内容正文:
专题14 浮力
1.(2024·山东滨州·中考)【历史文化】“水能载舟,亦能覆舟”出自《荀子·哀公》,它告诉我们人民才是社会的主人!习近平总书记在纪念红军长征胜利80周年大会上的讲话中告诫全党必须牢记这个道理。习近平总书记说:“老百姓是天,老百姓是地。忘记了人民,脱离了人民,我们就会成为无源之水、无本之木,就会一事无成。”从物理学角度来说,浸在水中的物体,当排开水的体积不同时,浮力和压强会发生怎样的变化呢?为了探究这个问题,某小组设计如下实验进行探究。
如图甲所示,质地均匀的长方体物体,质量为1kg,底面积为1×10-2m2,竖直放入水平桌面上的薄壁圆柱形容器(筒壁厚度不计)内(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg),求:
(1)物体对容器底部的压强。
(2)向容器内注入2cm深的水,物体不会倾斜,也没有浮起,如图乙所示,求水对容器底部的压强。
(3)现不断往容器内注水,当注水深度为物体高度的一半时,物体对容器底部的压力刚好为0,如图丙所示,求物体的密度。
(4)在容器内继续注入适量的水,物体静止时如图丁所示,将露出水面的部分切去,待剩余部分再次静止后,请推理说明水对容器底部压强的变化量Δp水与容器对桌面压强的变化量Δp桌的大小有何关系。
考点一、浮力的基础
1.(2024·山东临沂·中考)水平桌面上的两个相同的烧杯中盛有两种不同的液体,两个相同的物块在液体中静止时两液面相平,如图所示。下列选项中的物理量,相等的是( )
A.两物块底部受到的压力 B.两物块排开液体的质量
C.两液体对烧杯底的压强 D.两烧杯对桌面的压强
2.(2024·山东威海·中考)小明洗菜时发现体积较大的土豆沉入水底,体积较小的西红柿浮于水面,土豆受到的浮力______西红柿受到的浮力;他想测量土豆的密度,用细线将土豆挂在弹簧测力计下示数为2.4N,再将其完全浸没水中测力计示数为0.4N,则土豆的密度是______。
3.(2024·山东德州·中考)实验项目小组利用弹簧测力计等器材完成以下实验:
实验名称
装置图
问题讨论
探究影响滑动摩擦力大小的因素
(1)比较甲、乙两图可得:在接触面粗糙程度相同时,压力__________ ,滑动摩擦力越大。
(2)通过比较_________ 两图可探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
(3)如图丁所示的实验装置_________ (选填“需要”或“不需要”)长木板做匀速直线运动。
探究浮力的大小跟哪些因素有关
(4)物块的重力为_________ N。
(5)比较A、B、C,可知:浮力大小与_________ 有关。
(6)物块的密度为__________ kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3)
4.(2024·山东青岛·中考)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为____________N;
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数____________,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数____________,说明浮力的大小与____________有关;
(3)将____________相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小____________,说明浮力的大小与物体密度无关;
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图____________。
5.(2024·山东菏泽·中考)物理学习小组在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用同一金属块依次进行如下步骤的操作:
根据上述实验步骤,完成下列问题:
(1)步骤A中金属块重______N;
(2)步骤B中金属块受到的浮力为______N;
(3)分析______三步骤数据,初步得出浮力大小与液体密度有关;
(4)若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,测力计的示数______1.6N(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)结合已学知识,根据步骤A、C,计算出金属块的体积为______(,g取10N/kg)。
6.(2024·山东淄博·中考)如图甲所示,水平放置的长方体容器中水深16cm,用细线将沉在容器底的圆柱体物块竖直向上匀速提升。从物块刚刚离开容器底到拉出水面的过程中,拉力F与物块下表面到容器底的距离h的关系如图乙所示(细线的质量、体积及物块带走的水均忽略不计,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)物块浸没在水中时受到的浮力;
(2)物块取出后,水对容器底的压强;
(3)容器中水的质量。
7.(2023·山东潍坊·中考)5月8日,在2023年世界泳联跳水世界杯蒙特利尔站的女子单人十米跳台决赛中,中国选手全红婵夺得冠军。图示为其参加比赛时的分解动作示意图。不考虑空气阻力,下列对全红婵的分析正确的是( )
A.在跳台静止时,只受到重力作用 B.到达最高点时,受到平衡力作用
C.从最高点到入水前的过程中,惯性不变 D.入水过程中,所受浮力方向取决于入水的角度
8.(2023·山东东营·中考)如图所示,一枚鸡蛋漂浮在盛有盐水的容器中。请画出该鸡蛋的受力示意图。
9.(2023·山东临沂·中考)作出图中漂浮在水面上的小球所受力的示意图(O为小球的重心)。
考点二、阿基米德原理
1.(2025·山东威海·中考)如图甲所示,某航海器由钢板焊接的两个空心三棱柱组成。侧面为ABCDE;在△ABC中,AB=8m,AC=BC,;在中,底边DE的高为0.9m;两个三棱柱棱的长度均为10m,下方三棱柱体积为6m3,航海器总重(,g取10N/kg,三棱柱体积=三角形面积×棱的长度)
(1)当航海器漂浮在水面上,求排开水的体积。
(2)航海器误入浅水区搁浅,下方三棱柱一部分陷入泥沙,如图乙所示。
为将航海器浮起来,采取了以下措施:卸掉重2×105N的设备,等待涨潮之后清理下面的泥沙。搁浅位置24小时内,航海器底部到水面的距离H随时间变化情况如图丙所示。假设航海器整体始终保持水平,请通过计算判断航海器是否能浮起来?
2.(2025·山东烟台·中考)为了方便快捷地从河中取水,小明利用身边的物品设计了一款“打水神器”(图甲),其中无盖塑料瓶的质量为110g,容积为2.5L,瓶底有一圆孔,绳子穿过圆孔和瓶口,绳子上系一细棒A,A的长度大于圆孔的直径,绳子下端拴着一个直径略大于瓶口的小球B,小球体积为,密度为。打水时,人握住绳子上端,将“打水神器”抛入河水中,水逐渐进入瓶子(图乙)。水满后,将装置提起(图丙),然后将塑料瓶口插入岸上的水桶中,松开绳子,水就自动地流进水桶(图丁)。忽略细棒与绳子的质量和体积,g取10N/kg,。求:
(1)小球B的重力;
(2)图乙中,假设河水进入瓶子的过程中瓶子是匀速下沉的,且绳子与圆孔、瓶口边缘均不接触,当瓶内水的体积为瓶子容积的一半时,瓶子底部受到细棒的压力;
(3)图丙中,“打水神器”离开水面后匀速上升过程中的机械效率。
3.(2024·山东德州·中考)小强用如图所示的实验装置验证阿基米德原理,通过调节升降台让金属块浸入盛满水的溢水杯中(金属块始终未与容器底接触),溢出的水会流入右侧空桶中,下列说法正确的是( )
A.金属块浸入水中越深,水对溢水杯底部的压力越大
B.金属块浸没在水中的深度越深,弹簧测力计A的示数越小
C.金属块从接触水面至浸入水中某一位置,弹簧测力计A和B的变化量∆FA=∆FB
D.若实验前溢水杯中未装满水,对实验结果没有影响
4.(2024·山东枣庄·中考)我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟万米深处多次成功坐底,标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在水面以下下潜过程中,受到( )
A.压强增大,浮力增大 B.压强不变,浮力增大
C.压强增大,浮力不变 D.压强不变,浮力不变
5.(2024·山东日照·中考)如图甲所示,将一底面积为的长方体木块用细线系在一个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水,直到木块的上表面与液面相平.木块底部受到水的压强p随容器中水的深度h的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(,)( )
A.木块的重力是24N B.木块的体积是
C.木块完全浸没后受到的浮力是40N D.木块的密度是
6.(2024·山东枣庄·中考)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变化关系的图像如乙所示。则圆柱体受到的重力是___N,圆柱体刚好全部浸没时,下表面受到水的压强是____Pa,圆柱体受到的最大浮力是______N。(g取10N/kg,忽略圆柱体下降过程中液面高度的变化)
7.(2024·山东临沂·中考)4月25日,2024山东省文旅产业高质量发展大会在临沂开幕.同日,水韵琅琊·点靓沂河亮相央视,吸引着海内外广大游客光“临”,体验临沂之“美”。
(1)出行之“美”:如图所示,点靓沂河·光影巴士化身“行走的BGM”把沂河点“靓”!①乘客登上光影巴士的上层,他的重力势能________(选填“增大”“减小”或“不变”);②乘客可以依据声音的________不同,判断出车载背景音乐中的不同乐器;③巴士充电时,车载电池相当于电路中的________.
(2)沂河之“美”:动感酷炫的沂河灯光秀惊艳全网,一时间成为临沂的“新晋顶流”。①如图所示,位于灯光秀“C位”的临沂广播电视塔发出炫目的光束,这是光的________现象;②游客的白色上衣在红色灯光的照射下呈现________色;③岸边高楼上展现山水人文画卷的各彩灯之间是________联的;④游客纷纷举着手机拍照.某游客的手机电池的额定电压为3.8V,额定容量为4000mA·h, 该手机电池充满电后储存的电能为________J.
(3)体验之“美”:登上如图所示的“水韵琅琊”游船,听“王羲之”穿越古今的告白,观酷炫的灯光秀表演.①游客陆续登船的过程中,游船受到的浮力________,船底受到水的压强________(均选填“增大”“减小”或“不变”);②夜风吹来,游客感到阵阵凉意是因为________;③游客感觉电视塔“迎面而来”是以________为参照物的;④游览结束后,关闭发动机的游船仍能向前运动,是因为游船________。
(4)文化之“美”:琅琊古城展演的《国秀·琅琊》剧目,让观众在美轮美奂的意境中触摸琅琊璀璨的历史画卷。①如图所示,演员在钢圈的拉力作用下离开地面,说明力可以改变物体的________;②在重现诸葛亮借东风的场景时,舞台的烟雾效果是因干冰(固态二氧化碳)________(填物态变化名称),使水蒸气遇冷液化所致。
(5)味蕾之“美”:“品沂蒙名糁,吃临沂炒鸡”是游客来“临”的必选项。①糁店使用特制的大型电热锅熬糁时,电热锅的金属外壳必须________,以保证用电安全;②炒鸡的香味扑鼻说明了分子________。
8.(2024·山东东营·中考)某同学为测量一木质小挂件的密度,选用以下器材:天平(带砝码)、量筒、烧杯(装有足量水)和长钢针,进行实验。
(1)把天平放在水平桌面上,游码移动到标尺左端的__________处,此时指针位置如图甲所示,则应向__________(选填“左”或“右”)调节平衡螺母使横梁平衡;
(2)将挂件放在天平左盘,向右盘加减砝码并调节游码,当天平平衡时,砝码质量及游码在标尺上的位置如图乙所示,其质量为__________g;
(3)用烧杯向量筒中倒入60mL的水,将挂件放入量筒,然后用长钢针按住挂件使其刚好浸没于水中,量筒中的水面如图丙所示。算出挂件的密度为__________kg/m3;
(4)因木质挂件具有吸水性,实验测得的密度值__________(选填“偏大”或“偏小”);
(5)有同学提出:不用天平,仅使用其他上述器材也可测出该挂件的密度。请写出实验步骤和密度的表达式(水的密度用水表示,其他符号自定)。
【实验步骤】__________;
【密度表达式】__________。
9.(2024·山东东营·中考)休渔政策有利于海洋渔业持续、稳定、高质量发展。5月1日起,我市开始进入海洋伏季休渔期;9月1日休渔期结束后,各渔港码头“千帆竞发”,渔船可出海进行捕捞作业。如图为某型号渔船,其部分参数如表。(g取10N/kg)
总长度(m)
34.2
宽度(m)
6
排水量(t)
200
最大吃水深度(m)
2.1
发动机额定动力输出功率(kW)
280
鱼舱容量(m3)
147
(1)该渔船满载时,求它受到的浮力;
(2)满载时,求船底受到海水的压强;(海水取1×103kg/m3)
(3)为方便保鲜,现需要将质量为3×103kg、温度为19℃的海水降低到4℃,求此过程放出的热量;[c海水取4.2×103J/(kg·℃)]
(4)若发动机以额定动力输出功率运行1h,消耗燃油60kg,求内能转化为机械能的效率。(q油取4.2×107J/kg)
10.(2024·山东威海·中考)某打捞船利用“潜水钟”模拟打捞作业。潜水钟内部配备自动充气装置,使其始终充满空气,水无法进入,以此保证工作人员的安全,潜水钟上方放置两个配重和两个气囊,将人员送入水下,如图甲所示;工作人员到达水底后清理被打捞物体周围的泥沙,并将物体用钢丝绳挂在潜水钟内部;然后扔掉全部配重,并将气囊均充满空气,潜水钟、工作人员及物体一起被打捞船竖直向上匀速提升,如图乙所示。
已知:工作人员质量为60kg,潜水钟质量为140kg、体积为,每个气囊充满空气后体积均变为,每个配重质量为1000kg,被打捞物体质量为5000kg、体积为。当潜水钟下表面触碰到水底时(未与水底紧密接触),潜水钟内气压计示数为,外界大气压强为,(,g取10N/kg,不计气囊质量及潜水钟内空气的质量,不计水的阻力。)
请解答下列问题:
(1)潜水钟在水底时受到的浮力为多少?
(2)当潜水钟下表面触碰到水底时,下表面所处水的深度为多少?
(3)水下匀速提升潜水钟时,打捞船需要施加多大的拉力?
11.(2024·山东济宁·中考)小明测量某金属块的密度时,用托盘天平测量金属块的质量,平衡时右盘中的砝码情况和游码在标尺上的位置如图(a)所示;用量筒和水测量金属块的体积,相关信息如图(b)所示。
求:(取)
(1)金属块在水中所受浮力的大小;
(2)金属块的密度。
12.(2024·山东潍坊·中考)如图甲所示的装置由杠杆PQ、圆柱形物体a、b以及水箱、滑轮等组成。杠杆PQ只能绕O点在竖直平面内转动,,P端通过竖直绳连接a,a通过竖直轻杆固定在地面上;b浸没在水中,通过细绳、滑轮与杠杆Q端相连。开始时PQ水平,打开出水口阀门,轻杆对a的作用力F的大小随水面下降高度x变化的规律如图乙所示。已知a、b质量分别为、,滑轮、杠杆和绳的重力均忽略不计,忽略所有摩擦,g取10N/kg,水的密度。求:
(1)打开阀门前P端绳对a的拉力;
(2)打开阀门前b受到的浮力;
(3)b的密度;
(4)当b受到的拉力大小为8.4N时,b下表面处的液体压强。
13.(2024·山东聊城·中考)我国的智能船舶“明远”号矿砂船最大载质量为40万吨,这么大的货船通过国际港口时,工作人员通常是通过读取货船没入海水中的深度来测量载质量。物理小组根据这个原理,利用圆柱形玻璃杯制作出可测量物体质量的“浮力秤”。如图甲所示,玻璃杯底面积为80cm²,质量为200g,将未知质量的铁块放入玻璃杯中,静止时玻璃杯浸入水中的深度为5.5cm。ρ水=1.0×10³kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)玻璃杯底面所受水的压强和压力________;
(2)铁块的质量________;
(3)此装置还可以作为密度计来测量未知液体的密度。如图乙所示,将空玻璃杯放入待测液体中,静止时浸入液体中的深度为2cm,求待测液体的密度________。
14.(2023·山东菏泽·中考)在我国探索太空的历程中,设计出了多种空中飞行器。下列飞行器中,利用大气压强升空的是( )
A.风筝 B.孔明灯 C.火箭 D.地球卫星
15.(2023·山东济南·中考)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,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
16.(2023·山东德州·中考)某学习小组,在做“测量小石块密度”的实验时进行了如下操作:
(1)如图甲,将天平放在水平台面上,指针恰好指在分度盘中央,接下来应该将游码移至零刻度线后向______调节平衡螺母,使指针再次指在分度盘中央;
(2)正确测量小石块的质量,如图乙所示,则小石块的质量为______g;
(3)放入小石块前后量筒示数如图丙所示,则小石块的密度为______;
(4)另一小组在实验时先测了小石块的体积,接着测量了它的质量,这样会导致测得的小石块密度比真实值偏______;
(5)我们也可以利用弹簧测力计、烧杯和水来测量小石块的密度,步骤如下:
a.将小石块挂在弹簧测力计下静止时,读出弹簧测力计的示数为;
b.将挂在弹簧测力计下的小石块浸没在烧杯内的水中静止时(小石块未接触烧杯底),弹簧测力计的示数为;
c.小石块密度的表达式______(用、和表示)。
17.(2023·山东枣庄·中考)我市山区在精准扶贫政策扶持下,种植的大樱桃喜获丰收,小明想知道大樱桃的密度,他用天平和量筒进行了如下实验。
(1)把天平放在水平桌面上,先把游码放到标尺左端的__________处,发现指针在分度盘的位置如图甲所示,应该向__________转动平衡螺母,使横梁平衡;
(2)用调好的天平测大樱桃的质量,当右盘中所加砝码和游码的位置如图乙所示时,天平恢复平衡,则大樱桃的质量为__________g;
(3)将用细线拴好的大樱桃放入装有60mL水的量筒中,水面上升到如图丙所示位置。根据测量结果可知大樱桃的密度为__________g/cm3;
(4)小丽同学设计了另一种实验方案:她先用天平正确测出了大樱桃的质量m,再将用细线拴好的大樱桃放入空量筒中,然后向量筒内倒人适量的水,水面到达V1刻度线处,接着将大樱桃提出,水面下降到V2刻度线处,进而测出大樱桃的体积,并计算出大樱桃的密度,则小丽所测大樱桃的密度值与真实值相比__________(选填“偏大”或“偏小”);
(5)小明回家后,还想测出妈妈手镯的密度,他找到家里的电子秤,称出手镯的质量是48.0g,又借助细线、水、玻璃杯,进行了如图丁、戊所示的实验操作,测出了手镯的体积,则手镯的密度是__________g/cm3。
18.(2023·山东烟台·中考)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:
(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?(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)
19.(2023·山东德州·中考)如图为我国自主研制的两栖战车,整车质量为,每条履带与地面的接触面积为,水上最快航速可达,达到世界先进水平,某次任务中它以最快航速匀速穿过一宽为的水域。
已知、、、。求:
(1)该战车停在水平地面时对地面的压强;
(2)此次任务中该战车穿过该水域需要多长时间;
(3)该战车在水面漂浮时排开水的体积;
(4)该战车在此次任务中消耗燃油,这些燃油完全燃烧放出的热量是多少。
20.(2023·山东青岛·中考)“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=10000t,要吊装的重物质量m2=1000t。(取g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(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30m,它的电动机所做的功是7.5×108J,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。
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2m2,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20kg、高度为2m的圆柱体。水舱中装有4.2m3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变化的图象如图丁所示。当力传感器示数为0时,剩余的水对舱底的压强是多少?
21.(2023·山东日照·中考)吴丽同学邀请济南的朋友小丽一家来日照开展海洋研学之旅。小丽一家乘坐高铁从济南西站到达日照西站,如图是列车运行时刻表。到达日照吃过午餐后,他们乘坐满载排水量为30t的游船到“海洋牧场”开展研学活动。(,,日照当地大气压强)
站次
站名
到达时间
开车时间
运行里程
1
济南西
—
09∶08
0
……
……
……
……
……
日照西
11∶08
—
460km
(1)在高铁站,小丽发现离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线(如图)。请运用学过的知识从安全方面分析设置此线的原因;
(2)小丽一家从济南西站到日照西站的平均速度是多少km/h?
(3)当游船满载时,船底在海水中的深度为,求此时船底受到的压强为多少Pa?
(4)当游船满载静止在海水中时,求游船受到的浮力为多少N?
22.(2023·山东潍坊·中考)在物理项目化学习活动中,某科技小组的同学设计了如图甲所示的船只升降实验模型。模型中的船厢A和所盛水的总重为5N,圆柱形浮筒B底面积为,重为18N。电路中电源电压恒定,为定值电阻,压敏电阻(表面绝缘,厚度不计)固定于容器C底部,上表面积为,阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排水阀,向C中注入适量水后关闭进水阀,装置静止时,测得C中水深为20cm,B浸入水中的深度为7cm(未浸没),闭合开关S,此时电流表示数;再次打开进水阀,向C中缓慢注入一定质量的水,浮筒B上升,使A下降30cm,稳定后电流表示数。若不计绳重和摩擦,水的密度,g取10N/kg,求:
(1)B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力;
(2)动滑轮的重力;
(3)C中水深为20cm时阻值;
(4)电路中电源电压值。
23.(2023·山东济宁·中考)小明在探究“浮力的大小与哪些因素有关”实验时,将一底面积为4的圆柱体浸入水中,改变其浸入水中的体积,观察弹簧测力计示数的变化,如图所示。图甲中,圆柱体有体积浸入水中,弹簧测力计的示数为1.1N;图乙中,圆柱体有体积浸入水中,弹簧测力计的示数为0.9N。取,求:
(1)圆柱体全部浸入水中时受到的浮力;
(2)图乙中,圆柱体底部受到水的压强。
考点三、物体的浮沉条件
1.(2025·山东·中考)小华在相同气球内装上不同配重做了两个“小鱼”。“小鱼”甲的质量大于“小鱼”乙的质量。注射器可以通过连接“小鱼”的软管对“小鱼”进行抽气和充气,从而改变“小鱼”的体积。初始时,两“小鱼”在水中处于静止状态,如图所示。忽略空气重力及软管对“小鱼”的作用力。“小鱼”所受浮力分别用F甲、F乙表示。下列说法正确的是( )
A.对甲充气,甲上浮,再次静止时F甲小于F乙
B.对甲抽气,甲下沉,再次静止时F甲一定小于F乙
C.对乙充气,乙再次静止时所受浮力比初始时的浮力小
D.对乙抽气,乙再次静止时所受浮力可能等于初始时的浮力
2.(2025·山东烟台·中考)如图所示,小明洗碗时发现,向漂浮在水面上的碗中加水,碗浸入水的深度越来越大,当水量增加到一定程度时,碗浸没水中,直至沉底。假如碗里水的质量是缓慢均匀增加的,则下列关于碗受到的浮力随时间变化规律的图像可能是( )
A. B.
C. D.
3.(2023·山东威海·中考)物竞天择,适者生存,植物进化出很多巧妙的生存技能,其中蕴含着丰富的物理知识,下列说法错误的是( )
A.蒲公英的种子御风远行——风对蒲公英种子做了功
B.球形“风滚草”被风吹动“滚”向远方——滚动可以减小摩擦
C.绿豆种子成熟后果皮崩裂能将种子弹开——因为果皮具有弹性势能
D.睡莲种子因包裹空气泡在水面漂流,空气泡消失后种子沉底——种子密度小于水
4.(2023·山东淄博·中考)将乒乓球压入水底,松手后乒乓球上浮过程中经过位置1和位置2,最终在位置3静止,如图所示。则乒乓球( )
A.在位置1时处于悬浮状态,受到的浮力等于自身重力
B.从位置1至位置2的过程中,受到的浮力逐渐变大
C.从位置1至位置2的过程中,受到水的压强逐渐变大
D.在位置3时受到的浮力小于在位置1时受到的浮力
5.(2023·山东东营·中考)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
6.(2023·山东德州·中考)水平桌面上老师用相同的烧杯盛放了相同体积的水和浓盐水,让同学们进行区分,聪明的小李用吸管和橡皮泥自制了一个简易密度计,先后放入两液体中静止时如图甲、乙所示,下列说法正确的是( )
A.密度计在乙液体中受到的浮力更大 B.甲液体是浓盐水
C.两液体对容器底的压强相等 D.乙容器对桌面的压力更大
7.(2023·山东日照·中考)小明利用托盘天平、量筒、足量的水、细线测量金属块的密度,当天平平衡时,放在右盘中的砝码和游码的位置如图甲所示,将水倒入量筒,水面如图乙,再把金属块完全浸没在量筒的水中,水面如图丙、下列说法正确的是(已知)( )
A.金属块的质量为35g B.金属块的体积为
C.金属块的密度为 D.此金属块放入水银中会下沉
8.(2023·山东临沂·中考)2023年1月16日,我国首艘具有破冰功能的大型航标船“海巡156”轮(如图)在天津列编,正式投入使用。“海巡156”轮( )
A.漂浮在海面上时受力平衡 B.匀速航行时所受合力向前
C.加速破冰时惯性越来越大 D.卸货过程中所受浮力不变
9.(2023·山东临沂·中考)水平桌面上甲、乙两个质量相等但底面积不同的圆柱形容器内装有质量相等的不同液体,两个完全相同的物体在甲、乙两容器中静止时如图所示。下列判断正确的是( )
A.甲容器中的物体所受浮力大 B.甲容器中的液体的密度大
C.乙容器对水平桌面的压强大 D.乙容器底部所受液体的压力大
10.(2023·山东淄博·中考)如图,将高为5cm的长方体木块缓慢放入盛满水的容器中,静止时木块在水面上漂浮,下表面到水面的距离为3cm,排开水的重力为3N。则木块下表面受到水的压强是__________Pa,木块受到的浮力是__________N,木块的质量是__________kg,木块的密度是__________kg/m3(,g取10N/kg)。
11.(2023·山东威海·中考)如图所示,长方体容器内装有水,将苹果放入后漂浮(水未溢出),则水对容器底增加的压力_________苹果的重力;苹果下方M点与相同深度的N点受到水的压强分别为、,则_________。(两空均选填“大于”“等于”或“小于”)
12.(2023·山东泰安·中考)某同学受“怀丙打捞铁牛”故事的启发,设计了如下“打捞”过程:如图甲,金属块A部分陷入淤泥内,轻质小船装有18N的沙石,细绳将金属块A和小船紧连,细绳对小船的拉力为2N,水面与船的上沿相平;将小船内所有沙石清除后,金属块A被拉出淤泥静止在水中,如图乙所示。已知金属块A的体积为,,g取,小船的质量忽略不计,细绳的质量和体积忽略不计。
(1)甲图中,金属块A上表面距离水面50cm,求金属块A上表面受到的水的压强;
(2)乙图中,小船有体积露出水面,求金属块A的密度。
13.(2023·山东威海·中考)某大学科研团队研制了一款无人潜航器,如图甲所示,其体积可通过从内部油舱向外部油囊压入油量的多少来改变,从而实现浮沉。(,,)请分析解答下列问题:
(1)当用缆绳吊起潜航器A点处挂钩时,潜航器总保持水平静止,B点处于潜航器中间位置。请判断潜航器重心在______点位置附近(选填“A”或“B”);
(2)将潜航器从空中缓慢下放至水下,缆绳的拉力F随下降的高度h变化规律如图乙所示。求潜航器的体积是多少______?(油囊没有充油,不计水的阻力)
(3)解开缆绳后潜航器下潜至海底,此时A点距海平面,A点受到海水的压强是多少______?若想使潜航器上浮,至少向油囊压入多少的煤油______?(忽略煤油因水压导致的体积变化)
考点四、浮力的应用
1.(2025·山东烟台·中考)科技发展对人类社会进步具有积极意义。下列关于科技应用的原理正确的是( )
A.甲图:拦河坝上窄下宽的设计利用了连通器的原理
B.乙图:磁悬浮列车利用磁极间的相互作用实现了车体的悬浮
C.丙图:潜水器主要通过改变自身重力实现上浮和下沉
D.丁图:飞机获得的升力利用了流体压强与流速的关系
2.(2024·山东淄博·中考)下列有关说法错误的是( )
A.气球飘浮,气球内充入密度比空气小的气体
B.飞机升空,机翼上方空气的流速大,压强大
C.船通过船闸,利用了连通器原理
D.潜艇浮沉,靠改变自身重力实现
3.(2024·山东枣庄·中考)将一底面积为200cm2的圆柱形容器放置于水平面上,容器内放一个底面积50cm2、高20cm的圆柱体,如图甲所示,缓慢向容器中注水到一定深度时圆柱体漂浮,继续注水到25cm时停止,在整个注水过程中,圆柱体始终处于直立状态,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。(,g取10N/kg),则以下说法正确的是( )
A.当圆柱体漂浮时,露出水面的高度为9cm
B.圆柱体的密度为kg/m3
C.注水停止时,水对圆柱体底部的压强为2500Pa
D.向容器内注水的总质量是4200g
4.(2024·山东临沂·中考)2024年1月29日,世界首款四座氢内燃飞机原型机成功首飞。如图所示,正在匀速升空的原型机( )
A.机身由密度较大的材料制成 B.所受空气的浮力等于自身重力
C.机翼下方的空气流速比上方的小 D.机舱外的大气压强越来越大
5.(2024·山东日照·中考)下图所示的四个事例中,关于压强的说法正确的是( )
A.甲为压路机,碾子做的很大,是为了减小压强
B.乙为安全锤,锤头做得很尖,是为了减小压强
C.丙图中加热后再密封的铁桶被压扁,是因为外部大气压强远大于内部压强
D.丁图中热气球能在空中自由升降,是利用“气体流速大的地方压强小”的原理
6.(2024·山东潍坊·中考)物理兴趣小组把吸管的下端密闭并缠绕一段细铜丝(细铜丝体积忽略不计),自制一个简易密度计。如图所示,密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,且保持竖直姿态。密度计在三种液体中静止时,在密度计上与液面平齐处各标记一条刻线,共得到三条刻线。已知密度计在c液体中,有的体积浸入液体,浸入体积为。三种液体密度如表格所示,下列分析正确的是( )
液体种类
液体密度/()
a液体
b液体
c液体
A.三条刻线的间隔距离不相等
B.密度计的质量为0.1kg
C.密度计在三种液体中所受浮力不相等
D.密度计在b液体中的浸入体积为
7.(2024·山东临沂·中考)2024年1月7日,国产首艘大型邮轮“爱达·魔都号”安全靠泊上海吴淞口国际邮轮港(如图),圆满完成了1119海里航程的商业首航。“爱达·魔都号”邮轮( )
A.燃烧的重油属于可再生能源 B.匀速直线航行时受力平衡
C.受到水的浮力向各个方向 D.靠泊在港口时没有惯性
8.(2024·山东烟台·中考)质量相等的甲、乙两个圆柱形容器静止在水平桌面上,甲容器的底面积大于乙容器的底面积,容器中分别装有质量相等的液体A和液体B,且液面相平。当将质量相等的实心物块M、N分别放入两容器后均沉底,如图所示,此时甲容器对桌面的压强和压力分别为和,乙容器对桌面的压强和压力分别为和。若液体A、B的密度分别为和,物块M、N的密度分别为和,则下列关系式一定正确的是( )
A. B. C. D.
9.(2024·山东青岛·中考)小明设计了一种水下遥感探测器。探测器的主体是一个边长为2dm的正方体金属盒,上下各有一个带传感器的阀门,总重力为30N,某次水底采样时,向探测器内注水,探测器沉入水底。采样完成后,遥控传感器将两个阀门同时打开,从上阀门注入高压气体,水从下阀门流出,当探测器内水的深度为10cm时,关闭两阀门,探测器连同样品恰能匀速上浮,如图所示,已知样品体积为,不计金属盒厚度及阀门和传感器的体积,忽略气体质量和水的阻力,求:
(1)匀速上升时,探测器内水对金属盒底部产生的压强;
(2)样品的密度。
10.(2024·山东泰安·中考)古代有一种计时器称为“漏刻”,其计时原理是通过漏壶或箭壶中水量的均匀变化来度量时间。图甲为我国国家博物馆收藏的西汉时期的计时工具青铜漏壶。图乙为某同学设计的计时工具箭壶模型,该模型由薄壁圆柱形玻璃容器、长方体木块(不吸水)和标有刻度的箭尺构成,箭尺重力忽略不计,其底部与木块相连,当向容器内均匀注水,可使箭尺和木块随水面匀速竖直上升,从而计时。已知容器高为,底面积为;木块重,高为。初始状态下,容器内有部分水,刚好使木块在浮力作用下与容器底部脱离接触,此时水深为;工作状态下,当木块上升至上表面刚好与容器上沿相平时,一个计时周期结束。取,,不计容器底和容器壁的厚度。求:
(1)初始状态下木块受到的浮力;
(2)木块的密度;
(3)计时周期结束时木块底部受到的水的压强和容器内水的质量。
11.(2024·山东德州·中考)如图所示,水平桌面上有A、B两个相同容器,分别装有密度为ρ1、ρ2的两种不同液体,将两个相同的小球分别放入两容器中,小球静止时,两容器液面相平,A、B两容器对桌面的压力分别为F1、F2,则ρ1__________ρ2,F1__________F2(均选填“>”“ <”或“=”)。
12.(2024·山东济南·中考)小东在学习“阿基米德原理”时,发现老师研究的物体都是在液体里下沉的,于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小是否等于物体排开的液体所受重力的大小”。
(1)小东在设计实验时,通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下:
因为木块漂浮在水中,所以木块所受浮力的大小等于木块所受重力的大小;
若要验证是否等于,只需验证___________;
又因为,所以只需验证是否等于;
于是,小东找来了电子秤(可直接显示物体质量)、溢水杯和小烧杯进行实验,实验步骤如下:
a、用电子秤测量木块的质量;
b、用电子秤测量小烧杯的质量;
c、把木块轻轻放入装满水的溢水杯中,用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水;
d、用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量;
(2)实验数据记录如表所示:
研究对象
木块质量
/g
小烧杯质量
/g
杯、水总质量
/g
排开水的质量
/g
木块
80
38
118
分析表格中的实验数据,得出结论:漂浮在液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体所受重力的大小___________;
(3)在和同学交流分享时,小华认为以上实验过程可以更加简化,如图乙所示,只需将装满水的溢水杯放在电子秤上,将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水,等溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,若观察到___________,即可得到;
(4)小明梳理小东的推理过程时发现,下沉的物体不能通过“是否等于”间接验证“是否等于”,原因是___________。
13.(2024·山东烟台·中考)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,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。
(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,操作③量杯中水的体积为,水的密度为,请写出橡皮泥密度的表达式______;
(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”)。
14.(2024·山东烟台·中考)为庆祝中国人民解放军海军成立75周年,海军烟台舰于2024年4月20日至24日期间访问家乡烟台,并同步开展了军民共建活动。海军烟台舰,舷号“538”,属国产054A型导弹护卫舰,舰长134m,最大宽度16m,高度35m,排水量(满载)约4000t,巡航速度18节(1节=1.852km/h),续航里程4000海里(1海里=1.852km),抗风力大于12级,除极区外任何海区均可安全航行。烟台舰创造了当年护航时间最长、直升机飞行时间最长、编队人数最少、访问国家最多的“四个之最”。(g=10N/kg,海水的密度取kg/m3)求:
(1)满载时烟台舰所受的浮力约为多大?
(2)某次航行中烟台舰吃水深度为4m,则在舰底0.5m2的面积上受到海水的压力为多大?
(3)若烟台舰在某次航行过程中以18节的巡航速度航行3000海里,其航行时间为多少小时?(结果保留一位小数)
15.(2024·山东青岛·中考)自然界的运动形式多种多样,运动和相互作用存在紧密的联系.下面请和小明一起走进运动和力的世界。
(1)常见的运动形式有:①机械运动②分子热运动③振动……小明打开香皂的包装就闻到香味,这种运动形式属于____________(填写序号)。
(2)将正在响铃的闹钟放入玻璃罩内,逐渐抽出罩内的空气,听到声音逐渐减小,这说明____________。
(3)2024年4月23日,是人民海军诞生75周年纪念日.在参加青岛市海军成立纪念日舰艇开放活动时,小明了解到,在水下时潜艇的“耳朵”是声呐设备,“眼睛”是潜望镜,声呐系统是利用声传递____________来工作的,潜望镜是利用光的____________来工作的。
(4)小明在学习运动和力的知识时,整理了如下笔记:
①如图甲,木块在水平桌面上静止,水平方向不受力,合力为零;
②如图乙,木块在水平桌面上静止,和Ff是一对____________力,合力为零;
③如图丙,木块水平向右做匀速直线运动,则____________Ff,合力为零;
总结:当物体处于____________状态时,所受合力为零。
④如图丁,小球上系一细线,细线右端固定,小球静止在水中时细线恰好水平,请作出小球所受力的示意图____。
16.(2023·山东聊城·中考)下列关于物理现象的描述与实际相符合的是( )
A. 甲:逐渐抽出玻璃罩内的空气,听到闹钟的铃声逐渐变小
B. 乙:放在抽出空气的玻璃罩内的手机仍能接收到来电信号
C. 丙:刚停止沸腾的水,若从烧瓶中往外抽气,水又沸腾起来
D. 丁:自制潜水艇模型,向外拉注射器活塞,“潜水艇”上浮
17.(2023·山东聊城·中考)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12N,底面积为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20N的竖直向下的压力。g取10N/kg,。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。
18.(2023·山东菏泽·中考)如图所示,一质量m=0.45kg、底面积的均质实心圆柱体静止在水平地面上。将它放入水槽中再次达到静止状态时,圆柱体在水中漂浮,上端有露出水面。已知,。求:
(1)圆柱体静止在水平地面上时,对地面的压强p1;
(2)圆柱体的密度ρ;
(3)漂浮在水中的圆柱体底部所在处,水产生的压强p2。
19.(2023·山东滨州·中考)“且夫水之积也不厚,则其负大舟也无力。覆杯水于坳堂之上,则芥为之舟;置杯焉则胶,水浅而舟大也。”出自战国庄子的《逍遥游》。从文中大舟与水的关系,我们可以得到这样的启示:求大学问,干大事业,必须打下坚实、深厚的基础。但从物理的角度,“水之积也不厚,则其负大舟也无力。”是指水的深度还是水的质量呢?即物体能否在水中漂浮(所受浮力的大小),究竟与水的深度有关还是与水的质量有关呢?为了探究这一问题,某兴趣小组用烧杯、水、圆柱形木块、刻度尺等器材,进行了如下探究,如图所示。
将两个完全相同的底面积为8cm2,高为10cm的圆柱形木块,分别放入底面积为10cm2和12cm2的甲、乙两个容器中,分别向两个容器中加水,观察和记录每个容器每次加水的深度和木块的状态,实验数据及现象记录如下表。实验中,容器足够高,无水溢出,不考虑木块吸水,,g=10N/kg。根据实验现象和实验数据,求:
实验次数
容器中水深(h/cm)和木块的状态
甲容器
甲容器中木块
乙容器
乙容器中木块
1
4cm
不能浮起
4cm
不能浮起
2
5cm
不能浮起
5cm
不能浮起
3
6cm
刚好浮起
6cm
刚好浮起
4
7cm
浮起
7cm
浮起
(1)甲容器中木块刚好浮起时,水对容器底部的压强;
(2)木块的密度;
(3)木块刚好浮起时,甲、乙容器分别加入水的质量。并由计算结果和实验现象判断:木块能否浮起,取决于容器中水的深度还是水的质量?
(4)实验完成,把木块从甲容器拿出,甲容器对桌面压强的变化量。
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专题14 浮力
1.(2024·山东滨州·中考)【历史文化】“水能载舟,亦能覆舟”出自《荀子·哀公》,它告诉我们人民才是社会的主人!习近平总书记在纪念红军长征胜利80周年大会上的讲话中告诫全党必须牢记这个道理。习近平总书记说:“老百姓是天,老百姓是地。忘记了人民,脱离了人民,我们就会成为无源之水、无本之木,就会一事无成。”从物理学角度来说,浸在水中的物体,当排开水的体积不同时,浮力和压强会发生怎样的变化呢?为了探究这个问题,某小组设计如下实验进行探究。
如图甲所示,质地均匀的长方体物体,质量为1kg,底面积为1×10-2m2,竖直放入水平桌面上的薄壁圆柱形容器(筒壁厚度不计)内(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg),求:
(1)物体对容器底部的压强。
(2)向容器内注入2cm深的水,物体不会倾斜,也没有浮起,如图乙所示,求水对容器底部的压强。
(3)现不断往容器内注水,当注水深度为物体高度的一半时,物体对容器底部的压力刚好为0,如图丙所示,求物体的密度。
(4)在容器内继续注入适量的水,物体静止时如图丁所示,将露出水面的部分切去,待剩余部分再次静止后,请推理说明水对容器底部压强的变化量Δp水与容器对桌面压强的变化量Δp桌的大小有何关系。
【答案】(1)1000Pa;(2)200Pa;(3)0.5×103kg/m3;(4)Δp水=Δp桌
【详解】解:(1)无水时,物体对容器底的压力等于其重力,即F=G=mg=1kg×10N/kg=10N 压强
(2)水深度为2cm即 0.02m,根据p=ρgh得水对容器底部的压强p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m=200Pa
(3)当水深为物体高度一半时,压力为0,则此时浮力等于重力。根据阿基米德原理,所受浮力为
而物体重力为G物=m物g=ρ物V物g 根据二力平衡,浮力等于重力,得到 故
(4)将物体露出水面部分切去,切去其中一半,即切去质量为m=0.5kg。假设容器底面积为S,则容器对桌面压强的变化量 当物体切去一半后,剩下的一半仍漂浮,故排开液体质量与剩余物体质量相等,均为0.5kg,即排开液体质量也为m=0.5kg;排开液体变化量Δm=0.5kg;则有 面高度变化量 则水对容器底部压强的变化量 因此Δp水=Δp桌。
考点一、浮力的基础
1.(2024·山东临沂·中考)水平桌面上的两个相同的烧杯中盛有两种不同的液体,两个相同的物块在液体中静止时两液面相平,如图所示。下列选项中的物理量,相等的是( )
A.两物块底部受到的压力 B.两物块排开液体的质量
C.两液体对烧杯底的压强 D.两烧杯对桌面的压强
【答案】B
【详解】由图可知,物块在甲、乙两杯中分别处于漂浮和悬浮状态,浮力等于自身重力,因此两个相同的物块在液体中静止时受到的浮力相等。
A.将两个相同的物块分别放在两烧杯中,两物块受到的浮力相等,都等于物块的重力,浮力是浸在液体中的物体上下表面受到的压力差,即;物块漂浮是上表面受到的压力为零,悬浮时上表面压力不为零,两物块底部受到的压力不同,故A不符合题意;
B.根据阿基米德原理可知,物体受到的浮力等于其排开液体的重力,两物体受到的浮力相等,所以排开甲液体的重力等于物块排开乙液体的重力,故B符合题意;
B.根据浮沉条件可知,物体漂浮时,物体悬浮时,所以,两杯中液面相平,根据可知,烧杯底受到液体的压强,故C不符合题意;
D.由图知,甲液体的体积大于乙液体的体积,且甲液体的密度大于乙液体的密度,根据知,甲液体的质量大于乙液体的质量,又因为两物块的质量和两烧杯的质量都相同,根据知,甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力,根据知,甲容器对桌面的压强大于乙容器对桌面的压强,故D不符合题意。
故选B。
2.(2024·山东威海·中考)小明洗菜时发现体积较大的土豆沉入水底,体积较小的西红柿浮于水面,土豆受到的浮力______西红柿受到的浮力;他想测量土豆的密度,用细线将土豆挂在弹簧测力计下示数为2.4N,再将其完全浸没水中测力计示数为0.4N,则土豆的密度是______。
【答案】 大于 1.2
【详解】[1]根据可知,土豆的体积较大,西红柿的体积较小,则土豆受到的浮力大于西红柿受到的浮力。
[2]根据称重法测浮力可知,土豆的重力为2.4N,土豆受到的浮力为 土豆沉入水底,体积等于其排开水的体积,为 土豆的密度为
3.(2024·山东德州·中考)实验项目小组利用弹簧测力计等器材完成以下实验:
实验名称
装置图
问题讨论
探究影响滑动摩擦力大小的因素
(1)比较甲、乙两图可得:在接触面粗糙程度相同时,压力__________ ,滑动摩擦力越大。
(2)通过比较_________ 两图可探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系。
(3)如图丁所示的实验装置_________ (选填“需要”或“不需要”)长木板做匀速直线运动。
探究浮力的大小跟哪些因素有关
(4)物块的重力为_________ N。
(5)比较A、B、C,可知:浮力大小与_________ 有关。
(6)物块的密度为__________ kg/m3。(ρ水=1.0×103kg/m3)
【答案】 越大 乙、丙 不需要 4.2 液体密度
【详解】(1)[1]比较甲、乙两图,接触面都是木板,图乙中物块对木板的压力大于图甲中物块对木板的压力,图乙中弹簧测力计的示数大于图甲中的示数,即图乙中物块受到的滑动摩擦力大于图甲中物块受到的滑动摩擦力,由此可得:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。
(2)[2]探究滑动摩擦力大小与接触而粗糙程度的关系,需要控制物块对接触面的压力大小不变,只改变接触面的粗糙程度,因此比较乙、丙两图。
(3)[3]由图丁可知,拉动长木板时,无论怎样拉动,长木板上的物块相对于地面静止,处于平衡状态,水平方向上绳子对物块的拉力和物块受到的滑动摩擦力是一对平衡力,大小相等,因此弹簧测力计的示数可以反映物块受到的滑动摩擦力大小,所以长木板不需要做匀速直线运动。
(4)[4]由图A可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,物块的重力为4.2N。
(5)[5]比较图B、C,物块浸入液体的体积相同、液体的密度不同,根据称重法由图A、B、C可知,物块受到的浮力大小不同,由此可得:浮力大小与液体密度有关。
(6)[6]由图A、B可知,物块浸没在水中受到的浮力 物块的体积等于物块浸没时排开水的体积,即 物块的质量 物块的密度
4.(2024·山东青岛·中考)小明在海边游泳时,发现塑料泡沫板浮在水面上,石块却沉入水底,由此,他进行了有关浮力的实验探究。
(1)如图甲所示,用弹簧测力计测出石块的重力为____________N;
(2)将石块缓慢浸入水中,弹簧测力计示数____________,石块浸没后,在触底之前,弹簧测力计示数____________,说明浮力的大小与____________有关;
(3)将____________相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小____________,说明浮力的大小与物体密度无关;
(4)将一个两端蒙有橡皮膜的玻璃管,分别以图乙和图丙的方式浸没于水中,能反映浮力产生原因的是图____________。
【答案】(1)1.4
(2) 变小 不变 物体排开液体的体积
(3) 体积 相等
(4)丙
【详解】(1)测力计的分度值为0.2N,示数为1.4N,所以,用弹簧测力计测出石块的重力为1.4N。
(2)[1][2][3]由于石块浸入水中时会受到水对其的浮力作用,浮力的方向为竖直向上,根据称重法可知,将石块缓慢浸入水中,石块排开水的体积变大,石块受到的浮力会变大,受到测力计的拉力变小,弹簧测力计示数变小;石块浸没后,在触底之前,石块排开水的体积不变,石块受到的浮力不变,测力计对其的拉力不变,测力计的示数不变;由此可说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。
(3)[1][2]根据(2)分析以及控制变量法可知,若要探究浮力的大小与物体密度的关系,需控制物体的体积相同、液体的密度相同;所以,将体积相同的实心铜块和铝块分别浸没于水中,若发现它们所受的浮力大小相等,说明浮力的大小与物体密度无关。
(4)当两端蒙有橡皮膜的玻璃管沿水平方向放置时,由于同一深度,液体压强相等,且受力面积相等,所以水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向左和压力F向右的大小相等;当玻璃管沿竖直方向放置时,水对玻璃管两端的橡皮膜的压力F向上大于F向下,竖直方向的合力不为0,方向竖直向上;结合图可知,液体会对玻璃管产生一个向上的和向下的压力不相等,压力差F差=F向上-F向下 实际上,这个压力差就是液体对物体的浮力;所以丙图可以说明浮力的产生原因。
5.(2024·山东菏泽·中考)物理学习小组在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中,用同一金属块依次进行如下步骤的操作:
根据上述实验步骤,完成下列问题:
(1)步骤A中金属块重______N;
(2)步骤B中金属块受到的浮力为______N;
(3)分析______三步骤数据,初步得出浮力大小与液体密度有关;
(4)若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,测力计的示数______1.6N(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)结合已学知识,根据步骤A、C,计算出金属块的体积为______(,g取10N/kg)。
【答案】 2.6 0.4 A、C、D 大于
【详解】(1)[1]由图A可知,弹簧测力计的分度值为0.1N,示数为2.6N,故金属块重2.6N。
(2)[2]图B中,弹簧测力计的示数为2.2N,由称重法可知,步骤B中金属块受到的浮力为
(3)[3]探究浮力大小与液体密度的关系,根据控制变量法,要使金属块排开液体的体积相同,液体的密度不同,因此应分析A、C、D三步数据。C、D中,金属块完全浸入液体,排开液体的体积相同,液体密度不同,弹簧测力计示数不同,根据称重法可知金属块受到的浮力不同,因此可初步得出浮力大小与液体密度有关。
(4)[4]若步骤D中仅把盐水换成密度比水小的等体积的酒精,金属块排开液体的体积不变,液体密度减小,由可知,金属块受到的浮力减小,由可知,弹簧测力计的示数变大,即大于1.6N。
(5)[5]由A、C可得,金属块完全浸没时,受到的浮力为 金属块的体积
6.(2024·山东淄博·中考)如图甲所示,水平放置的长方体容器中水深16cm,用细线将沉在容器底的圆柱体物块竖直向上匀速提升。从物块刚刚离开容器底到拉出水面的过程中,拉力F与物块下表面到容器底的距离h的关系如图乙所示(细线的质量、体积及物块带走的水均忽略不计,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)物块浸没在水中时受到的浮力;
(2)物块取出后,水对容器底的压强;
(3)容器中水的质量。
【答案】(1)5N;
(2)1500Pa;
(3)7.5kg
【详解】(1)由图乙可知,当h>15cm时,物块完全离开水面,物块受到的竖直向下的重力、竖直向上的拉力,处于二力平衡状态,则物块的重力 当h<9cm时,物块完全浸没在水中,此时拉力F=8N,物块受到的竖直向下的重力、竖直向上的拉力、竖直向上的浮力,处于三力平衡状态,即 因此物块浸没在水中时受到的浮力
(2)由图乙可知,当h=15cm时,物块下表面刚好离开水面,则物块取出后,容器中水的深度 水对容器底的压强
(3)根据可得,物块浸没时排开水的体积 物块浸没时与物块取出后相比,水面下降的高度 容器的底面积 器中水的体积 根据可得,容器中水的质量
7.(2023·山东潍坊·中考)5月8日,在2023年世界泳联跳水世界杯蒙特利尔站的女子单人十米跳台决赛中,中国选手全红婵夺得冠军。图示为其参加比赛时的分解动作示意图。不考虑空气阻力,下列对全红婵的分析正确的是( )
A.在跳台静止时,只受到重力作用 B.到达最高点时,受到平衡力作用
C.从最高点到入水前的过程中,惯性不变 D.入水过程中,所受浮力方向取决于入水的角度
【答案】C
【详解】A.静止的物体受力平衡,在跳台静止时,受到重力和支持力作用,且相互平衡,故A错误;
B.从离开跳板到最高点的过程中,不计空气阻力,她只受到重力作用,因而受力不平衡;故B错误;
C.惯性的大小只与质量有关,从最高点到入水前的过程中,质量大小不变,则惯性不变,故C正确;
D.浮力的方向始终竖直向上,入水过程中,所受浮力方向始终竖直向上,与入水的角度无关,故D错误。
故选C。
8.(2023·山东东营·中考)如图所示,一枚鸡蛋漂浮在盛有盐水的容器中。请画出该鸡蛋的受力示意图。
【答案】
【详解】鸡蛋漂浮在水面上,受到竖直向下的重力和竖直向上的浮力,两力作用点均在鸡蛋的重心上,大小相等,如图所示:
9.(2023·山东临沂·中考)作出图中漂浮在水面上的小球所受力的示意图(O为小球的重心)。
【答案】
【详解】漂浮在水面上的小球处于平衡状态,因此受到竖直向下的重力等于竖直向上的浮力,如图所示:
考点二、阿基米德原理
1.(2025·山东威海·中考)如图甲所示,某航海器由钢板焊接的两个空心三棱柱组成。侧面为ABCDE;在△ABC中,AB=8m,AC=BC,;在中,底边DE的高为0.9m;两个三棱柱棱的长度均为10m,下方三棱柱体积为6m3,航海器总重(,g取10N/kg,三棱柱体积=三角形面积×棱的长度)
(1)当航海器漂浮在水面上,求排开水的体积。
(2)航海器误入浅水区搁浅,下方三棱柱一部分陷入泥沙,如图乙所示。
为将航海器浮起来,采取了以下措施:卸掉重2×105N的设备,等待涨潮之后清理下面的泥沙。搁浅位置24小时内,航海器底部到水面的距离H随时间变化情况如图丙所示。假设航海器整体始终保持水平,请通过计算判断航海器是否能浮起来?
【答案】(1)
(2)不能,理由见解析
【详解】(1)航海器漂浮在水面上,根据浮沉条件可知浮力与重力大小相等,即
排开水的体积为
(2)卸掉重2×105N的设备,航海器剩下的重力为
由图丙可知航海器底部到水面的最大距离为,此时排开水的体积最大;上方三棱柱浸在水中的深度为
即CG=3m,如上图所示,作AB边上的高CD,△ABC中,AB=8m,AC=BC,△ABC为等腰三角形,等腰三角形底边上的高为底边的中线,则AD=BD=4m,则△CDB为等腰三角形,则CD=4m,△ABC与△ECF相似,根据三角形相似有,即 则,上方三棱柱排开水的体积为 代入数据得,清掉泥沙,下方三棱柱排开水的体积为,航海器所受最大浮力为
浮力小于重力,所以搁浅位置24小时内,航海器不能浮起来。
2.(2025·山东烟台·中考)为了方便快捷地从河中取水,小明利用身边的物品设计了一款“打水神器”(图甲),其中无盖塑料瓶的质量为110g,容积为2.5L,瓶底有一圆孔,绳子穿过圆孔和瓶口,绳子上系一细棒A,A的长度大于圆孔的直径,绳子下端拴着一个直径略大于瓶口的小球B,小球体积为,密度为。打水时,人握住绳子上端,将“打水神器”抛入河水中,水逐渐进入瓶子(图乙)。水满后,将装置提起(图丙),然后将塑料瓶口插入岸上的水桶中,松开绳子,水就自动地流进水桶(图丁)。忽略细棒与绳子的质量和体积,g取10N/kg,。求:
(1)小球B的重力;
(2)图乙中,假设河水进入瓶子的过程中瓶子是匀速下沉的,且绳子与圆孔、瓶口边缘均不接触,当瓶内水的体积为瓶子容积的一半时,瓶子底部受到细棒的压力;
(3)图丙中,“打水神器”离开水面后匀速上升过程中的机械效率。
【答案】(1)3.9N
(2)3.4N
(3)
【详解】(1)小球B的重力为
(2)小球受到的浮力为 匀速下沉时,小球受力平衡,则小球受到绳子的拉力为 则细棒受到绳子的拉力为 则瓶子底部受到细棒的压力
(3)水满后,将装置提起(图丙),水的质量为
则“打水神器”离开水面后匀速上升过程中的机械效率
3.(2024·山东德州·中考)小强用如图所示的实验装置验证阿基米德原理,通过调节升降台让金属块浸入盛满水的溢水杯中(金属块始终未与容器底接触),溢出的水会流入右侧空桶中,下列说法正确的是( )
A.金属块浸入水中越深,水对溢水杯底部的压力越大
B.金属块浸没在水中的深度越深,弹簧测力计A的示数越小
C.金属块从接触水面至浸入水中某一位置,弹簧测力计A和B的变化量∆FA=∆FB
D.若实验前溢水杯中未装满水,对实验结果没有影响
【答案】C
【详解】A.金属块浸入水中的深度增大时,溢水杯中水的深度不变,根据p=ρgh可知,水对溢水杯底部的压强不变,根据F=pS可知,水对溢水杯底部的压力不变,故A错误;
B.金属块浸没在水中的深度变化时,排开水的体积不变,根据F浮=ρgV排可知,受到的浮力不变,根据F拉=G金-F浮 金属块受到的拉力不变,弹簧测力计A的示数不变,故B错误;
C.由图可知,弹簧测力计A的示数FA=G-F浮 弹簧测力计B的示数FB=G桶+G排 则∆FA=∆F浮,∆FB=∆G排,根据阿基米德原理可知,∆F浮=∆G排,则∆FA=∆FB,故C正确;
D.若实验前溢水杯中未装满水,则测得的F浮不变、G排偏小,对实验结果有影响,故D错误。
故选C。
4.(2024·山东枣庄·中考)我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟万米深处多次成功坐底,标志着我国在载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号在水面以下下潜过程中,受到( )
A.压强增大,浮力增大 B.压强不变,浮力增大
C.压强增大,浮力不变 D.压强不变,浮力不变
【答案】C
【详解】当“奋斗者”号在水下下潜过程中,深度逐渐增大,由知道,所以受的压强逐渐增大;“奋斗者”号在水面以下下潜过程中,“奋斗者”号排开海水的体积和海水密度不变,由知道,下潜过程中所受浮力不变,故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
5.(2024·山东日照·中考)如图甲所示,将一底面积为的长方体木块用细线系在一个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水,直到木块的上表面与液面相平.木块底部受到水的压强p随容器中水的深度h的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(,)( )
A.木块的重力是24N B.木块的体积是
C.木块完全浸没后受到的浮力是40N D.木块的密度是
【答案】AC
【详解】A.由图像知,容器中水的深度在6cm时,木块刚好漂浮,细线对木块没有拉力,当容器中水的深度超过18cm时,细线对木块产生拉力且逐渐变大,所以在AB过程中细线对物体没有拉力;由图像知,容器中水的深度在6cm时,木块刚好漂浮,此时水对木块下表面的压强是600Pa,由压强公式得,木块下表面受到水的压力为 F=pS=600Pa×0.04m2=24N此时木块刚好漂浮,根据浮力产生的原因得 F浮=F=24N根据漂浮条件得,木块的重力 G=F浮=24N 故A正确;
C.由图像知,当容器中水的深度是22cm时,木块刚好浸没,木块下表面受到水的压强是1000Pa,由压强公式得,此时木块下表面受到水的压力为 F'=p'S=1000Pa×0.04m2=40N根据浮力产生的原因得 F'浮=F'=40N
故C正确;
B.由F浮=ρ水gV排可知,木块的体积为 故B错误;
D.由 G=mg=ρVg可得,木块的密度为 故D错误。
故选AC。
6.(2024·山东枣庄·中考)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变化关系的图像如乙所示。则圆柱体受到的重力是___N,圆柱体刚好全部浸没时,下表面受到水的压强是____Pa,圆柱体受到的最大浮力是______N。(g取10N/kg,忽略圆柱体下降过程中液面高度的变化)
【答案】 2.0 1000 0.5
【详解】[1]由图像可知,当h=0时,弹簧测力计示数为2N,此时圆柱体处于空气中,根据二力平衡条件可知
[2]由图知物体下降高度到10cm时,下表面接触水面,下降20cm时圆柱体刚好浸没水中,此时圆柱体下表面距水面距离是10cm,则下表面受到水的压强
[3]圆柱体完全浸入水中的情况,此时圆柱体受到的拉力为1.5N,则圆柱体受到的浮力
7.(2024·山东临沂·中考)4月25日,2024山东省文旅产业高质量发展大会在临沂开幕.同日,水韵琅琊·点靓沂河亮相央视,吸引着海内外广大游客光“临”,体验临沂之“美”。
(1)出行之“美”:如图所示,点靓沂河·光影巴士化身“行走的BGM”把沂河点“靓”!①乘客登上光影巴士的上层,他的重力势能________(选填“增大”“减小”或“不变”);②乘客可以依据声音的________不同,判断出车载背景音乐中的不同乐器;③巴士充电时,车载电池相当于电路中的________.
(2)沂河之“美”:动感酷炫的沂河灯光秀惊艳全网,一时间成为临沂的“新晋顶流”。①如图所示,位于灯光秀“C位”的临沂广播电视塔发出炫目的光束,这是光的________现象;②游客的白色上衣在红色灯光的照射下呈现________色;③岸边高楼上展现山水人文画卷的各彩灯之间是________联的;④游客纷纷举着手机拍照.某游客的手机电池的额定电压为3.8V,额定容量为4000mA·h, 该手机电池充满电后储存的电能为________J.
(3)体验之“美”:登上如图所示的“水韵琅琊”游船,听“王羲之”穿越古今的告白,观酷炫的灯光秀表演.①游客陆续登船的过程中,游船受到的浮力________,船底受到水的压强________(均选填“增大”“减小”或“不变”);②夜风吹来,游客感到阵阵凉意是因为________;③游客感觉电视塔“迎面而来”是以________为参照物的;④游览结束后,关闭发动机的游船仍能向前运动,是因为游船________。
(4)文化之“美”:琅琊古城展演的《国秀·琅琊》剧目,让观众在美轮美奂的意境中触摸琅琊璀璨的历史画卷。①如图所示,演员在钢圈的拉力作用下离开地面,说明力可以改变物体的________;②在重现诸葛亮借东风的场景时,舞台的烟雾效果是因干冰(固态二氧化碳)________(填物态变化名称),使水蒸气遇冷液化所致。
(5)味蕾之“美”:“品沂蒙名糁,吃临沂炒鸡”是游客来“临”的必选项。①糁店使用特制的大型电热锅熬糁时,电热锅的金属外壳必须________,以保证用电安全;②炒鸡的香味扑鼻说明了分子________。
【答案】 增大 音色 用电器 直线传播 红 并 增大 增大 汗液蒸发吸收热量 自己 具有惯性 运动状态 升华 接地 不停地做无规则运动
【详解】(1)[1]乘客登上光影巴士的上层,质量不变,但高度升高,重力势能增大,所以重力势能增大。
[2]不同乐器的发出的声音的音色不同,乘客可以依据声音的音色判断乐器。
[3]巴士充电时,车载电池消耗电能,相当于用电器。
(2)[4]如图所示,光在均匀的空气中沿直线传播。
[5]红色灯光照射在游客的白色上衣,红色光被反射,所以游客的白色上衣在红色灯光的照射下呈现红色。
[6]岸边高楼上展现山水人文画卷的各彩灯之间互不影响,是并联的。
[7]电池充满电后储存的电能为
(3)[8][9]游船是漂浮的,浮力等于总重力,游客陆续登船的过程中,重力增大,则浮力也增大;根据知,液体密度不变,浮力变大时,排开液体的体积变大,船会下沉一些,则船底到水面的深度变大,根据,船底受到水的压强增大。
[10]夜风吹来,加快了汗液蒸发,蒸发吸热,所以游客感到凉意。
[11]以乘客自己为参照物,电视塔离乘客越来越近,所以游客感觉电视塔“迎面而来”是以自己为参照物。
[12]游览结束后,关闭发动机的游船具有惯性,仍能向前运动。
(4)[13]力可以改变物体的运动状态,所以演员在钢圈的拉力作用下可以离开地面。
[14]干冰(固态二氧化碳)在常温下升华为气体二氧化碳,升华吸热,使周围的温度下降,使水蒸气遇冷液化成小水珠,使舞台有烟雾效果。
(5)[15]用电器的金属外壳必须接地,避免用电器漏电时使人触电。
[16]炒鸡的香味扑鼻,是扩散现象,说明分子在不停地做无规则运动。
8.(2024·山东东营·中考)某同学为测量一木质小挂件的密度,选用以下器材:天平(带砝码)、量筒、烧杯(装有足量水)和长钢针,进行实验。
(1)把天平放在水平桌面上,游码移动到标尺左端的__________处,此时指针位置如图甲所示,则应向__________(选填“左”或“右”)调节平衡螺母使横梁平衡;
(2)将挂件放在天平左盘,向右盘加减砝码并调节游码,当天平平衡时,砝码质量及游码在标尺上的位置如图乙所示,其质量为__________g;
(3)用烧杯向量筒中倒入60mL的水,将挂件放入量筒,然后用长钢针按住挂件使其刚好浸没于水中,量筒中的水面如图丙所示。算出挂件的密度为__________kg/m3;
(4)因木质挂件具有吸水性,实验测得的密度值__________(选填“偏大”或“偏小”);
(5)有同学提出:不用天平,仅使用其他上述器材也可测出该挂件的密度。请写出实验步骤和密度的表达式(水的密度用水表示,其他符号自定)。
【实验步骤】__________;
【密度表达式】__________。
【答案】(1) 零刻线 右
(2)12.0
(3)0.75×103
(4)偏大
(5) 见解析
【详解】(1)[1][2]使用托盘天平前,先将游码移至标尺左端的零刻线处,再根据“左偏右调、右偏左调”调节平街螺母,使指针指在分度盘的中央。由图甲可知,指针指在分度盘的左侧,因此应向右调节平衡螺母使横梁在水平位置平衡。
(2)由图乙知,标尺的分度值为0.2g,游码所对应的质量为2.0g,挂件的质量为
(3)如图丙所示,量筒的分度值为1mL,量筒水的体积60mL,然后测量挂件和水的总体积为76mL,则挂件的体积为 根据密度公式可得,挂件的密度为
(4)木质挂件具有吸水性,则测得的挂件和水的总体积偏小,挂件体积的测量值偏小,质量测量值准确,根据可知,测得的密度值偏大。
(5)[1]实验步骤为:①用烧杯向量筒内倒入适量的水,体积为V1。
②将挂件漂浮在量筒中的水面上,记下第二次水面处刻度值为V2。
③用长钢针缓慢地把挂件按入水中,使之刚好浸没,记下第三次水面处刻度值为V3。
[2]由①②和阿基米德原理以及浮沉条件可得,挂件漂浮时受到的浮力为 由①③可知,挂件的体积为 则挂件的重力为 则 所以,挂件的密度为
9.(2024·山东东营·中考)休渔政策有利于海洋渔业持续、稳定、高质量发展。5月1日起,我市开始进入海洋伏季休渔期;9月1日休渔期结束后,各渔港码头“千帆竞发”,渔船可出海进行捕捞作业。如图为某型号渔船,其部分参数如表。(g取10N/kg)
总长度(m)
34.2
宽度(m)
6
排水量(t)
200
最大吃水深度(m)
2.1
发动机额定动力输出功率(kW)
280
鱼舱容量(m3)
147
(1)该渔船满载时,求它受到的浮力;
(2)满载时,求船底受到海水的压强;(海水取1×103kg/m3)
(3)为方便保鲜,现需要将质量为3×103kg、温度为19℃的海水降低到4℃,求此过程放出的热量;[c海水取4.2×103J/(kg·℃)]
(4)若发动机以额定动力输出功率运行1h,消耗燃油60kg,求内能转化为机械能的效率。(q油取4.2×107J/kg)
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)40%
【详解】(1)渔船满载时排开水的质量 因渔船漂浮,渔船满载时受到的浮力
(2)满载时,船底受到海水的压强
(3)此过程放出的热量
(4)发动机输出的机械能,即动力所做的功 消耗燃油产生的内能,即完全燃烧燃油释放的热量
10.(2024·山东威海·中考)某打捞船利用“潜水钟”模拟打捞作业。潜水钟内部配备自动充气装置,使其始终充满空气,水无法进入,以此保证工作人员的安全,潜水钟上方放置两个配重和两个气囊,将人员送入水下,如图甲所示;工作人员到达水底后清理被打捞物体周围的泥沙,并将物体用钢丝绳挂在潜水钟内部;然后扔掉全部配重,并将气囊均充满空气,潜水钟、工作人员及物体一起被打捞船竖直向上匀速提升,如图乙所示。
已知:工作人员质量为60kg,潜水钟质量为140kg、体积为,每个气囊充满空气后体积均变为,每个配重质量为1000kg,被打捞物体质量为5000kg、体积为。当潜水钟下表面触碰到水底时(未与水底紧密接触),潜水钟内气压计示数为,外界大气压强为,(,g取10N/kg,不计气囊质量及潜水钟内空气的质量,不计水的阻力。)
请解答下列问题:
(1)潜水钟在水底时受到的浮力为多少?
(2)当潜水钟下表面触碰到水底时,下表面所处水的深度为多少?
(3)水下匀速提升潜水钟时,打捞船需要施加多大的拉力?
【答案】(1)2×104N
(2)10m
(3)12000N
【详解】(1)潜水钟在水底时受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×2m3=2×104N
(2)当潜水钟下表面触碰到水底时(未与水底紧密接触),潜水钟内气压计示数为,外界大气压强为,下表面受到液体的压强p=2.0×105Pa-1.0×105Pa=1.0×105Pa 下表面所处水的深度为
(3)水下匀速提升潜水钟时,总重力G总=m总g=(60kg+140kg+5000kg)×10N/kg=5.2×104N 总浮力F浮总=ρ水gV排总=1×103kg/m3×10N/kg×(2m3+2×1m3)=4×104N
打捞船需要施加拉力F拉= G总- F浮总=5.2×104N-4×104N=12000N
11.(2024·山东济宁·中考)小明测量某金属块的密度时,用托盘天平测量金属块的质量,平衡时右盘中的砝码情况和游码在标尺上的位置如图(a)所示;用量筒和水测量金属块的体积,相关信息如图(b)所示。
求:(取)
(1)金属块在水中所受浮力的大小;
(2)金属块的密度。
【答案】(1)0.2N
(2)4.33g/cm3
【详解】(1)由图(b)可知,金属块排开水的体积为金属块受到的浮力为
(2)由图(a)可知,金属块的质量为 则金属块的密度为
12.(2024·山东潍坊·中考)如图甲所示的装置由杠杆PQ、圆柱形物体a、b以及水箱、滑轮等组成。杠杆PQ只能绕O点在竖直平面内转动,,P端通过竖直绳连接a,a通过竖直轻杆固定在地面上;b浸没在水中,通过细绳、滑轮与杠杆Q端相连。开始时PQ水平,打开出水口阀门,轻杆对a的作用力F的大小随水面下降高度x变化的规律如图乙所示。已知a、b质量分别为、,滑轮、杠杆和绳的重力均忽略不计,忽略所有摩擦,g取10N/kg,水的密度。求:
(1)打开阀门前P端绳对a的拉力;
(2)打开阀门前b受到的浮力;
(3)b的密度;
(4)当b受到的拉力大小为8.4N时,b下表面处的液体压强。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
【详解】(1)由图乙可知,当水面下降高度x小于10cm时,轻杆对a的作用力F不变,则P端绳对a的拉力不变,Q端绳的拉力不变,绳对b的拉力不变,b受到的浮力不变,此时b完全浸没在水中;当水面下降高度x在10cm至50cm之间时,轻杆对a的作用力F方向先向上,大小逐渐减小,直至减小为零,之后F方向变为向下,大小逐渐增大,此时P端绳对a的拉力逐渐增大,Q端绳的拉力也逐渐增大,绳对b的拉力也逐渐增大,b受到的浮力逐渐减小,此过程为b上表面刚露出水面到b下表面刚露出水面的过程;当水面下降高度x大于50cm时,轻杆对a的作用力F不变,则P端绳对a的拉力不变,Q端绳的拉力不变,绳对b的拉力不变,b受到的浮力不变,此时b完全露出水面。打开阀门前轻杆对a的作用力F=4.8N,物体a处于静止状态,竖直方向受力平衡,则打开阀门前P端绳对a的拉力为
(2)由 可知,打开阀门前Q端绳的拉力为
图中承重绳子股数n=2,滑轮、杠杆和绳的重力均忽略不计,此时绳子对b的拉力为
此时,物体b处于静止状态,竖直方向受力平衡,则打开阀门前b受到的浮力为
(3)b的体积为 b的密度为
(4)当b浸没时,受到的拉力为6.8N,b的重力不变,当b受到的拉力大小为8.4N时,浮力需减小,则此时b上表面露出水面,b下表面处的液体压力等于浮力,当b受到的拉力大小为8.4N时,b下表面处的液体压力为
由图乙可知,当水面下降高度x小于10cm时,轻杆对a的作用力F不变,则P端绳对a的拉力不变,Q端绳的拉力不变,绳对b的拉力不变,b受到的浮力不变,此时b完全浸没在水中;当水面下降高度x在10cm至50cm之间时,轻杆对a的作用力F方向先向上,大小逐渐减小,直至减小为零,之后F方向变为向下,大小逐渐增大,此时P端绳对a的拉力逐渐增大,Q端绳的拉力也逐渐增大,绳对b的拉力也逐渐增大,b受到的浮力逐渐减小,此过程为b上表面刚露出水面到b下表面刚露出水面的过程;当水面下降高度x大于50cm时,轻杆对a的作用力F不变,则P端绳对a的拉力不变,Q端绳的拉力不变,绳对b的拉力不变,b受到的浮力不变,此时b完全露出水面。由此可知,b的高度为 b的底面积为 b下表面处的液体压强为
13.(2024·山东聊城·中考)我国的智能船舶“明远”号矿砂船最大载质量为40万吨,这么大的货船通过国际港口时,工作人员通常是通过读取货船没入海水中的深度来测量载质量。物理小组根据这个原理,利用圆柱形玻璃杯制作出可测量物体质量的“浮力秤”。如图甲所示,玻璃杯底面积为80cm²,质量为200g,将未知质量的铁块放入玻璃杯中,静止时玻璃杯浸入水中的深度为5.5cm。ρ水=1.0×10³kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)玻璃杯底面所受水的压强和压力________;
(2)铁块的质量________;
(3)此装置还可以作为密度计来测量未知液体的密度。如图乙所示,将空玻璃杯放入待测液体中,静止时浸入液体中的深度为2cm,求待测液体的密度________。
【答案】(1)550Pa,4.4N
(2)240g
(3)
【详解】(1)玻璃杯底面所受水的压强为 玻璃杯底面所受水的压力
(2)玻璃杯和铁块漂浮在水中,受到了浮力和重力,则玻璃杯和铁块总重力为
则总质量为 铁块的质量
(3)如图乙所示,将空玻璃杯放入待测液体中,静止时浸入液体中的深度为2cm,则排开液体的体积为
将空玻璃杯放入待测液体中,此时处于漂浮,故物体所受的重力等于浮力,也等于排开液体所受的重力,即可得经整理可知 待测液体的密度为
14.(2023·山东菏泽·中考)在我国探索太空的历程中,设计出了多种空中飞行器。下列飞行器中,利用大气压强升空的是( )
A.风筝 B.孔明灯 C.火箭 D.地球卫星
【答案】B
【详解】A.风筝是利用流体的流速越快,压强越小,产生升力使得风筝升空的,故A不符合题意;
B.孔明灯是利用空气的浮力升空的,而空气中是物体上下表面受到的大气压力不等,因而产生浮力,故依靠大气压强升空的,故B符合题意;
C.火箭是依靠发动机喷气获得反推力升空的,利用物体间力的作用是相互的,故C不符合题意;
D.地球卫星是依靠火箭升空的,利用物体间力的作用是相互的,故D不符合题意。
故选B。
15.(2023·山东济南·中考)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,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
【答案】A
【详解】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,西红柿排开的水的体积小于石头排开的水的体积,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,石头受到的浮力大。
故选A。
16.(2023·山东德州·中考)某学习小组,在做“测量小石块密度”的实验时进行了如下操作:
(1)如图甲,将天平放在水平台面上,指针恰好指在分度盘中央,接下来应该将游码移至零刻度线后向______调节平衡螺母,使指针再次指在分度盘中央;
(2)正确测量小石块的质量,如图乙所示,则小石块的质量为______g;
(3)放入小石块前后量筒示数如图丙所示,则小石块的密度为______;
(4)另一小组在实验时先测了小石块的体积,接着测量了它的质量,这样会导致测得的小石块密度比真实值偏______;
(5)我们也可以利用弹簧测力计、烧杯和水来测量小石块的密度,步骤如下:
a.将小石块挂在弹簧测力计下静止时,读出弹簧测力计的示数为;
b.将挂在弹簧测力计下的小石块浸没在烧杯内的水中静止时(小石块未接触烧杯底),弹簧测力计的示数为;
c.小石块密度的表达式______(用、和表示)。
【答案】 右 62.4 大
【详解】(1)[1]将天平放在水平台面上,指针恰好指在分度盘中央,说明此时天平平衡,把游码移到零刻度线处后,横梁右边上翘,要使横梁平衡,应将横梁上的平衡螺母向右调,直至天平平衡。
(2)[2]由图乙可知,石块的质量等于砝码的质量加游码的示数
(3)[3]由图丙可知,石块放入量筒前的示数为60mL,石块浸没后量筒的示数为84mL,则石块的体积为
石块的密度为
(4)[4]若先测量体积,由于石块沾有液体,会导致测得的质量偏大,根据密度公式可知,质量偏大,体积正常,则密度偏大。
(5)[5]由题意根据称重法可知F浮=F1-F2 又因为,所以石块的体积为
又因为,所以石块的密度为
17.(2023·山东枣庄·中考)我市山区在精准扶贫政策扶持下,种植的大樱桃喜获丰收,小明想知道大樱桃的密度,他用天平和量筒进行了如下实验。
(1)把天平放在水平桌面上,先把游码放到标尺左端的__________处,发现指针在分度盘的位置如图甲所示,应该向__________转动平衡螺母,使横梁平衡;
(2)用调好的天平测大樱桃的质量,当右盘中所加砝码和游码的位置如图乙所示时,天平恢复平衡,则大樱桃的质量为__________g;
(3)将用细线拴好的大樱桃放入装有60mL水的量筒中,水面上升到如图丙所示位置。根据测量结果可知大樱桃的密度为__________g/cm3;
(4)小丽同学设计了另一种实验方案:她先用天平正确测出了大樱桃的质量m,再将用细线拴好的大樱桃放入空量筒中,然后向量筒内倒人适量的水,水面到达V1刻度线处,接着将大樱桃提出,水面下降到V2刻度线处,进而测出大樱桃的体积,并计算出大樱桃的密度,则小丽所测大樱桃的密度值与真实值相比__________(选填“偏大”或“偏小”);
(5)小明回家后,还想测出妈妈手镯的密度,他找到家里的电子秤,称出手镯的质量是48.0g,又借助细线、水、玻璃杯,进行了如图丁、戊所示的实验操作,测出了手镯的体积,则手镯的密度是__________g/cm3。
【答案】 零刻度线 左 10.6 1.06 偏小 19.2
【详解】(1)[1]天平在使用之前,应将游码归零,故应先把游码放到标尺左端的零刻度线处。
[2]由图甲可知,此时指针指向分度盘的右侧,则此时天平左端轻,右端重,故此时应该向左旋动平衡螺母,使横梁平衡。
(2)[3]由图乙可知,游码的分度值为0.2g,故樱桃的质量为m=10g+0.6g=10.6g
(3)[4]由图丙可知,樱桃的体积为V=70mL-60mL=10mL=10cm3 故由可得,樱桃的密度为
(4)[5]由测量过程可知,用细线将大樱桃从水中提出时,细线上会带出一部分水,使得量筒中剩余的水变少,从而使得樱桃的体积测量值偏大,故由可得,会使得所测的樱桃密度值与真实值相比偏小。
(5)[6]由题意可知,手镯的质量为m0=48.0g,由图丁、戊可知,手镯浸入水中后,电子秤的示数变化量为
Δm=668.5g-666g=2.5g=0.0025kg
由受力分析可得,手镯所受浮力为F浮=ρ水gV排=Δmg=0.0025kg×10N/kg=0.025N 故可得手镯的体积为
可得手镯的密度为
18.(2023·山东烟台·中考)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:
(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?(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)
【答案】(1)②③,①④;(2)浮力大小与排开液体的重力相等;(3)见解析;(4)见解析
【详解】解:(1)实验过程中,利用步骤②③的测量数据,用称重法能够计算出物体所受的浮力大小。利用步骤①④的测量数据,能够计算出物体排开液体的重力大小。
(2)如图所示,物块重力为2.0N,测力计对物块的拉力为1.5N,则物块受到的浮力为
空桶重力为0.5N,桶和液体的总重力为1N,则排开的液体的重力为
根据可得浮力大小与排开液体的重力相等。
(3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该更换不同物块在不同的液体里多实验几次,通过分析实验数据,最终得出结论。
(4)根据题意,发现浮力大小与物体排开液体重力不相等,原因可能是在弹簧测力计拉着物块浸入液体前,溢水杯中液体没有装满,导致测量到的排开液体重力偏小;还有可能是物块在浸入液体后和容器底接触到了,导致测得的浮力偏大。
19.(2023·山东德州·中考)如图为我国自主研制的两栖战车,整车质量为,每条履带与地面的接触面积为,水上最快航速可达,达到世界先进水平,某次任务中它以最快航速匀速穿过一宽为的水域。
已知、、、。求:
(1)该战车停在水平地面时对地面的压强;
(2)此次任务中该战车穿过该水域需要多长时间;
(3)该战车在水面漂浮时排开水的体积;
(4)该战车在此次任务中消耗燃油,这些燃油完全燃烧放出的热量是多少。
【答案】(1);(2)2.2h;(3);(4)
【详解】解:(1)战车停在水平地面时对地面的压力
战车对地面的压强
(2)根据,该战车穿过此水域所用时间
(3)战车在水中漂浮,根据二力平衡,其所受浮力 由得,排开水的体积为
(4)根据密度公式得,消耗燃油的质量
燃油完全燃烧放出的热量为
20.(2023·山东青岛·中考)“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=10000t,要吊装的重物质量m2=1000t。(取g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(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30m,它的电动机所做的功是7.5×108J,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。
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2m2,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20kg、高度为2m的圆柱体。水舱中装有4.2m3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变化的图象如图丁所示。当力传感器示数为0时,剩余的水对舱底的压强是多少?
【答案】(1)1.1×104m3;(2)40%;(3)9000Pa。
【详解】解:(1)起重船带着重物一起漂浮在水面上时,浮力为
F浮=G总=m总g=(m1+m2)g=(10000×103kg+1000×103kg)×10N/kg=1.1×108N
由阿基米德原理可知排开水的体积
(2)有用功W有=G2h=m2gh=1000×103kg×10N/kg×30m=3×108J 起重机的机械效率
(3)由图乙可知,抽出4m3水,C刚好全部露出水面,此时剩余水的体积V剩=V-V1=4.2m3-4m3=0.2m3
水的深度 C的重力 GC=mCg=20kg×10N/kg=200N 开始C完全浸没,C排开水的体积等于C的体积,此时压力是300N,C所受的浮力为 F浮C=GC+F压=200N+300N=500N C的体积为 C的横截面积为 当F压=0N时,C刚好漂浮F浮′=GC=200N C浸入水中的体积为 C浸入水中的深度为 此时水的深度h=h1+h浸=0.1m+0.8m=0.9m 水产生的压强为p=ρ水gh水=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.9m=9000Pa
21.(2023·山东日照·中考)吴丽同学邀请济南的朋友小丽一家来日照开展海洋研学之旅。小丽一家乘坐高铁从济南西站到达日照西站,如图是列车运行时刻表。到达日照吃过午餐后,他们乘坐满载排水量为30t的游船到“海洋牧场”开展研学活动。(,,日照当地大气压强)
站次
站名
到达时间
开车时间
运行里程
1
济南西
—
09∶08
0
……
……
……
……
……
日照西
11∶08
—
460km
(1)在高铁站,小丽发现离站台边缘一定距离的地方标有一条安全线(如图)。请运用学过的知识从安全方面分析设置此线的原因;
(2)小丽一家从济南西站到日照西站的平均速度是多少km/h?
(3)当游船满载时,船底在海水中的深度为,求此时船底受到的压强为多少Pa?
(4)当游船满载静止在海水中时,求游船受到的浮力为多少N?
【答案】(1)见解析;(2)230km/h;(3)1.2×104Pa;(4)3×105N
【详解】解:(1)地铁安全线是根据流体压强与流速关系设置的,地铁进站时,若人站在安全线内,人靠近地铁一侧的空气流速大,压强小,人远离地铁一侧的空气流速小,压强大,使人受到一个向前的压强差,可能引发安全事故,故候车时,乘客应站在安全线外。
(2)小丽一家从济南西站到日照西站的
t=t2-t1=11∶08-09∶08=2h
通过的距离为460km,小丽一家从济南西站到日照西站的平均速度是
(3)当游船满载时,船底在海水中的深度为,此时船底受到的压强为
(4)当游船满载静止在海水中时,由阿基米德原理,游船受到的浮力为
F=G排= m排g=30×103kg×10N/kg=3×105N
答:(1)见解析;
(2)小丽一家从济南西站到日照西站的平均速度是230km/h;
(3)此时船底受到的压强为1.2×104Pa;
(4)当游船满载静止在海水中时,游船受到的浮力为3×105N。
22.(2023·山东潍坊·中考)在物理项目化学习活动中,某科技小组的同学设计了如图甲所示的船只升降实验模型。模型中的船厢A和所盛水的总重为5N,圆柱形浮筒B底面积为,重为18N。电路中电源电压恒定,为定值电阻,压敏电阻(表面绝缘,厚度不计)固定于容器C底部,上表面积为,阻值随所受水的压力变化关系如图乙所示。关闭排水阀,向C中注入适量水后关闭进水阀,装置静止时,测得C中水深为20cm,B浸入水中的深度为7cm(未浸没),闭合开关S,此时电流表示数;再次打开进水阀,向C中缓慢注入一定质量的水,浮筒B上升,使A下降30cm,稳定后电流表示数。若不计绳重和摩擦,水的密度,g取10N/kg,求:
(1)B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力;
(2)动滑轮的重力;
(3)C中水深为20cm时阻值;
(4)电路中电源电压值。
【答案】(1);(2)4N;(3)100Ω;(4)4.8V
【详解】解:(1)根据题意可知,当B浸入水中的深度为7cm时,B浸入水中的体积为
由可得,B浸入水中的深度为7cm时所受的浮力为
(2)模型中的船厢A和所盛水的总重为5N,又根据滑轮组可知,,可知绳子对动滑轮的拉力为
浮筒B对动滑轮向下的拉力为 对动滑轮进行受力分析可知 则可得
(3)C中水深为20cm时,水对容器C底部的压强为 又C的上表面积为,则对C的底部的压力为
根据图乙可知,当压力为10N时,的阻值为
(4)在容器C中注水后,船厢A的总重力不变,滑轮组细绳的拉力不变,则浮筒B受到竖直向上的拉力不变,由可知,浮筒B受到的浮力不变,所以,浮筒B浸入水中的深度仍为7cm不变,在容器C中再注入一定质量的水,浮筒B将上升,使船厢A下降30cm,浮筒B浸入水中的深度不变,所以水面上升10cm,容器底部受到水的压强的增加量为 压敏电阻受到的压力增加量为 此时压敏电阻受到的总压力为 根据图乙可知,此时的阻值为 根据欧姆定律可得, 联立解得 则电路中电源电压值为
23.(2023·山东济宁·中考)小明在探究“浮力的大小与哪些因素有关”实验时,将一底面积为4的圆柱体浸入水中,改变其浸入水中的体积,观察弹簧测力计示数的变化,如图所示。图甲中,圆柱体有体积浸入水中,弹簧测力计的示数为1.1N;图乙中,圆柱体有体积浸入水中,弹簧测力计的示数为0.9N。取,求:
(1)圆柱体全部浸入水中时受到的浮力;
(2)图乙中,圆柱体底部受到水的压强。
【答案】(1);(2)
【详解】解:(1)由题意可知,两次实验中测力计示数的变化量即是排开水体积变化量所对应的浮力,设圆柱体体积为V,则根据有关系如下
解得,则圆柱体全部浸入水中时受到的浮力为
(2)如图乙所示,圆柱体有体积浸入水中时,圆柱体底部距离水面的高度为 则此时圆柱体底部受到水的压强为
考点三、物体的浮沉条件
1.(2025·山东·中考)小华在相同气球内装上不同配重做了两个“小鱼”。“小鱼”甲的质量大于“小鱼”乙的质量。注射器可以通过连接“小鱼”的软管对“小鱼”进行抽气和充气,从而改变“小鱼”的体积。初始时,两“小鱼”在水中处于静止状态,如图所示。忽略空气重力及软管对“小鱼”的作用力。“小鱼”所受浮力分别用F甲、F乙表示。下列说法正确的是( )
A.对甲充气,甲上浮,再次静止时F甲小于F乙
B.对甲抽气,甲下沉,再次静止时F甲一定小于F乙
C.对乙充气,乙再次静止时所受浮力比初始时的浮力小
D.对乙抽气,乙再次静止时所受浮力可能等于初始时的浮力
【答案】D
【详解】A.甲在水中悬浮,乙在水中漂浮,由浮沉条件可知,此时甲、乙所受浮力等于各自重力。则甲所受浮力 F甲 = m甲g ,乙所受浮力 F乙 = m乙g ,因为 m甲 > m乙,所以初始时 F甲 > F乙。充气后,甲的体积增大,排开水的体积增大,导致浮力大于重力,因此上浮。再次静止时,处于漂浮状态,浮力等于重力,因此F甲还是大于 F乙,故A错误;
B.初始时甲悬浮,抽气后体积减小,浮力减小,导致浮力小于重力,因此下沉。若抽出气体后,甲排开水的体积仍大于乙,由阿基米德原理可知,再次静止时F甲仍大于F乙,故B错误;
C.初始时乙漂浮,充气后体积增大,浮力增大,导致浮力大于重力,因此上浮。再次静止时乙会漂浮重新达到平衡,此时 F乙' = m乙g。可知F乙' = F乙,因此乙再次静止时所受浮力与初始时的浮力相等,故C错误;
D.抽气后,乙的气球体积减小,浮力减小,导致浮力小于重力,因此下沉。当乙在水中恰好悬浮时,浮力等于重力,忽略空气重力及软管对“小鱼”的作用力,则重力不变。此时所受浮力就等于初始时的浮力,故D正确。
故选D。
2.(2025·山东烟台·中考)如图所示,小明洗碗时发现,向漂浮在水面上的碗中加水,碗浸入水的深度越来越大,当水量增加到一定程度时,碗浸没水中,直至沉底。假如碗里水的质量是缓慢均匀增加的,则下列关于碗受到的浮力随时间变化规律的图像可能是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【详解】最初没有向碗中加水时,碗漂浮,受到的浮力等于自身重力;向漂浮在水面上的碗中加水,假如碗里水的质量是缓慢均匀增加的,在碗未浸没到水中时,仍处于漂浮状态,碗受到的浮力为碗的重力和碗中的水的重力之和,浮力也是匀速增加的,其图像为一条斜直线;当碗浸没到水中,碗沉底,排开水的体积变小,为碗自身的体积,此时碗受到的浮力小于碗自身的重力(小于t=0时碗受到的浮力),因排开水的体积不再变化,由可知碗受到的浮力也不变,为一条平行于时间轴的线段,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
3.(2023·山东威海·中考)物竞天择,适者生存,植物进化出很多巧妙的生存技能,其中蕴含着丰富的物理知识,下列说法错误的是( )
A.蒲公英的种子御风远行——风对蒲公英种子做了功
B.球形“风滚草”被风吹动“滚”向远方——滚动可以减小摩擦
C.绿豆种子成熟后果皮崩裂能将种子弹开——因为果皮具有弹性势能
D.睡莲种子因包裹空气泡在水面漂流,空气泡消失后种子沉底——种子密度小于水
【答案】D
【详解】A.蒲公英的种子御风远行,蒲公英的种子在风力的方向上移动了一定距离,所以风对蒲公英种子做了功,故A正确,不符合题意;
B.一般情况下,滚动摩擦小于滑动摩擦,故B正确,不符合题意;
C.绿豆种子成熟后果皮崩裂能将种子弹开,果皮的弹性势能转化为种子的动能,故C正确,不符合题意;
D.种子沉底,说明种子密度大于水的密度,故D错误,符合题意。
故选D。
4.(2023·山东淄博·中考)将乒乓球压入水底,松手后乒乓球上浮过程中经过位置1和位置2,最终在位置3静止,如图所示。则乒乓球( )
A.在位置1时处于悬浮状态,受到的浮力等于自身重力
B.从位置1至位置2的过程中,受到的浮力逐渐变大
C.从位置1至位置2的过程中,受到水的压强逐渐变大
D.在位置3时受到的浮力小于在位置1时受到的浮力
【答案】D
【详解】ABD.乒乓球在1、2位置时排开的水的体积相同,所受的浮力相同,因为乒乓球最终漂浮,所以浸没在水中时,所受的浮力大于重力,乒乓球在3位置时漂浮,排开水的体积比1、2位置小,所受的浮力小于1、2位置的浮力,故AB不符合题意,D符合题意;
C.从1至2位置,水的深度变浅,据,乒乓球受到水的压强变小,故C不符合题意。
故选D。
5.(2023·山东东营·中考)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
【答案】B
【详解】A.小球A受到重力、浮力和绳的拉力,A处于静止状态,受到的力是平衡力,所以F浮A=GA+FA
故A错误;
BC.两个小球的体积相同,都浸没水中,排开水的体积相同,由F浮=ρgV排可知AB小球受到的浮力相等,即 F浮A=F浮B 小球B受到重力、浮力和绳的拉力,B处于静止状态,受到的力是平衡力,所以 GB=F浮B+FB 由A可知A的重力 GA=F浮A-FA
B对A的拉力和A对B的拉力是相互作用力,大小相等,即 FA=FB 所以 GA<GB 故C错误,B正确;
D.由A可知A的重力 GA=F浮A-FA 所以A的重力小于浮力,即 GA<F浮A, mAg<F浮A ,ρAVAg<ρ水VAg, ρA<ρ水 故D错误。
故选B。
6.(2023·山东德州·中考)水平桌面上老师用相同的烧杯盛放了相同体积的水和浓盐水,让同学们进行区分,聪明的小李用吸管和橡皮泥自制了一个简易密度计,先后放入两液体中静止时如图甲、乙所示,下列说法正确的是( )
A.密度计在乙液体中受到的浮力更大 B.甲液体是浓盐水
C.两液体对容器底的压强相等 D.乙容器对桌面的压力更大
【答案】D
【详解】A.由图可知,密度计在水和浓盐水中均为漂浮状态,由物体的浮沉条件可知,密度计在水中和浓盐水中受到的浮力大小均与密度计自身的重力大小相等,所以密度计在两液体中受到的浮力相等,故A错误;
B.由图可知,密度计在甲液体中排开液体的体积更大,由密度计在两液体中受到的浮力相等和F浮=ρ液gV排可知,甲液体的密度更小,所以甲液体是水,故B错误;
C.两液体的深度相同,甲液体的密度更小,由p=ρgh可知,甲液体对容器底的压强更小,故C错误;
D.甲液体的密度小于乙,由图可知,甲液体的体积小于乙,由m=ρV可知,甲液体的质量小于乙液体,甲液体的重力小于乙液体。两容器中密度计的质量相同,所以甲容器对桌面的压力更小,乙容器对桌面的压力更大,故D正确。
故选D。
7.(2023·山东日照·中考)小明利用托盘天平、量筒、足量的水、细线测量金属块的密度,当天平平衡时,放在右盘中的砝码和游码的位置如图甲所示,将水倒入量筒,水面如图乙,再把金属块完全浸没在量筒的水中,水面如图丙、下列说法正确的是(已知)( )
A.金属块的质量为35g B.金属块的体积为
C.金属块的密度为 D.此金属块放入水银中会下沉
【答案】C
【详解】A.甲中标尺的分度值为0.2g,游码在标尺上对应的刻度值为4g,金属块的质量为m=20g+10g+5g+4g =39g故A错误;
B.量筒的分度值为1mL,水的体积为25mL,金属块和水的总体积为30mL,则金属块体积为
V=30mL -25mL=5mL=5cm3
故B错误;
C.金属块的密度为 故C正确;
D.此金属块的密度小于水银的密度,根据物体的浮沉条件,放入水银中会上浮,故D错误。
故选C。
8.(2023·山东临沂·中考)2023年1月16日,我国首艘具有破冰功能的大型航标船“海巡156”轮(如图)在天津列编,正式投入使用。“海巡156”轮( )
A.漂浮在海面上时受力平衡 B.匀速航行时所受合力向前
C.加速破冰时惯性越来越大 D.卸货过程中所受浮力不变
【答案】A
【详解】A.漂浮在海面上的航标船,收到竖直向下的重力和竖直向上的浮力,竖直方向处于平衡状态,因此重力和浮力是一对平衡力,故A符合题意;
B.匀速航行时,航标船处于平衡状态,受平衡力,此时合力为0,故B不符合题意;
C.惯性只与物体的质量有关,当加速破冰时,航标船质量不变,则惯性不变,故C不符合题意;
D.因为航标船始终漂浮,浮力等于重力,当卸货时,航标船排开液体的体积变小,则浮力变小,故D不符合题意。
故选A。
9.(2023·山东临沂·中考)水平桌面上甲、乙两个质量相等但底面积不同的圆柱形容器内装有质量相等的不同液体,两个完全相同的物体在甲、乙两容器中静止时如图所示。下列判断正确的是( )
A.甲容器中的物体所受浮力大 B.甲容器中的液体的密度大
C.乙容器对水平桌面的压强大 D.乙容器底部所受液体的压力大
【答案】C
【详解】A.因为物体在甲、乙两液体中漂浮或悬浮,浮力都等于物体的重力,因为是完全相同的物体,所以甲、乙两液体中受到的浮力相等,故A错误;
B.根据物体的浮沉条件,物体在甲液体中悬浮,;物体在乙液体中漂浮,,则乙液体的密度大,故B错误;
C.因为容器对桌面的压力大小等于,因为容器的重力,液体的重力,物体的重力都相等,所以甲乙两容器对桌面的压力相等,根据可知,受力面积小的,压强大,所以乙容器对水平桌面的压强大,故C正确;
D.因为甲、乙两容器为规则形状,液体对容器底部的压力等于液体的重力与物块的重力之和,两容器液体的重力相等,物块的重力相等,则液体对容器底部的压力相等,根据可知,乙液体对容器底部的压强大,故D错误。
故选C。
10.(2023·山东淄博·中考)如图,将高为5cm的长方体木块缓慢放入盛满水的容器中,静止时木块在水面上漂浮,下表面到水面的距离为3cm,排开水的重力为3N。则木块下表面受到水的压强是__________Pa,木块受到的浮力是__________N,木块的质量是__________kg,木块的密度是__________kg/m3(,g取10N/kg)。
【答案】 300 3 0.3 6×102
【详解】[1]木块下表面受到水的压强为
[2]由阿基米德原理可知,木块受到的浮力
[3]木块漂浮在水中,由物体的浮沉条件可知,木块的重力G=F浮=3N 由G=mg可得,木块的质量为
[4]木块漂浮在水中,排开水的体积 木块的底面积
木块的体积 木块的密度为
11.(2023·山东威海·中考)如图所示,长方体容器内装有水,将苹果放入后漂浮(水未溢出),则水对容器底增加的压力_________苹果的重力;苹果下方M点与相同深度的N点受到水的压强分别为、,则_________。(两空均选填“大于”“等于”或“小于”)
【答案】 等于 等于
【详解】[1]由于是长方体容器,则水对容器底的压力等于水的重力,当苹果放入后漂浮时,由于水未溢出,则水对容器底增加的压力等于苹果排开的水的重力;根据漂浮条件和阿基米德原理可知苹果排开的水的重力等于苹果的重力,所以,水对容器底增加的压力等于苹果的重。
[2]由于M点与N点的深度相同,根据液体压强公式p= pgh可知苹果下方M点与相同深度的N点受到水的压强相等,即PM=PN。
12.(2023·山东泰安·中考)某同学受“怀丙打捞铁牛”故事的启发,设计了如下“打捞”过程:如图甲,金属块A部分陷入淤泥内,轻质小船装有18N的沙石,细绳将金属块A和小船紧连,细绳对小船的拉力为2N,水面与船的上沿相平;将小船内所有沙石清除后,金属块A被拉出淤泥静止在水中,如图乙所示。已知金属块A的体积为,,g取,小船的质量忽略不计,细绳的质量和体积忽略不计。
(1)甲图中,金属块A上表面距离水面50cm,求金属块A上表面受到的水的压强;
(2)乙图中,小船有体积露出水面,求金属块A的密度。
【答案】(1);(2)
【详解】解:(1)已知金属块A上表面距离水面50cm,即 由可得,金属块A上表面受到的水的压强为
(2)由题意知,小船装有18N沙石时,处于漂浮状态,小船的质量忽略不计,细绳的质量和体积忽略不计,则小船此时受到得浮力为 由得,船排开水的体积为 当沙石清除后,小船有体积露出水面,此时小船排开水的体积为
根据得,此时船受到得浮力为 由图乙可知, A完全浸没在水中,根据可得,金属A受到的浮力为
金属块A被拉出淤泥静止在水中,则此时小船受到的浮力和金属球受到的浮力等于金属A的重力,则
由得,金属球A得质量为 根据密度公式可得,金属球A得密度为
13.(2023·山东威海·中考)某大学科研团队研制了一款无人潜航器,如图甲所示,其体积可通过从内部油舱向外部油囊压入油量的多少来改变,从而实现浮沉。(,,)请分析解答下列问题:
(1)当用缆绳吊起潜航器A点处挂钩时,潜航器总保持水平静止,B点处于潜航器中间位置。请判断潜航器重心在______点位置附近(选填“A”或“B”);
(2)将潜航器从空中缓慢下放至水下,缆绳的拉力F随下降的高度h变化规律如图乙所示。求潜航器的体积是多少______?(油囊没有充油,不计水的阻力)
(3)解开缆绳后潜航器下潜至海底,此时A点距海平面,A点受到海水的压强是多少______?若想使潜航器上浮,至少向油囊压入多少的煤油______?(忽略煤油因水压导致的体积变化)
【答案】 A 0.45m3 3×107Pa 40kg
【详解】(1)[1] 用缆绳吊起潜航器A点处挂钩时,潜航器总保持水平静止,说明A点前后重量分布相等,则重心就在A点附近。
(2)[2]由图像可知,,浸没后,则根据称重法得浸没时浮力为
所以潜航器的体积即排开水的体积为
(3)[3]A点受到海水的压强为
[4]若想使潜航器上浮,浮力至少等于重力,所以需要增加的浮力为 所以增加的排水体积为 即向油囊压入煤油的体积为0.05m3,所以向油囊压入煤油的质量为
考点四、浮力的应用
1.(2025·山东烟台·中考)科技发展对人类社会进步具有积极意义。下列关于科技应用的原理正确的是( )
A.甲图:拦河坝上窄下宽的设计利用了连通器的原理
B.乙图:磁悬浮列车利用磁极间的相互作用实现了车体的悬浮
C.丙图:潜水器主要通过改变自身重力实现上浮和下沉
D.丁图:飞机获得的升力利用了流体压强与流速的关系
【答案】BCD
【详解】A.由于液体的压强随深度的增加而增大,河水的深度越深,压强越大,为了使拦河坝能承受更大的水压,应把拦河坝设计成下宽上窄的形状。故A错误;
B.同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,磁悬浮列车的车体和轨道间是利用磁极间的相互作用实现了车体的悬浮,故B正确;
C.潜水器在水中时,排开水的体积不变,是靠改变自身重力实现上浮和下潜。当潜水器水舱进水时,潜水器自身重力增加,浮力小于重力,于是就下潜。反之,水舱中水排出时,潜水器重力减轻,浮力大于重力,于是就上浮,故C正确;
D.飞机机翼横截面的上表面弯曲,下表面比较平,飞机前进时,机翼上方的空气流速较大,压强较小;下方的空气流速较小,压强较大,这样,机翼上、下表面就存在着压强差,因而有压力差,这就是产生升力的原因。故D正确。
故选BCD。
2.(2024·山东淄博·中考)下列有关说法错误的是( )
A.气球飘浮,气球内充入密度比空气小的气体
B.飞机升空,机翼上方空气的流速大,压强大
C.船通过船闸,利用了连通器原理
D.潜艇浮沉,靠改变自身重力实现
【答案】B
【详解】A.根据浮与沉的条件可知,气球飘浮,是因为气球内充入了密度比空气小的气体,故A正确,不符合题意;
B.飞机的机翼上方突起,下方平直,这样导致机翼上方空气流速快,压强小,机翼下方空气流速慢,压强大,从而使飞机获得升力实现升空,故B错误,符合题意;
C.船闸的上游阀门打开时,上游和闸室构成连通器,下游阀门打开时,下游和闸室构成连通器,船闸是利用连通器原理工作的,故C正确,不符合题意;
D.潜水艇浸没在水中时排开水的体积不变,受到的浮力不变,为了实现上浮和下沉,是通过改变自身的重力来实现的,故D正确,不符合题意。
故选B。
3.(2024·山东枣庄·中考)将一底面积为200cm2的圆柱形容器放置于水平面上,容器内放一个底面积50cm2、高20cm的圆柱体,如图甲所示,缓慢向容器中注水到一定深度时圆柱体漂浮,继续注水到25cm时停止,在整个注水过程中,圆柱体始终处于直立状态,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。(,g取10N/kg),则以下说法正确的是( )
A.当圆柱体漂浮时,露出水面的高度为9cm
B.圆柱体的密度为kg/m3
C.注水停止时,水对圆柱体底部的压强为2500Pa
D.向容器内注水的总质量是4200g
【答案】D
【详解】A.由图乙知,当注水高度为16cm时,圆柱体恰好漂浮,此时圆柱体浸入水中的深度为16cm,露出水面的高度为h=h圆柱体-h1=20cm-16cm=4cm 故A错误;
B.圆柱体漂浮时,所受的浮力等于自身重力。此时排开水的体积
圆柱体的重力 圆柱体的质量 圆柱体的体积 圆柱体的密度 故B错误;
C.由A可知,圆柱体漂浮时,圆柱体浸入水中的深度为16cm,即圆柱体底部所处的深度为16cm,当停止注水时,圆柱体底部所处的深度不变,仍为16cm=0.16m,则水对圆柱体底部的压强
故C错误;
D.水的深度为25cm时,水及圆柱体浸入水中部分的总体积 停止注水时,水的真正体积 水的总质量 故D正确。
故选D。
4.(2024·山东临沂·中考)2024年1月29日,世界首款四座氢内燃飞机原型机成功首飞。如图所示,正在匀速升空的原型机( )
A.机身由密度较大的材料制成 B.所受空气的浮力等于自身重力
C.机翼下方的空气流速比上方的小 D.机舱外的大气压强越来越大
【答案】C
【详解】A.为减小机身的质量,机身由密度较小、强度较大的材料制成,故A不符合题意;
B.飞机的升力是由机翼上下表面受到的压力差而产生的,所受空气的浮力小于自身重力,故B不符合题意;
C.飞机机翼上方的空气流速大,压强小,下方的空气流速小压强大,因此而产生使飞机上升的升力,因此机翼下方的空气流速比上方的小,故C正确;
D.飞机匀速升空过程中,高度越来越高,空气越来越稀薄,机舱外的大气压强越来越小,故D不符合题意。
故选C。
5.(2024·山东日照·中考)下图所示的四个事例中,关于压强的说法正确的是( )
A.甲为压路机,碾子做的很大,是为了减小压强
B.乙为安全锤,锤头做得很尖,是为了减小压强
C.丙图中加热后再密封的铁桶被压扁,是因为外部大气压强远大于内部压强
D.丁图中热气球能在空中自由升降,是利用“气体流速大的地方压强小”的原理
【答案】C
【详解】A.压路机的碾子质量很大是为了在受力面积一定时,增大压力来增大压强,故A错误;
B.安全锤做得很尖,是在压力一定时,通过减小受力面积增大压强的,故B错误;
C.加热铁桶过程中,铁桶内空气体积膨胀,质量减小,再密封铁桶,随着温度降低,内部气压降低,由于外部大气压强远大于内部压强,所以铁桶被压扁,故C正确;
D.热气球中充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气,从而使密度小于外界空气密度,实现了空中飞行,故D错误。
故选C。
6.(2024·山东潍坊·中考)物理兴趣小组把吸管的下端密闭并缠绕一段细铜丝(细铜丝体积忽略不计),自制一个简易密度计。如图所示,密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,且保持竖直姿态。密度计在三种液体中静止时,在密度计上与液面平齐处各标记一条刻线,共得到三条刻线。已知密度计在c液体中,有的体积浸入液体,浸入体积为。三种液体密度如表格所示,下列分析正确的是( )
液体种类
液体密度/()
a液体
b液体
c液体
A.三条刻线的间隔距离不相等
B.密度计的质量为0.1kg
C.密度计在三种液体中所受浮力不相等
D.密度计在b液体中的浸入体积为
【答案】A
【详解】A.密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,故密度计受到的浮力等于下表面受到的压力,漂浮状态时密度计受到的浮力都等于重力,设密度计下表面积为S,即 故密度计浸入液体的深度为 由表格可知,b液体密度为a液体密度的2倍,c液体密度为b液体密度的2倍,故密度计浸入a液体的深度是浸入b液体深度的2倍,密度计浸入b液体的深度是浸入c液体深度的2倍,故三条刻线的间隔距离不相等,故A正确;
B.已知密度计在c液体中,有 的体积浸入液体,浸入体积为 ,则 则 故B错误;
C.密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,故密度计受到的浮力都等于重力,故密度计在三种液体中所受浮力相等,故C错误;
D.密度计在b液体中的浸入体积为
故D错误。
故选A。
7.(2024·山东临沂·中考)2024年1月7日,国产首艘大型邮轮“爱达·魔都号”安全靠泊上海吴淞口国际邮轮港(如图),圆满完成了1119海里航程的商业首航。“爱达·魔都号”邮轮( )
A.燃烧的重油属于可再生能源 B.匀速直线航行时受力平衡
C.受到水的浮力向各个方向 D.靠泊在港口时没有惯性
【答案】B
【详解】A.重油是化石能源的一种,化石能源在短期内不能从自然界得到补充,属于不可再生能源,故A不符合题意;
B.邮轮匀速直线航行时,处于平衡状态,受平衡力的作用,故B 符合题意;
C.邮轮在水中受到的浮力方向是竖直向上的,故C不符合题意;
D.一切物体都有惯性,邮轮靠泊在港口时也有惯性,故D不符合题意。
故选B。
8.(2024·山东烟台·中考)质量相等的甲、乙两个圆柱形容器静止在水平桌面上,甲容器的底面积大于乙容器的底面积,容器中分别装有质量相等的液体A和液体B,且液面相平。当将质量相等的实心物块M、N分别放入两容器后均沉底,如图所示,此时甲容器对桌面的压强和压力分别为和,乙容器对桌面的压强和压力分别为和。若液体A、B的密度分别为和,物块M、N的密度分别为和,则下列关系式一定正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】AC
【详解】AB.由于容器质量、液体质量、物体质量都相等,由可知,甲乙总重力都相等,而在水平桌面上,压力等于重力,所以F1=F2,因为甲容器的底面积大于乙容器的底面积,由可知,p1p2,故A正确,B错误;
CD.由于甲容器的底面积大于乙容器的底面积,而且液面相平,所以A液体体积大于B液体体积,液体A和液体B质量相等,由可知,;根据物体浮沉条件可知,由图可知,M物体沉底,则M物体的密度大于液体A的密度,即;N物体沉底,N物体的密度大于液体B的密度,即;所以,无法判断M的密度与液体B的密度关系,故C正确,D错误。
故选AC。
9.(2024·山东青岛·中考)小明设计了一种水下遥感探测器。探测器的主体是一个边长为2dm的正方体金属盒,上下各有一个带传感器的阀门,总重力为30N,某次水底采样时,向探测器内注水,探测器沉入水底。采样完成后,遥控传感器将两个阀门同时打开,从上阀门注入高压气体,水从下阀门流出,当探测器内水的深度为10cm时,关闭两阀门,探测器连同样品恰能匀速上浮,如图所示,已知样品体积为,不计金属盒厚度及阀门和传感器的体积,忽略气体质量和水的阻力,求:
(1)匀速上升时,探测器内水对金属盒底部产生的压强;
(2)样品的密度。
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)当探测器内水的深度为10cm时,探测器内水对金属盒底部产生的压强为
(2)关闭两阀门,探测器排开水的体积等于探测器的体积,为
探测器和样品整体受到的浮力为
探测器内部水的重力为
探测器连同样品恰能匀速上浮,则整体处于怕平衡状态,即 代入数据可得
解得:。
内能转化为机械能的效率
10.(2024·山东泰安·中考)古代有一种计时器称为“漏刻”,其计时原理是通过漏壶或箭壶中水量的均匀变化来度量时间。图甲为我国国家博物馆收藏的西汉时期的计时工具青铜漏壶。图乙为某同学设计的计时工具箭壶模型,该模型由薄壁圆柱形玻璃容器、长方体木块(不吸水)和标有刻度的箭尺构成,箭尺重力忽略不计,其底部与木块相连,当向容器内均匀注水,可使箭尺和木块随水面匀速竖直上升,从而计时。已知容器高为,底面积为;木块重,高为。初始状态下,容器内有部分水,刚好使木块在浮力作用下与容器底部脱离接触,此时水深为;工作状态下,当木块上升至上表面刚好与容器上沿相平时,一个计时周期结束。取,,不计容器底和容器壁的厚度。求:
(1)初始状态下木块受到的浮力;
(2)木块的密度;
(3)计时周期结束时木块底部受到的水的压强和容器内水的质量。
【答案】(1)
(2)
(3),
【详解】(1)初始状态下,木块漂浮,则木块受到的浮力为
(2)木块重,高为,初始状态下水深为,可知 ① 由木块漂浮可知,则有 ② 由①②式可得木块的密度为
(3)计时周期结束时,容器内水深为 木块底部距水面3cm,则木块底部受到的水的压强为 木块漂浮时排开水的体积为 则计时周期结束时水的体积为 则容器内水的质量为
11.(2024·山东德州·中考)如图所示,水平桌面上有A、B两个相同容器,分别装有密度为ρ1、ρ2的两种不同液体,将两个相同的小球分别放入两容器中,小球静止时,两容器液面相平,A、B两容器对桌面的压力分别为F1、F2,则ρ1__________ρ2,F1__________F2(均选填“>”“ <”或“=”)。
【答案】 > >
【详解】[1][2]小球在A容器中漂浮,则 小球在B容器中悬浮,则 综上可得 两容器液面相平,由图可知,两容器中液体的体积关系为 根据可得,两容器中液体的质量关系为 桌面水平,两容器对桌面的压力, 综上可得
12.(2024·山东济南·中考)小东在学习“阿基米德原理”时,发现老师研究的物体都是在液体里下沉的,于是他想用木块验证“漂浮在液体中的物体所受浮力的大小是否等于物体排开的液体所受重力的大小”。
(1)小东在设计实验时,通过推理得到了一种间接验证的方法。推理过程如下:
因为木块漂浮在水中,所以木块所受浮力的大小等于木块所受重力的大小;
若要验证是否等于,只需验证___________;
又因为,所以只需验证是否等于;
于是,小东找来了电子秤(可直接显示物体质量)、溢水杯和小烧杯进行实验,实验步骤如下:
a、用电子秤测量木块的质量;
b、用电子秤测量小烧杯的质量;
c、把木块轻轻放入装满水的溢水杯中,用小烧杯收集从溢水杯中被木块排开的水;
d、用电子秤测量小烧杯和排开的水的总质量;
(2)实验数据记录如表所示:
研究对象
木块质量
/g
小烧杯质量
/g
杯、水总质量
/g
排开水的质量
/g
木块
80
38
118
分析表格中的实验数据,得出结论:漂浮在液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体所受重力的大小___________;
(3)在和同学交流分享时,小华认为以上实验过程可以更加简化,如图乙所示,只需将装满水的溢水杯放在电子秤上,将木块轻轻放入溢水杯的同时用手拿着小烧杯收集排开的水,等溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,若观察到___________,即可得到;
(4)小明梳理小东的推理过程时发现,下沉的物体不能通过“是否等于”间接验证“是否等于”,原因是___________。
【答案】(1)木块的重力等于木块排开的液体的重力
(2)相等
(3)电子秤的示数保持不变
(4)下沉的物体受到的浮力小于物体的重力
【详解】(1)木块漂浮在水中时,处于漂浮状态,由沉浮条件可知,木块的重力等于木块受到的浮力,由等量代换可知,要验证是否等于,只需要验证木块的重力等于木块排开的液体的重力,即
(2)分析表格中的实验数据发现,烧杯和水的总质量为118g,烧杯的质量为38g,则排开水的质量
m水=118g-38g=80g
所以木块的质量等于排开水的质量,故木块的重力等于木块排开的液体的重力,由等量代换可知,漂浮在液体中的物体所受的浮力等于物体排开的液体所受重力。
(3)由于漂浮在液体中的物体的重力等于物体排开的液体的重力,所以木块轻轻放入溢水杯,木块排开水的重力等于木块的重力,即木块排开水的质量等于木块的质量,所以会观察到溢水杯中不再有水溢出时,拿走小烧杯,电子秤的示数保持不变,故若观察到电子秤的示数保持不变,即可得到。
(4)由沉浮条件可知,下沉的物体受到的浮力小于物体的重力,由阿基米德原理可知,下沉的物体受到的浮力等于排开液体的重力,所以下沉的物体的重力大于排开液体的重力,故下沉的物体的质量大于排开液体的质量,故下沉的物体不能通过“等于”间接验证“等于”。
13.(2024·山东烟台·中考)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,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。
(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,操作③量杯中水的体积为,水的密度为,请写出橡皮泥密度的表达式______;
(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”)。
【答案】 体积 质量 不变
【详解】(1)[1]操作①中橡皮泥沉底,所以溢出水体积为橡皮泥体积。
[2]操作③中橡皮泥浮在水面上静止,所以其浮力等于橡皮泥重力,而浮力等于排开水得重力,就可有G=mg得橡皮泥质量。
(2)[3]操作③中橡皮泥所受浮力为 因为浮力等于橡皮泥重力,所以橡皮泥质量为 所以橡皮泥密度为
(3)[4]茶壶里的水有少量进入橡皮泥捏成的空心碗中,会使浮力变大,但溢出水的不变,密度的测量结果不变。
14.(2024·山东烟台·中考)为庆祝中国人民解放军海军成立75周年,海军烟台舰于2024年4月20日至24日期间访问家乡烟台,并同步开展了军民共建活动。海军烟台舰,舷号“538”,属国产054A型导弹护卫舰,舰长134m,最大宽度16m,高度35m,排水量(满载)约4000t,巡航速度18节(1节=1.852km/h),续航里程4000海里(1海里=1.852km),抗风力大于12级,除极区外任何海区均可安全航行。烟台舰创造了当年护航时间最长、直升机飞行时间最长、编队人数最少、访问国家最多的“四个之最”。(g=10N/kg,海水的密度取kg/m3)求:
(1)满载时烟台舰所受的浮力约为多大?
(2)某次航行中烟台舰吃水深度为4m,则在舰底0.5m2的面积上受到海水的压力为多大?
(3)若烟台舰在某次航行过程中以18节的巡航速度航行3000海里,其航行时间为多少小时?(结果保留一位小数)
【答案】(1);(2);(3)166.7小时
【详解】(1)满载时烟台舰排水量(满载)约4000t
因为烟台舰处于漂浮状态,所受浮力等于重力,故烟台舰满载时所受浮力
(2)某次航行中烟台舰吃水深度为h=4m,烟台舰吃水深度为4m时的压强为
烟台舰底0.5m2的面积上受到海水的压力
(3)烟台舰的巡航速度 航行距离 航行时间
15.(2024·山东青岛·中考)自然界的运动形式多种多样,运动和相互作用存在紧密的联系.下面请和小明一起走进运动和力的世界。
(1)常见的运动形式有:①机械运动②分子热运动③振动……小明打开香皂的包装就闻到香味,这种运动形式属于____________(填写序号)。
(2)将正在响铃的闹钟放入玻璃罩内,逐渐抽出罩内的空气,听到声音逐渐减小,这说明____________。
(3)2024年4月23日,是人民海军诞生75周年纪念日.在参加青岛市海军成立纪念日舰艇开放活动时,小明了解到,在水下时潜艇的“耳朵”是声呐设备,“眼睛”是潜望镜,声呐系统是利用声传递____________来工作的,潜望镜是利用光的____________来工作的。
(4)小明在学习运动和力的知识时,整理了如下笔记:
①如图甲,木块在水平桌面上静止,水平方向不受力,合力为零;
②如图乙,木块在水平桌面上静止,和Ff是一对____________力,合力为零;
③如图丙,木块水平向右做匀速直线运动,则____________Ff,合力为零;
总结:当物体处于____________状态时,所受合力为零。
④如图丁,小球上系一细线,细线右端固定,小球静止在水中时细线恰好水平,请作出小球所受力的示意图____。
【答案】(1)②
(2)声音的传播需要介质
(3) 信息 反射
(4) 平衡 = 静止或匀速直线运动
【详解】(1)打开香皂的包装就闻到香味,这是香皂分子运动到鼻子内,属于扩散现象,是分子在不停的做无规则运动,属于②分子热运动。
(2)将正在响铃的闹钟放入玻璃罩内,逐渐抽出罩内的空气,随着空气的减少,听到声音逐渐减小,说明声音的传播需要介质。
(3)[1]声音可以传递信息,声呐系统是通过发射和接收超声波,利用声传递信息来工作的。
[2]潜望镜的镜片是两片平面镜,是利用光的反射来工作的。
(4)②如图乙,木块在水平桌面上静止,处于平衡状态,和Ff大小相等,方向相反,在同一条直线上,都作用在木块上,是一对平衡力。
③[1]如图丙,木块水平向右做匀速直线运动,处于平衡状态,木块受到的合力为零,即所有向左的力大小等于所有向右的力,即
[2]根据上述实验分析可知:当物体处于静止或匀速直线运动状态时,所受合力为零。
④小球静止在水中,处于平衡状态,细线对小球没有拉力,竖直方向上小球受到竖直向下的重力,竖直向上的浮力,作用点近似在小球的重心,如下图所示:
16.(2023·山东聊城·中考)下列关于物理现象的描述与实际相符合的是( )
A. 甲:逐渐抽出玻璃罩内的空气,听到闹钟的铃声逐渐变小
B. 乙:放在抽出空气的玻璃罩内的手机仍能接收到来电信号
C. 丙:刚停止沸腾的水,若从烧瓶中往外抽气,水又沸腾起来
D. 丁:自制潜水艇模型,向外拉注射器活塞,“潜水艇”上浮
【答案】ABC
【详解】A.逐渐抽出罩内的空气,使里面的空气越来越稀薄,听到的闹铃声是越来越小的。故A符合题意;
B.手机通过电磁波传递信息,电磁波可以在真空中传播,故手机仍能接到信号。故B符合题意;
C.从烧瓶向外抽气时,水面气压减小,水的沸点降低,水能够沸腾。故C符合题意;
D.向外拉注射器活塞时,烧瓶内减小,水进入烧瓶。模型的总重增大,会下沉。故D不符合题意。
故选ABC。
17.(2023·山东聊城·中考)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12N,底面积为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20N的竖直向下的压力。g取10N/kg,。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。
【答案】(1)1200Pa;(2)1.2×10-3m3;(3)32N
【详解】解:(1)水箱内无水时,圆柱体对水箱底部的压力F=G=12N 圆柱体对水箱底部的压强
(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=12N 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
(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20N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=12N+20N=32N
18.(2023·山东菏泽·中考)如图所示,一质量m=0.45kg、底面积的均质实心圆柱体静止在水平地面上。将它放入水槽中再次达到静止状态时,圆柱体在水中漂浮,上端有露出水面。已知,。求:
(1)圆柱体静止在水平地面上时,对地面的压强p1;
(2)圆柱体的密度ρ;
(3)漂浮在水中的圆柱体底部所在处,水产生的压强p2。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】解:(1)均质实心圆柱体静止在水平地面上,圆柱体的对地面的压力 圆柱体静止在水平地面上时,对地面的压强
(2)根据物体的浮沉条件和阿基米德原理知,圆柱体在水中漂浮时,所受浮力 圆柱体排开水的体积 圆柱体在水中漂浮,上端有露出水面,圆柱体排开水的体积 圆柱体的体积 圆柱体的密度
(3)根据浮力产生的原因知,圆柱体所受浮力 漂浮在水中的圆柱体底部所在处,水产生的压强
19.(2023·山东滨州·中考)“且夫水之积也不厚,则其负大舟也无力。覆杯水于坳堂之上,则芥为之舟;置杯焉则胶,水浅而舟大也。”出自战国庄子的《逍遥游》。从文中大舟与水的关系,我们可以得到这样的启示:求大学问,干大事业,必须打下坚实、深厚的基础。但从物理的角度,“水之积也不厚,则其负大舟也无力。”是指水的深度还是水的质量呢?即物体能否在水中漂浮(所受浮力的大小),究竟与水的深度有关还是与水的质量有关呢?为了探究这一问题,某兴趣小组用烧杯、水、圆柱形木块、刻度尺等器材,进行了如下探究,如图所示。
将两个完全相同的底面积为8cm2,高为10cm的圆柱形木块,分别放入底面积为10cm2和12cm2的甲、乙两个容器中,分别向两个容器中加水,观察和记录每个容器每次加水的深度和木块的状态,实验数据及现象记录如下表。实验中,容器足够高,无水溢出,不考虑木块吸水,,g=10N/kg。根据实验现象和实验数据,求:
实验次数
容器中水深(h/cm)和木块的状态
甲容器
甲容器中木块
乙容器
乙容器中木块
1
4cm
不能浮起
4cm
不能浮起
2
5cm
不能浮起
5cm
不能浮起
3
6cm
刚好浮起
6cm
刚好浮起
4
7cm
浮起
7cm
浮起
(1)甲容器中木块刚好浮起时,水对容器底部的压强;
(2)木块的密度;
(3)木块刚好浮起时,甲、乙容器分别加入水的质量。并由计算结果和实验现象判断:木块能否浮起,取决于容器中水的深度还是水的质量?
(4)实验完成,把木块从甲容器拿出,甲容器对桌面压强的变化量。
【答案】(1);(2);(3)木块能否浮起,取决于容器中水的深度;(4)
【详解】解:(1)由题意知木块刚好浮起时,甲容器水深6cm,根据可得,水对容器底部的压强为
(2)在甲容器水深6cm时,物块刚好浮起,此时木块排开水的体积等于浸入水的体积为
此时木块受到得浮力等于其自身重力,根据可得
根据可得木块质量为 已知木块底面积为8cm2,高为10cm,可得其体积为 又得,木块的密度为
(3)由题意知,甲容器水深6cm时,物块刚好浮起时,水的体积为
同理,乙容器中,水的体积为
根据密度公式可得,甲中水的质量为 同理可得,乙中水的质量为 可知,容器甲和乙中,木块刚好浮起时,加入水的质量不相等,可以判断,木块能否浮起,取决于容器中水的深度。
(4)由题意知,木块从甲容器拿出,容器中水得体积减少,其减少的体积就是木块浮起时,浸入水的体积,即 可得,拿出木块后,容器水的液面变化量为
根据得,甲容器对桌面压强的变化量为
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