专题06 浮力综合-2025年中考科学答题技巧与模板构建(浙江专用)
2025-03-26
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2份
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内容正文:
专题06 浮力
模型解读|模型构建|真题示范|素养通关识·题型解读 命题特点+技巧解读+真题示例
明·模板构建 答题模板/技巧点拨+典型问答
模板01 浮力基础分析
模板02 浮力计算
模板03 液面升降与浮力提升
模板04 ……
用·真题演练 真题示例+思路点拨/模板运用+规范答题+变式演练
练·模板运用 最新模拟、预测考向
练·模板运用 最新模拟、预测考向
识
中考重点·模型解读
高频模型
中考题型与分值分布
命题趋势
模型01 浮力基础分析(必考点)
选择题和填空题(2-3分)
一般情况下,浙江中考的浮力部分基本做为必考考点,不过难度系数变化范围较大,如在选择题中大多数属于较为简单的浮力基础分析、填空和实验可以适当考察浮力计算与应用,简答题可以适当的考察浮力的提升与液面升降
模型02 浮力计算(易错点)
简答题(5-8分)
模型03 液面升降与浮力提升(重难点)
实验题、简答题(5-8分)
善
方法总结·模型构建
模型01 浮力基础分析
对于浮力的基础部分,历年来考察的概率都不小,我们需要掌握浮力的产生原因,判断清楚是否受到浮力,根据阿基米德原理和受力平衡的方式去判断浮力变化如何,轮船、潜艇、热气球这些都是容易考察的类型。也喜欢考察几个物体浮力大小的比较。
解
真题示范·思维剖析
【例1】(2024·浙江·中考真题)海中断崖是指海水上层密度大,下层密度小形成的密度跃层。潜艇在水下航行到海中断崖,会急剧掉向海底,发生“掉深”事故,以下分析正确的是( )
A.向潜艇中的水柜充气可以减小潜艇的重力 B.向潜艇中的水柜充气可以增大潜艇受到的浮力
C.潜艇遭遇“海中断崖”后所受的重力变大 D.潜艇遭遇“海中断崖”前后所受的浮力不变
【例2】(2024·浙江·中考真题)运河中一艘货船因偏离航道搁浅(如图)。为使该货船能回到航道继续航行,下列措施一定不可行的是( )
A.借助浮筒使船上浮 B.将货船拖回到航道 C.清除货船底部淤泥 D.将货物搬到甲板上
【例3】(2023·浙江绍兴·中考真题)2023年3月,“探索一号”科考船完成了首次环大洋洲载人深潜科考任务,搭载的“奋斗者”号多次完成了深度超过万米的下潜。不考虑海水密度与潜水器体积的变化,潜水器在海面下下潜的过程中( )
A.浮力不变,压强变大 B.浮力变大,压强变大 C.浮力变大,压强不变 D.浮力不变,压强不变
变式演练
【变式1-1】(2024·浙江衢州·一模)如图所示,甲、乙两个完全相同的容器中装有体积相等的不同液体,静置在水平桌面上,将同种材料制成的实心物体A、B分别放入甲、乙两容器中,静止时两容器中的液面保持相平。下列说法正确的是( )
A.甲、乙两容器的底部受到液体的压强相等 B.物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力
C.甲容器中液体的密度小于乙容器中液体的密度 D.甲容器对桌面的压力小于乙容器对桌面的压力
【变式1-2】(2023·浙江绍兴·模拟预测)在购买金鱼时,商家一般会将金鱼放在装有水的透明塑料袋中扎好,便于顾客携带。若将其直接放入盛水的玻璃缸中(不计塑料袋质量和体积),将会看到的情景是( )
A. B. C. D.
【变式1-3】(2023·浙江·一模)如图所示,某同学发现桌上玻璃水缸中的乌龟,总喜欢时不时将头从水中探出。他对乌龟把头探出水面的过程进行了如下分析,其中正确的是( )
A.乌龟自身重力减小 B.乌龟受到的浮力不变
C.容器底部受到水的压强变小 D.容器对桌面的压力变大
模型02 浮力计算
浮力计算的几种基础方法,一般都是阿基米德原理为主的应用,通过物重体积的变化去判断浮力大小、偶尔会有称量法计算在选择填空中考察,如果在计算题中考察多数时候需要注意受力平衡时的物重与浮力大小,通过质量与密度计算物体体积,从而计算浮力大小,需要掌握理解清楚阿基米德原理。
解
真题示范·思维剖析
【例1】(2023·浙江·中考真题)两只完全相同的盛水容器放在台秤上,实心的铅球和铝球质量相同(ρ铅>ρ铝),用细线悬挂后将其分别浸没容器水中,此时两容器中水面高度相同,如左下图所示。设绳的拉力分别为和,台秤的示数分别为和,则( )
A. B. C. D.
【例2】(2023·浙江衢州·中考真题)小科通过研究得到“物体在液体中受到的浮力大小与液体密度、物体排开液体的体积有关,与物体浸入液体的深度无关”的结论,下列四组实验可以证明“物体受到的浮力大小与物体浸入液体的深度无关”的是( )
①测力计挂着浸在水中的铁块,慢慢下移,在铁块浸没前测力计示数逐渐变小
②测力计挂着浸没在水中的铁块,让铁块再下移一段距离测力计示数不变
③将两块相同的木块以横、竖不同的姿态放入水中,均漂浮在水面上
④将质量相同、形状各异的实心物体放入水中,均漂浮在水面上
A.只有②③ B.只有②④ C.只有②③④ D.①②③④
变式演练
【变式1-1】(2024·浙江·一模)有两个完全相同的杯子,装有相同质量的水。用密度为的同质量某种材料制成的甲、乙两物体,甲物体中空,乙物体为实心小球,且甲体积为乙体积的3倍。分别放入杯中,稳定时,甲悬浮,乙沉底,情况如图。则( )
A.此材料的密度为水密度的2倍
B.乙对杯子底的压力与其自身重力的比值为2∶3
C.放甲物体的杯子内水面较高,对桌面的压力较大
D.如图2,将甲沿虚线切去下面部分,甲剩余部分仍悬浮
【变式1-2】(2024·浙江宁波·模拟预测)如图,小宁将盛水的烧杯放在电子台秤上,台秤的示数如图甲所示:将一个物块放入水中,漂浮时台秤示数为360g(如图乙):用力将物块下压至全部浸没在水中时,台秤示数为400g(如图丙):将物块继续下压(从图丙到图丁),物块下表面受到水的压力增加了0.8N,整个过程水始终未溢出。下列说法正确的是( )
A.木块的质量为100g B.木块的密度为0.6g/cm3
C.从图丙到图丁,杯底所受的压强逐渐增大 D.从图丙到图丁,物体受到水的浮力也增加了0.8N
模型03 液面变化与浮力提升
浮力考察中液面变化问题不少的,偶尔也会考察液体对容器底部压强的关系,在变化中考虑液面升降的问题与物体浸入体积的关系,选择填空中可能出现冰块融化之后液面变化情况,计算中可以适当考察带容器底面积的液面变化问题,偶尔会措手不及,需要多多练习浮力较难练习。
解
真题示范·思维剖析
【例1】(2023·浙江湖州·中考真题)现将一杯子和木块(不吸水,密度为)以两种方式放入同一容器中(容器内水的质量保持不变)。如图所示,图1杯子开口向上,浮在水面上。图2杯子倒扣(里面充满水),木块紧贴杯底,一起悬浮在水中。两种情况下( )
A.木块所受浮力的大小相同 B.杯子所受浮力的大小相同
C.容器内水的深度相同 D.木块对杯子底部力的大小相同
【例2】(2022·浙江湖州·中考真题)两个边长相同、材料不同的实心正方体甲和乙,用质量不计的细线连接,轻轻放入某液体中,静止后悬浮,细线处于绷紧状态,如图所示。则( )
A.甲受到的浮力比乙受到的浮力大
B.甲的密度与液体的密度相等
C.如果将细线剪断,甲、乙再次静止后,容器底部受到的压力大小不变
D.如果将细线剪断,甲、乙再次静止后,容器底部受到液体的压强不变
变式演练
【变式1-1】 (2024·浙江温州·模拟预测)烧杯中盛有水和煤油(密度为),现将一实心球状蜡块(密度为)轻轻放入烧杯。则稍后待蜡块静止时( )
A.蜡块一半体积浸入水中,一半体积浸入煤油中 B.煤油对蜡块的作用力方向竖直向上
C.水对蜡块的作用力小于蜡块的重力 D.水对蜡块的作用力大于蜡块的重
【变式1-2】 (2024·浙江·一模)小余模拟古人利用浮力打捞铁牛,模拟过程和测量数据如图所示。
(1)把正方体M放在架空水槽底部的方孔处(忽略M与水槽的接触面积),往水槽内装入适量的水,把一质量与M相等的柱形薄壁水杯放入水中漂浮,如图甲所示,此时正方体M (填“受到”或“不受”)浮力的作用;
(2)向杯中装入质量为水杯质量2倍的铁砂时,杯底到M上表面的距离等于M的边长,如图乙所示,此时水杯浸入水中的深度h是多少?( )
(3)用细线连接水杯和M,使细线拉直且无拉力,再将铁砂从杯中取出,当铁砂取完后,M恰好可被拉起,完成打捞后,如图丙所示。则M与水杯的底面积之比是 。
练
好题精炼·素养通关
1.(2024·浙江绍兴一模)小敏将橙子放入水中,静止后如图甲,将该橙子剥去部分表皮后放入水中,静止后如图乙,剥去全部表皮后放入水中,静止后如图丙(不考虑实验过程中橙子吸水)。下列说法正确的是( )
A.三种状态下橙子的密度关系: B.甲图中,橙子所受浮力大于自身重力
C.乙图中橙子的 V排小于甲图中橙子的V排 D.丙图中,橙子对容器底部压力为零
2.(2023·浙江·一模)水平地面上有两个平行放置的相同的三棱柱甲和乙,现将一盛水的玻璃缸放置其上,使玻璃缸左右两侧与三棱柱平行且玻璃缸底部的中心到甲、乙两三棱柱的距离相等(l1=l2);然后将两个体积相等的空心金属球P和Q放入玻璃缸的水中,最终P悬浮、Q漂浮,如图所示。则( )
A.P、Q受到的浮力相等 B.P的重力等于Q的重力
C.甲、乙两三棱柱对缸底的支持力相等 D.甲三棱柱对缸底的支持力大于乙三棱柱对缸底的支持力
3.(2023·浙江金华·中考真题)“深海勇士号”是中国第二台深海载人潜水器。2023年5月20日,国家文物局利用该潜水器在沉船附近完成水下永久测绘基点布放,并进行了初步搜索调查和影像记录,开启了中国深海考古新篇章。回答下列问题:
(1)下潜过程中,“深海勇士号”潜水器受到海水的压强将 (选填“变大”“变小”或“不变”);
(2)若“深海勇士号”潜水器悬停在水下4000米处考察,此时潜水器总质量为a千克,则它受到的浮力为 牛。
4.(2024·浙江嘉兴·一模)为探究影响浮力大小的因素,科学兴趣小组的同学设计甲、乙两种方案(如图)。
(1)方案甲:按图甲将物体挂在弹簧测力计上,然后分别读取A-D中弹簧测力计的示数,他们研究的问题是: ;
(2)方案乙:根据图乙,可得出的结论是: ;
(3)小平根据“铁块放入水中会下沉,同样的铁块做成轮船却能漂浮在水中”的经验,提出“物体所受浮力大小与物体形状有关”的观点。小平的观点是否正确并请说明理由 ;
5.(2024·浙江温州·三模)小科同学设计了如图所示的装置进行实验,利用小量程弹簧称测金属的密度,其中杠杆OAB支点为O(杠杆OAB质量不计),OA∶OB=1∶3。他实验的步骤如下:
步骤一:用一细绳将体积为180cm3的金属块悬挂于A点,然后向容器中加水,使金属块浸没在水中。
步骤二:使杠杆OAB在水平位置静止,读出弹簧测力计此时的读数为12N。请根据题目求出以下信息:
(1)金属块浸没在水中时受到的浮力;
(2)绳子作用在杠杆A上的拉力;
(3)被测金属块密度。
6.(2022·浙江金华·一模)小科学习了浮力知识后,在家中进行了“物体浮沉条件”等相关研究,过程如下;
①图甲和乙:取两个完全相同的玻璃杯,倒入等体积的水和白酒,液面高度均为h0;
②图丙:把萝卜放入装有水的玻璃杯中,萝卜漂浮在水面上,此时液面高度为h1;
③图丁:把乙中的部分白酒倒入丙中,萝卜沉底,此时液面高度为h2;
④图戊:倒出若干白酒后,乙中剩余白酒液面高度为h3;
请回答以下问题;
(1)把部分白酒倒入丙中后,萝卜受到的浮力 (选填“变小”、“不变”或“变大”)从而使萝卜沉底;
(2)若不考虑水和白酒混合前后体积变化,表示水的密度,请用相关字母表示萝卜的密度 ;
(3)若图丙中的萝卜会吸水,吸水后萝卜质量和体积均变大,但仍处于漂浮状态,此时液面高度为h'1,则h'1 h1(选填“>”、“=”或“<”)。
7.(2023·浙江温州·中考真题)我国某地使用“沉管法”建跨海隧道:用钢筋水泥等材料浇筑若干个中空管段,用隔墙封闭两端并使其漂浮在水中;用拖船牵引至指定位置,向管段中的水箱注水使其下沉(如图);对下沉的多个管段进行依次连接,拆除隔墙形成隧道。
(1)拖运管段时,若速度为2千米/时,拖运距离为3千米,需要 小时;
(2)图中,当往水箱中注水的质量为6×104千克时,管段刚好能够在水下匀速缓慢下沉。若管段排开水的体积为3.06×103米3,则注水前管段与水箱的总质量为多少千克; (海水密度取1.0×103千克/米3)
(3)管段隔墙设计需要考虑其下沉到海底时受到的压力大小。这一压力的大小与哪些因素有关?
8.(2023·浙江杭州·中考真题)某景区有乘氦气球升空的观光项目。如图所示,氦气球内充满氦气,下端连接吊篮,在吊篮底端有一根缆绳,通过缆绳来控制氦气球的升降。氦气球的体积为(不计球壁的厚度),,,g取。求:
(1)氦气球内氦气的质量是多少?
(2)氦气球在缆绳控制下,匀速竖直上升,用时,则氦气球上升的速度是多少?
(3)氦气球(含氦气)连同吊篮等配件的总重为,现有总质量为的乘客,乘坐氦气球匀速竖直升空,缆绳处于竖直状态,此时缆绳对吊篮的拉力为多大?(不计吊篮及乘客在空气中的浮力,不计空气阻力)
9.(2022·浙江台州·中考真题)某同学用食盐、水和一支装有沙子的薄塑料管来测量新鲜鸡蛋的密度,步骤如下:
(1)室温下,将食盐晶体慢慢加入水中,充分搅拌,当观察到 现象时,所得溶液为饱和溶液。
(2)将新鲜鸡蛋放入上述饱和溶液中,鸡蛋处于漂浮状态。然后慢慢加水,当鸡蛋处于 状态时,鸡蛋的密度等于食盐溶液的密度。
(3)把鸡蛋从食盐溶液中取出,将总质量为10.5克、底面积为1厘米的塑料管放入该食盐溶液中,直立漂浮时测得液面下塑料管的长度为10厘米,如图所示。请计算该新鲜鸡蛋的密度为多少?
10.(2022·浙江温州·中考真题)排气阀是供暖设备中的重要部件,它能及时排出管内热水汽化产生的气体,使水正常流动,从而保证供暖效果。排气阀工作原理如图所示:水中气体在流动过程中,积聚于封闭的排气阀内,使阀内气压变大,浮筒随水面一起下降,此时阀内气体排出使气压变小,从而浮筒上升,堵杆重新堵住排气孔。
(1)水管内的水流速度至少达到0.25米/秒才能携带气泡流动。若水管总长为60米,要使水流能携带气泡流动,则水从水管起始端流到终端最多要多少时间?
(2)排气阀中的浮筒和堵杆总质量为0.02千克,计算排气阀排气时浮筒浸在水中的体积。(水的密度取1.0×103千克/米3)
11.(2022·浙江宁波·中考真题)2022年4月28日,“巅峰使命”珠峰科考全面启动。5月15日凌晨1点26分,中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空,4点40分达到海拔9032m,超过珠峰8848.86m的高度,创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。
(1)该浮空艇总质量约2625kg,它受到重力的大小约为 N。
(2)已知海拔4300m处的空气密度约为0.8kg/m3。如图所示,该浮空艇在营地升空前体积达9060m3,此时浮空艇受到的浮力大小约为 N。
(3)“极目一号”浮空艇内部有三层:上层装有氦气(相同条件下氦气密度比空气小得多),中间隔开,下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要 (填“上浮”或“下降”)的时候,可以用上层的氦气排出下层的部分空气,以此改变自身重力,同时使整个浮空艇的压差在安全范围内。
12.(2022·浙江杭州·中考真题)小金利用厚度均匀的合金板(厚度为1cm),制作了一个无盖的不漏水的盒子。成品尺寸如图所示,质量为1440g。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)盒子开口朝上放在水平地面上对地面的压强;
(2)合金板的密度;
(3)将盒子开口朝上,缓慢放入水中,当盒子上沿与水面齐平时松手(水足够深),盒子稳定后在水中的浮沉情况为 (选填“漂浮”或“沉底”),通过计算说明理由。
13.(2022·浙江温州·中考真题)图甲所示为一种水下滑翔机,图乙是其部分结构示意图。该滑翔机通过液压泵将油在内、外油囊间来回转移,从而改变浮力大小以达到上浮和下潜的目的,再结合其它技术即可滑行,以执行海洋环境的监测任务。
(1)该滑翔机具有低能耗、高续航的特点,电池一次充电后能提供1千瓦时电能。它在整个运动过程中前进速度保持0.2米/秒,但只有9%的时间耗电,耗电时功率仅为4瓦。该滑翔机充电一次总共能航行的路程为多少千米?
(2)该滑翔机总重515牛。当外油囊中无油时,滑翔机排开水的体积为0.0495米3。已知海水密度随深度变化情况如图丙所示。当该滑翔机在600米深度悬浮时,外油囊中油的体积为多少米3?(忽略海水压强对油和滑翔机外壳体积的影响)
14.(2024·浙江杭州·一模)图甲是新型密度计的设计图,R为定值电阻,Rf为压敏电阻,物体A与Rf通过细线连接,其阻值变化与拉力F的关系如图乙。已知:U=12V,定值电阻 R=50Ω,VA=1000cm3,A=1.03g/cm3, 水=1.0g/cm3.
(1)A物体浸没在水中时所受的浮力;
(2)小金将电压表改装成密度计,通过计算说明,水的密度“1g/cm3,应标注在电压表哪一示数值?
(3)某液体的密度为1.1g/cm3,能否用该密度计测量,并说明理由。
15.(2024·浙江·三模)沿岸放置救生装备是防溺水的措施之一,其中救生圈属于一种常见的救生装备。如图为专业救生圈,根据国际标准,以方便抛投。已知某专业救生圈质量为2.5千克,体积为30分米3。
(1)对溺水暂时停止呼吸的患者,人工呼吸前应先清除口腔和鼻内的异物,是为了保持 系统的通畅;
(2)某次救援中,将平放在地面的救生圈拿到离地面140厘米后,抛投到水面。问在拿起救生圈过程中克服重力做功;
(3)施救落水人员时,要保证水中人员头部露出水面(人的头部体积约占人体积的)。若落水人员的密度约为1.0×103千克/米3,水的密度为1×103千克/米3,求该专业救生圈最大能承受的水中人员的总质量。
16.如图甲所示,水平放置的一个足够高的长方体容器A中有一个边长为10cm的立方体物块B,B与容器A底部没有紧密贴合,然后慢慢向容器A内注水,当容器A中水面高度为20cm时,停止注水,此时一共向A容器中注水3400g。立方体物块B对容器A底部的压力FB随着注入水的深度h水的变化关系如图乙所示。求:
(1)停止注水后,物块B受到的浮力为 N;
(2)图乙中a的值;
(3)长方体容器A的底面积。
17.(2024·浙江·一模)如图甲所示,一弹簧测力计下悬挂底面积为40cm2的圆柱体,水平桌面上放置底面积为100cm2,质量为500g的圆筒,筒内装有30cm深的某液体。现将圆柱体从圆筒上方离液面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入液体中(圆筒的厚度忽略不计,圆柱体下降过程中没有液体从筒中溢出,不考虑液面上升,g取10N/kg)。求:
(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力;
(2)筒内液体密度;
(3)当圆柱体完全浸没时,圆筒对桌面的压强。
18.(2024·浙江绍兴·模拟预测)小柯在做鸡蛋浮沉的家庭小实验时,发现了一个有趣的现象。她将鸡蛋放在盛有清水的玻璃杯里,鸡蛋沉入杯底(图甲);逐渐将食盐溶解在水中,鸡蛋恰好悬浮(图乙);继续溶解食盐,最终鸡蛋漂浮(图丙)。已知鸡蛋的质量为56克,体积为50厘米3。求:
(1)如图甲,鸡蛋所受浮力为多少牛?
(2)如图乙,盐水的密度是多少千克/米3?
(3)如图丙,加食盐后鸡蛋为什么会浮出液面,最终漂浮?
19.(2024·浙江·三模)如图所示,小科做了一个安全使用蜡烛的趣味实验。实验中将长度10cm、横截面积1cm2的圆柱形蜡烛底部扎一枚0.1g的小钉子(体积不计),使蜡烛漂浮在装了水的杯中,且在水中保持竖直状态。点燃蜡烛,一段时间后,水没过蜡烛顶端,蜡烛自然熄灭。已知蜡烛的密度为0.9g/cm3,蜡烛的火焰下方小坑忽略不计。则:
(1)所用蜡烛(含钉子)的总质量为 ;
(2)未点燃时,蜡烛(含钉子)在水中受到的浮力为 ;
(3)蜡烛燃烧过程中,火焰离杯底的高度 (选填“变大”、“变小”或“不变”);自然熄灭时,蜡烛剩余的长度是 。
20.(2024·浙江·一模)小科同学用一个高为25cm、横截面积为的圆柱体泡沫塑料,三脚架和灯泡等制作了一个航标灯模型A,如图所示。A部分总重为8N,A底部与浮子B(始终浸没在水中)用细绳相连,灯浮子B重1N。若水位上升时,浮子B可下降;若水位下降时,浮子B可上升,使航标灯静止时竖直且圆柱体泡沫在水面以下的深度始终为10cm。当航标灯静止时,不计绳重和绳与滑轮间的摩擦,求:
(1)浮子B受到的拉力随水位的升高而 (选填“增大”、“减小”或“不变”);
(2)航标灯模型A受到水的浮力是 ;
(3)水位上升,在浮子B下降2cm的过程中,拉力对B做了功是 。
2
21.(2024·浙江·二模)如图甲,水平桌面上放置底面积为,质量为400g的圆柱筒,筒内装有16cm深的某种液体。弹簧测力计悬挂底面积为、高为8cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直到浸没,弹簧测力计示数F与圆柱体浸入液体深度h的关系如图乙所示。(圆筒的厚度忽略不计,圆筒内液体没有溢出,取)求:
(1)圆柱体浸没在液体中所受的浮力;
(2)列式计算圆柱筒内液体密度;
(3)列式计算圆柱体浸没时,圆柱筒对桌面的压强。
22.(2024·浙江杭州·二模)已知烧杯(含水)的重力为8牛,物块A 通过一细绳悬挂于烧杯上方,A 的质量为600g,体积为400cm³。当物体A有一半体积浸入水中(如图所示), (已知ρ水=1.0g/cm3):请计算:
(1)物体A 受到的浮力大小;
(2)此时台秤的示数是多少?
(3)若剪断细绳,物体A 沉入烧杯底部,台秤的示数如何变化?
23.(2022·浙江·二模)将一实心小球悬挂在弹簧测力计下方,示数如图甲所示:将小球分别浸没在水和某未知液体中时,弹簧测力计示数分别如图乙和丙所示,已知ρ水=1×103kg/m3,取g=10N/kg,求:
(1)小球在水中所受浮力;
(2)小球的体积;
(3)未知液体的密度。
24.(2022·浙江·一模)一个边长为10cm的立方体木块,细线的一端跟木块底部相连,另一端固定在容器底如图甲所示(容器高比细线与木块边长之和大得多),现向容器中慢慢加水,如图乙所示。用F浮表示木块受到的浮力,用h表示容器中水的深度。则图丙可以正确描述F浮随深度h变化的关系图像。
(1)当F浮=4N时,木块处于 (填“漂浮”、“悬浮”或“下沉”)状态;
(2)木块的密度为多少?( )
(3)整个加水过程中,水对木块所做的最大功是多少?( )
25如图所示,水平桌面上放有一圆柱形溢水杯,自重7N,底面积为300cm2,溢水口距杯底的高度为12cm,溢水杯中盛有高为10cm水,现将一体积为1000cm3、质量为2.7kg的正方体铝块缓慢浸没入水中,不计溢水杯的厚度。求:
(1)铝块放入水前,水对溢水杯底部的压强;
(2)铝块浸没在水中受到的浮力;
(3)铝块浸没在水中静止后,溢水杯对水平桌面的压强。
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专题06 浮力
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选择题和填空题(2-3分)
一般情况下,浙江中考的浮力部分基本做为必考考点,不过难度系数变化范围较大,如在选择题中大多数属于较为简单的浮力基础分析、填空和实验可以适当考察浮力计算与应用,简答题可以适当的考察浮力的提升与液面升降
模型02 浮力计算(易错点)
简答题(5-8分)
模型03 液面升降与浮力提升(重难点)
实验题、简答题(5-8分)
善
方法总结·模型构建
模型01 浮力基础分析
对于浮力的基础部分,历年来考察的概率都不小,我们需要掌握浮力的产生原因,判断清楚是否受到浮力,根据阿基米德原理和受力平衡的方式去判断浮力变化如何,轮船、潜艇、热气球这些都是容易考察的类型。也喜欢考察几个物体浮力大小的比较。
解
真题示范·思维剖析
【例1】(2024·浙江·中考真题)海中断崖是指海水上层密度大,下层密度小形成的密度跃层。潜艇在水下航行到海中断崖,会急剧掉向海底,发生“掉深”事故,以下分析正确的是( )
A.向潜艇中的水柜充气可以减小潜艇的重力 B.向潜艇中的水柜充气可以增大潜艇受到的浮力
C.潜艇遭遇“海中断崖”后所受的重力变大 D.潜艇遭遇“海中断崖”前后所受的浮力不变
【答案】A
【解析】A.向潜艇中的水柜充气时,水柜气压增大,水被压出水柜,可以减小潜艇的重力,故A正确;
B.向潜艇中的水柜充气可以可以减小潜艇的重力,但潜水艇的体积不变,由可知,海水的密度不变,潜艇受到的浮力不变,故B错误;
CD.潜艇遭遇“海中断崖”后,由于海水的密度突然减小,潜艇排开海水的体积不变,根据阿基米德原理可知,潜艇受到的浮力减少;此时潜水艇的重力不变,重力大于浮力,潜水艇会发生“掉深”,应快速减小潜艇的重力,阻止掉深,故CD错误。
故选A。
【例2】(2024·浙江·中考真题)运河中一艘货船因偏离航道搁浅(如图)。为使该货船能回到航道继续航行,下列措施一定不可行的是( )
A.借助浮筒使船上浮 B.将货船拖回到航道 C.清除货船底部淤泥 D.将货物搬到甲板上
【答案】D
【解析】A.借助浮筒能增大浮力,可以使船上浮,故A不符合题意;
B.将货船拖回到航道,可以使船继续航行,故B不符合题意;
C.清除货船底部淤泥,能增大船排开的水的体积,从而增大浮力,故C不符合题意;
D.将货物搬到甲板上,船和货物的总重力不变,在浮力不变的情况下,不能继续航行,故D符合题意。
故选D。
【例3】(2023·浙江绍兴·中考真题)2023年3月,“探索一号”科考船完成了首次环大洋洲载人深潜科考任务,搭载的“奋斗者”号多次完成了深度超过万米的下潜。不考虑海水密度与潜水器体积的变化,潜水器在海面下下潜的过程中( )
A.浮力不变,压强变大 B.浮力变大,压强变大 C.浮力变大,压强不变 D.浮力不变,压强不变
【答案】A
【解析】潜水艇下潜过程中,排开液体的体积不变,液体的密度不变,根据阿基米德原理
可知受到的浮力大小不变,再根据液体压强公式
液体的密度不变,液体深度增大,故受到的压强变大,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
变式演练
【变式1-1】(2024·浙江衢州·一模)如图所示,甲、乙两个完全相同的容器中装有体积相等的不同液体,静置在水平桌面上,将同种材料制成的实心物体A、B分别放入甲、乙两容器中,静止时两容器中的液面保持相平。下列说法正确的是( )
A.甲、乙两容器的底部受到液体的压强相等 B.物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力
C.甲容器中液体的密度小于乙容器中液体的密度 D.甲容器对桌面的压力小于乙容器对桌面的压力
【答案】B
【解析】B.甲、乙两相同的容器中装有体积相等的两种液体,将实心物体A、B分别放入两容器中,静止时液面等高,则甲液体与A排开液体的体积之和等于乙液体与B排开液体的体积之和;由图可知,A漂浮,排开液体的体积小于物体的体积,B悬浮,排开液体的体积等于物体的体积,所以A的体积大于B的体积,实心物体A、B由同种材料制作,则密度相等,根据可知,A的质量大于B的质量,根据G=mg可知,A的重力大于B的重力;根据物体的浮沉条件知,物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力,故B符合题意;
ACD.由图可知, A漂浮,根据物体的浮沉条件知,A的密度小于甲液体的密度,B悬浮,B的密度等于乙液体的密度,实心物体A、B由同种材料制作,则密度相等,所以甲杯中液体的密度大于乙杯中液体的密度;静止时液面等高,根据p=ρ液gh可知,甲容器底部所受液体压强大于乙容器底部所受液体压强;容器粗细均匀,故甲容器和液体总重大于乙容器的,甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力,故ACD不符合题意。
故选B。
【变式1-2】(2023·浙江绍兴·模拟预测)在购买金鱼时,商家一般会将金鱼放在装有水的透明塑料袋中扎好,便于顾客携带。若将其直接放入盛水的玻璃缸中(不计塑料袋质量和体积),将会看到的情景是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】由图知,金鱼悬浮在袋内的水中,金鱼的密度等于水的密度,不计塑料袋质量和体积时,金鱼和水在水缸中刚好悬浮。塑料袋子中的液面与玻璃钢内的液面相平。故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
【变式1-3】(2023·浙江·一模)如图所示,某同学发现桌上玻璃水缸中的乌龟,总喜欢时不时将头从水中探出。他对乌龟把头探出水面的过程进行了如下分析,其中正确的是( )
A.乌龟自身重力减小 B.乌龟受到的浮力不变
C.容器底部受到水的压强变小 D.容器对桌面的压力变大
【答案】C
【解析】A.在乌龟把头探出水面的过程中,乌龟的质量不变,乌龟自身重力不变,故A错误;
B.在乌龟把头探出水面的过程中,乌龟排开水的体积变小,根据阿基米德原理可知,乌龟受到的浮力变小,故B错误;
C.在乌龟把头探出水面的过程中,乌龟排开水的体积变小,水面深度减小,根据p=ρgh可知,容器底部受到水的压强变小,故C正确;
D.由于整个容器是放在水平桌面上的,容器对桌面的压力等于容器的总重力,由于乌龟、水、容器的质量不变,乌龟、水、容器的重力不变,因此容器的总重力不变,则容器对桌面的压力不变,故D错误。
故选C。
模型02 浮力计算
浮力计算的几种基础方法,一般都是阿基米德原理为主的应用,通过物重体积的变化去判断浮力大小、偶尔会有称量法计算在选择填空中考察,如果在计算题中考察多数时候需要注意受力平衡时的物重与浮力大小,通过质量与密度计算物体体积,从而计算浮力大小,需要掌握理解清楚阿基米德原理。
解
真题示范·思维剖析
【例1】(2023·浙江·中考真题)两只完全相同的盛水容器放在台秤上,实心的铅球和铝球质量相同(ρ铅>ρ铝),用细线悬挂后将其分别浸没容器水中,此时两容器中水面高度相同,如左下图所示。设绳的拉力分别为和,台秤的示数分别为和,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】对于悬吊在水中的球来说,它受到自身的重力G、水对它的浮力F和悬线对它的拉力T三个力的作用而处于平衡,则此三力间应有关系为
由题述的铅球和铝球相比较,由于两者是质量相等的实心球,故
由于铅的密度大于铝的密度,则铅球的体积小于铝球的体积,由于两者均浸没于水中,所以铅球所受水的浮力F浮1小于铝球所受水的浮力F浮2,即
故
因为液面高度相同,由p=ρgh知道,容器底受到的压强相等;又因为F=pS,所以容器底受到的压力相等。则磅秤示数等于容器底受到的压力和容器自身的重力,故
故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
【例2】(2023·浙江衢州·中考真题)小科通过研究得到“物体在液体中受到的浮力大小与液体密度、物体排开液体的体积有关,与物体浸入液体的深度无关”的结论,下列四组实验可以证明“物体受到的浮力大小与物体浸入液体的深度无关”的是( )
①测力计挂着浸在水中的铁块,慢慢下移,在铁块浸没前测力计示数逐渐变小
②测力计挂着浸没在水中的铁块,让铁块再下移一段距离测力计示数不变
③将两块相同的木块以横、竖不同的姿态放入水中,均漂浮在水面上
④将质量相同、形状各异的实心物体放入水中,均漂浮在水面上
A.只有②③ B.只有②④ C.只有②③④ D.①②③④
【答案】C
【解析】要探究物体受到的浮力大小与物体浸入液体的深度无关,要保持物体浸在同种液体中的体积不变,只改变物体浸入液体的深度;
①测力计挂着浸在水中的铁块,慢慢下移,在铁块浸没前测力计示数逐渐变小,改变了铁块浸入水中的体积,不合题意;
②测力计挂着浸没在水中的铁块,让铁块再下移一段距离测力计示数不变,铁块浸没时体积不变,只改变深度,符合题意;
③将两块相同的木块以横、竖不同的姿态放入水中,均漂浮在水面上,木块受到的浮力等于重力,排开水的体积相等,浸入的深度不同,符合题意;
④将质量相同、形状各异的实心物体放入水中,均漂浮在水面上,物体受到的浮力相同排开水的体积相等,浸入的深度不同,符合题意;
由以上分析可知,C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
变式演练
【变式1-1】(2024·浙江·一模)有两个完全相同的杯子,装有相同质量的水。用密度为的同质量某种材料制成的甲、乙两物体,甲物体中空,乙物体为实心小球,且甲体积为乙体积的3倍。分别放入杯中,稳定时,甲悬浮,乙沉底,情况如图。则( )
A.此材料的密度为水密度的2倍
B.乙对杯子底的压力与其自身重力的比值为2∶3
C.放甲物体的杯子内水面较高,对桌面的压力较大
D.如图2,将甲沿虚线切去下面部分,甲剩余部分仍悬浮
【答案】B
【解析】A.甲的体积为乙体积的3倍,则V甲=3V乙,根据F浮=ρ液gV排,甲、乙受到的浮力分别为
F甲=ρ水gV甲=ρ水g3V乙 F乙=ρ水gV乙
乙为实心小球,体积为V乙,密度为ρ0,甲乙两物体质量相同,则甲乙两物体重力为G甲=G乙=m乙g=ρ0gV乙
因为甲物体处于漂浮状态,则其浮力大小等于重力F甲=G甲,则有 3ρ水gV乙=ρ0gV乙
解答 ρ0=3ρ水
故A不符合题意;
B.乙对杯子底的压力 F压=G乙﹣F乙=ρ0gV乙﹣ρ水gV乙=3ρ水gV乙﹣ρ水gV乙=2ρ水gV乙
乙的重力为 G乙=ρ0gV乙=3ρ水gV乙
则有
故B符合题意;
C.两杯子完全相同,装有相同质量的水,则水的体积相同,又因为甲的体积比乙大,且甲乙都浸没于水中,所以甲物体的杯子内水面较高;因为两个杯子相同,水的质量相同,甲乙的质量相同,则,两杯对桌面的压力相同,故C不符合题意;
D.由图可知,切去的是实心部分,切去的体积为ΔV,切去的部分重 ΔG=Δmg=ρ0ΔVg
甲剩余部分的重力为 G甲′=G甲﹣ΔG=ρ0V乙g﹣ρ0ΔVg=ρ0(V﹣ΔV)g
剩余部分的体积 V甲′=V甲﹣ΔV=3V乙﹣ΔV
剩余部分受到的浮力 F甲′=ρ水gV甲′=ρ水(3V乙﹣ΔV)
比较重力和浮力 G甲′<F甲′
甲剩余部分受到的合力向上,会上浮,根据阿基米德原理,其排开水的体积会减小,直到其受到的浮力等于重力时,处于平衡状态,处于漂浮状态,故D不符合题意。
故选B。
【变式1-2】(2024·浙江宁波·模拟预测)如图,小宁将盛水的烧杯放在电子台秤上,台秤的示数如图甲所示:将一个物块放入水中,漂浮时台秤示数为360g(如图乙):用力将物块下压至全部浸没在水中时,台秤示数为400g(如图丙):将物块继续下压(从图丙到图丁),物块下表面受到水的压力增加了0.8N,整个过程水始终未溢出。下列说法正确的是( )
A.木块的质量为100g B.木块的密度为0.6g/cm3
C.从图丙到图丁,杯底所受的压强逐渐增大 D.从图丙到图丁,物体受到水的浮力也增加了0.8N
【答案】B
【解析】A.将一个物块投入水中,漂浮时台秤示数为360g(如图乙),则木块的质量为
故A错误;
B.由甲、丙知道,木块排开水的质量为
由知道
则木块的密度为
故B正确;
C.从图丙到图丁,木块完全浸没在水中,V排不变,水的深度不变,由知道,瓶底水的压强不变,故C错误;
D.从图丙到图丁过程中,木块完全浸没在水中,V排不变,根据阿基米德原理知道 ,浮力不变,故D错误。
故选B。
模型03 液面变化与浮力提升
浮力考察中液面变化问题不少的,偶尔也会考察液体对容器底部压强的关系,在变化中考虑液面升降的问题与物体浸入体积的关系,选择填空中可能出现冰块融化之后液面变化情况,计算中可以适当考察带容器底面积的液面变化问题,偶尔会措手不及,需要多多练习浮力较难练习。
解
真题示范·思维剖析
【例1】(2023·浙江湖州·中考真题)现将一杯子和木块(不吸水,密度为)以两种方式放入同一容器中(容器内水的质量保持不变)。如图所示,图1杯子开口向上,浮在水面上。图2杯子倒扣(里面充满水),木块紧贴杯底,一起悬浮在水中。两种情况下( )
A.木块所受浮力的大小相同 B.杯子所受浮力的大小相同
C.容器内水的深度相同 D.木块对杯子底部力的大小相同
【答案】C
【解析】A.图1木块未排开液体,由阿基米德原理可知,木块不受到浮力的作用,图2木块排开液体,由阿基米德原理可知,木块受到浮力的作用,因此木块所受浮力的大小不相同,故A不符合题意;
B.图1杯子所受的浮力大于杯子的重力,图2杯子所受浮力小于杯子的重力,故B错误;
C.图1杯子和木块漂浮,浮力等于重力;图2杯子和木块悬浮,浮力等于重力;由可知,两种情况时杯子和木块排开水的体积相同,容器内水的深度相同,故C符合题意;
D.图1木块对杯底的压力等于木块的重力;图2木块对杯子底部的压力等于木块受到的浮力减重力,对杯子底部压力的大小不同,故D不符合题意。
故选C。
【例2】(2022·浙江湖州·中考真题)两个边长相同、材料不同的实心正方体甲和乙,用质量不计的细线连接,轻轻放入某液体中,静止后悬浮,细线处于绷紧状态,如图所示。则( )
A.甲受到的浮力比乙受到的浮力大
B.甲的密度与液体的密度相等
C.如果将细线剪断,甲、乙再次静止后,容器底部受到的压力大小不变
D.如果将细线剪断,甲、乙再次静止后,容器底部受到液体的压强不变
【答案】C
【解析】A.甲和乙两个正方体边长相同,则根据体积公式可知其体积相等,两个正方体都浸没在同一液体中,则其排开液体的体积相等,根据F浮=ρ液gV排可知,甲受到的浮力等于乙受到的浮力,故A不符合题意;
B.把甲和乙作为一个整体,甲和乙在液体中静止时悬浮,根据物体浮沉条件可知,甲和乙的平均密度等于液体的密度,而甲和乙由不同材料制成,其密度不同,所以甲的密度与液体的密度不相等,故B不符合题意;
C.柱形容器中,容器底部受到的压力大小等于容器内液体和物体的总重力,如果将细线剪断,甲、乙再次静止后,容器内液体和物体的总重力不变,则容器底部受到的压力大小不变,故C符合题意;
D.根据题意可知,细线处于绷紧状态,如果将细线剪断,甲、乙再次静止后,甲将漂浮在液面上,则甲和乙排开液体的总体积变小,液体深度变小,根据p=ρ液gh分可知,容器底部受到液体的压强变小,故D不符合题意。
故选C。
变式演练
【变式1-1】 (2024·浙江温州·模拟预测)烧杯中盛有水和煤油(密度为),现将一实心球状蜡块(密度为)轻轻放入烧杯。则稍后待蜡块静止时( )
A.蜡块一半体积浸入水中,一半体积浸入煤油中 B.煤油对蜡块的作用力方向竖直向上
C.水对蜡块的作用力小于蜡块的重力 D.水对蜡块的作用力大于蜡块的重
【答案】D
【解析】A.因为煤油的密度小于水的密度,所以液体的上方为煤油,下方为水;蜡的密度大于煤油的密度,在煤油中下沉,小于水的密度,在水中会漂浮,所以蜡块应在水和煤油之间,且在水中部分更多些,故A错误;
B.蜡块受到的浮力大小等于蜡块上下表面的压力差,蜡块的上部在煤油中,会受煤油竖直向下的压力,故B错误;
CD.蜡块所受浮力等于水对其向上的作用力和煤油向下作用力之差,所以水对蜡块的作用力大于蜡块的重力,故C错误,D正确。
故选D。
【变式1-2】 (2024·浙江·一模)小余模拟古人利用浮力打捞铁牛,模拟过程和测量数据如图所示。
(1)把正方体M放在架空水槽底部的方孔处(忽略M与水槽的接触面积),往水槽内装入适量的水,把一质量与M相等的柱形薄壁水杯放入水中漂浮,如图甲所示,此时正方体M (填“受到”或“不受”)浮力的作用;
(2)向杯中装入质量为水杯质量2倍的铁砂时,杯底到M上表面的距离等于M的边长,如图乙所示,此时水杯浸入水中的深度h是多少?( )
(3)用细线连接水杯和M,使细线拉直且无拉力,再将铁砂从杯中取出,当铁砂取完后,M恰好可被拉起,完成打捞后,如图丙所示。则M与水杯的底面积之比是 。
【答案】 不受
【解析】(1)[1]正方体M与容器底部之间无液体,因此不受浮力。
(2)[2]根据甲图可知
乙图中可得
因为
联立解得:。
(3)[3]设柱形薄壁水杯和正方体M的质量为m,杯底到M上表面的距离和正方体M的边长为L:图甲中受力分析
带入数据为 ①
图乙中受力分析
带入数据为 ②
图丙中受力分析
解得 ③
结合, , ,联立①②③解得,则
练
好题精炼·素养通关
1.(2024·浙江绍兴一模)小敏将橙子放入水中,静止后如图甲,将该橙子剥去部分表皮后放入水中,静止后如图乙,剥去全部表皮后放入水中,静止后如图丙(不考虑实验过程中橙子吸水)。下列说法正确的是( )
A.三种状态下橙子的密度关系: B.甲图中,橙子所受浮力大于自身重力
C.乙图中橙子的 V排小于甲图中橙子的V排 D.丙图中,橙子对容器底部压力为零
【答案】C
【解析】A.由浮沉条件知道,甲图中橙子漂浮 ρ甲<ρ水
乙中橙子悬浮 ρ乙=ρ水
丙中橙子下沉 ρ丙>ρ水,
故三种状态下橙子的密度关系 ρ甲<ρ乙<ρ丙
故A错误;
B.甲图中,橙子漂浮,橙子所受浮力等于自身重力,故B错误;
C.甲、乙两图中,橙子分别漂浮和悬浮,所受的浮力均等于自身的重力,而甲图中橙子的重力较大,故甲图中橙子所受的浮力较大,根据
知道,乙图中橙子的V排小于甲图中橙子的V排,故C正确;
D.丙图中,橙子沉底,所受的浮力小于自身的重力,橙子收到竖直向上的浮力和支持力及竖直向下的重力,且对容器底部压力大小等于所受的支持力大小,橙子对容器底部压力不为零,故D错误。
故选C。
2.(2023·浙江·一模)水平地面上有两个平行放置的相同的三棱柱甲和乙,现将一盛水的玻璃缸放置其上,使玻璃缸左右两侧与三棱柱平行且玻璃缸底部的中心到甲、乙两三棱柱的距离相等(l1=l2);然后将两个体积相等的空心金属球P和Q放入玻璃缸的水中,最终P悬浮、Q漂浮,如图所示。则( )
A.P、Q受到的浮力相等
B.P的重力等于Q的重力
C.甲、乙两三棱柱对缸底的支持力相等
D.甲三棱柱对缸底的支持力大于乙三棱柱对缸底的支持力
【答案】C
【解析】AB.两个金属球的体积相等,由图可知排开水的体积关系 VP>VQ
根据F浮=ρ水gV排可知两个金属球受到的浮力 FP浮>FQ浮
P悬浮、Q漂浮,由浮沉条件可知它们重力和浮力大小相等,所以它们的重力 GP>GQ
故AB不符合题意;
CD.浮力等于排开液体的重力,它们的浮力等于重力,所以它们的重力等于排开水的重力,可以将两个金属球在水中部分看作水,如图所示:
如果以甲为支点,乙缸底的支持力为动力,玻璃缸、水和两个金属球的总重力为阻力,由杠杆平衡条件得到 F乙(l1+l2)=Gl1
如果以乙为支点,甲缸底的支持力为动力,玻璃缸、水和两个金属球的总重力为阻力,由杠杆平衡条件得到 F甲(l1+l2)=Gl2
因为 l1=l2
所以 F甲=F乙
故C符合题意,D不符合题意。
故选C。
3.(2023·浙江金华·中考真题)“深海勇士号”是中国第二台深海载人潜水器。2023年5月20日,国家文物局利用该潜水器在沉船附近完成水下永久测绘基点布放,并进行了初步搜索调查和影像记录,开启了中国深海考古新篇章。回答下列问题:
(1)下潜过程中,“深海勇士号”潜水器受到海水的压强将 (选填“变大”“变小”或“不变”);
(2)若“深海勇士号”潜水器悬停在水下4000米处考察,此时潜水器总质量为a千克,则它受到的浮力为 牛。
【答案】 变大 ag或10a
【解析】(1)[1]根据液体压强的特点可知,当所处的深度越深时,压强越大。
(2)[2]因为潜水器悬浮在水里,根据液体的浮沉条件可知,所受的浮力等于潜水器的重力为
4.(2024·浙江嘉兴·一模)为探究影响浮力大小的因素,科学兴趣小组的同学设计甲、乙两种方案(如图)。
(1)方案甲:按图甲将物体挂在弹簧测力计上,然后分别读取A-D中弹簧测力计的示数,他们研究的问题是: ;
(2)方案乙:根据图乙,可得出的结论是: ;
(3)小平根据“铁块放入水中会下沉,同样的铁块做成轮船却能漂浮在水中”的经验,提出“物体所受浮力大小与物体形状有关”的观点。小平的观点是否正确并请说明理由 ;
【答案】(1)物体所受的浮力大小与排开液体的多少(浸入深度)有关吗?
(2)物体所受的浮力等于排开的液体所受的重力或
(3)见解析
【解析】(1)由图甲知道,将物体挂在弹簧测力计上,浸入水中的深度不同,排开水的体积不同,故探究的是物体所受的浮力大小与排开液体的多少(浸入深度)是否有关。
(2)根据图乙,由称重法知道,物体受到的浮力是
物体排开水的重力
故得出的结论是:物体所受的浮力等于排开的液体所受的重力或。
(3)小平的观点不正确,因为铁块做成轮船后从表面看是形状发生改变而本质因素是发生改变。
5.(2024·浙江温州·三模)小科同学设计了如图所示的装置进行实验,利用小量程弹簧称测金属的密度,其中杠杆OAB支点为O(杠杆OAB质量不计),OA∶OB=1∶3。他实验的步骤如下:
步骤一:用一细绳将体积为180cm3的金属块悬挂于A点,然后向容器中加水,使金属块浸没在水中。
步骤二:使杠杆OAB在水平位置静止,读出弹簧测力计此时的读数为12N。请根据题目求出以下信息:
(1)金属块浸没在水中时受到的浮力;
(2)绳子作用在杠杆A上的拉力;
(3)被测金属块密度。
【答案】(1)1.8N;(2)3.6N;(3)3×103kg/m3
【解析】解:(1)金属块浸没在水中时受到的浮力为
(2)根据杠杆平衡条件知道
故
解得绳子作用在杠杆A上的拉力 FA=3.6N
(3)金属块的重力
金属块的密度
答:(1)金属块浸没在水中时受到的浮力是1.8N;
(2)绳子作用在杠杆A上的拉力是3.6N;
(3)被测金属块密度3×103kg/m3。
6.(2022·浙江金华·一模)小科学习了浮力知识后,在家中进行了“物体浮沉条件”等相关研究,过程如下;
①图甲和乙:取两个完全相同的玻璃杯,倒入等体积的水和白酒,液面高度均为h0;
②图丙:把萝卜放入装有水的玻璃杯中,萝卜漂浮在水面上,此时液面高度为h1;
③图丁:把乙中的部分白酒倒入丙中,萝卜沉底,此时液面高度为h2;
④图戊:倒出若干白酒后,乙中剩余白酒液面高度为h3;
请回答以下问题;
(1)把部分白酒倒入丙中后,萝卜受到的浮力 (选填“变小”、“不变”或“变大”)从而使萝卜沉底;
(2)若不考虑水和白酒混合前后体积变化,表示水的密度,请用相关字母表示萝卜的密度 ;
(3)若图丙中的萝卜会吸水,吸水后萝卜质量和体积均变大,但仍处于漂浮状态,此时液面高度为h'1,则h'1 h1(选填“>”、“=”或“<”)。
【答案】 变小 =
【解析】(1)[1]由沉浮条件可知,萝卜原来在水面漂浮,萝卜受到的浮力等于重力;倒入白酒后,萝卜沉入水中,此时萝卜受到的浮力小于重力,所以萝卜受到的浮力变小了。
(2)[2]设玻璃杯的底面积为S,萝卜在乙中漂浮,则萝卜的重力等于受到的浮力
G=F浮=ρ水gV排=ρ水gS(h1-h0)
萝卜在丙中下沉,则萝卜的体积 V=S[h2-h0-(h0-h3)]=S(h2-2h0+h3)
那么萝卜的密度
(3)[3]由于萝卜始终处于漂浮状态,萝卜受到的浮力始终等于萝卜的重力,等于排开水的重力;萝卜吸水前,排开水的重力等于萝卜的重力 G=G排
萝卜吸水后,排开水的重力等于萝卜的重力与吸的水的重力之和 G+G水=G排+G增
则萝卜吸水的重力等于萝卜排开水增加的重力,所以此时的液面高度不变,则 h'1=h1
7.(2023·浙江温州·中考真题)我国某地使用“沉管法”建跨海隧道:用钢筋水泥等材料浇筑若干个中空管段,用隔墙封闭两端并使其漂浮在水中;用拖船牵引至指定位置,向管段中的水箱注水使其下沉(如图);对下沉的多个管段进行依次连接,拆除隔墙形成隧道。
(1)拖运管段时,若速度为2千米/时,拖运距离为3千米,需要 小时;
(2)图中,当往水箱中注水的质量为6×104千克时,管段刚好能够在水下匀速缓慢下沉。若管段排开水的体积为3.06×103米3,则注水前管段与水箱的总质量为多少千克; (海水密度取1.0×103千克/米3)
(3)管段隔墙设计需要考虑其下沉到海底时受到的压力大小。这一压力的大小与哪些因素有关?
【答案】 1.5 3×106千克 海水密度、海底深度、隔墙面积
【解析】(1)[1]根据可得,拖运管段所用的时间为
(2)[2]根据阿基米德原理可得,沉管所受的浮力为
沉管匀速下沉,根据二力平衡可得,注水后的沉管总重力为
则注水前管段与水箱总质量为
(3)[3]由于物体在海水中受到的压力与其所受的压强的关系为,又因为物体在海水中受到的海水压强为p=ρ海水gh,则管段隔墙下沉到海底时受到的压力大小与海水密度、海底深度、隔墙面积等有关。
8.(2023·浙江杭州·中考真题)某景区有乘氦气球升空的观光项目。如图所示,氦气球内充满氦气,下端连接吊篮,在吊篮底端有一根缆绳,通过缆绳来控制氦气球的升降。氦气球的体积为(不计球壁的厚度),,,g取。求:
(1)氦气球内氦气的质量是多少?
(2)氦气球在缆绳控制下,匀速竖直上升,用时,则氦气球上升的速度是多少?
(3)氦气球(含氦气)连同吊篮等配件的总重为,现有总质量为的乘客,乘坐氦气球匀速竖直升空,缆绳处于竖直状态,此时缆绳对吊篮的拉力为多大?(不计吊篮及乘客在空气中的浮力,不计空气阻力)
【答案】(1)1080kg;(2)0.5m/s;(3)2×104N
【解析】解:(1)氦气球内氦气的质量
(2)氦气球上升的速度
(3)氦气球受到的浮力
氦气球(含氦气)连同吊篮等配件及乘客的总重力
不计吊篮及乘客在空气中的浮力,不计空气阻力,此时缆绳对吊篮的拉力为
答:(1)氦气球内氦气的质量是1080kg;
(2)氦气球在缆绳控制下,匀速竖直上升,用时,则氦气球上升的速度是0.5m/s;
(3)氦气球(含氦气)连同吊篮等配件的总重为,现有总质量为的乘客,乘坐氦气球匀速竖直升空,缆绳处于竖直状态,此时缆绳对吊篮的拉力为2×104N。
9.(2022·浙江台州·中考真题)某同学用食盐、水和一支装有沙子的薄塑料管来测量新鲜鸡蛋的密度,步骤如下:
(1)室温下,将食盐晶体慢慢加入水中,充分搅拌,当观察到 现象时,所得溶液为饱和溶液。
(2)将新鲜鸡蛋放入上述饱和溶液中,鸡蛋处于漂浮状态。然后慢慢加水,当鸡蛋处于 状态时,鸡蛋的密度等于食盐溶液的密度。
(3)把鸡蛋从食盐溶液中取出,将总质量为10.5克、底面积为1厘米的塑料管放入该食盐溶液中,直立漂浮时测得液面下塑料管的长度为10厘米,如图所示。请计算该新鲜鸡蛋的密度为多少?
【答案】 食盐晶体不能继续溶解 悬浮
【解析】(1)[1]饱和溶液是指在一定温度下,一定量的溶剂里不能再溶解某种溶质的溶液叫做这种溶质的饱和溶液。所以,室温下,将食盐晶体慢慢加入水中,充分搅拌,当观察到食盐晶体不能继续溶解时,所得溶液为饱和溶液。
(2)[2]测量盐水的密度间接测量鸡蛋的密度,需要盐水的密度等于鸡蛋的密度。所以,当鸡蛋处于悬浮状态时,鸡蛋的密度等于食盐溶液的密度。
(3)[3]由 知道,塑料管的重力
因为塑料管漂浮在液面,所以
塑料管排开液体的体积
由知道,盐水的密度
所以,鸡蛋的密度
10.(2022·浙江温州·中考真题)排气阀是供暖设备中的重要部件,它能及时排出管内热水汽化产生的气体,使水正常流动,从而保证供暖效果。排气阀工作原理如图所示:水中气体在流动过程中,积聚于封闭的排气阀内,使阀内气压变大,浮筒随水面一起下降,此时阀内气体排出使气压变小,从而浮筒上升,堵杆重新堵住排气孔。
(1)水管内的水流速度至少达到0.25米/秒才能携带气泡流动。若水管总长为60米,要使水流能携带气泡流动,则水从水管起始端流到终端最多要多少时间?
(2)排气阀中的浮筒和堵杆总质量为0.02千克,计算排气阀排气时浮筒浸在水中的体积。(水的密度取1.0×103千克/米3)
【答案】(1)240s;(2)2×10-5m3
【解析】解:(1)水从水管起始端流到终端最多需要的时间
(2)该浮筒处于漂浮状态时受到的浮力 F浮=G物=mg=0.02kg×10N/kg=0.2N
排气阀排气时浮筒浸在水中的体积
答:(1)水从水管起始端流到终端最多要240s;
(2)排气阀排气时浮筒浸在水中的体积为2×10-5m3。
11.(2022·浙江宁波·中考真题)2022年4月28日,“巅峰使命”珠峰科考全面启动。5月15日凌晨1点26分,中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空,4点40分达到海拔9032m,超过珠峰8848.86m的高度,创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。
(1)该浮空艇总质量约2625kg,它受到重力的大小约为 N。
(2)已知海拔4300m处的空气密度约为0.8kg/m3。如图所示,该浮空艇在营地升空前体积达9060m3,此时浮空艇受到的浮力大小约为 N。
(3)“极目一号”浮空艇内部有三层:上层装有氦气(相同条件下氦气密度比空气小得多),中间隔开,下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要 (填“上浮”或“下降”)的时候,可以用上层的氦气排出下层的部分空气,以此改变自身重力,同时使整个浮空艇的压差在安全范围内。
【答案】 2.625×104 72480 上浮
【解析】(1)[1]由知道,浮空艇受到重力的大小约为
(2)[2]由知道,该浮空艇在营地升空前受到的浮力大小约为
(3)[3]由于氦气密度比空气小得多,当用上层的氦气排出下层的部分空气时,自身重力减小,由于悬于空中的浮空艇受到的浮力等于重力,所以,此时浮力会大于重力,合力的方向竖直向上,故浮空艇会上浮。
12.(2022·浙江杭州·中考真题)小金利用厚度均匀的合金板(厚度为1cm),制作了一个无盖的不漏水的盒子。成品尺寸如图所示,质量为1440g。(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)盒子开口朝上放在水平地面上对地面的压强;
(2)合金板的密度;
(3)将盒子开口朝上,缓慢放入水中,当盒子上沿与水面齐平时松手(水足够深),盒子稳定后在水中的浮沉情况为 (选填“漂浮”或“沉底”),通过计算说明理由。
【答案】 沉底 见解析
【解析】(1)[1]盒子开口朝上放在水平地面上对地面的压强为
(2)[2]合金板的体积为 V合金=V外-V空心=12cm×12cm×5cm-10cm×10cm×4cm=720cm3-400cm3=320cm3
合金板的密度
(3)[3][4]盒子受到的最大浮力 F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.12m×0.12m×0.05m)=7.2N
盒子的重力 G盒=m盒g=1.44kg×10N/kg=14.4N
因为 F浮<G盒
所以盒子在水中沉底。
13.(2022·浙江温州·中考真题)图甲所示为一种水下滑翔机,图乙是其部分结构示意图。该滑翔机通过液压泵将油在内、外油囊间来回转移,从而改变浮力大小以达到上浮和下潜的目的,再结合其它技术即可滑行,以执行海洋环境的监测任务。
(1)该滑翔机具有低能耗、高续航的特点,电池一次充电后能提供1千瓦时电能。它在整个运动过程中前进速度保持0.2米/秒,但只有9%的时间耗电,耗电时功率仅为4瓦。该滑翔机充电一次总共能航行的路程为多少千米?
(2)该滑翔机总重515牛。当外油囊中无油时,滑翔机排开水的体积为0.0495米3。已知海水密度随深度变化情况如图丙所示。当该滑翔机在600米深度悬浮时,外油囊中油的体积为多少米3?(忽略海水压强对油和滑翔机外壳体积的影响)
【答案】(1)2000千米;(2)
【解析】解:(1)电池一次充电后的耗电时间
该滑翔机充电一次后航行的时间
则该滑翔机充电一次总共能航行的路程
(2)该滑翔机处于悬浮状态时有
由可得,该滑翔机排开水的体积
所以外油囊中油的体积
答:(1)充电一次总共航行路程2000千米;(2)该滑翔机在600米深度悬浮时,外油囊中油体积为。
14.(2024·浙江杭州·一模)图甲是新型密度计的设计图,R为定值电阻,Rf为压敏电阻,物体A与Rf通过细线连接,其阻值变化与拉力F的关系如图乙。已知:U=12V,定值电阻 R=50Ω,VA=1000cm3,A=1.03g/cm3, 水=1.0g/cm3.
(1)A物体浸没在水中时所受的浮力;
(2)小金将电压表改装成密度计,通过计算说明,水的密度“1g/cm3,应标注在电压表哪一示数值?
(3)某液体的密度为1.1g/cm3,能否用该密度计测量,并说明理由。
【答案】(1)10N (2)2.4V (3)见解析
【解析】(1)A物体浸没在水中时所受的浮力
(2)A的重力
压敏电阻受到的拉力
由图乙可知力敏电阻接入电路的阻值为200Ω,闭合开关,两电阻串联接入电路, 串联电路总电阻等于各部分电阻之和,根据欧姆定律可得此时通过电路的电流
此时的电压表示数
(3)某液体的密度为1.1g/cm3,液体密度大于物体密度,物体处于漂浮状态,电压表的示数不会随液体密度的改变而改变。
15.(2024·浙江·三模)沿岸放置救生装备是防溺水的措施之一,其中救生圈属于一种常见的救生装备。如图为专业救生圈,根据国际标准,以方便抛投。已知某专业救生圈质量为2.5千克,体积为30分米3。
(1)对溺水暂时停止呼吸的患者,人工呼吸前应先清除口腔和鼻内的异物,是为了保持 系统的通畅;
(2)某次救援中,将平放在地面的救生圈拿到离地面140厘米后,抛投到水面。问在拿起救生圈过程中克服重力做功;
(3)施救落水人员时,要保证水中人员头部露出水面(人的头部体积约占人体积的)。若落水人员的密度约为1.0×103千克/米3,水的密度为1×103千克/米3,求该专业救生圈最大能承受的水中人员的总质量。
【答案】(1)呼吸 (2)35J (3)275kg
【解析】(1)对溺水暂时停止呼吸的患者,人工呼吸前应先清除口腔和鼻内的异物,防止异物堵塞溺水者的呼吸器官,保持溺水者呼吸系统的通畅。
(2)拿起救生圈过程中,需要克服重力做功,救生圈质量为2.5千克,救生圈的重力
拿起救生圈过程中,需要克服重力做功
(3)为保证能施救落水者需要保证 F浮≥G总
即
即
解得 m≤275kg
所以该专业救生圈最大能承受的水中人员的总质量为275kg。
16.如图甲所示,水平放置的一个足够高的长方体容器A中有一个边长为10cm的立方体物块B,B与容器A底部没有紧密贴合,然后慢慢向容器A内注水,当容器A中水面高度为20cm时,停止注水,此时一共向A容器中注水3400g。立方体物块B对容器A底部的压力FB随着注入水的深度h水的变化关系如图乙所示。求:
(1)停止注水后,物块B受到的浮力为 N;
(2)图乙中a的值;
(3)长方体容器A的底面积。
【答案】(1)6 (2)6cm (3)200cm2
【解析】(1)由图象可知:当容器A中无水时,立方体物块B对容器A底部的压力
当h水=a时,立方体物块B对容器A底部的压力恰好变为0,说明此时物块B刚好处于悬浮或漂浮状态, 则
(2)当h水=a时,立方体物块B对容器A底部的压力恰好变为0,说明此时物块B刚好处于悬浮或漂浮状态,则
当h水=a时,物体恰好悬浮,根据F浮=ρ水gv排可得 图乙中a的值为
(3)当容器A中水面高度为20cm时,A容器中注水3400g,水的体积为
总体积为
长方体容器的底面积
17.(2024·浙江·一模)如图甲所示,一弹簧测力计下悬挂底面积为40cm2的圆柱体,水平桌面上放置底面积为100cm2,质量为500g的圆筒,筒内装有30cm深的某液体。现将圆柱体从圆筒上方离液面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入液体中(圆筒的厚度忽略不计,圆柱体下降过程中没有液体从筒中溢出,不考虑液面上升,g取10N/kg)。求:
(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力;
(2)筒内液体密度;
(3)当圆柱体完全浸没时,圆筒对桌面的压强。
【答案】(1)6N;(2)1.5×103kg/m3;(3)5600Pa
【解析】解:(1)由图象知,当h=0时,此时弹簧测力计的示数为18N,圆柱体的重力等于弹簧测力计的示数,则G=18N,当h≥17cm时,弹簧测力计的示数不变,说明此时浮力不变,圆柱体完全浸没,此时圆柱体受到的拉力F拉=12N,圆柱体浸没液体时受到的浮力
(2)由图知从7cm时弹簧测力计的示数逐渐减小,到17cm弹簧测力计的示数不变,所以圆柱体高度
圆柱体浸没在液体中,排开液体的体积
由得,液体的密度
(3)液体的体积
由可得,液体的质量
将圆柱体、圆筒、液体看做一个整体,圆筒对地面的压力
圆筒对地面的压强
答:(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力是6N;
(2)筒内液体密度是1.5×103kg/m3;
(3)当圆柱体完全浸没时,圆筒对桌面的压强是5600Pa。
18.(2024·浙江绍兴·模拟预测)小柯在做鸡蛋浮沉的家庭小实验时,发现了一个有趣的现象。她将鸡蛋放在盛有清水的玻璃杯里,鸡蛋沉入杯底(图甲);逐渐将食盐溶解在水中,鸡蛋恰好悬浮(图乙);继续溶解食盐,最终鸡蛋漂浮(图丙)。已知鸡蛋的质量为56克,体积为50厘米3。求:
(1)如图甲,鸡蛋所受浮力为多少牛?
(2)如图乙,盐水的密度是多少千克/米3?
(3)如图丙,加食盐后鸡蛋为什么会浮出液面,最终漂浮?
【答案】(1)0.5N;(2)1.12×103kg/m3;(3)见解析
【解析】解:(1)此时鸡蛋完全浸没在水中,排开水的体积等于鸡蛋体积,鸡蛋受到浮力为
(2)此时鸡蛋悬浮,盐水密度与鸡蛋密度相等,盐水密度为
(3)水中继续溶解食盐,液体密度进一步变大,当浮力大于重力时,鸡蛋上浮,鸡蛋逐渐露出液面的过程中,排开液体的体积减小,浮力减小,最终浮力与重力大小相等,鸡蛋处于漂浮状态。
答:(1)鸡蛋受到浮力为0.5N;
(2)盐水密度为1.12×103kg/m3;
(3)水中继续溶解食盐,液体密度进一步变大,当浮力大于重力时,鸡蛋上浮,鸡蛋逐渐露出液面的过程中,排开液体的体积减小,浮力减小,最终浮力与重力大小相等,鸡蛋处于漂浮状态。
19.(2024·浙江·三模)如图所示,小科做了一个安全使用蜡烛的趣味实验。实验中将长度10cm、横截面积1cm2的圆柱形蜡烛底部扎一枚0.1g的小钉子(体积不计),使蜡烛漂浮在装了水的杯中,且在水中保持竖直状态。点燃蜡烛,一段时间后,水没过蜡烛顶端,蜡烛自然熄灭。已知蜡烛的密度为0.9g/cm3,蜡烛的火焰下方小坑忽略不计。则:
(1)所用蜡烛(含钉子)的总质量为 ;
(2)未点燃时,蜡烛(含钉子)在水中受到的浮力为 ;
(3)蜡烛燃烧过程中,火焰离杯底的高度 (选填“变大”、“变小”或“不变”);自然熄灭时,蜡烛剩余的长度是 。
【答案】 9.1g 0.091N 变小 1cm
【解析】(1)[1]蜡烛的长度为10cm,横截面积为1cm2,则蜡烛的质量
则所用蜡烛(含钉子)的总质量 m总=9g+0.1g=9.1g
(2)[2]未点燃时,蜡烛漂浮在装了水的杯中,由沉浮条件可知,蜡烛受到的浮力等于重力
(3)[3]蜡烛燃烧过程中,蜡烛逐渐变短,蜡烛的重力减小,则蜡烛受到的浮力减小,由阿基米德原理可知,蜡烛排开水的体积减小,则杯中水的深度降低,所以火焰离杯底的高度变小。
[4]自然熄灭时,蜡烛的体积等于蜡烛排开水的体积,蜡烛剩余重力等于浮力,则有
解得
20.(2024·浙江·一模)小科同学用一个高为25cm、横截面积为的圆柱体泡沫塑料,三脚架和灯泡等制作了一个航标灯模型A,如图所示。A部分总重为8N,A底部与浮子B(始终浸没在水中)用细绳相连,灯浮子B重1N。若水位上升时,浮子B可下降;若水位下降时,浮子B可上升,使航标灯静止时竖直且圆柱体泡沫在水面以下的深度始终为10cm。当航标灯静止时,不计绳重和绳与滑轮间的摩擦,求:
(1)浮子B受到的拉力随水位的升高而 (选填“增大”、“减小”或“不变”);
(2)航标灯模型A受到水的浮力是 ;
(3)水位上升,在浮子B下降2cm的过程中,拉力对B做了功是 。
【答案】 不变 10N 0.04J
【解析】(1)[1]水位升高,浮子B仍处于静止状态,浮子B受力平衡,浮子B受到浮力等于浮子B的重力和绳子的拉力之和,由于浮子B始终处于浸没状态,由阿基米德原理可知,浮子B受到的浮力不变,浮子B的重力不变,所以浮子B受到的绳子的拉力大小不变。
(2)[2]由题意可知,横截面积为100cm2的圆柱体泡沫塑料,在水面以下的深度始终为10cm,由阿基米德原理可得,模型A受到水的浮力
(3)[3]由于图中使用定滑轮不能省力,则A部分总重为8N,受到水的浮力为10N,浮子B受到的拉力等于模型A受到的拉力,在浮子B下降2cm的过程中,拉力对B做了功
21.(2024·浙江·二模)如图甲,水平桌面上放置底面积为,质量为400g的圆柱筒,筒内装有16cm深的某种液体。弹簧测力计悬挂底面积为、高为8cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直到浸没,弹簧测力计示数F与圆柱体浸入液体深度h的关系如图乙所示。(圆筒的厚度忽略不计,圆筒内液体没有溢出,取)求:
(1)圆柱体浸没在液体中所受的浮力;
(2)列式计算圆柱筒内液体密度;
(3)列式计算圆柱体浸没时,圆柱筒对桌面的压强。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】解:(1)由图象知,当
时,此时测力计的示数等于圆柱体的重力,所以
当
时,测力计的示数不变,说明此时浮力不变,圆柱体完全浸没,此时
所以
(2)物体排开液体的体积
由得,圆柱筒内液体密度
(3)液体的质量
将圆柱体、圆筒、液体看做一个整体,则其对地面的压力
圆柱体浸没时,圆柱筒对桌面的压强
答:(1)圆柱体浸没在液体中所受的浮力;
(2)圆柱筒内液体密度;
(3)圆柱体浸没时,圆柱筒对桌面的压强。
22.(2024·浙江杭州·二模)已知烧杯(含水)的重力为8牛,物块A 通过一细绳悬挂于烧杯上方,A 的质量为600g,体积为400cm³。当物体A有一半体积浸入水中(如图所示), (已知ρ水=1.0g/cm3):请计算:
(1)物体A 受到的浮力大小;
(2)此时台秤的示数是多少?
(3)若剪断细绳,物体A 沉入烧杯底部,台秤的示数如何变化?
【答案】(1)2N;(2)1kg;(3)先增大,至 A 浸没后保持不变
【解析】解:(1)物体A 受到的浮力 F浮=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×200×10-6m3=2N
(2)此时台秤的示数为台秤受到的压力 F=F浮+G总=2N+8N=10N
则此时台秤的示数是
(3)若剪断细绳,物体A 沉入烧杯底部,台秤的示数等于总重力,所以台秤的示数先增大,至 A 浸没后保持不变。
答:(1)物体A 受到的浮力大小是2N;
(2)此时台秤的示数是1kg;
(3)若剪断细绳,物体A 沉入烧杯底部,台秤的示数先增大,至 A 浸没后保持不变。
23.(2022·浙江·二模)将一实心小球悬挂在弹簧测力计下方,示数如图甲所示:将小球分别浸没在水和某未知液体中时,弹簧测力计示数分别如图乙和丙所示,已知ρ水=1×103kg/m3,取g=10N/kg,求:
(1)小球在水中所受浮力;
(2)小球的体积;
(3)未知液体的密度。
【答案】(1)1N;(2)0.0001m3;(3)2×103kg/m3
【解析】解:(1)通过甲图知道小球重5N,将小球浸没在水中时,测力计示数为4N,则水对小球的浮力为
(2)小球浸没在水中,小球的体积等于小球排开水的体积,有
(3)小球浸没在未知液体中时,测力计示数为3N,即小球受到的浮力为
即同一小球浸没在水中和液体中时,受到的浮力分别为1N、2N。根据阿基米德原理知道,物体受到的浮力等于排开的液体的重力。即小球排开的水和未知液体的重力分别是1N、2N。而小球浸没,排开水的体积与排开未知液体的体积是相等的。即相同体积的水和未知液体,重力分别是1N、2N。即在体积相同时,未知液体的重力是水的重力的2倍,根据
可以知道,未知液体的密度是水的密度的2倍,为
答:(1)小球在水中受到的浮力为1N;
(2)小球的体积为0.0001m3;
(3)未知液体的密度为2×103kg/m3。
24.(2022·浙江·一模)一个边长为10cm的立方体木块,细线的一端跟木块底部相连,另一端固定在容器底如图甲所示(容器高比细线与木块边长之和大得多),现向容器中慢慢加水,如图乙所示。用F浮表示木块受到的浮力,用h表示容器中水的深度。则图丙可以正确描述F浮随深度h变化的关系图像。
(1)当F浮=4N时,木块处于 (填“漂浮”、“悬浮”或“下沉”)状态;
(2)木块的密度为多少?( )
(3)整个加水过程中,水对木块所做的最大功是多少?( )
【答案】 漂浮 0.6J
【解析】(1)[1]由图乙可知,当F浮=4N时就是水面上升到木块刚好对底部无压力,而此时线对木块没有拉力,由此可知,此时为漂浮状态,木块的重力 G=F浮=4N
(2)[2]木块的质量
木块体积 V=(10cm)3=1000cm3=1×10-3m3
木块的密度
(3)[3]由图乙可知,当F浮=4N时木块开始上升,到25cm木块浸没,则木块停止上升时的高度是
h=25cm-10cm=15cm=0.15m
则浮力对木块所做的最大功 W=F浮h=4N×0.15m=0.6J
25如图所示,水平桌面上放有一圆柱形溢水杯,自重7N,底面积为300cm2,溢水口距杯底的高度为12cm,溢水杯中盛有高为10cm水,现将一体积为1000cm3、质量为2.7kg的正方体铝块缓慢浸没入水中,不计溢水杯的厚度。求:
(1)铝块放入水前,水对溢水杯底部的压强;
(2)铝块浸没在水中受到的浮力;
(3)铝块浸没在水中静止后,溢水杯对水平桌面的压强。
【答案】(1)1000Pa;(2)10N;(3)2000Pa
【解析】解:(1)由可得,铝块放入水前,水对溢水杯底部的压强为
(2)因为铝块浸没在水中,则其排开水的体积为铝块的体积,即
铝块浸没在水中受到的浮力为
(3)铝块浸没在水中静止后,溢出水的体积为
溢出水的重力为
浸没前,溢水杯中水的质量为
溢水杯中水的重力为
铝块的重力为
则铝块浸没在水中静止后,溢水杯对水平桌面的压力为
溢水杯的底面积为
溢水杯对水平桌面的压强为
答:(1)铝块放入水前,水对溢水杯底部的压强为1000Pa;
(2)铝块浸没在水中受到的浮力为10N;
(3)铝块浸没在水中静止后,溢水杯对水平桌面的压强为2000Pa。
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