蛋沉底,说明鸡蛋受到的浮力小于其重力,即F浮<G。鸡蛋排开液体的体积不变时,由F浮=ρ液gV排可知,应向杯中加盐,增大液体的密度,以增大鸡蛋所受浮力,当浮力增大到大于鸡蛋的重力时鸡蛋会上浮,最后漂浮在水面。
故选:A。
【点评】本题考查物体浮沉条件的应用,属于一道基础题。
2.(2024•修水县校级模拟)在学习物体浮沉条件时,老师在课堂上所做的一个演示实验摘录如下:将体积相同的两枚鸡蛋分别轻轻放入两杯相同的水中,待鸡蛋在水中静止后,浮沉状态如图甲、乙所示,下列判断正确的是( )
A.甲图中的鸡蛋排开水的重力小
B.乙图中的鸡蛋受到的浮力大
C.甲图中的鸡蛋重力大
D.乙图中的鸡蛋受到的浮力大于重力
【分析】(1)浸在液体中的物体受到的浮力等于排开液体的重力,根据F浮=ρ液gV排来比较鸡蛋受到的浮力和排开液体的重力;
(2)物体漂浮时,浮力与重力相等;物体下沉时,浮力小于重力。
【解答】解:
AB.两个鸡蛋体积相同,甲图鸡蛋下沉,是完全浸没,乙图鸡蛋漂浮,是部分浸入水中,因此,鸡蛋在甲图中排开水的体积大,根据F浮=G排=ρ液gV排排开水的重力更大,浮力也更大,故AB错误;
CD.乙图中的鸡蛋处于漂浮状态,由漂浮条件可知,鸡蛋受到的浮力等于鸡蛋的重力;由物体的浮沉条件可知,甲图中,鸡蛋沉底,故F浮甲<G甲;乙图中,鸡蛋漂浮,则有:F浮乙=G乙;又由B选项可知:F浮甲>F浮乙
则可得:G甲>G乙,故C正确,D错误。
故选:C。
【点评】本题主要考查了有关阿基米德原理及物体浮沉条件的应用,关键要掌握F浮=G排=ρ液gV排,浮力与物体排开液体的重力是相等的。
3.(2024•吉州区模拟)水平桌面上有两个完全相同的杯子,盛有等质量的水。将橘子放入左侧杯中,取出后剥皮再放入右侧杯中,橘子静止时的状态分别如图甲、乙所示。下列分左右析正确的是( )
A.甲图中的橘子所受的浮力大于其所受的重力
B.甲图中的橘子比乙图中的橘子所受的浮力大
C.甲图中杯子对桌面的压强小于乙图中杯子对桌面的压强
D.甲图中杯底所受水的压强小于乙图中杯底所受水的压强
【分析】(1)(2)根据物体的浮沉条件分析橘子受到的浮力的大小关系;
(3)水平桌面上的物体对水平面的压力等于自身的重力,根据p分析甲图中杯子对桌面的压强与乙图中杯子对桌面的压强的大小关系;
(4)根据浮力的大小分析橘子排开的水的体积的大小关系和水的深度的关系,根据p=ρgh分析杯底受到的压强的大小关系。
【解答】解:
A、甲图中的橘子在水中处于漂浮状态,根据物体的浮沉条件可知,浮力等于重力,故A错误;
B、乙图中的橘子处于沉底状态,受到的浮力小于自身的重力;由于乙中的橘子的重力小于甲中橘子的重力,所以甲图中的橘子比乙图中的橘子所受的浮力大,故B正确;
C、橘子剥皮后的重力变小,水和杯子的重力相同,所以甲杯子的总重力大于乙杯子的总重力;受力面积相同,根据p可知,甲图中杯子对桌面的压强大于乙图中杯子对桌面的压强,故C错误;
D、甲中橘子受到的浮力大,根据F浮=ρ液gV排可知,甲中橘子排开的水的体积大,所以甲中水的液面高,根据p=ρgh可知,甲图中杯底所受水的压强大于乙图中杯底所受水的压强,故D错误。
故选:B。
【点评】本题考查了阿基米德原理、物体漂浮条件和压强公式的应用,难度不大。
4.(2024•鄱阳县一模)在一支平底试管内装入适量铁砂,然后将其先后放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯中,试管静止时的状态如图所示,则下列说法正确的是( )
A.试管在甲液体中受到的浮力较大
B.试管在乙液体中受到的浮力较大
C.装有甲液体的烧杯底部所受压强较大
D.装有乙液体的烧杯底部所受压强较大
【分析】(1)同一支装入适量的铁砂的平底试管在两液体中都漂浮,受到的浮力相等、都等于自身重力;
(2)试管在甲、乙两液体中受到的浮力相等,而排开液体的体积不同,根据公式F浮=ρgV排可判断两液体密度的大小;
由图可知:两液面等高,根据p=ρ液gh判断烧杯底部所受压强大小。
【解答】解:AB、因为同一支装入适量的铁砂的平底试管在两液体中都漂浮,所以试管受到的浮力等于自身重力:F甲=F乙=G,故AB错误;
CD、试管在甲、乙两液体中受到的浮力相等,由图知,排开的液体体积V甲>V乙,根据F浮=ρ液V排g可知,ρ甲<ρ乙;
由图可知:两液面等高,根据p=ρ液gh可知,装乙液体的烧杯底部所受压强较大,故C错误,D正确。
故选:D。
【点评】本题考查了学生对阿基米德原理、物体的漂浮条件、液体压强公式的掌握和运用,知识点多、综合性强,属于难题,要求灵活运用所学知识分析判断。
5.(2022•江西模拟)如图所示,杯中的冰块漂浮在水中,杯中水面恰好与杯口相平,待冰块全部熔化,下列说法中正确的是( )
A.水会从杯中溢出
B.杯中水面会下降
C.熔化过程中水面下降,完全熔化后水会从杯中溢出
D.水对杯底的压强不变
【分析】烧杯中的冰块漂浮在水面上,要想判断冰熔化之后,水面是否变化,则需要比较冰块排开液体的体积V排跟冰熔化成水后的体积V冰化水大小,若V排=V冰化水时,则水面不变;若V排<V冰化水时,则水面上升;若V排>V冰化水,则水面下降。
【解答】解:烧杯中的冰块漂浮在水面上,则根据漂浮条件和阿基米德原理可知:F浮=G冰,即:ρ水gV排=G冰﹣﹣﹣①
由于当冰块全部熔化后,其质量不变,重力不变,所以,G水=G冰,即:ρ水gV水=G冰﹣﹣﹣②
由①②可得:ρ水gV排=ρ水gV水,所以,V排=V水,即:冰熔化为水的体积等于冰排开水的体积,所以,不会有水从烧杯中溢出,杯中水面也不会下降,即水面保持不变;
根据p=ρgh可知,水对杯底的压强不变;
综上所述,D正确。
故选:D。
【点评】本题关键:一是冰化水质量不变,二是阿基米德原理和漂浮条件联合运用。
6.(2024•新余模拟)三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,以下判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲<ρ丙=ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.容器对桌面的压强关系是p′甲<p′乙<p′丙
D.小球受到的浮力大小关系是F乙=F丙>F甲
【分析】(1)根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系、浮力大小关系;
(2)利用液体压强公式分析判断三种液体对容器底的压强关系;
(3)容器对桌面的压力等于容器、容器内液体和小球的总重力,受力面积相同,根据p比较压强大小。
【解答】解:三个完全相同的小球,其质量、体积和密度都相同;
AD.由物体的浮沉条件可知,小球在甲中沉底,则ρ甲<ρ,F甲=F浮甲<G,
小球在乙中漂浮,则ρ<ρ乙,F乙=F浮乙=G,
小球在丙中悬浮,则ρ丙=ρ,F丙=F浮丙=G,
故ρ甲<ρ丙<ρ乙,F乙=F丙>F甲,故A错误,D正确;
B.根据液体压强的计算公式p=ρgh和液体密度的关系可得液体对容器底部的压强关系是p乙>p丙>p甲,故B错误;
C.三个相同容器内分别盛满不同的液体,三个小球分别浸没在甲、丙液体中,在乙液体中漂浮,所以可得三种液体的体积关系为V甲=V丙<V乙,
则液体的质量关系为m甲<m丙<m乙,
液体的重力关系为G甲<G丙<G乙,
在水平面上,容器对桌面的压力等于容器、液体和小球的总重力,即F压=G容器+G球+G液,
又因为三个容器相同、小球相同,即容器、小球的重力都相同,所以可得容器对桌面的压力关系为F压甲<F压丙<F压乙,
三个容器的面积相同,根据可得容器对桌面的压强关系是p′甲<p′丙<p′乙,故C错误。
故选:D。
【点评】此题主要考查物体浮沉条件及其应用、压强的大小比较,根据物体浮沉条件,结合图示得出三种液体的密度大小关系是解答此题关键。
7.(2023•吉安一模)甲、乙两个完全相同的烧杯,盛有浓度不同的盐水,放在水平桌面上。如图所示,将相同的物体 A、B分别放入甲、乙烧杯中,静止时液面相平。则下列判断正确的是( )
A.甲杯对地面的压力小于乙杯对地面的压力
B.甲液体密度可能大于乙液体的密度
C.甲、乙两杯中液体对烧杯底的压强相等
D.A 物体排开液体的质量大于 B 物体排开液体的质量
【分析】(1)根据物体的浮沉条件得出两种液体密度的大小关系;根据G=mg=ρgV得出液体重力的大小关系,从而得出压力的大小关系;
(2)根据p=ρgh分析液体对烧杯底部压强的大小关系;
(3)根据阿基米德原理分析排开的液体的质量的大小关系。
【解答】解:AB.相同的物体 A、B,则两物体密度(重力)相同,分别放入甲、乙烧杯中,在甲中处于悬浮状态,则甲杯中液体的密度等于A的密度;B在乙中处于漂浮状态,则乙杯液体的密度大于B的密度,由于A、B的密度相同,所以甲杯中液体的密度小于乙杯中液体的密度;
已知液面相平,易知,乙中液体的体积大于甲中液体的体积,根据G=mg=ρgV可知,可知乙中液体的重力大,而杯子对地面的压力等于容器重力与液体重力及物体的重力之和,故甲杯对地面的压力小于乙杯对地面的压力,综上,A正确,B错误;
C.两容器中液面相平,两容器底部所处的液体的深度相同,根据p=ρgh可知,甲杯中液体对烧杯底的压强小于乙杯中液体对烧杯底的压强,故C错误;
D.无论悬浮还是漂浮,物体受到的浮力都等于物体的重力,故两物体受到的浮力相同,根据阿基米德原理,两物体排开液体的重力相同,根据G=mg可知,两物体排开液体的质量相同,故D错误。
故选:A。
【点评】本题考查物体的浮沉条件、液体压强的特点、密度公式以及压强公式的应用,题目综合性较强。
8.(2023•上饶模拟)如图所示,鸡蛋漂浮在水面上,下列描述正确的是( )
A.鸡蛋受到的重力小于鸡蛋受到的浮力
B.鸡蛋的密度小于水的密度
C.容器对水的支持力等于水的重力
D.鸡蛋排开水的重力小于鸡蛋的重力
【分析】(1)物体在液体中漂浮时,所受浮力等于自身的重力,物体的密度小于液体的密度;
(2)容器对水的支持力等于水和鸡蛋的重力之和;
(3)根据阿基米德原理可知,物体排开液体的重力等于鸡蛋的重力,结合漂浮时,鸡蛋的重力和所受浮力相等得出答案。
【解答】解:AB、鸡蛋漂浮,鸡蛋受到的重力等于鸡蛋受到的浮力,鸡蛋的密度小于水的密度,故A错误、B正确;
C、容器对水的支持力等于水和鸡蛋的重力之和,故C错误;
D、根据阿基米德原理可知,鸡蛋排开水的重力等于鸡蛋的所受的浮力,且鸡蛋漂浮,鸡蛋受到的重力等于鸡蛋受到的浮力,故鸡蛋排开水的重力等于鸡蛋的重力,故D错误。
故选B。
【点评】本题考查浮沉条件和阿基米德原理的应用,综合性强,难度适中。
9.(2023•信州区校级一模)如图所示,水平桌面上有一个装有水的圆柱形容器,水面漂浮着一个放有铁球的烧杯(ρ铁>ρ水);若将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,下列说法正确的是( )
A.容器底受到水的压强不变
B.容器对桌面的压强会变小
C.容器中的水面会下降一些
D.烧杯下表面受到水的压强不变
【分析】当铁球放在烧杯中,烧杯漂浮在水面上时,根据物体漂浮条件可知,烧杯和铁球受到的总浮力等于烧杯和铁球受到的总重力;
当将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上时,根据物体漂浮条件可知,烧杯受到的浮力等于烧杯受到的重力,由于ρ铁>ρ水,所以铁球在水中沉入水底,根据物体沉底的条件可知,铁球受到的浮力小于铁球受到的重力,即此时烧杯和铁球受到的总浮力小于烧杯和铁球受到的总重力;
AC、根据阿基米德原理可知,当将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上时,烧杯和铁球排开水的体积小于当铁球放在烧杯中,烧杯漂浮在水面上时,烧杯和铁球排开水的体积,根据V排=S容器h可得出将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,水面将下降,根据p=ρ水gh可知,容器底受到水的压强的变化;
B、容器放在水平桌面上,容器对水平桌面的压力大小等于容器、水、烧杯和铁球的总重力,根据p可得出容器对桌面的压强的变化;
D、当铁球放在烧杯中,烧杯漂浮在水面上时,此时烧杯下表面受到水的压强p;当将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上时,此时烧杯下表面受到水的压强p,由此可得出烧杯下表面受到水的压强的变化。
【解答】解:当铁球放在烧杯中,烧杯漂浮在水面上时,根据物体漂浮条件可知,烧杯和铁球受到的总浮力等于烧杯和铁球受到的总重力;
当将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上时,根据物体漂浮条件可知,烧杯受到的浮力等于烧杯受到的重力,由于ρ铁>ρ水,所以铁球在水中沉入水底,根据物体沉底的条件可知,铁球受到的浮力小于铁球受到的重力,即此时烧杯和铁球受到的总浮力小于烧杯和铁球受到的总重力;
AC、根据F浮=ρ水gV排可知,当ρ水、g一定时,F浮变小,V排变小,所以当将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上时,烧杯和铁球排开水的体积小于当铁球放在烧杯中,烧杯漂浮在水面上时,烧杯和铁球排开水的体积,根据V排=S容器h可知,将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,水面将下降,根据p=ρ水gh可知,容器底受到水的压强将变小,故A错误,C正确;
B、容器放在水平桌面上,容器对水平桌面的压力大小等于容器、水、烧杯和铁球的总重力,所以将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,容器对桌面的压力保持不变,根据p可知,容器对桌面的压强不变,故B错误;
D、当铁球放在烧杯中,烧杯漂浮在水面上时,此时烧杯下表面受到水的压强p;
当将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上时,此时烧杯下表面受到水的压强p,
由此可知,将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,烧杯下表面受到水的压强变小,故D错误。
故选C。
【点评】本题主要考查阿基米德原理的应用,液体压强的特点的应用,固体压强大小的比较,其中分析清楚将铁球从烧杯中取出缓缓放入水中,烧杯仍竖直浮在水面上,烧杯和铁球受到的总浮力的变化是解题的关键,属于浮力、压强综合题,有一定的难度。
10.(2024•广昌县一模)为了延长水果的存放时间,果农先将水果浸没到自己配制的保鲜液中,再用保鲜纸包住就能存放比较长的时间.若将同一个苹果先后放入甲、乙两个容器的保鲜液中,静止后苹果的浮沉情况如图所示,则下列说法正确的是( )
A.甲中苹果所受浮力大于乙中苹果所受浮力
B.甲中液体密度小于乙中液体密度
C.乙中苹果所受浮力等于苹果的重力
D.乙中液体密度大于苹果的密度
【分析】要解决此题,需要知道物体在液体中的浮沉条件:若物体的密度大于液体的密度,则物体下沉;若物体的密度小于液体的密度,则物体漂浮;若物体的密度等于液体的密度,则物体悬浮在液体中。
要掌握阿基米德原理的内容,知道浸在液体中的物体受到的浮力等于它排开液体的重力。
【解答】解:甲图中,苹果漂浮在保鲜液中,所以F浮甲=G,且ρ甲液>ρ苹果,
乙图中,苹果悬浮在保鲜液中,F浮乙=G,所以ρ乙液=ρ苹果。
所以,F浮甲=F浮乙,ρ甲液>ρ乙液。
综上分析,只有C正确,ABD错误。
故选:C。
【点评】此题主要考查了有关物体在液体中的浮沉条件及阿基米德原理的应用。要能够从物体的浮沉情况中得出物体与液体的密度的大小关系。
11.(2023•红谷滩区校级三模)放在水平桌面上的两个相同的容器中盛有等量的水,将一小石块和小木块放入水中,最终发现小木块浮在水面上,而小石块却沉入水中,最终两容器中的液面相平,下列说法正确的是( )
A.小木块受到的浮力大
B.石块受到的重力大
C.水对两容器底部的压强不相等
D.两容器对桌面的压强相等
【分析】(1)物体所受的浮力等于排开液体的重力;
(2)当物体在水中受到的浮力大于重力时就上浮,当物体在水中受到的浮力小于重力时就下沉;
(3)根据p=ρgh判断液体对容器底产生的压强大小;
(4)根据公式p判断对桌面压强的大小
【解答】解:A、由题意可知小石块和小木块排开水的体积相同,所受浮力相同,故A错误;
B、石块下沉所受浮力小于重力,木块漂浮所受浮力等于重力,木块和石块所受浮力相同,所以石块受到的重力大,故B正确;
C、液面相平,由p=ρgh可知水对两容器底部的压强相等,故C错误;
D、因为容器、水、木块的总重力小于容器、水、石块的总重力,水平面压力等于重力,容器的底面积相同,由p可知,盛石块的容器对桌面的压强大,故D错误。
故选:B。
【点评】本题考查浮沉条件、压强以及液体压强公式的运用,难度不大。
12.(2023•石城县一模)如图所示,是南极海洋冰山的美丽景象。冰山实质就是海中漂浮的大块淡水冰。据科学分析,全球气候变暖会导致冰山熔化,海平面升高。下列判断正确的是( )
A.冰山熔化一部分后仍会漂浮在水面上
B.冰山熔化一部分后排开水的体积不变
C.冰山所受到的浮力一定大于它所受的重力
D.冰山所受的重力小于它排开水所受的重力
【分析】(1)比较冰山熔化一部分后,剩余冰山的密度与海水密度之间的关系,根据物体的浮沉条件分析剩余冰山在海水中的状态;
(2)根据阿基米德原理分析剩余冰山排开海水的体积变化;
(3)根据物体的漂浮条件分析冰山受到的浮力与冰山的重力关系;
(4)根据阿基米德原理和物体的漂浮条件分析冰山所受的重力与它排开水所受的重力关系。
【解答】解:A、开始冰山漂浮在海水中,由物体的浮沉条件可知,冰山的密度小于海水的密度,冰山熔化一部分后冰山的密度不变,所以剩余的冰山密度仍小于海水的密度,因此剩余的冰山仍然漂浮在水面上,故A正确;
B、冰山熔化一部分后,剩余冰山的质量减小,重力减小,浮力减小,由阿基米德原理可知,剩余冰山排开海水的体积减小,故B错误;
C、冰山漂浮在海水中,由物体的漂浮条件可知,冰山受到的浮力大小等于冰山的重力,故C错误;
D、由阿基米德原理可知,冰山排开海水的重力等于冰山受到的浮力,由C可知,冰山受到浮力等于冰山的重力,因此冰山所受的重力等于它排开水所受的重力,故D错误。
故选:A。
【点评】本题考查物体浮沉条件和阿基米德原理的应用,关键是知道冰山在熔化的过程中,冰山的密度不变,冰山的质量减小。
二.填空题(共10小题)
13.(2024•永修县模拟)如图所示,在实验室小明用完全相同的两个弹簧秤,分别称取100N的棉花和铜块,然后将它们悬挂于透明密闭的容器内,随着抽气机将容器中空气抽离,发现两弹簧秤示数均 变大 (变大/变小/不变),最后发现悬挂棉花的弹簧秤示数 大于 (大于/小于/等于)悬挂铜块的弹簧秤示数。
【分析】空气中是物体受到浮力作用,真空没有浮力,根据浮力大小与排开气体的体积关系分析。
【解答】解:用完全相同的两个弹簧秤,分别称取100N的棉花和铜块,然后将它们悬挂于透明密闭的容器内,随着抽气机将容器中空气抽离,受到的空气浮力减小,因而两弹簧秤示数均变大,由于棉花的体积大,在空气中受到的浮力,因而减小的浮力多,弹簧测力计增大的拉力大,使得最后悬挂棉花的弹簧秤示数大于悬挂铜块的弹簧秤示数。
故答案为:变大;大于。
【点评】本题考查浮力及其有关因素,属于中档题。
14.(2020•江西)如图所示,A、B两物块以不同方式组合,分别静止在甲、乙两种液体中,由此可判断ρ甲 > ρ乙;若A物块在两种液体中受到的浮力分别为F甲、F乙,则F甲 > F乙.(均选填“>”、“<”或“=”)
【分析】同一物体在两种液体中处于漂浮或悬浮,所以受到的浮力都等于物体受到的重力;
由图可以得出物体排开液体体积的大小关系,再根据阿基米德原理分析液体的密度大小关系,根据F浮=ρ液gV排判断出浮力的关系。
【解答】解:由于AB两物体两次静止时处于漂浮或悬浮状态,所以受到的浮力都等于物体受到的重力,即F浮=G;
由图知,物体AB排开液体的体积:V乙排>V甲排,
由F浮=ρ液gV排可知:ρ甲>ρ乙,
甲乙中A物块在两种液体中都完全浸没,排开液体的体积相同,
根据F浮=ρ液gV排知,甲受到的浮力大于乙受到的浮力,即F甲>F乙。
故答案为:>;>。
【点评】本题考查了阿基米德原理、物体的漂浮条件,利用好漂浮或悬浮(F浮=G)是解此类题目的关键。
15.(2024•永修县校级模拟)五一黄金周,小明乘游船游览烟台山海域,领略烟台山水画卷之美。游玩结束后,20名游客全部离船上岸后(每名游客质量按60kg计算),游船会 上浮一些 (选填“上浮一些”或“下沉一些”);游船排开水的体积变化 1.2 m3(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
【分析】(1)游客在船上时,船处于漂浮状态,受到的浮力等于船和游客的重力;20名游客全部离船上岸后,由重力变化得出受到的浮力变化,再利用F浮=ρ液gV排得出船排开水的体积变化。
(2)游客下船后,浮力减小值等于游客的重力,再利用F浮=ρ液gV排计算游船排开水的体积变化量。
【解答】解:(1)游客在船上时,船处于漂浮状态,受到的浮力等于船和游客的重力;20名游客全部离船上岸后,船仍漂浮,重力减小,受到的浮力减小,由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,船排开水的体积减小,因此船会上浮一些。
(2)游客下船后,浮力减小了:
,
由F浮=ρ液gV排可知,游船排开水的体积变化量:
。
故答案为:上浮一些;1.2。
【点评】本题考查了物体的漂浮条件、阿基米德原理的应用,属于基础题目。
16.(2024•吉州区校级二模)如图甲所示,在木块上放一个铁块,静止时木块恰好浸没在水中。用细绳(质量可忽略)连接木块和铁块放入水中,静止时如图乙所示。木块在甲图中受到的浮力 大于 在乙图中受到的浮力(选填“大于”“小于”或“等于”),乙图中液面会 不变 (选填“上升”“下降”或“不变”)。
【分析】根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知浮力大小关系;
把木块和铁块看成一个整体,在甲、乙两图中,处于漂浮状态,受到的浮力大小等于木块和铁块的总重力大小,根据公式F浮=ρ液gV排可知,F浮、ρ液相同时,V排相等,据此分析液面变化情况。
【解答】解:根据公式F浮=ρ液gV排可知,ρ液相同时,V排越大,浮力越大。因为在甲图中木块排开水的体积更大,所以在甲图中木块受到的浮力更大。
把木块和铁块看成一个整体,在甲、乙两图中,处于漂浮状态,受到的浮力大小等于木块和铁块的总重力大小。根据公式F浮=ρ液gV排可知,F浮、ρ液相同时,V排相等,因此乙图中的液面不变。
故答案为:大于;不变。
【点评】此题考查了浮沉条件、阿基米德原理的应用,难度适中。
17.(2024•南昌县校级模拟)福建舰是我国第三艘航空母舰,已在近期圆满完成为期8天的首次航行试验任务,如图所示。当福建舰从密度大的海域驶入密度小的海域过程中,其受到海水的浮力 不变 ,舰体在海面下相同深度处受到海水的压强 变小 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
【分析】(1)福建舰漂浮时,受到的浮力等于总重力,对航空母舰进行受力分析,可得到浮力的变化情况;
(2)根据p=ρ液gh判断出舰体在海面下相同深度处受到海水压强的变化。
【解答】解:该舰从密度大的海域驶入密度小的海域后,仍然处于漂浮状态,自身的重力不变,由于物体漂浮时浮力等于自身的重力,所以受到的浮力不变;
当福建舰从密度大的海域驶入密度小的海域过程中,根据p=ρ液gh知舰体在海面下相同深度处受到海水的压强变小。
故答案为:不变;变小。
【点评】本题考查了学生对阿基米德原理、液体压强、物体的漂浮条件的掌握和运用,难度不大。
18.(2024•江西模拟)2023年11月,中国首艘国产大型邮轮“爱达•魔都号”正式交付,总吨位13.55万吨,如图所示。“魔都号”满载时受到的浮力 最大 (选填“最大”或“最小”);满载的“魔都号”从长江行驶到东海时,其排开液体的体积 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【分析】(1)物体的浮沉条件:物体漂浮时,F浮=G;物体悬浮时,F浮=G;物体沉底时,F浮<G;
(2)阿基米德原理:F浮=ρ液gV排;
(3)“魔都号”邮轮在水面上航行时处于漂浮状态,受到的浮力大小等于自身重力;海水的密度比江水的密度大;已知浮力、液体的密度,根据阿基米德原理可知排开液体的体积大小。
【解答】解:(1)“魔都号”邮轮在水面上处于漂浮状态,根据物体的浮沉条件可知:邮轮受到的浮力大小等于邮轮自身的重力;“魔都号”邮轮满载时自身重力最大,则“魔都号”满载时受到的浮力最大;
(2)满载的“魔都号”从长江行驶到东海时,“魔都号”邮轮始终处于漂浮状态,邮轮受到的浮力大小等于邮轮自身的重力;从长江行驶到东海过程中邮轮自身重力不变,则邮轮受到的浮力也不变,因海水的密度比江水的密度大,根据阿基米德原理可知:从长江行驶到东海时,“魔都号”邮轮排开液体的体积变小。
故答案为:最大;变小。
【点评】本题考查利用物体的浮沉条件比较浮力的大小、阿基米德原理的定性分析。解题关键是掌握物体的浮沉条件,熟悉浮力常见的应用例子﹣﹣轮船。
19.(2024•永修县模拟)如图,木块质量为50g,漂浮在盐水中,它受到的浮力是 0.5 N;若盐水的深度是10cm,则杯子底部受到盐水的压强是 1100 Pa。(g=10N/kg,ρ盐水=1.1×103kg/m3)
【分析】根据漂浮时,浮力等于重力求出浮力,由p=ρgh计算容器底部受到的压强。
【解答】解:木块在盐水中漂浮,则F浮=G=mg=0.05kg×10N/kg=0.5N;
盐水对杯子底部的压强:
p=ρ盐水gh=1.1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1100Pa。
故答案为:0.5;1100。
【点评】本题考查了学生对物体的漂浮条件、液体压强公式的掌握和运用,是一道基础题。
20.(2024•信丰县一模)如图所示,在室温为10℃的房间内有一块冰漂浮在装有水的盆中(不考虑汽化和升华),一段时间后发现冰块变小了,在这段时间内,冰的浮力会 变小 (选填“变大”、“变小”或“不变”),水对盆底的压强会 不变 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【分析】冰熔化成水时质量不变,再结合漂浮条件分析得出冰块变小时冰块所受的浮力;根据阿基米德原理和漂浮条件确定出水面的变化,再根据p=ρgh判断出水对盆底的压强。
【解答】解:因为冰化成水的质量不变,冰块漂浮时,则:F浮=G排=G冰,一段时间后发现冰块变小了,冰化成水,冰质量减小,重力减小,在这段时间内,冰的浮力会变小;
由阿基米德原理可知:F浮=G排=ρ水gV排=G水,
冰化成水的体积等于冰排开水的体积,水面深度不变,根据p=ρgh可知,水对盆底的压强不变。
故答案为:变小;不变。
【点评】本题主要考查漂浮条件、阿基米德原理及压强公式的应用,有一定难度。
21.(2024•贵溪市一模)如图所示是实验过程中弹簧测力计挂着同一金属块的示数。则金属块浸没在水中时,受到的浮力是 2 N,该金属块的密度是 2.4×103 kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
【分析】首先确定测力计的分度值,然后读出金属块的重力和金属块全部浸没在水中时受到的浮力,再利用称重法(F浮=G﹣F)求出金属块受到的浮力,根据F浮=ρ液gV排求出金属块排开水的体积,即金属块的体积,最后利用ρ计算金属块的密度。
【解答】解:由图知,测力计一个大格为1N,一个大格有5个小格,故其分度值为0.2N,
则金属块的重力G=4.8N,金属块浸没在水中时拉力F=2.8N,
金属块受到的浮力:F浮=G﹣F=4.8N﹣2.8N=2N;
根据F浮=ρ水gV排可得金属块排开水的体积:V排2×10﹣4m3,
金属块浸没在水中,故金属块的体积:V=V排=2×10﹣4m3;
所以,金属块的密度:ρ2.4×103kg/m3。
故答案为:2;2.4×103。
【点评】此题考查了有关浮力、密度的计算,要掌握称重法和阿基米德原理的计算浮力的方法,利用好隐含条件:物体浸没液体中,排开液体的体积等于物体的体积。
22.(2024•南昌县模拟)如图所示,取一大塑料瓶,用一小玻璃瓶制作成“浮沉子”。将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下,使其漂浮在大塑料瓶的水面上。为了观察其浮沉,大瓶的瓶盖应该旋紧,当用力挤压大瓶时,“浮沉子”的重力 大于 (选填“大于”、“小于”或“等于”)“浮沉子”所受浮力,此时“浮沉子”会 加速 (选填“加速”、“减速”或“匀速”)下沉。
【分析】(1)浮力大于重力,物体上浮;浮力小于重力,物体下沉;
(2)物体所受合力方向与运动方向相同时,物体加速运动,物体所受合力方向与运动方向相反时,物体减速运动。
【解答】解:为了探究“浮沉子”的浮沉,将装有适量水的小瓶瓶口向下,使其漂浮在瓶盖旋紧的大塑料瓶内的水面上,挤压大塑料瓶,瓶内空气被压缩,将压强传递给水,水被压入小瓶中,瓶内水的质量增加,重力大于浮力时,浮沉子下沉,浮沉子受到的合力方向向下,运动方向向下,所以浮沉子加速下沉。
故答案为:大于;加速。
【点评】本题考查了浮沉子的工作原理,是大气压和浮力的一个综合考查,掌握物体浮沉的条件是解答本题的关键。
三.实验探究题(共3小题)
23.(2024•婺源县二模)【实验名称】测量金属块的密度:
【实验器材】托盘天平、量筒、水、细线、烧杯、金属块、电子秤;
【实验原理】 ;
【实验步骤】(1)将天平放在水平台面上,将游码移至标尺零刻度线处,指针指示的位置如图甲所示,此时应将平衡螺母向 左 (选填“左”或“右”)端调节,使横梁水平平衡;
(2)将金属块放在天平的 左 盘,用镊子向另一个盘中加减砝码并移动游码。当天平横梁再次水平平衡时,所加砝码和游码位置如图乙所示,则金属块的质量为 62.4 g;
(3)往量筒中倒入26mL的水,用细线拴住该金属块缓慢放入量筒中,量筒中水面位置如图丙所示,测出金属块的体积为 10 cm3;
(4)实验测得该金属块的密度为 6.24 g/cm3;
【拓展】某同学利用电子秤、一根细绳、烧杯和水设计了另一种实验方案,如图丁所示;
①如图A,向烧杯中倒入适量水,电子秤的示数为m0;
②如图B,将金属块用细线系住,用手拉住细线,使金属块浸没于水中,电子秤的示数为m1;
③如图C,将金属块沉入杯底,松开细线,静止时电子秤的示数为m2;
④金属块的密度ρ金属块= (用m0、m1、m2、ρ水表示)。
【分析】(1)测量物体的密度实验原理是;
(2)天平使用前,将天平放在水平台面上,将游码拨到零刻度线处,若指针右偏,向左调平衡螺母,使指针指在分度盘的中线处;
(3)物体放到天平的左盘,由图乙得到金属块的质量;
(4)由图丙得到金属块和水的总体积,从而得到金属块的体积;
(5)根据ρ得到该金属块的密度;
(6)金属块的体积和加入水的体积相等,知道加入水的质量和密度,求出加入水的体积,即金属块的体积,再利用密度公式得出金属块的密度。
【解答】解:测量物体的密度,需要测量质量和体积,由得到物体的密度,实验原理是。
(1)指针指示的位置如图甲所示,指针右偏说明右盘质量偏大,则平衡螺母应向左调节;
(2)将金属块放在天平的左盘,向右盘添加砝码。由图乙可知金属块的质量为m=50g+10g+2.4g=62.4g;
(3)由图丙可知,金属块和水的总体积为V总=36mL,金属块的体积为V金=V总﹣V水=36mL﹣26mL=10mL=10cm3;
(4)金属块的密度为
;
(5)图B中,电子秤受到了烧杯和水的重力,并且增加的力为G物﹣F拉,则增加力的大小和浮力大小相等,由阿基米德原理可知,增加力的大小和排开液体的重力相等,所以增加的质量即为金属块排开水的质量,表达式为m1﹣m0,因为物块浸没在水中,物块的体积
;
将金属块沉入杯底、松开细线,静止时电子秤的示数为m2,则金属块的质量为m2﹣m0;金属块的密度
。
故答案为:;(1)左;(2)左;62.4;(3)10;(4)6.24;(5)。
【点评】本题考查了固体密度的测量、天平的使用与读数、量筒的读数、密度计算等,是一道综合题。
24.(2024•永修县校级模拟)小明在厨房帮妈妈煮饺子,发现饺子刚入锅时沉在水底,一段时间后会鼓起来,煮熟后漂浮在水面上。小明猜想,物体受到的浮力大小可能与它排开液体的体积有关,于是设计实验进行探究。如图,他把适量沙子装入气球,并充入少量空气,制成一个“饺子”进行了如下实验。实验中充入“饺子”的空气质量忽略不计。
(1)弹簧测力计是物理实验中常用的测量工具,该实验前应在 竖直 方向调零,如图甲所示,该测力计的分度值是 0.2 N,用弹簧测力计测出“饺子”的重力G= 1.6 N;
(2)如图乙所示,将“饺子”浸入水中,“饺子”沉底,它受到的浮力F乙与其重力G的大小关系为F乙 < G;(填“>”“<”或“=”)
(3)用测力计把“饺子”竖直拉离水底,在水中静止,测力计的示数如图丙所示,它受到的浮力F丙= 0.6 N;
(4)向“饺子”中充入适量空气,使其体积变大再浸入水中,测力计的示数如图丁所示,此时它受到的浮力为F丁,则F丁与F丙的大小关系为F丁 > F丙;(填“>”“<”或“=”)
(5)向“饺子”中充入更多的空气,浸入水中,“饺子”排开水的体积更大,最终漂浮在水面上,如图戊所示。至此,小明验证了自己的猜想,即物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关,且排开液体的体积越大,所受浮力越 大 。
【分析】(1)重力的方向竖直向下,在实验前,弹簧测力计应在竖直方向调零;先确定弹簧测力计的分度值,再根据指针位置读数;
(2)根据物体的浮沉条件,浮力小于重力,沉底;
(3)由图丙读出弹簧测力计的示数,根据称重法测浮力的大小求得F浮=G﹣F示;
(4)由图丁读出弹簧测力计的示数,根据称重法测浮力的大小求得F浮=G﹣F示;然后与F丙比较即可;
(5)根据实验控制的变量与实验现象得出实验结论。
【解答】解:(1)重力的方向竖直向下,在实验前,弹簧测力计应在竖直方向调零。
由图甲可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为1.6N,则“饺子”的重力大小G=F示数=1.6N;
(2)根据物体的浮沉条件可知,当物体在液体受到的浮力小于其重力时,物体沉底,因此F乙<G;
(3)由图丙可知,弹簧测力计的示数为1.0N,即拉力的大小F拉1=1.0N,此时“饺子”受到的浮力:
F丙=G﹣F拉1=1.6N﹣1.0N=0.6N;
(4)向“饺子”中充入适量空气,使其体积变大再浸入水中,测力计的示数如图丁所示,拉力大小:F拉2=0.7N,因此此时“饺子”受到的浮力:
F丁=G﹣F拉2=1.6N﹣0.7N=0.9N,
F丁与F丙的大小关系为F丁>F丙;
(5)向“饺子”中充入更多的空气,浸入水中,“饺子”排开的液体体积更大,最终漂浮,说明浮力等于重力,与之前相比,浮力明显增大,由此可知,物体受到的浮力大小与它排开液体的体积有关,液体密度不变时,物体排开液体的体积越大,浮力越大。
故答案为:(1)竖直;0.2;1.6;(2)<;(3)0.6;(4)>;(5)大。
【点评】本题为探究浮力影响因素的实验题目,考查了弹簧测力计的使用方法、称重法测浮力和物体浮沉条件的应用,属于中档题。
25.(2023•江西)【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关:
【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后,还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。
【证据】该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。
①如图a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为 4 N;
②如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
③如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;
④如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。
【解释】
(1)图b中橡皮泥受到的浮力大小为 2 N;
(2)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状 无关 。
【交流】
(1)本实验在其它因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究。在物理学中,这种研究方法称为 控制变量法 。
(2)在第④步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,橡皮泥所受浮力大小 不变 (选填“变大”“变小”或“不变”),说明浮力大小与 深度 无关。
(3)若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,能否完成本实验的探究? 能 。
【分析】证据:①先明确弹簧测力计的分度值,再根据指针位置读数。
解释:(1)根据称重法计算物体在水中的浮力大小;
(2)同一橡皮泥捏成不同形状的物体浸没在水中,弹簧测力计的示数相同,根据称重法可知,受到的浮力相等,据此分析得出结论。
交流:(1)物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素的问题变成多个单因素的问题.每一次只改变其中的某一个因素,而控制其余几个因素不变,从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫做控制变量法;
(2)F浮=G排=ρ液gV排,浮力的大小与液体的密度和体积有关,与排开液体的深度无关;
(3)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小,据此判断。
【解答】解:证据:①由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,则橡皮泥的重力为4N。
解释:(1)由a图可知,物体的重力为G=4N,由b图可知橡皮泥浸没在水中弹簧测力计的示数为F=2N,
则此时橡皮泥受到的浮力为F浮=G﹣F=4N﹣2N=2N;
(2)由以上实验可知,同一橡皮泥捏成不同形状的物体浸没在水中,弹簧测力计的示数相同,根据称重法可知,受到的浮力相等,所以说明浮力大小与物体的形状无关。
交流:(1)本实验在其它因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究。在物理学中,这种研究方法称为控制变量法;
(2)在第④步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,但水的密度、排开水的体积不变,由F浮=ρ液gV排可知它受到的浮力不变,根据F=G﹣F浮,弹簧测力计的示数不变,由此说明浮力的大小与深度无关;
(3)用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而可以比较橡皮泥受到的浮力大小,所以能完成本实验的探究。
故答案为:证据:①4;解释:(1)2;无关;交流:(1)控制变量法;(2)不变;深度;(3)能。
【点评】此题是“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验,考查了测力计的读数及影响浮力大小的因素,考查了根据实验现在总结结论的能力及控制变量法的应用。题目很典型。
四.计算题(共4小题)
26.(2024•江西)如图所示,水平桌面上的平底薄壁容器(重力忽略不计)底面积为0.01m2,容器内盛有质量为4kg的水。一实心木块漂浮在水面上,木块的质量为0.6kg,体积为1×10﹣3m3。g取10N/kg,求:
(1)木块的密度;
(2)木块受到的重力;
(3)木块受到的浮力;
(4)此时容器对水平桌面的压强。
【分析】(1)根据ρ计算木块的密度;
(2)根据G=mg计算木块受到的重力;
(3)木块漂浮时,受到的浮力等于木块的重力;
(4)容器对水平桌面的压力等于容器中水和木块的总重力,根据p计算容器对水平桌面的压强。
【解答】解:(1)木块的密度:ρ0.6×103kg/m3;
(2)木块受到的重力:G=mg=0.6kg×10N/kg=6N;
(3)木块漂浮时,受到的浮力等于木块的重力,即:F浮=G=6N;
(4)容器对水平桌面的压力等于容器中水和木块的总重力,即:F=G总=m总g=(4kg+0.6kg)×10N/kg=46N,
容器对水平桌面的压强:p4600Pa。
答:(1)木块的密度为0.6×103kg/m3;
(2)木块受到的重力为6N;
(3)木块受到的浮力为6N;
(4)此时容器对水平桌面的压强为4600Pa。
【点评】本题考查密度、重力、浮力和压强的计算,综合性强,但都属于基本公式的应用,难度一般。
27.(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。
28.(2024•赣州二模)如图甲所示,用弹簧测力计悬挂一实心物块,从盛水的烧杯上方某一高度匀速下降,直至浸没于水中并继续匀速下降(物块未与烧杯底接触)。物块下降过程中,弹簧测力计示数F与物块下表面浸入水的深度h的关系如图乙所示。(g=10N/kg,)
求:
(1)物块的质量;
(2)物块完全浸没在水中受到的浮力;
(3)物块的体积;
(4)物块刚好完全浸没时,水对物块下表面的压强。
【分析】(1)根据G=mg求出物块的质量;
(2)由图乙可知当物体完全浸没时,弹簧测力计的拉力不再变化,即物体受到的浮力也不再变化,根据F浮=G﹣F拉求得物体受到的浮力;
(3)根据F浮=ρ水gV排求出物体排开水的体积,据此求出物块的体积;
(4)由图乙分析可知当hC=7cm时物体浸没,先求出物体在水中的深度,利用p=ρgh求出物块下表面受到水的压强。
【解答】解:(1)由题意及图可知,物块的重力为G=12N,则物块的质量为:
;
(2)由图乙可知当弹簧测力计的示数不变化时,物体完全浸没,由称重法测浮力原理可得,物块浸没时所受的浮力为:
F浮=G﹣FC=12N﹣4N=8N;
(3)由题意及F浮=ρgV排可得,物块浸没时,物体排开液体的体积为物块的体积,则
;
(4)由图可知,从B点开始,物块下表面开始接触液面,物块刚好完全浸没时,下表面浸入水的深度h为h=7cm﹣3cm=4cm=0.04m,
由p=ρgh可得,物块刚好完全浸没时,水对物块下表面的压强为:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.04m=400Pa。
答:(1)物块质量为1.2kg;
(2)浮力为8N;
(3)物块体积为8×10−4m3;
(4)物块刚好完全浸没时,水对物块下表面的压强为400Pa。
【点评】本题主要考查液体压强公式和阿基米德原理的应用,正确分析图像中每一段代表的物理意义是解决此题的关键。
29.(2024•九江校级模拟)如图所示,是某次实验操作过程顺序的示意图;所用水的密度为ρ水=1.0×103kg/m3。求:
(1)物体浸没在水中时受到水的浮力;
(2)物体的体积为多少;
(3)物体的密度为多少。
【分析】(1)根据称重法可求出物体浸没在水中时受到水的浮力;
(2)根据阿基米德原理可求出物体的体积;
(3)根据G=mg=ρVg可求出物体的密度。
【解答】解:(1)乙、丙两图,由于物体放入水后受重力、浮力和拉力的作用处于静止,
则石块受到浮力:F浮=F2﹣F3=16N﹣12N=4N;
(2)因物体浸没在水中,根据阿基米德原理可知,物体的体积为:
V=V排4×10﹣4m3;
(3)由G=mg=ρVg可知,物体的密度为:
ρ4.0×103kg/m3。
答:(1)物体浸没在水中时受到水的浮力为4N;
(2)物体的体积为 4×10﹣4m3;
(3)物体的密度为4.0×103kg/m3。
【点评】本题主要考查了称重法、密度公式和阿基米德原理的应用,难度不大。
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