内容正文:
第7章 浮力
【题型训练】
题型一、根据“浮力产生的原因”分析计算浮力 1
题型二、根据“称重法”分析计算浮力 4
题型三、根据“阿基米德原理”分析计算浮力 7
题型四、有关“漂浮”与“悬浮”的分析计算 12
题型五、浮力与压强结合题 16
题型六、浮力的应用 22
题型七、探究实验题 28
题型一、根据“浮力产生的原因”分析计算浮力
1. (24-25八年级下·浦东新区·期中)如图所示,将一块实心柱形金属块浸没在水中,金属块上、下表面受到水的压力分别为F1、F2。金属块在水中上浮(未露出水面)过程中,下列说法中正确的是( )
A.F1变大 B.F2不变 C.F2与F1的差值变小 D.F2与F1的差值不变
2. 如图所示,一个长方体浸没在水中,其上表面受到水的向下压力为2N,下表面受到水向上的压力为5N,则长方体受到水的浮力为( )
A.3N B.5N C.7N D.0
3. 孙老师用自制教具演示了如下实验:将一只去盖去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放进瓶内再注入水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球静止,如图甲所示,然后用手堵住瓶口,一会儿乒乓球浮起来了,如图乙,以下分析正确的是( )
A.乒乓球上浮过程中,受到的浮力始终不变
B.乒乓球上浮过程中,受到的液体压强保持不变
C.乒乓球在图甲位置静止时没有受到浮力作用
D.乒乓球在图乙位置静止时浮力大于重力
4. (24-25八年级下·上海·期末)实心铜球浸没在水中,排开水的重力为4.9N,此时铜球受到浮力的大小为 N,它的体积为 ;若它受到水向上的压力为20N,则水对它向下的压力为 ;当它在水中所处的深度继续增加时,它所受的浮力大小将 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。
5. 浮力产生的原因:
(1)推导
如图所示,液体对上表面的压力:F1= = ,方向是竖直向下的;液体对下表面的压力F2= = , 方向是 。因为h1<h2,所以F1 F2,因此物体总存在 的压力差;
(2)浮力产生的原因:浸在液体(气体)中的物体,其受到液体(气体)向上的压力 向下的压力,因此浮力的方向总是 的;
(3)公式:F浮=F向上-F向下;
(4)浸在水中的物体与容器底部紧密接触,且接触处无水渗入(即不受水对其有向上的压力)时,浸在水中的物体不受浮力。如图,甲 浮力,乙 浮力(选填“受”或“不受”)。
二、根据“称重法”分析计算浮力
1. 如图,将小石块挂在弹簧测力计下如图甲,再浸没入水中(石块没有碰到烧杯底部)如图乙,静止时测力计示数分别是4N和3N,关于乙图的说法正确的是( )
A.水对石块的浮力是3N
B.石块对水有1N的压力
C.石块受的力有重力、拉力、浮力和水对它的压力
D.图乙中人的手受的拉力是3N
2.弹簧测力计竖直悬挂一个圆柱体,圆柱体在水中静止时如图所示。已知测力计示数为2.0N,圆柱体上表面受到水的压力为5.0N,其下表面受到水的压力为13.0N。则( )
A.圆柱体所受重力为2.0N B. 圆柱体所受重力为15.0N
C.圆柱体所受浮力为2.0N D. 圆柱体所受浮力为8.0N
3.将一杯水放在水平台秤上,台秤示数为900g;弹簧测力计下悬挂一物体A浸在水中保持静止(如图),台秤示数为1100g,弹簧测力计的示数为3N,则A物体重( )
A.14N B.5N C.3N D.1N
4. 如图所示,某物块用细线系在弹簧测力计下,在空气中称时示数是15N,浸没在水中时示数是5N,则此物块受到水的浮力为 N。
5. 如图所示,把正方体金属块用细线系在弹簧测力计下,弹簧测力计在空气中的示数为19.6牛,再把金属块浸没在盛满水的容器中,溢出4.9牛的水。该金属块在水中受到的浮力大小为 牛,这时弹簧测力计的示数为 牛,若逐渐增加金属块在水中的深度,弹簧测力计的示数将 。(最后一空选填“变小”、“不变”或“变大”)。
6.如图,用细线将一个质量为27g、体积为10cm3的铝块系在电子测力计的挂钩上,使铝块完全浸没在水中静止不动,此时,该铝块受到的浮力为 N,电子测力计的示数 N。若使铝块在水中继续下降,它所受的浮力将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10N/kg,细线重力忽略不计)
7.如图所示,水平桌面上玻璃杯中装有适量的水。将质量为1.2kg的金属球挂在弹簧测力计的挂钩上,手提弹簧测力计使金属球浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数为9.6N。(g取10N/kg)求:
(1)金属球所受到的重力;
(2)金属球所受到的浮力。
题型三、根据“阿基米德原理”分析计算浮力
1.如图所示,放在水平桌面上的溢水杯盛满水,用弹簧测力计挂一个实心铁块,示数为F1;将铁块缓慢浸没水中(未接触溢水杯),溢出的水流入小烧杯,弹簧测力计的示数为F2。下列判断正确的是( )
A.铁块受到的浮力:F浮=F2-F1 B.小烧杯中水的重力:G=F1-F2
C.溢水杯对桌面的压力:F甲>F乙 D.铁块受到的重力:G甲>G乙
2.如图所示,在一个较大的柱形容器中漂浮着一个圆筒,圆筒下面用绳子系着一个小石块,现在将连接圆筒和小石块的线剪断,则关于水对柱形容器底部的压力和压强的变化情况,下列说法正确的是( )
A.压力不变,压强减小 B.压力减小,压强减小
C.压力不变,压强增大 D.压力增大,压强增大
3.(25-26九年级上·金山·期中)如图所示,边长为米、重为牛的正方体物块用细线吊着浸没在水中,若物块下表面受到水向上的压力是牛,则它受到浮力是 牛,上表面受到水向下的压力是 牛。若剪断细线,则物块沉底前受到的合力是 牛。(g=10N/kg)
4.一个边长为0.1m的正方体,在空气中称重为20牛,把它浸没在水中称重为 牛。若使该正方体上表面距水面0.5米深,则此时正方体下表面所受水的压力为 牛。
5.(24-25八年级下·普陀·阶段练习)在“探究影响浮力大小因素”的实验中,将所受重力大小为11N的正方体金属块A挂在测力计下,浸入液体中。
(1)如图(a)所示,若将A物体浸没在水中且静止,测力计的示数为10.5N,则金属块A所受浮力大小为 N;若此时A物体上表面所处的深度为0.1m,则其上表面所受的压强为 Pa;()
(2)如图(b)所示,若将A物体浸没在盐水中且静止,则测力计的示数_______10.5N。
6.(24-25八年级上·闵行·阶段练习)如图所示,水平桌面上有底面积为250厘米2、质量忽略不计的薄壁盛水圆柱形容器,内装有7.8千克的某液体,边长为10厘米的正方体物块A,其质量为0.9千克。通过一根细线与容器底部相连,细线对A的拉力为2.94牛。求:
(1)物体所受的浮力;
(2)液体的密度。
7.(24-25九年级上·闵行·阶段练习)在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中,若王冠质量为500克,浸没在水中称时,测力计示数为4.41牛。求:
(1)王冠受到的重力;
(2)王冠浸没在水中受到的浮力;
(3)王冠的体积。
8.(24-25九年级上·金山·期中)如图所示,一个边长为a的正方体物块浸没在密度为ρ液的液体中,上表面距离液面h1,下表面距离液面h2。请根据浮力产生的原因和液体内部压强的规律,推导出正方体所受的浮力大小与它排开液体所受重力大小的关系。
9.(24-25八年级下·闵行·期中)如图(a)所示,重力均为2牛的苹果和梨子,从高处掉入水里,最终苹果漂浮在水面上,梨子沉底。
(1)在图(b)中用2B铅笔画出苹果受到的浮力F浮的示意图;
(2)当掉下的梨子恰好浸没在水中时,排开水的体积为米,求此时它受到的浮力;
(3)随着梨子浸没于水中的深度增大,它所受的浮力 (选填“增大”“不变”或“减小”),浮力的方向是 的;沉底时它所受的合力为 牛。
类型四、有关“漂浮”与“悬浮”的分析计算
1.(24-25八年级下·奉贤·期中)如图所示,在同一水平桌面上的两个相同容器,分别盛有甲、乙两种液体,将同一个梨分别放入两容器中处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度比乙液体的密度大
B.梨两次排开液体的质量一样大
C.梨在乙液体中受到的浮力大
D.将乙图中露出液面的那部分梨削掉,梨将浸没在液体中
2.如图所示,放在水平地面上的三个完全相同的玻璃缸内装满了水,其中(a)只有水,(b)水中漂浮着一只小玩具鸭,(c)水中漂浮着一只大玩具鸭。这三个玻璃缸对水平地面的压力( )
A.(a)最大 B.(b)最大 C.(c)最大 D.一样大
3.(24-25九年级上·杨浦·期中)如图所示,两个相同的柱形容器分别盛有两种不同液体,在容器中分别放入两个相同物体,当物体静止后两液面刚好相平,下列判断正确的是 ( )
A.物体排开液体的质量m甲<m乙 B.液体对容器底部的压强p甲=p乙
C.容器对地面的压强p甲′=p乙' D.液体对容器底部的压力F甲>F乙
4.如图所示,重力为4.9牛、体积为10-3米3的长方体木块静止在水面上,木块受到水的浮力大小为
牛,方向 。若木块下表面所处的深度为0.1米,则长方体的底面积为 米2。
5.如图(a)所示,长方体物块漂浮在水中,此时下表面积为5×10-3m2,所受压力大小为5N,方向为 ,所受压强为 帕。若将长方体物块以如图(b)所示放置,比较图(a)(b)中物块的下表面所受压力Fa和Fb的大小,则Fa Fb(选填“大于”“等于”或“小于”)。
6.(24-25九年级上·浦东新区·阶段练习)如图所示,已知冰的密度为0.9×103kg/m3,质量为1.8kg的冰块漂浮于水中,求:
(1)该冰块的体积;
(2)若冰块全部融化成水,则容器中水的高度将 (选填“变大”“不变”“变小”),并写出证明过程 。
7.(24-25八年级下·松江·期中)小明在游轮上看到甲板上放着很多救生圈,每一个救生圈都标注着质量3kg,体积0.06m3,若把一个救生圈扔到水中,如图所示(将救生圈简化为一个球形),求:
(1)此时救生圈受到的浮力大小F浮;
(2)(作图)在图中画出该救生圈所受的浮力示意图。
(3)该救生圈能产生的最大浮力F浮大。
题型五、浮力与压强结合题
1.(24-25八年级下·上海·期中)如图所示,一薄壁圆柱形容器盛有水,用弹簧测力计竖直吊着重为10牛的实心物块A浸在水中,物块A处于静止状态,与A未浸入水中相比较,下列说法中正确的是( )
A.物块A受到的浮力大小等于10牛
B.水对容器底部压力增加量小于10牛
C.水对容器底部的压力保持不变
D.容器对水平地面的压力增加10牛
2.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
3.如图所示,水平桌面上甲、乙两相同的容器装有体积相等的不同液体。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,则( )
A.物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力
B.甲容器中液体的密度小于乙容器中液体的密度
C.甲、乙两容器的底部受到液体的压强相等
D.甲容器对桌面的压力小于乙容器对桌面的压力
4. (2025·虹口·一模)如图所示,两个相同的柱形容器置于水平地面上,分别盛有密度为ρ甲、ρ乙的两种液体,A、B两个体积相同的实心小球分别静止在两液体中,容器对地面的压强为p甲、p乙、现将两个小球取出,两液体对容器底部的压强相等,则( )
A.ρ甲大于ρ乙,p甲大于p乙 B.ρ甲大于ρ乙,p甲小于p乙
C.ρ甲小于ρ乙,p甲大于p乙 D.ρ甲小于ρ乙,p甲小于p乙
5. (2025·崇明·一模)如图所示,水平桌面上放有甲、乙两个完全相同的圆柱形容器,甲容器内只有水,乙容器中放入木块静止时漂浮在水面上,此时两容器内水面相平。若在两容器中分别抽取相同体积的水,最终木块仍能漂浮在水面上,此时剩余部分的水对容器底部的压强为p甲、p乙,容器对地面的压力为F甲、F乙,则( )
A.p甲= p乙;F甲=F乙 B.p甲= p乙;F甲>F乙
C.p甲>p乙;F甲>F乙 D.p甲>p乙;F甲=F乙
6.(24-25八年级下·静安·期末)底面积不同的甲、乙圆柱形容器(S甲<S乙)置于水平地面上,容器内分别盛有质量相同的水和酒精(ρ水>ρ酒精),如图所示。
(1)液体对容器底部的压强:p甲 p乙(选填“大于”“等于”或“小于”);
(2)现有铁、铝两个质量相同的实心金属小球(ρ铁>ρ铝),若从中选择一个浸没在某容器的液体中(液体不溢出),能使液体对容器底部压强最大的方法是 (填字母)。
A.将铁球放入甲中 B.将铁球放入乙中
C.将铝球放入甲中 D.将铝球放入乙中
7.(2025·杨浦·三模)盛有一定量水且底面积为0.01米2的薄壁柱形容器放置在水平地面上,将实心木块A慢慢放入水中后,静止时如图(a)所示,木块A浸在水中的体积为米3,容器对地面的压力为15牛。
(1)求容器对地面的压强p;
(21)求木块A受到水的浮力F浮;
(3)现把木块A露出水面的部分水平切去,木块A剩余部分的质量为0.6千克,木块A剩余部分静止时如图(b)所示。求截去木块A前后容器对水平地面的压强变化量Δp。
8.(2025·长宁·二模)如图(a)所示,装有水的薄壁柱形容器甲置于水平地面上,容器乙中盛有质量为0.4千克的某液体,容器乙漂浮在容器甲中的水面上,此时甲中水的深度为0.5米。
(1)求水对容器甲底部的压强p水;
(2)若容器乙中液体的体积为0.5×10-3米3,求该液体的密度ρ乙;
(3)若容器甲和容器乙的底面积分别为3S和S,如图(b)所示,将物体丙浸没在容器乙的液体中,容器乙仍然漂浮在水面上,甲中水的深度增加了2Δh,乙中液体的深度增加了Δh,水和液体均未溢出。求物体丙的密度ρ丙。
9.(2025·崇明·一模)如图所示,轻质圆柱形容器甲竖直放置在水平地面上,将均匀圆柱体乙放置在甲容器内。已知乙物体的质量为m,甲、乙底面积分别为2S和S,乙物体的高度为H。
(1)求乙物体的密度ρ乙;
(2)求容器甲对水平地面的压强p甲;
(3)若往甲容器中慢慢注入某种液体,当乙物体对甲容器底部的压力恰为0牛时,停止注入,如图所示。求:该液体对甲容器底部的最小压强p液。
10.如图,边长为10cm的实心正方体木块,现用一根细线使木块与长方体容器的底部相连,并使木块浸没在水中保持静止状态,此时水的深度为30cm,绳子的拉力为4N,已知该容器底面积为200cm2。求:
(1)木块所受浮力的大小;
(2)木块密度的大小;
(3)若剪断绳子,木块静止时,水对容器底部压强。
题型六、浮力的应用
1.下列说法中正确的是( )
A.图甲中,同一艘轮船从长江驶入大海,浮力变大
B.图乙中,热气球中充入的是密度比空气大的气体
C.图丙中,可以说明物体浸没在液体中越深,所受的浮力越大
D.图丁中,同一密度计在两种液体中所受浮力Fa=Fb,两种液体的密度ρa<ρb
2.在实践课上,小明同学选用一根粗细均匀的木棒,在木棒的一端缠绕一段铜丝,自制了一支简易密度计。将简易密度计分别放入盛有甲、乙液体的烧杯中,密度计呈漂浮状态,此时液面高度相同,如图所示。(木棒不吸水),下列说法正确的是( )
A.缠绕铜丝是为了使密度计悬浮在水中
B.用F甲、F乙分别表示密度计在甲、乙液体中所受的浮力,则F甲<F乙
C.用ρ甲、ρ乙表示甲、乙两液体的密度,根据实验分析可得ρ甲<ρ乙
D.为了使简易密度计更容易比较不同液体密度的大小,可以使用较粗的木棒
3.中国海军成立71周年纪念日前夕,075型两栖攻击舰的2号舰在上海某造船厂正式下水。如图所示,这艘攻击舰最大排水量约为3.5×104t,是中国海军舰艇中尺寸仅次于航母的军舰。下列说法正确的是( )
A.此军舰满载时能受到的最大浮力约为3.5×105N
B.军舰航行时,受到的浮力大于军舰的总重力
C.军舰从长江驶入东海后,液体密度增大,排开液体体积增大
D.直升机从军舰上飞走后,军舰所受浮力减小
4.(2025·崇明·一模)如图所示,今年9月10日在沪东中华长兴岛基地举行仪式,庆贺为17.4万立方米大型LNG(液化天然气)运输船首船和2号船同日命名。若两艘运输船满载天然气后船体在水中会 (选填“上浮”或“下降”)一些,排开水的体积 (选填“变大”“变小”或“不变”),船体受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
5.(24-25八年级下·奉贤·期中)潜水艇对保卫我国的南海起着重要的作用。如图所示,潜水艇在水中处于悬浮状态此时其所受浮力于重力大小关系为:F= G(选填“>”、“=”或“<”);当压缩空气将水舱中的水排出一部分时,潜水艇将 (选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”);当潜水艇保持水面下10米深度从长江进入大海,则这艘潜水艇的水舱需要 (选填“排水”、“进水”或“保持不变”)。
6.(24-25八年级下·杨浦·期中)位于贵州的“中国天眼”是世界上最大的单口径射电望眼镜,其日常维护需要花费大量人力物力。
(1)在维修“中国天眼”时,为避免压坏反射面板,用一个直径固定的氢气球将维修工人吊起,如图(a)所示,利用氢气球浮力抵消维修工人自身的大部分体重,减少对反射面板的压力,甚至形成“零重力”,下列对维修过程描述正确的是( )
A.“零重力”是指维修工人所受重力为零
B.“零重力”时总浮力与总重力大小相等
C.如果氢气球漏气了,受到的浮力会变大
D.维修工人一共受到两个力的作用
(2)小杨利用气球A和一个重为5N的物体B模拟此情景,如图(b)所示,当气球体积为时,则重物对地面的压力为 N。(细线、气球和气的重力均忽略不计,取)
7.(24-25八年级下·闵行·期中)如图所示,为了航行安全,远洋轮船的船体上都标有多条水平横线,分别表示该船在不同水域及不同季节满载时的“吃水线”。
某一水域的表层海水
温度
6
16
26
密度
1026.8
1025.5
1022.5
为了解释这种现象,小明查阅资料后得知:(a)不同水域,表层海水的盐度不同,会导致其密度不同;(b)不同季节,表层海水温度不同;(c)某一水域,表层海水在不同温度下的密度如表所示。
(1)根据表格中表层海水的温度t、密度ρ的变化情况和相关条件,得出结论: ;
(2)该船满载时冬季“吃水线”在夏季“吃水线”的(2) ;(选填“上方”或“下方”)
(3)一艘轮船满载时,船和货物总重牛,若由东海驶入黄浦江,它所受的浮力将 ;当船上的货物卸走一部分时,轮船所受的浮力将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
8.(24-25八年级下·上海·期中)宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧。如图为打捞过程示意图,先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起,如图甲所示;再把船上的泥沙铲走,铁牛就被拉起,如图乙所示;然后把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,就可将铁牛拖上岸,如图丙所示。已知铁牛的质量为7.9吨,图甲中沙子的质量为10吨。
(1)图甲中,陷在淤泥中的铁牛没有受到水对它的浮力,因为 。
(2)铁牛从解开绳索到被拖上岸的过程中,受到水的压强 ,牛头离开水面前所受浮力 (均选填“变大”、“不变”或“变小”)。
(3)求铁牛的体积以及图乙中铁牛受到的浮力大小(已知铁的密度为7.9×103千克/米3,河水的密度1000千克/米3)。
(4)若图甲中绳子拉力为0,将沙子全部铲走后,求船从图甲位置到图丙位置,浸在水中的体积变化量。
(5))捞起的铁牛被放在水平沙面上,为防止铁牛又陷入沙子中,可采取的措施有 (提出一条合理建议)。
题型七、探究实验题
1.(24-25八年级下·金山·期中)小金在课上探究浮力大小与那些因素有关。
(1)如图所示,重为7牛的铜块A一半浸没在水中,弹簧测力计的示数为5牛,则金属块A所受浮力为 牛,方向 ;
(2)剪断连接金属块的细线,铜块下沉过程中受到的浮力将( )
A.越来越大 B.先变大后不变 C.保持不变 D.先变大后变小
(3)物块沉底后,水对铜块上、下表面产生的压力差为 N;
(4)若将两块质量相同的实心铝块和铜块浸没在水中(铜>铝),则它们所受的浮力( )
A.铜块大 B.铝块大 C.一样大 D.条件不足,无法判断
2.下列A、B、C、D四幅图是“探究浮力的大小与排开水所受重力关系”的过程情景。
(1)实验中所用圆柱体的重力为 N;
(2)在情景图B中存在的错误是 ;
(3)纠正错误后,继续实验,在情景C时圆柱体受到浮力F浮为______N;
(4)圆柱体排开的水所受的重力G排为( )N;
(5)实验结果表明浸在水中的物体受到的浮力 物体排开水所受到的重力。
(6)纠正错误后,圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中,水对溢水杯底的压强 。(选填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”)。
3.小明所在实验小组利用弹簧测力计、圆柱形金属块、烧杯等器材,按照如图所示步骤探究浮力的大小跟哪些因素有关。()
(1)圆柱形金属块所受重力为 N,所受浮力的方向 向上。分析实验图像可知金属块全部浸没在水中时所受的浮力为 N;
(2)分析比较实验步骤A、B、C、D可知:浮力大小与物体 有关;分析比较A、D、E实验步骤还可以探究的实验问题是 ;
(3)同组的小刚根据实验步骤A、B、C得出结论:浮力大小与物体浸入液体的深度有关,深度越大,浮力越大,他的实验结论不正确的原因是 ;
(4)本实验所用的金属块的密度为 。
4.“彩球温度计”是一种精美的居家装饰品,也是一种很特别的温度计,可用于粗略地测量环境温度。如图甲所示,玻璃管中装有对温度敏感的液体,当外界温度变化时,玻璃管中液体的密度会随之变化。液体中装有体积相同的五颜六色的彩球,每个彩球都标注有特定的温度。当彩球都在玻璃管中静止,不再运动时,所有上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度。当外界温度降低时,液体中有部分彩球上浮至“彩球温度计”的上部(彩球体积变化可忽略)。图乙是某温度时彩球温度计中的彩球稳定后的分布情况。请根据以上信息并结合所学知识,回答下面问题:
5.(2025·虹口·一模)资料显示,海水的密度与深度、温度等因素有关。不同海域海水密度随深度变化的情况不尽相同,图(a)为某热带海域海水密度随深度变化的图像,潜艇在此海域通常能安全航行。但有时海水密度会突然发生变化,形成“海中断崖”的现象,如图(b)所示,一旦潜艇遇到该现象,其运动状态会发生急速改变,可能引发灾难性事故。
(1)如图(a)所示,该热带海域0~1000米深度内,海水密度随深度的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
(2)如图(b)所示,现有一艘潜艇在高密度水层水平航行,当它驶入低密度水层时,会突然 (选填“上升”或“下降”)。结合所学知识,指出该潜艇运动状态发生改变的原因,并写出分析过程: 。
6.(24-25九年级上·上海·阶段练习)某同学探究在盛有液体的柱形容器内浸入某漂浮的实心物体前后,容器底部受到液体压强的增加量Δp与哪些因素有关,他猜想:Δp与物体的密度ρ物和体积V物有关。于是选择了六个漂浮的实心体,先后放入盛有某种液体的同一柱形容器中(液体不溢出),并测得Δp,见下表。
序号
1
2
3
4
5
6
现象
V物(米3)
0.001
0.001
0.001
0.0015
0.002
0.004
ρ物(千克/米3)
800
600
400
400
400
200
Δp(帕)
160
120
80
120
160
(1)根据序号1与4的数据, (选填“可以”或“不可以”)验证Δp与漂浮的实心物体的密度ρ物相关的猜想,依据是: ;
(2)根据序号 的数据,可得到的初步结论是:当不同体积、相同ρ物的实心物体浸入盛有某种液体的同一柱形容器中漂浮时, ;
(3)请填写实验序号6中相关数据:Δp为 。
7.某小组同学用图所示装置,研究圆柱体在水中下降的过程中弹簧测力计示数F和水对容器底部压力变化量的变化情况。他们使圆柱体在水中缓慢下降,将水面到圆柱下表面的距离h、弹簧测力计的示数F、经计算得到的水对容器底部压力变化量记录在下表中。
实验序号
1
2
3
4
5
6
h(米)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
F(牛)
6.8
5.6
4.4
3.2
2.6
2.6
(牛)
1.2
2.4
3.6
4.8
5.4
5.4
(1)分析比较实验序号1和2和3和4数据中F和h的关系及相关条件,可得出的初步结论是:圆柱体在浸入水的过程中, ;
(2)分析比较实验序号1和2和3和4数据中和h的关系及相关条件,可得出的初步结论是:圆柱体在浸入水的过程中, ;
(3)根据表中实验数据的特征,可以推断圆柱体高度范围为 ,请根据表中实验数据结合液体内部压力、压强知识,简述你的判断理由 。
8.(2025·杨浦·一模)阅读以下材料,回答相关问题∶
“海中断崖”
一般情况下海水的密度随深度增大而增大,而在某些情况下,在一定深度范围内,由于盐度或温度的影响,上层海水密度大于其下方的海水密度。这种密度的倒转就像在海洋中形成了一个“断崖”。我国海军372潜艇就曾遭遇过“海中断崖”,潜艇下潜至某海域后骤然下降,官兵通过一系列的操作,最终使得潜艇重新回到海面。
(1)若372潜艇在某海域航行时,排开海水的体积约为3×106米3,求潜艇受到的浮力F浮。(航行海域的海水密度近似看作1.0×103千克/米3)
(2)某小组同学想了解浸没在密度不同液体中物体的沉浮情况,选用重为0.22牛的物块先后浸没在密度不同的液体中,将测得物体受到的浮力大小与观察到的物体沉浮情况记录在表中。
序号
1
2
3
4
5
液体的密度ρ液(g/cm3)
0.7
0.8
1.0
1.2
1.5
物块的沉浮情况
下沉
下沉
下沉
上浮
上浮
浮力F浮(N)
0.14
0.16
0.20
0.24
0.30
a.分析表中物体受到的浮力F浮与液体的密度ρ液的关系,可得初步结论:当同一物体浸没在不同种液体中, 。
b.分析表中数据,比较物体受到的浮力F浮与物体重力G物的大小关系,可得初步结论:当 时,浸没在液体中的物体会下沉;当 时,浸没在液体中的物体会上浮。
(3)请结合你所学过的知识,解释372潜艇骤然下降可能的原因。
(4)如果你是潜艇上的官兵,你有什么好方法能帮助潜艇重新上浮?请简要说明理由。
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第7章 浮力
【题型训练】
题型一、根据“浮力产生的原因”分析计算浮力 1
题型二、根据“称重法”分析计算浮力 4
题型三、根据“阿基米德原理”分析计算浮力 7
题型四、有关“漂浮”与“悬浮”的分析计算 12
题型五、浮力与压强结合题 16
题型六、浮力的应用 22
题型七、探究实验题 28
题型一、根据“浮力产生的原因”分析计算浮力
1. (24-25八年级下·浦东新区·期中)如图所示,将一块实心柱形金属块浸没在水中,金属块上、下表面受到水的压力分别为F1、F2。金属块在水中上浮(未露出水面)过程中,下列说法中正确的是( )
A.F1变大 B.F2不变 C.F2与F1的差值变小 D.F2与F1的差值不变
【答案】D
【知识点】液体压强公式的简单应用、浮力的方向及产生原因
【详解】金属块浸没在水中,金属块在水中上浮过程中,深度变小,根据F= pS = pghS知金属块上、下表面受到水 的压力都变小;金属块在水中上浮过程中,液体的密度相等,金属块排开水的体积相等,根据F浮=ρ液gV排可知金属块受到的浮力相等,根据浮力的产生原因可知,上表面与下表面的压力差等于浮力的大小,所以F2与F1的差值不变,故ABC错误,故D正确。
故选D。
2. 如图所示,一个长方体浸没在水中,其上表面受到水的向下压力为2N,下表面受到水向上的压力为5N,则长方体受到水的浮力为( )
A.3N B.5N C.7N D.0
【答案】A
【详解】长方体浸没在水中,受到水的浮力为F浮=F下表面﹣F上表面=5N-2N=3N
故A符合题意,BCD不符合题意。故选A。
3. 孙老师用自制教具演示了如下实验:将一只去盖去底的饮料瓶的瓶口朝下,把乒乓球放进瓶内再注入水,看到有少量水从瓶口流出,此时乒乓球静止,如图甲所示,然后用手堵住瓶口,一会儿乒乓球浮起来了,如图乙,以下分析正确的是( )
A.乒乓球上浮过程中,受到的浮力始终不变
B.乒乓球上浮过程中,受到的液体压强保持不变
C.乒乓球在图甲位置静止时没有受到浮力作用
D.乒乓球在图乙位置静止时浮力大于重力
【答案】C
【详解】A.乒乓球上浮过程中,当部分露出水面后,排开水的体积变小,故受到的浮力变小,故A错误;
B.乒乓球上浮过程中,在水中的深度发生变化,而液体压强与液体的深度有关,故乒乓球受到的液体压强发生变化,故B错误;
C.乒乓球在图甲位置静止时由于下表面没有受到水的压力,故该位置乒乓球没有受到浮力作用,故C正确;
D.乒乓球在图乙位置静止时,处于漂浮状态,受到的浮力等于重力,故D错误。
故选C。
4. (24-25八年级下·上海·期末)实心铜球浸没在水中,排开水的重力为4.9N,此时铜球受到浮力的大小为 N,它的体积为 ;若它受到水向上的压力为20N,则水对它向下的压力为 ;当它在水中所处的深度继续增加时,它所受的浮力大小将 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。
【答案】 4.9 5×10-4 15.1 不变
【详解】根据阿基米德原理:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受的重力,铜球受到浮力F浮=G排=4.9N
因为铜球浸没在水中,所以铜球的体积V球等于排开水的体积V排。 由 F浮=ρ液gV排可得
浮力产生的原因是液体对物体向上和向下的压力差,即F浮=F向上−F向下,
则F向下=F向上−F浮=20N−4.9N=15.1N
根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排,当铜球在水中所处的深度继续增加时,水的密度ρ水不变,铜球始终浸没在水中,排开水的体积V排也不变,g为常量,所以它所受的浮力大小将不变。
5. 浮力产生的原因:
(1)推导
如图所示,液体对上表面的压力:F1= = ,方向是竖直向下的;液体对下表面的压力F2= = , 方向是 。因为h1<h2,所以F1 F2,因此物体总存在 的压力差;
(2)浮力产生的原因:浸在液体(气体)中的物体,其受到液体(气体)向上的压力 向下的压力,因此浮力的方向总是 的;
(3)公式:F浮=F向上-F向下;
(4)浸在水中的物体与容器底部紧密接触,且接触处无水渗入(即不受水对其有向上的压力)时,浸在水中的物体不受浮力。如图,甲 浮力,乙 浮力(选填“受”或“不受”)。
【答案】 p1S ρ液gh1S p2S ρ液gh2S 竖直向上 < 竖直向上 总大于 竖直向上 不受 受
【详解】(1)图示中,液体对上表面的压强p1=ρ液gh1
液体对上表面的压力,方向竖直向下。
液体对下表面的压强p2=ρ液gh2,液体对下表面的压力
此时液体向上压上表面,所以压力是方向竖直向上。
因为h1<h2,所以p1<p2,且上下表面的受力面积相同,则F1<F2,因此物体总存在竖直向上的压力差。
(2)由第(1)小题推导可知,浮力的方向总是竖直向上的,因为浸在液体(气体)中的物体,受到液体(气体)向上的压力总大于向下的压力。
(4)由图知,甲物体与容器底部紧密接触,且接触处无水渗入,不存在向上的压力差,不受浮力。
乙物体上下表面都受到水的压力,形成向上的压力差,所以受到浮力的作用。
二、根据“称重法”分析计算浮力
1. 如图,将小石块挂在弹簧测力计下如图甲,再浸没入水中(石块没有碰到烧杯底部)如图乙,静止时测力计示数分别是4N和3N,关于乙图的说法正确的是( )
A.水对石块的浮力是3N
B.石块对水有1N的压力
C.石块受的力有重力、拉力、浮力和水对它的压力
D.图乙中人的手受的拉力是3N
【答案】B
【详解】物体浸在水中物体受重力、浮力和拉力,故G=F+F浮,则F浮=G-F。
A.水对石块的浮力F浮=G-F=4N-3N=1N,故A错误;
B.力的作用是相互的,水对石块的浮力是1N,石块对水的压力为1N,故B正确;
C.乙图中石块受到重力、拉力和浮力作用,故C错误;
D.图乙中人的手受的拉力是3N加上弹簧测力计的重力,大于3N,故D错误。故选B。
2.弹簧测力计竖直悬挂一个圆柱体,圆柱体在水中静止时如图所示。已知测力计示数为2.0N,圆柱体上表面受到水的压力为5.0N,其下表面受到水的压力为13.0N。则( )
A.圆柱体所受重力为2.0N B. 圆柱体所受重力为15.0N
C.圆柱体所受浮力为2.0N D. 圆柱体所受浮力为8.0N
【答案】D
【详解】CD.由题可知,圆柱体上表面受到水的压力F上=5N,下表面受到水的压力F下=13N,由浮力产生的原因可得,圆柱体所受浮力
故C不符合题意,D符合题意;
AB.由称重法可得,圆柱体所受重力
故AB不符合题意。故选D。
3.将一杯水放在水平台秤上,台秤示数为900g;弹簧测力计下悬挂一物体A浸在水中保持静止(如图),台秤示数为1100g,弹簧测力计的示数为3N,则A物体重( )
A.14N B.5N C.3N D.1N
【答案】B
【详解】未放物体A时烧杯对台秤的压力为烧杯和水的重力之和,此时台秤对容器的支持力
F支=G=mg=0.9kg×10N/kg=9N
弹簧测力计下悬挂物体A浸在水中保持静止(如图),台秤示数为1100g,则此时台秤对容器的支持力F支′=G′=m′g=1.1kg×10N/kg=11N
则对烧杯进行受力分析可得F支′=F压+G=F浮+G
物体A浸在水中时,受到向上的浮力作用,所以物体A对烧杯有向下的压力,所以物体A所受浮力F浮=F支′-G=11N-9N=2N
根据称重法可知测力计的示数GA=F示+F浮=3N+2N=5N
故ACD不符合题意,B符合题意。故选B。
4. 如图所示,某物块用细线系在弹簧测力计下,在空气中称时示数是15N,浸没在水中时示数是5N,则此物块受到水的浮力为 N。
【答案】10
【详解】由称重法测浮力可知,物块受到的浮力为F浮=G-F示=15N﹣5N=10N
5. 如图所示,把正方体金属块用细线系在弹簧测力计下,弹簧测力计在空气中的示数为19.6牛,再把金属块浸没在盛满水的容器中,溢出4.9牛的水。该金属块在水中受到的浮力大小为 牛,这时弹簧测力计的示数为 牛,若逐渐增加金属块在水中的深度,弹簧测力计的示数将 。(最后一空选填“变小”、“不变”或“变大”)。
【答案】 4.9 14.7 不变
【详解】根据阿基米德原理,浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体所受的重力,即F浮=G排。已知溢出的水重G排=4.9N,所以金属块在水中受到的浮力
根据称重法测浮力F浮=G-F示
已知,,则弹簧测力计的示数
金属块浸没在水中后,逐渐增加金属块在水中的深度,排开液体的体积V球不变(因已浸没,V球等于金属块的体积 ),液体密度ρ液不变,根据阿基米德原理 F浮=ρ液gV排,可知浮力F浮不变 。又因为F示=G-F浮,G不变,F浮不变,所以弹簧测力计的示数将不变。
6.如图,用细线将一个质量为27g、体积为10cm3的铝块系在电子测力计的挂钩上,使铝块完全浸没在水中静止不动,此时,该铝块受到的浮力为 N,电子测力计的示数 N。若使铝块在水中继续下降,它所受的浮力将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10N/kg,细线重力忽略不计)
【答案】 0.1 0.17 不变
【详解】铝块完全浸没在水中静止不动,则排开水的体积等于物体的体积,有
受到的浮力为
根据称重法可得,铝块完全浸没时所受的浮力为F浮=mg-F
则电子测力计的示数为
若使铝块在水中继续下降,根据F浮=ρ液gV排 可知,它所受的浮力将保持不变。
7.如图所示,水平桌面上玻璃杯中装有适量的水。将质量为1.2kg的金属球挂在弹簧测力计的挂钩上,手提弹簧测力计使金属球浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数为9.6N。(g取10N/kg)求:
(1)金属球所受到的重力;
(2)金属球所受到的浮力。
【答案】(1)12N;(2)2.4N
【详解】(1)质量为1.2kg的金属球受到的重力G=mg=1.2kg×10N/kg=12N
(2)金属球浸没在水中,静止时弹簧测力计的示数为9.6N,则金属球所受到的浮力
F浮=G-F拉=12N-9.6N=2.4N
答:(1)金属球所受到的重力为12N;
(2)金属球所受到的浮力为2.4N。
题型三、根据“阿基米德原理”分析计算浮力
1.如图所示,放在水平桌面上的溢水杯盛满水,用弹簧测力计挂一个实心铁块,示数为F1;将铁块缓慢浸没水中(未接触溢水杯),溢出的水流入小烧杯,弹簧测力计的示数为F2。下列判断正确的是( )
A.铁块受到的浮力:F浮=F2-F1 B.小烧杯中水的重力:G=F1-F2
C.溢水杯对桌面的压力:F甲>F乙 D.铁块受到的重力:G甲>G乙
【答案】B
【详解】A.由图甲得,铁块的重力为G物=F1;由图乙得,铁块浸没在水中时的受到的拉力为F2,铁块受到重力、浮力和拉力,处于平衡状态,故有G=F2+F浮
所以,铁块受到的浮力为,故A错误;
B.依题意得,小烧杯中溢出水为铁块浸入水中排开的水,由阿基米德原理得,铁块受到的浮力为
所以,小烧杯中溢出水的重力,故B正确;
C.甲图中溢水杯对桌面的压力
乙图中,水对铁块有竖直向上的浮力,由于力的作用是相互的,所以铁块对水有竖直向下的压力,大小为
溢水杯乙对桌面的压力
所以,故C错误;
D.铁块浸入水中前后,铁块的质量不变,根据G=mg 可知,,故D错误。
故选B。
2.如图所示,在一个较大的柱形容器中漂浮着一个圆筒,圆筒下面用绳子系着一个小石块,现在将连接圆筒和小石块的线剪断,则关于水对柱形容器底部的压力和压强的变化情况,下列说法正确的是( )
A.压力不变,压强减小 B.压力减小,压强减小
C.压力不变,压强增大 D.压力增大,压强增大
【答案】B
【详解】剪断绳子前,圆筒和小石块整体漂浮,浮力等于它们的总重力;剪断绳子后,圆筒上浮,最终圆筒仍漂浮,圆筒受到的浮力等于圆筒的重力;小石块下沉,小石块受到的浮力小于其重力,整体排开液体的体积减小,水面会下降;因为水面下降,根据p=ρgh可知,水对柱形容器底部的压强减小;因为压强减小,圆筒底面积不变,根据F=pS,水对柱形容器底部的压力减小;故ACD错误,B正确。
故选B。
3.(25-26九年级上·金山·期中)如图所示,边长为米、重为牛的正方体物块用细线吊着浸没在水中,若物块下表面受到水向上的压力是牛,则它受到浮力是 牛,上表面受到水向下的压力是 牛。若剪断细线,则物块沉底前受到的合力是 牛。(g=10N/kg)
【答案】 10 19.4 10
【详解】物块浸没在水中时,排开水的体积为
根据阿基米德原理物块受到的浮力为
由可得,其上表面受到水的压力大小为
若剪断细线,在沉底之前物块受重力和浮力,所以此时物块所受的合力为
4.一个边长为0.1m的正方体,在空气中称重为20牛,把它浸没在水中称重为 牛。若使该正方体上表面距水面0.5米深,则此时正方体下表面所受水的压力为 牛。
【答案】 10 60
【详解】正方体浸没在水中排水体积为
正方体浸没受到的浮力为
把它浸没在水中,根据称重法可得,弹簧测力计的示数为
该正方体上表面距水面0.5米深,上表面受到液体的压强为
上表面受到液体的压力为
根据压力差法可知,正方体下表面受到液体的压力为
5.(24-25八年级下·普陀·阶段练习)在“探究影响浮力大小因素”的实验中,将所受重力大小为11N的正方体金属块A挂在测力计下,浸入液体中。
(1)如图(a)所示,若将A物体浸没在水中且静止,测力计的示数为10.5N,则金属块A所受浮力大小为 N;若此时A物体上表面所处的深度为0.1m,则其上表面所受的压强为 Pa;()
(2)如图(b)所示,若将A物体浸没在盐水中且静止,则测力计的示数_______10.5N。
A.大于 B.等于 C.小于
【答案】(1)0.5,980;(2)C
【详解】(1)金属块A所受浮力: 根据称重法测浮力公式F浮=G-F示,已知金属块重力G=11N,浸没在水中时测力计示数,因此浮力:
金属块上表面所受压强: 根据液体压强公式p=ρ水gh,水的密度,上表面所受的压强:
(2)浸没在盐水中时,金属块排开液体的体积V排不变,但盐水密度ρ盐水>ρ水。根据阿基米德原理 F浮=ρ液gV排,浮力F浮随液体密度增大而增大。再根据称重法F示=G-F浮,浮力增大时,测力计示数会减小,因此测力计示数小于10.5N,故C正确,AB错误;故选C。
6.(24-25八年级上·闵行·阶段练习)如图所示,水平桌面上有底面积为250厘米2、质量忽略不计的薄壁盛水圆柱形容器,内装有7.8千克的某液体,边长为10厘米的正方体物块A,其质量为0.9千克。通过一根细线与容器底部相连,细线对A的拉力为2.94牛。求:
(1)物体所受的浮力;
(2)液体的密度。
【答案】(1)11.76牛;(2)1200千克/米3
【详解】(1)物块A受到的重力为
对物块A受力分析可知,其受到竖直向下的重力、向下的拉力以及竖直向上的浮力作用,此时处于平衡状态,受到平衡力的作用,则
所以,物块A受到的浮力为
(2)物块A的体积为
如图所示,物块A浸没在水中,排开水的体积等于物块A的体积,根据阿基米德原理可得,物块所受的浮力为
所以,液体的密度为
7.(24-25九年级上·闵行·阶段练习)在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中,若王冠质量为500克,浸没在水中称时,测力计示数为4.41牛。求:
(1)王冠受到的重力;
(2)王冠浸没在水中受到的浮力;
(3)王冠的体积。
【答案】(1)4.9N;(2)0.49N;(3)5×10-5m3
【详解】(1)王冠受到的重力G=mg=0.5kg×9.8N/kg=4.9N
(2)王冠浸没在水中受到的浮力F浮=G-F拉=4.9N-4.41N=0.49N
(3)王冠的体积
8.(24-25九年级上·金山·期中)如图所示,一个边长为a的正方体物块浸没在密度为ρ液的液体中,上表面距离液面h1,下表面距离液面h2。请根据浮力产生的原因和液体内部压强的规律,推导出正方体所受的浮力大小与它排开液体所受重力大小的关系。
【答案】见解析
【详解】根据浮力产生的原因和液体内部压强的规律可得,物体上、下表面受到的压力为
设正方体体积为V,则它所受的浮力大小为
排开液体所受重力大小为
所以F浮=G排,即正方体所受的浮力大小与物体排开液体所受重力大小相等。
9.(24-25八年级下·闵行·期中)如图(a)所示,重力均为2牛的苹果和梨子,从高处掉入水里,最终苹果漂浮在水面上,梨子沉底。
(1)在图(b)中用2B铅笔画出苹果受到的浮力F浮的示意图;
(2)当掉下的梨子恰好浸没在水中时,排开水的体积为米,求此时它受到的浮力;
(3)随着梨子浸没于水中的深度增大,它所受的浮力 (选填“增大”“不变”或“减小”),浮力的方向是 的;沉底时它所受的合力为 牛。
【答案】(1)见下图;(2)2N;(3)不变,竖直向上,0
【详解】(1)苹果漂浮在水面上,浮力F浮的作用点在苹果的重心上。浮力方向竖直向上,从苹果的重心开始,沿竖直向上方向画一条带箭头的线段,标上F浮,如图所示:
(2)梨子受到的浮力
(3)梨子浸没在水中后,随着深度增大,排开水的体积V排不变(因为梨子已经浸没 ),液体密度液不变,根据F浮=ρ液gV排,所以它所受浮力不变。浮力的方向总是竖直向上的。
梨子沉底时处于静止状态,受重力G、浮力F浮和容器底对它的支持力F支,这三个力平衡,合力为0。
类型四、有关“漂浮”与“悬浮”的分析计算
1.(24-25八年级下·奉贤·期中)如图所示,在同一水平桌面上的两个相同容器,分别盛有甲、乙两种液体,将同一个梨分别放入两容器中处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度比乙液体的密度大
B.梨两次排开液体的质量一样大
C.梨在乙液体中受到的浮力大
D.将乙图中露出液面的那部分梨削掉,梨将浸没在液体中
【答案】B
【详解】A.梨在甲中悬浮,则梨的密度等于甲液体的密度,在乙中漂浮,则梨的密度小于乙液体的密度,故可知乙的密度较大,故A错误;
BC.甲悬浮,所受浮力等于排开液体的重力,也等于梨的重力;乙漂浮,所受浮力等于排开液体的重力,也等于梨的重力,可知梨两次所受浮力一样大,梨两次排开液体的重力一样大,则梨两次排开液体的质量一样大,故B正确,C错误;
D.将乙图中漏出液面部分的梨削掉,梨的质量减小,但密度不变,梨的密度依然小于乙液体的密度,处于漂浮状态,但由于梨的质量减小,其重力也将减小,所受浮力也将减小,排开液体的体积将减小,梨将上浮,故D错误。
故选B。
2.如图所示,放在水平地面上的三个完全相同的玻璃缸内装满了水,其中(a)只有水,(b)水中漂浮着一只小玩具鸭,(c)水中漂浮着一只大玩具鸭。这三个玻璃缸对水平地面的压力( )
A.(a)最大 B.(b)最大 C.(c)最大 D.一样大
【答案】D
【详解】由于鸭子漂浮,由阿基米德原理和漂浮条件可知F浮=G排=G鸭
即放入鸭子后排开水的重力等于鸭子的重力,整体的重力相当于注满水没有放入物体时的重力,即与(a)相同,所以三个玻璃缸的总重相同,水平面上的压力等于重力,故这三个玻璃缸对水平地面的压力相等。
故选D。
3.(24-25九年级上·杨浦·期中)如图所示,两个相同的柱形容器分别盛有两种不同液体,在容器中分别放入两个相同物体,当物体静止后两液面刚好相平,下列判断正确的是 ( )
A.物体排开液体的质量m甲<m乙 B.液体对容器底部的压强p甲=p乙
C.容器对地面的压强p甲′=p乙' D.液体对容器底部的压力F甲>F乙
【答案】D
【详解】A.物体在甲液体中漂浮,物体受到的浮力等于物体重;在乙液体中悬浮,物体受到的浮力等于物体重,所以物体受到的浮力相等,即F浮甲=F浮乙; 根据阿基米德原理F浮=G排知,G甲排=G乙排,所以物体排开液体的质量m甲=m乙,故A错误;
BD.因为物体在甲液体中漂浮,所以ρ甲>ρ物,物体在乙液体中悬浮,所以ρ乙=ρ物,所以ρ甲>ρ乙, 根据p=ρgh,h相同, 所以对容器底部的压强p甲>p乙,由于甲乙的底面积相等,根据p=F/S知,液体对容器底部的压力F甲>F乙,故B错误,D正确;
C.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
G=mg=ρgV知甲液体的重力大于乙液体的重力, 又因为容器的重力相等,且在水平面上压力等于重力, 所以F′甲>F′乙,根据p=F/S,甲乙底面积S相同,所以p甲'>p乙',故C错误。
故选D。
4.如图所示,重力为4.9牛、体积为10-3米3的长方体木块静止在水面上,木块受到水的浮力大小为
牛,方向 。若木块下表面所处的深度为0.1米,则长方体的底面积为 米2。
【答案】 4.9 竖直向上 5×10-3
【详解】木块漂浮在水面上,受到的浮力F浮=G=4.9N
浮力的方向竖直向上。
浮力是物体上下表面所受的压力差,下表面的压力大于上表面所受的压力,浮力方向与下表面所受压力方向相同,则F=pS=ρghS
即4.9N=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.1m×S
解得S=5×10-3m2。
5.如图(a)所示,长方体物块漂浮在水中,此时下表面积为5×10-3m2,所受压力大小为5N,方向为 ,所受压强为 帕。若将长方体物块以如图(b)所示放置,比较图(a)(b)中物块的下表面所受压力Fa和Fb的大小,则Fa Fb(选填“大于”“等于”或“小于”)。
【答案】 竖直向上 1000 等于
【详解】长方体物块漂浮在水中,上表面受到的压力为0,受到竖直向上的浮力,由浮力产生的原因可知,下表面受到的压力竖直向上。
根据p=F/S可知,长方体物块漂浮在水中下表面受到的压强为
由图可知,长方体物块在两图中都处于漂浮状态,所受的浮力都等于长方体物块受到的重力,上表面受到水的压力为0,则有
6.(24-25九年级上·浦东新区·阶段练习)如图所示,已知冰的密度为0.9×103kg/m3,质量为1.8kg的冰块漂浮于水中,求:
(1)该冰块的体积;
(2)若冰块全部融化成水,则容器中水的高度将 (选填“变大”“不变”“变小”),并写出证明过程 。
【答案】(1)2×10-3m3;(2)不变,见解析
【详解】(1)根据公式ρ=m/V得,该冰块的体积
(2)设冰融化后生成的水体积为V水,冰全部融化成水后质量不变,即
故冰全部融化成水的体积
冰块漂浮时,所受到的浮力等于自身的重力,即
再根据阿基米德原理 F浮=ρ液gV排,冰块漂浮时排开水的体积
综上,即冰块融化成水的体积与其原先排开的水体积相等,故容器中水的高度不变。
7.(24-25八年级下·松江·期中)小明在游轮上看到甲板上放着很多救生圈,每一个救生圈都标注着质量3kg,体积0.06m3,若把一个救生圈扔到水中,如图所示(将救生圈简化为一个球形),求:
(1)此时救生圈受到的浮力大小F浮;
(2)(作图)在图中画出该救生圈所受的浮力示意图。
(3)该救生圈能产生的最大浮力F浮大。
【答案】(1)29.4N;(2)见解析;(3)588N
【详解】(1)救生圈处于漂浮状态,浮力和重力是一对平衡力,救生圈受到的浮力F浮=G物=mg=3kg×9.8N/kg=29.4N
(2)救生圈所受的浮力作用点在物体的重心,方向竖直向上,过重心画竖直向上的带箭头的线段,标出字母,如图所示:
(3)当救生圈浸没时,排开液体的体积最大,受到的浮力最大,此时排开液体的体积V排=V物=0.06m3,救生圈产生的最大浮力F浮大=ρ水V排g=103kg/m3×0.06m3×9.8N/kg=588N
题型五、浮力与压强结合题
1.(24-25八年级下·上海·期中)如图所示,一薄壁圆柱形容器盛有水,用弹簧测力计竖直吊着重为10牛的实心物块A浸在水中,物块A处于静止状态,与A未浸入水中相比较,下列说法中正确的是( )
A.物块A受到的浮力大小等于10牛
B.水对容器底部压力增加量小于10牛
C.水对容器底部的压力保持不变
D.容器对水平地面的压力增加10牛
【答案】B
【详解】A.由图可知,物块A处于静止状态时弹簧测力计的示数不为0,由可知,,故A错误;
BCD.由阿基米德原理可知,物体A受到的浮力和物体A排开水的重力相等,因为水平面上物体的压力和自身的重力相等,所以水对容器底部压力增加量等于物体A排开水的重力,即物体A排开水的重力,所以水对容器底部压力增加量小于10牛,同理可知,容器对水平地面的压力增加量小于10N,故B正确,CD错误。故选B。
2.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,ρ物=ρ甲;物体在乙液体中漂浮,ρ物<ρ乙,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G容+G液+G物,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p=F/S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p=F/S可知,乙液体对容器底部的压强大,故D错误。
故选C。
3.如图所示,水平桌面上甲、乙两相同的容器装有体积相等的不同液体。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,则( )
A.物体A受到的浮力大于物体B受到的浮力
B.甲容器中液体的密度小于乙容器中液体的密度
C.甲、乙两容器的底部受到液体的压强相等
D.甲容器对桌面的压力小于乙容器对桌面的压力
【答案】A
【详解】A.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ρ=m/V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A符合题意;
BCD.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BCD不符合题意。
故选A。
4. (2025·虹口·一模)如图所示,两个相同的柱形容器置于水平地面上,分别盛有密度为ρ甲、ρ乙的两种液体,A、B两个体积相同的实心小球分别静止在两液体中,容器对地面的压强为p甲、p乙、现将两个小球取出,两液体对容器底部的压强相等,则( )
A.ρ甲大于ρ乙,p甲大于p乙 B.ρ甲大于ρ乙,p甲小于p乙
C.ρ甲小于ρ乙,p甲大于p乙 D.ρ甲小于ρ乙,p甲小于p乙
【答案】A
【详解】由题意知,A、B两个实心小球的体积相同,A排开的液体的体积大于B排开的液体的体积,取出小球后,乙液面的深度要大于甲液面的深度,此时两液体对容器底部的压强相等,根据p=ρgh可知,甲液体的密度大于乙液体的密度,即:ρ甲大于ρ乙;
根据图示可知,A小球完全浸没在甲液体中,排开甲液体的体积等于A小球的体积,B小球漂浮在乙液体中,排开乙液体的体积小于B小球的体积,因为两小球体积相等,所以两小球排开液体的体积关系为V排甲>V排乙,又有甲液体的密度大于乙液体的密度,由F浮=ρ液gV排可知,两个小球的浮力关系为F浮A>F浮B,因为A小球在甲液体中悬浮,受到的重力GA等于浮力F浮A,B小球漂浮在乙液体中,受到的重力GB等于浮力F浮B,所以两个小球的重力关系为GA>GB;
又因为液体对容器底部的压强相等,面积相同,压力也相等,则液体重力相同,且容器相同,所以左侧装置的总重力大于右侧装置的总重力,水平面上的物体对水平面的压力等于自身的重力,则左侧装置对地面的压力大于右侧装置对地面的压力,受力面积相同,根据p=F/S可知,p甲大于p乙,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
5. (2025·崇明·一模)如图所示,水平桌面上放有甲、乙两个完全相同的圆柱形容器,甲容器内只有水,乙容器中放入木块静止时漂浮在水面上,此时两容器内水面相平。若在两容器中分别抽取相同体积的水,最终木块仍能漂浮在水面上,此时剩余部分的水对容器底部的压强为p甲、p乙,容器对地面的压力为F甲、F乙,则( )
A.p甲= p乙;F甲=F乙 B.p甲= p乙;F甲>F乙
C.p甲>p乙;F甲>F乙 D.p甲>p乙;F甲=F乙
【答案】A
【详解】容器对桌面的压力等于容器的重力、水的重力、和水中漂浮(悬浮)的物体的重力三者之和,而漂浮和悬浮时,F浮=G物,又根据阿基米德原理可知,F浮=G排,可得G排=G物,所以把木块放入水中漂浮时,相当于向容器中注水到现在液面的位置,则两个容器中的水体积相等,重力也相等,所以容器对桌面的压力相等;若在两容器中分别抽取相同体积的水,最终木块仍能漂浮在水面上,则抽取水的质量相同,两容器中剩余物质重力也相等,故F甲=F乙。
此时两容器内水面相平,根据液体压强公式p=ρgh,两容器底部所受水的压强大小相等;当抽取相同体积的水后,木块仍能漂浮,则此时两容器内水面仍旧相平,压强仍相等,即p甲=p乙。
故BCD不符合题意,A符合题意。
故选A。
6.(24-25八年级下·静安·期末)底面积不同的甲、乙圆柱形容器(S甲<S乙)置于水平地面上,容器内分别盛有质量相同的水和酒精(ρ水>ρ酒精),如图所示。
(1)液体对容器底部的压强:p甲 p乙(选填“大于”“等于”或“小于”);
(2)现有铁、铝两个质量相同的实心金属小球(ρ铁>ρ铝),若从中选择一个浸没在某容器的液体中(液体不溢出),能使液体对容器底部压强最大的方法是 (填字母)。
A.将铁球放入甲中 B.将铁球放入乙中
C.将铝球放入甲中 D.将铝球放入乙中
【答案】(1)大于;(2)C
【详解】(1)由图可知,水的深度大于酒精的深度,因为ρ酒精<ρ水,根据公式p=ρgh可知,液体对容器底的压强大小关系为p甲大于p乙。
(2)质量相同的实心铁、铝金属小球,由于ρ铁>ρ铝,由ρ=m/V知V铁<V铝,S甲<S乙,要使液体对容器底部压强最大,根据压强公式p=ρ液gh可知,液体升高的最高,故需要将体积大的铝球放入底面积小的甲容器中,综上分析知,故C符合题意, ABD不符合题意。故选C。
7.(2025·杨浦·三模)盛有一定量水且底面积为0.01米2的薄壁柱形容器放置在水平地面上,将实心木块A慢慢放入水中后,静止时如图(a)所示,木块A浸在水中的体积为米3,容器对地面的压力为15牛。
(1)求容器对地面的压强p;
(21)求木块A受到水的浮力F浮;
(3)现把木块A露出水面的部分水平切去,木块A剩余部分的质量为0.6千克,木块A剩余部分静止时如图(b)所示。求截去木块A前后容器对水平地面的压强变化量Δp。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)容器对地面的压强
(2)木块A受到水的浮力
(3)图(a)中,木块A漂浮,则A的重力为
现把木块A露出水面的部分水平切去,木块A剩余部分的重力为
则截去木块A前后容器对水平地面的压力变化量
则截去木块A前后容器对水平地面的压强变化量
8.(2025·长宁·二模)如图(a)所示,装有水的薄壁柱形容器甲置于水平地面上,容器乙中盛有质量为0.4千克的某液体,容器乙漂浮在容器甲中的水面上,此时甲中水的深度为0.5米。
(1)求水对容器甲底部的压强p水;
(2)若容器乙中液体的体积为0.5×10-3米3,求该液体的密度ρ乙;
(3)若容器甲和容器乙的底面积分别为3S和S,如图(b)所示,将物体丙浸没在容器乙的液体中,容器乙仍然漂浮在水面上,甲中水的深度增加了2Δh,乙中液体的深度增加了Δh,水和液体均未溢出。求物体丙的密度ρ丙。
【答案】(1)5×103Pa;(2)0.8×103kg/m3;(3)6×103kg/m3
【详解】(1)由题意知,甲中水的深度为0.5米。水对容器甲底部的压强
p水=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.5m=5×103Pa
(2)容器乙中液体的体积为0.5×10-3米3,该液体的密度
(3)由题意可知,丙的体积为V=SΔh,丙的重力G=ρ丙gSΔh
丙放入后漂浮,增大的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×3S×2Δh
根据增大的浮力等于丙的重力,则ρ丙×10N/kg×SΔh=1.0×103kg/m3×10N/kg×3S×2Δh
解得ρ丙=6×103kg/m3。
9.(2025·崇明·一模)如图所示,轻质圆柱形容器甲竖直放置在水平地面上,将均匀圆柱体乙放置在甲容器内。已知乙物体的质量为m,甲、乙底面积分别为2S和S,乙物体的高度为H。
(1)求乙物体的密度ρ乙;
(2)求容器甲对水平地面的压强p甲;
(3)若往甲容器中慢慢注入某种液体,当乙物体对甲容器底部的压力恰为0牛时,停止注入,如图所示。求:该液体对甲容器底部的最小压强p液。
【答案】(1);(2);(3)
【详解】(1)乙物体的密度
(2)轻质圆柱形容器甲竖直放置在水平地面上,圆柱形容器甲的重力可不计,容器甲对地面的压力等于乙的重力大小,容器甲对水平地面的压强
(3)当乙物体对甲容器底部的压力恰为0牛时,则乙受到的液体向上的压力(即浮力大小)等于乙的重力大小,即F=G乙,根据压强公式有p液S乙=m乙g
该液体对甲容器底部的最小压强
10.如图,边长为10cm的实心正方体木块,现用一根细线使木块与长方体容器的底部相连,并使木块浸没在水中保持静止状态,此时水的深度为30cm,绳子的拉力为4N,已知该容器底面积为200cm2。求:
(1)木块所受浮力的大小;
(2)木块密度的大小;
(3)若剪断绳子,木块静止时,水对容器底部压强。
【答案】(1)10N,(2)0.6×103kg/m3;(3)2800Pa
【详解】(1)木块浸没在水中排开水的体积 V排=V=(0.1m)3=1×10-3 m3
木块所受浮力F浮=ρ水 gV排=1.0×103 kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=10N
(2)木块的重力 G=F浮-F=10N-4N=6N
木块的质量
木块的密度
(3)因木块的密度小于水的密度,若剪断绳子,木块静止时,木块漂浮,此时木块受到的浮力
木块漂浮时排开水的体积
木块漂浮后容器中水面下降的深度
此时容器中水的深度
水对容器底部的压强
题型六、浮力的应用
1.下列说法中正确的是( )
A.图甲中,同一艘轮船从长江驶入大海,浮力变大
B.图乙中,热气球中充入的是密度比空气大的气体
C.图丙中,可以说明物体浸没在液体中越深,所受的浮力越大
D.图丁中,同一密度计在两种液体中所受浮力Fa=Fb,两种液体的密度ρa<ρb
【答案】D
【详解】A.图甲中,同一艘轮船从长江驶入大海,处于漂浮状态,浮力等于重力,重力不变,浮力不变,故A错误;
B.热气球是利用在空气中的浮力来工作的,当气体的密度小于空气的密度时,才可以升空,故B错误;
C.图丙中,将空饮料罐慢慢向下按,饮料罐浸没前,排开水的体积越来越大,由公式F浮=ρ液gV排可知,在水的密度一定时,饮料罐受到的浮力越来越大,所以向下按的力越来越大;当空饮料罐浸没后,浸没在水中越深,但排开水的体积不变,其受到的浮力不变,故C错误;
D.图丁中密度计在两种液体中均漂浮,受到的浮力和自身的重力相等,由于密度计的重力不变,所以浮力关系为Fa=Fa
由图可知V排a>V排a,由F浮=ρ液gV排可得,两种液体的密度ρa<ρb
故D正确。故选D。
2.在实践课上,小明同学选用一根粗细均匀的木棒,在木棒的一端缠绕一段铜丝,自制了一支简易密度计。将简易密度计分别放入盛有甲、乙液体的烧杯中,密度计呈漂浮状态,此时液面高度相同,如图所示。(木棒不吸水),下列说法正确的是( )
A.缠绕铜丝是为了使密度计悬浮在水中
B.用F甲、F乙分别表示密度计在甲、乙液体中所受的浮力,则F甲<F乙
C.用ρ甲、ρ乙表示甲、乙两液体的密度,根据实验分析可得ρ甲<ρ乙
D.为了使简易密度计更容易比较不同液体密度的大小,可以使用较粗的木棒
【答案】C
【详解】A.在木棒的一端缠绕铜丝的目的是降低重心,使木棒竖直漂浮在液体中,故A错误;
B.在甲、乙两液体中,密度计均漂浮,根据浮沉条件可知,此时浮力等于重力,重力大小不变,所以浮力大小不变,则F甲=F乙,故B错误;
C.密度计在两液体中的浮力大小相等,根据F浮=ρ液gV排可知,排开液体的体积大,则该液体的密度小,由图可知,V排甲>V排乙,则ρ甲<ρ乙,故C正确;
D.为了使简易密度计更容易比较不同液体密度的大小,应使简易密度计上两刻度线之间的距离大一些,由ΔV=V排1-V排2=SΔh可知,要使Δh变大,应减小S即可,即具体做法是用更细的木棒做密度计,故D错误。
故选C。
3.中国海军成立71周年纪念日前夕,075型两栖攻击舰的2号舰在上海某造船厂正式下水。如图所示,这艘攻击舰最大排水量约为3.5×104t,是中国海军舰艇中尺寸仅次于航母的军舰。下列说法正确的是( )
A.此军舰满载时能受到的最大浮力约为3.5×105N
B.军舰航行时,受到的浮力大于军舰的总重力
C.军舰从长江驶入东海后,液体密度增大,排开液体体积增大
D.直升机从军舰上飞走后,军舰所受浮力减小
【答案】D
【详解】A.此军舰满载时能受到的最大浮力
F浮=G排=m排g=3.5×104t×10N/kg=3.5×104×103kg×10N/kg=3.5×108N
故A错误;
B.军舰航行时,处于漂浮状态,受到的浮力等于军舰的总重力,故B错误;
C.军舰从长江驶入东海后,依旧处于漂浮状态,受到的浮力等于军舰的总重力,浮力不变,液体密度增大,根据F浮=ρ液gV排可知,排开液体体积变小,故C错误;
D.直升机从军舰上飞走后,军舰仍漂浮,但军舰的总重力减小,根据漂浮条件可知,军舰所受浮力减小,故D正确。
故选D。
4.(2025·崇明·一模)如图所示,今年9月10日在沪东中华长兴岛基地举行仪式,庆贺为17.4万立方米大型LNG(液化天然气)运输船首船和2号船同日命名。若两艘运输船满载天然气后船体在水中会 (选填“上浮”或“下降”)一些,排开水的体积 (选填“变大”“变小”或“不变”),船体受到的浮力 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】 下降 变大 变大
【详解】轮船始终漂浮,根据物体的浮沉条件可知,浮力大小等于重力大小,满载天然气后,重力变大,故浮力变大,根据阿基米德原理知,排开液体的体积变大,因而船体在水中要下降一些。
5.(24-25八年级下·奉贤·期中)潜水艇对保卫我国的南海起着重要的作用。如图所示,潜水艇在水中处于悬浮状态此时其所受浮力于重力大小关系为:F= G(选填“>”、“=”或“<”);当压缩空气将水舱中的水排出一部分时,潜水艇将 (选填“上浮”、“下沉”或“悬浮”);当潜水艇保持水面下10米深度从长江进入大海,则这艘潜水艇的水舱需要 (选填“排水”、“进水”或“保持不变”)。
【答案】 = 上浮 进水
【详解】潜水艇在水中处于悬浮状态时,根据悬浮条件,物体所受浮力等于重力,即F浮=G
当压缩空气将水舱中的水排出一部分时,潜水艇自身重力减小,而其排开水的体积不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排,浮力不变。此时浮力大于重力,潜水艇将上浮。
潜水艇保持水面下10米深度从长江进入大海,排开液体的体积不变,海水密度大于江水密度,根据F浮=ρ液gV排,浮力变大。要保持在水面下 10 米深度(悬浮状态 ),需增大自身重力,水舱需要进水。
6.(24-25八年级下·杨浦·期中)位于贵州的“中国天眼”是世界上最大的单口径射电望眼镜,其日常维护需要花费大量人力物力。
(1)在维修“中国天眼”时,为避免压坏反射面板,用一个直径固定的氢气球将维修工人吊起,如图(a)所示,利用氢气球浮力抵消维修工人自身的大部分体重,减少对反射面板的压力,甚至形成“零重力”,下列对维修过程描述正确的是( )
A.“零重力”是指维修工人所受重力为零
B.“零重力”时总浮力与总重力大小相等
C.如果氢气球漏气了,受到的浮力会变大
D.维修工人一共受到两个力的作用
(2)小杨利用气球A和一个重为5N的物体B模拟此情景,如图(b)所示,当气球体积为时,则重物对地面的压力为 N。(细线、气球和气的重力均忽略不计,取)
【答案】(1)B;(2)3.7
【详解】(1)AB.把气球和维修工人看作是一个整体,整体处于悬浮状态,根据物体浮沉条件可知,整体受到的浮力等于总重力,形成“零重力”,其所受重力不变,故A错误,B正确;
C.如果氢气球漏气了,氢气球体积变小,由F浮=ρ液gV排可知,氢气球受到的浮力变小,故C错误;
D.用一个直径固定的氢气球将维修工人吊起,当没有达到零重力时,工人受拉力,工人还受重力、反射面板对它的支持力三个力的作用,故D错误。
(2)气球受到的浮力为
对地面对物体的支持力为
物体B对地面的压力与地面对B的支持力是一对相互作用力,大小相等,所以
7.(24-25八年级下·闵行·期中)如图所示,为了航行安全,远洋轮船的船体上都标有多条水平横线,分别表示该船在不同水域及不同季节满载时的“吃水线”。
某一水域的表层海水
温度
6
16
26
密度
1026.8
1025.5
1022.5
为了解释这种现象,小明查阅资料后得知:(a)不同水域,表层海水的盐度不同,会导致其密度不同;(b)不同季节,表层海水温度不同;(c)某一水域,表层海水在不同温度下的密度如表所示。
(1)根据表格中表层海水的温度t、密度ρ的变化情况和相关条件,得出结论: ;
(2)该船满载时冬季“吃水线”在夏季“吃水线”的(2) ;(选填“上方”或“下方”)
(3)一艘轮船满载时,船和货物总重牛,若由东海驶入黄浦江,它所受的浮力将 ;当船上的货物卸走一部分时,轮船所受的浮力将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】(1)表层海水的温度越高,表层海水的密度越小;(2)下方;(3)不变,变小
【详解】(1)根据表格中的数据可知,当表层海水的温度越高,表层海水的密度越小,所以,得出结论是表层海水的温度越高,表层海水的密度越小。
(2)船始终漂浮,浮力等于重力,满载时的重力不变,则浮力不变。同一水域,冬季比夏季温度低,海水密度大,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,浮力不变时,液体密度越大,排开液体体积越小,所以该船满载时冬季“吃水线”在夏季“吃水线”的下方。
(3)船始终漂浮,浮力等于重力。轮船由东海驶入黄浦江时,重力不变,则浮力不变。当船上的货物卸走一部分时,轮船重力变小,则所受的浮力将变小。
8.(24-25八年级下·上海·期中)宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧。如图为打捞过程示意图,先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起,如图甲所示;再把船上的泥沙铲走,铁牛就被拉起,如图乙所示;然后把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,就可将铁牛拖上岸,如图丙所示。已知铁牛的质量为7.9吨,图甲中沙子的质量为10吨。
(1)图甲中,陷在淤泥中的铁牛没有受到水对它的浮力,因为 。
(2)铁牛从解开绳索到被拖上岸的过程中,受到水的压强 ,牛头离开水面前所受浮力 (均选填“变大”、“不变”或“变小”)。
(3)求铁牛的体积以及图乙中铁牛受到的浮力大小(已知铁的密度为7.9×103千克/米3,河水的密度1000千克/米3)。
(4)若图甲中绳子拉力为0,将沙子全部铲走后,求船从图甲位置到图丙位置,浸在水中的体积变化量。
(5))捞起的铁牛被放在水平沙面上,为防止铁牛又陷入沙子中,可采取的措施有 (提出一条合理建议)。
【答案】(1)铁牛下表面没有与水接触,没有受到水向上的压力;(2)变小,不变;(3)1m3,1.0×104N;(4)10m3;(5)在铁牛下方垫一块较大的木板
【详解】(1)浮力产生的原因是液体对物体上下表面的压力差。陷在淤泥中的铁牛,其下表面没有与水接触,没有受到水向上的压力,所以没有受到水对它的浮力。
(2)铁牛从解开绳索到被拖上岸的过程中,所处的深度逐渐变小,河水密度不变,根据p=ρgh可知,铁牛受到水的压强变小。
牛头离开水面前,河水密度不变,铁牛排开水的体积不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g可知,铁牛所受浮力不变。
(3)已知铁牛的质量m=7.9t=7.9×103kg,根据ρ=m/V可得,铁牛的体积
铁牛浸没在水中,排开水的体积V排=V铁牛=1m3
根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g可知,图乙中铁牛受到的浮力
F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×1m3×10N/kg=1.0×104N
(4)图甲中绳子拉力为0,此时船和泥沙整体漂浮,浮力等于船和泥沙的总重力,即F浮1=G船+G沙
图丙中,把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,此时船处漂浮,浮力等于船的重力,即F浮2=G船
根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g可得
因为ΔF浮=G沙,所以沙子的重力为G沙=m沙g=10×103kg×10N/kg=1×105N
则ΔF浮=G沙=1×105N,则
(5)为防止铁牛陷入沙子中,可以在铁牛下方垫一块较大的木板等,增大受力面积,根据p=F/S
可知,在压力一定时,增大受力面积可以减小压强。
题型七、探究实验题
1.(24-25八年级下·金山·期中)小金在课上探究浮力大小与那些因素有关。
(1)如图所示,重为7牛的铜块A一半浸没在水中,弹簧测力计的示数为5牛,则金属块A所受浮力为 牛,方向 ;
(2)剪断连接金属块的细线,铜块下沉过程中受到的浮力将( )
A.越来越大 B.先变大后不变 C.保持不变 D.先变大后变小
(3)物块沉底后,水对铜块上、下表面产生的压力差为 N;
(4)若将两块质量相同的实心铝块和铜块浸没在水中(铜>铝),则它们所受的浮力( )
A.铜块大 B.铝块大 C.一样大 D.条件不足,无法判断
【答案】(1) 2,竖直向上;(2)B;(3)4;(4)B
【详解】(1)根据称重法,铜块的一半浸在水中时受到的浮力F浮=G-F示=7N-5N=2N
浮力方向始终与重力方向相反,在水中竖直向上。
(2)铜块下沉过程中,排开水的体积V排先增大(完全浸没前),后保持不变(完全浸没后),根据F浮=ρ液gV排,浮力先变大后不变,故ACD不符合题意,B符合题意。故选B。
(3)已知铜块的一半浸在水中时受到的浮力为2N,沉底时排开的体积是原来的2倍,根据F浮=ρ液gV排,浮力也变为原来的2倍,故此时受到的浮力为4N,由浮力产生原因(压力差)可知,水对铜块上下表面压力差等于浮力,故为4N。
(4)质量相同时,根据V=m/ρ可知,铝块体积更大(因ρ铝<ρ铜),浸没时V排铝>V排铜,由F浮=ρ液gV排可知铝块受浮力更大,故ACD不符合题意,B符合题意。选B。
2.下列A、B、C、D四幅图是“探究浮力的大小与排开水所受重力关系”的过程情景。
(1)实验中所用圆柱体的重力为 N;
(2)在情景图B中存在的错误是 ;
(3)纠正错误后,继续实验,在情景C时圆柱体受到浮力F浮为______N;
(4)圆柱体排开的水所受的重力G排为( )N;
(5)实验结果表明浸在水中的物体受到的浮力 物体排开水所受到的重力。
(6)纠正错误后,圆柱体从刚接触水面到全部浸没水中,水对溢水杯底的压强 。(选填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“保持不变”)。
【答案】 4.2 水未到溢水杯的溢水口 1.2 1.2 等于 保持不变
【详解】(1)由图B知,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为4.2N,此时圆柱体未浸入水中,其重力为4.2N。
(2)要探究浮力的大小与排开水所受重力的关系,需让物体浸入水中时,排开的水全都溢到小桶中,而图B中,溢水杯中的水未到溢水口,这会造成溢出的水的体积小于物体排开的水的体积。
(3)由图C知,圆柱体浸在水中时,弹簧测力计的示数为3N,则此时圆柱体受到的浮力
F浮=G-F示=4.2N-3N=1.2N
(4)由图A、D知,空小桶的重力为0.8N,小桶及水的重力为2N,则圆柱体排开的水的重力为G水=G总-G桶=2N-0.8N=1.2N
(5)由第(3)和第(4)小题知,浸在水中的物体受到的浮力等于物体排开水所受的重力。
(6)圆柱体从刚接触水面到全部浸没水的过程中,圆柱体排开水的体积增大,小桶中接到的水的体积也增大,而溢水杯中水的深度保持不变,据p=ρgh溢水杯中水到杯底的压强不变。
3.小明所在实验小组利用弹簧测力计、圆柱形金属块、烧杯等器材,按照如图所示步骤探究浮力的大小跟哪些因素有关。()
(1)圆柱形金属块所受重力为 N,所受浮力的方向 向上。分析实验图像可知金属块全部浸没在水中时所受的浮力为 N;
(2)分析比较实验步骤A、B、C、D可知:浮力大小与物体 有关;分析比较A、D、E实验步骤还可以探究的实验问题是 ;
(3)同组的小刚根据实验步骤A、B、C得出结论:浮力大小与物体浸入液体的深度有关,深度越大,浮力越大,他的实验结论不正确的原因是 ;
(4)本实验所用的金属块的密度为 。
【答案】 3.7 竖直 1 排开液体的体积 物体受到的浮力大小与液体密度的关系 没有控制排开液体的体积相同
【详解】(1)由图知,弹簧测力计的分度值为0.1N,示数为3.7N,即物体的重力为3.7N。
金属块受到的浮力、拉力、重力三个力平衡,重力的方向竖直向上,拉力、浮力的方向是竖直向上的。金属块全部浸没在水中时所受的浮力为
(2)分析比较A、B、C、D可知,液体密度相同时,物体排开液体的体积不同,弹簧测力计的示数不同,据F浮=G-F可知,物体受到的浮力不同,所以物体受到的浮力大小与物体排开液体的体积有关。
分析比较A、D、E可知,物体排开液体的体积相同,液体的密度不相同,弹簧测力计的示数不同,根据F浮=G-F可知,物体受到的浮力不同,所以分析比较A、D、E实验还可以探究物体受到的浮力大小与液体密度的关系。
(3)在实验A、B、C中,控制液体的密度相同,排开液体的体积不同,深度不同,不能探究浮力大小与物体浸入液体深度的关系,原因是没有控制排开液体的体积相同。
(4)根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g 知,物体排开液体的体积为
金属块的体积,金属块的质量
金属块的密度
4.“彩球温度计”是一种精美的居家装饰品,也是一种很特别的温度计,可用于粗略地测量环境温度。如图甲所示,玻璃管中装有对温度敏感的液体,当外界温度变化时,玻璃管中液体的密度会随之变化。液体中装有体积相同的五颜六色的彩球,每个彩球都标注有特定的温度。当彩球都在玻璃管中静止,不再运动时,所有上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度。当外界温度降低时,液体中有部分彩球上浮至“彩球温度计”的上部(彩球体积变化可忽略)。图乙是某温度时彩球温度计中的彩球稳定后的分布情况。请根据以上信息并结合所学知识,回答下面问题:
【答案】 c 甲 < 高于 否 彩球c浸没在液体中虽然静止,它除了受到重力和浮力外,还受到其他作用力。
【详解】(1)当彩球都在玻璃管中静止,不再运动时,所有上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度。如图乙所示,所有上浮彩球中最下方一个为彩球 c , 故彩球 c 上标注的温度是当时的环境温度。
(2)甲乙两图作为对比发现,部分小球在甲液体中沉底,乙液体中却上浮,可以确定小球在乙液体中受到的浮力大于在甲液体中受到的浮力。由于浸没在液体中的小球,由于排开液体的体积不变,根据F浮=ρ液gV排可知,液体密度,又因为温度越高,上浮的小球越多,则可确定液体密度随温度的升高而减小,故甲“彩球温度计”所处环境温度较高。
(3)如图所示,彩球a和彩球 c 在同种液体中都处于浸没状态,根据F浮=ρ液gV排可知,两小球受到的浮力相同,但彩球a位于彩球 c 上方,说明彩球a的重力小于彩球 c 的重力,再根据可知。
若环境温度超过这个彩球标示的温度时,彩球就会下沉,则可确定是下方的彩球c先下沉,故彩球a标注的温度高于彩球c标注的温度。
(4)彩球c不是悬浮状态,彩球c浸没在液体中虽然静止,它除了受到重力和浮力外,还受到其他作用力,比如上方小球对它的压力。
5.(2025·虹口·一模)资料显示,海水的密度与深度、温度等因素有关。不同海域海水密度随深度变化的情况不尽相同,图(a)为某热带海域海水密度随深度变化的图像,潜艇在此海域通常能安全航行。但有时海水密度会突然发生变化,形成“海中断崖”的现象,如图(b)所示,一旦潜艇遇到该现象,其运动状态会发生急速改变,可能引发灾难性事故。
(1)如图(a)所示,该热带海域0~1000米深度内,海水密度随深度的增大而 (选填“增大”或“减小”)。
(2)如图(b)所示,现有一艘潜艇在高密度水层水平航行,当它驶入低密度水层时,会突然 (选填“上升”或“下降”)。结合所学知识,指出该潜艇运动状态发生改变的原因,并写出分析过程: 。
【答案】(1)增大;(2)下降,见解析
【详解】(1)由图可知,该热带海域0~1000米深度内,深度越大,海水的密度越大,即海水密度随深度的增大而增大。
(2)潜艇在高密度水层水平航行,当它驶入低密度水层时,由F浮=ρ液gV排得,在排开液体的体积一定时,液体的密度变小,浮力变小,浮力小于重力,会突然下降。
6.(24-25九年级上·上海·阶段练习)某同学探究在盛有液体的柱形容器内浸入某漂浮的实心物体前后,容器底部受到液体压强的增加量Δp与哪些因素有关,他猜想:Δp与物体的密度ρ物和体积V物有关。于是选择了六个漂浮的实心体,先后放入盛有某种液体的同一柱形容器中(液体不溢出),并测得Δp,见下表。
序号
1
2
3
4
5
6
现象
V物(米3)
0.001
0.001
0.001
0.0015
0.002
0.004
ρ物(千克/米3)
800
600
400
400
400
200
Δp(帕)
160
120
80
120
160
(1)根据序号1与4的数据, (选填“可以”或“不可以”)验证Δp与漂浮的实心物体的密度ρ物相关的猜想,依据是: ;
(2)根据序号 的数据,可得到的初步结论是:当不同体积、相同ρ物的实心物体浸入盛有某种液体的同一柱形容器中漂浮时, ;
(3)请填写实验序号6中相关数据:Δp为 。
【答案】(1)不可以,没有控制物体体积相同;(2)3、4与5,Δp与V物成正比;(3)160Pa
【详解】(1)要验证Δp与漂浮的实心物体的密度ρ物的关系时,应控制物体体积V物相等。由表格中数据知,1与4两次实验中物体的体积不同,所以不可以验证此次猜想。
(2)比较3、4、5三次实验数据,物体的密度相同,体积不同,且物体体积增大几倍,Δp也增大几倍,可得:当不同体积、相同ρ物的实心物体浸入盛有某种液体的同一柱形容器中漂浮时,Δp与V物成正比。
(3)由表中1、2、3次实验数据知,物体体积V物相同时,Δp与ρ物成正比;由表中3、4、5次实验数据知,物体的密度相同时,Δp与V物成正比。与第5次相比,第6次物体的体积是第5次的2倍,第6次液体密度是第5次的,所以Δp与第5次相同,均为160Pa。
7.某小组同学用图所示装置,研究圆柱体在水中下降的过程中弹簧测力计示数F和水对容器底部压力变化量的变化情况。他们使圆柱体在水中缓慢下降,将水面到圆柱下表面的距离h、弹簧测力计的示数F、经计算得到的水对容器底部压力变化量记录在下表中。
实验序号
1
2
3
4
5
6
h(米)
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
F(牛)
6.8
5.6
4.4
3.2
2.6
2.6
(牛)
1.2
2.4
3.6
4.8
5.4
5.4
(1)分析比较实验序号1和2和3和4数据中F和h的关系及相关条件,可得出的初步结论是:圆柱体在浸入水的过程中, ;
(2)分析比较实验序号1和2和3和4数据中和h的关系及相关条件,可得出的初步结论是:圆柱体在浸入水的过程中, ;
(3)根据表中实验数据的特征,可以推断圆柱体高度范围为 ,请根据表中实验数据结合液体内部压力、压强知识,简述你的判断理由 。
【答案】(1)圆柱体没有全部浸入以前,测力计示数F随圆柱体下表面到液面的距离h的增大而减小。(2)圆柱体在浸入水的过程中,ΔF与h成正比;(3)小于0.5m,见解析
【详解】(1)分析比较实验序号1、2、3与4数据中F和h的关系可以看出,圆柱体浸入液体中的深度小于圆柱体的高,即圆柱体没有全部浸入以前,测力计示数F随圆柱体下表面到液面的距离h的增大而减小。
(2)在1、2、3与4数据中ΔF与h的数据可得
则在圆柱体浸入水的过程中,ΔF与h的比值是一个定值,所以圆柱体在浸入水的过程中,ΔF与h成正比。
(3)由表可知,当水面到圆柱下表面的距离为0.5m时,水面到圆柱下表面的距离与ΔF不成正比,因此圆柱体高度范围为小于0.5m。
8.(2025·杨浦·一模)阅读以下材料,回答相关问题∶
“海中断崖”
一般情况下海水的密度随深度增大而增大,而在某些情况下,在一定深度范围内,由于盐度或温度的影响,上层海水密度大于其下方的海水密度。这种密度的倒转就像在海洋中形成了一个“断崖”。我国海军372潜艇就曾遭遇过“海中断崖”,潜艇下潜至某海域后骤然下降,官兵通过一系列的操作,最终使得潜艇重新回到海面。
(1)若372潜艇在某海域航行时,排开海水的体积约为3×106米3,求潜艇受到的浮力F浮。(航行海域的海水密度近似看作1.0×103千克/米3)
(2)某小组同学想了解浸没在密度不同液体中物体的沉浮情况,选用重为0.22牛的物块先后浸没在密度不同的液体中,将测得物体受到的浮力大小与观察到的物体沉浮情况记录在表中。
序号
1
2
3
4
5
液体的密度ρ液(g/cm3)
0.7
0.8
1.0
1.2
1.5
物块的沉浮情况
下沉
下沉
下沉
上浮
上浮
浮力F浮(N)
0.14
0.16
0.20
0.24
0.30
a.分析表中物体受到的浮力F浮与液体的密度ρ液的关系,可得初步结论:当同一物体浸没在不同种液体中, 。
b.分析表中数据,比较物体受到的浮力F浮与物体重力G物的大小关系,可得初步结论:当 时,浸没在液体中的物体会下沉;当 时,浸没在液体中的物体会上浮。
(3)请结合你所学过的知识,解释372潜艇骤然下降可能的原因。
(4)如果你是潜艇上的官兵,你有什么好方法能帮助潜艇重新上浮?请简要说明理由。
【答案】(1)3×1010N;(2)液体的密度越大,物体受到的浮力越大;物体受到的浮力小于物体的重力; 物体受到的浮力大于物体的重力;(3)见解析;(4)见解析
【详解】(1)由题意可知,潜水器排开海水的体积为3×106m3,则潜水器受到的浮力大小为
F浮=ρ海水V排g=1.0×103kg/m3×3×106m3×10N/kg=3×1010N
(2)根据表格数据得:当同一物体浸没在不同种液体中,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
根据表格数据得:当物体受到的浮力小于物体的重力时,浸没在液体中的物体会下沉;当物体受到的浮力大于物体的重力时,浸没在液体中的物体会上浮。
(3)当海水的密度突然变小时,根据F浮=ρ海水V排g可知,潜艇受到的浮力变小,当浮力小于重力时潜艇会骤然下降。
(4)若排出下沉潜艇内的一部分水时,潜艇的重力减小,当重力小于浮力时潜艇会上浮。
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