内容正文:
物理
1
2
模块三 力学
大单元二 密度、压强和浮力
专项突破4 压强、浮力综合计算
3
一、漂浮、悬浮、上压、下拉模型
方法指导
模型 漂浮模型 悬浮模型 上压模型 下拉模型
模型图示
受力分析
列等式 __________
支 ____
压
4
1.如图所示,底面积为 的薄壁圆柱形容器盛有适量的水.体积为
的木块 漂浮在水面上,有五分之一的体积露出水面,如图甲.
现将一底面积为的合金块放在木块上方,木块 恰好浸没水中,
如图乙.则:木块的重力为___;合金块的重力为___ ; 甲乙两图对比,
容器对桌面的压强变化量为_____ .
第1题图
8
2
100
5
第1题图
【解析】图甲中, 受到的浮力为
甲、乙两图对比,容器对桌面的压力增加量等于合金
块的重力,受力面积不变,根据 ,容器对桌面
的压强变化量为 .
.木块漂浮,根据浮沉条件可知,木块 的重力为.图甲中木块漂浮,浮力等于重力,图乙中,
、 整体漂浮,浮力等于重力,所以合金块 的重力为
.
6
2.[2021福建22题2分]如图,将一棱长为 的正方体木块放入装有某液
体的圆柱形容器中.木块静止时露出液面的高度为 ,液面比放入前升
高,容器底部受到液体的压强变化了 ,则木块底部受到液体压
强为_____,木块受到的浮力为____ .
第2题图
640
6.4
7
第2题图
【解析】液面比放入前升高,即 ,容器底部受到液体的
压强变化了;由 得,液体的密度
;正方体木块的棱长为 ,木块静止时露出液面的高度为
,则木块下表面到水面的距离;
则木块底部受到的液体压强
,
木块排开液体的体积
;木块受到
的浮力 .
8
3.[2025泉州二检]如图所示,放在水平面上的圆台形容器内装有某种液体,
将重为、体积为的圆柱体浸没在容器内的液体中,当 静止
时,受到细线的拉力为,,此时容器内的液面升高了 ,
液体对容器底部的压强增加了,则液体的密度 __________
,圆柱体的密度__________ .
第3题图
9
第3题图
【解析】容器内的液面升高了 ,液体对容器底部的压强增加了
,由可得, ,解得
;对进行受力分析,可得 ,因为
,即浮力与重力之比为; 浸没在液
体中,, ,解得
.
10
4.如图所示,一个重为,棱长为的正方体 被细线拉住恰好一半
的体积浸在水中,其下表面距离容器底部为,此时水对正方体 下表
面的压强为_____,绳子的拉力为___ .
第4题图
500
1
11
第4题图
【解析】棱长为的正方体 被细线拉住恰好一半的体积浸在水中,
下表面浸入水中的深度为;水对正方体 下表面的
压强 ;
当一半浸入时,则排开水的体积
,根据阿基米德原
理,此时正方体受到的浮力,此时绳子的拉力 .
12
5.兴趣小组自制“潜水艇”,将其放入一个底面积为、水深 为
的薄壁柱形容器内.“潜水艇”放入水中恰好悬浮,如图所示,此时水
深为 ,“潜水艇”受到的重力______(填“大于”“等于”或“小于”)受
到的浮力.打开进水阀门,空腔内开始进水,“潜水艇”下沉,最终“潜水艇”
沉底且空腔充满水,此时容器底部受到水的压强为_______ .
(“潜水艇”的材料密度 )
第5题图
等于
1 100
13
第5题图
【解析】“潜水艇”放入水中恰好悬浮,根据物体的浮沉条件可知,此时
“潜水艇”受到的重力等于受到的浮力;潜水艇排开水的体积
,则潜水艇的
体积 ,潜水艇受到的浮力
,
由于潜水艇悬浮在水中,根据物体的浮沉条件可知,潜水艇的重力
,由 可知,潜水艇的质量
,由 可知,潜水艇材料的体积
14
,则潜水艇空腔的体积
,当 “潜水艇”沉底且空
腔充满水,容器中水下降的高度 ,此时容器中
水的深度 ,容器底部受
到水的压强
第5题图
.
6.[2020福建16题2分]如图,体积相同的两物体、 用不可伸长的细线系住,
放入水中后,有四分之一体积露出水面,细线被拉直.已知重, 受
到的浮力为,、密度之比为 .那么( )
第6题图
A. 、所受的重力之比为
B. 、所受的浮力之比为
C. 细线对 的拉力大小为
D. 对容器底部的压力为零
√
16
【解析】由题知,、密度之比, ,由
可得,、 所受的重力之比
,故A错误;已知
、 的体积相同,设均为,有四分之一体积露出水面,
则 排开水的体积,排开水的体积,则、 所受的浮
力之比 ,故B错误;由题知,
受到的浮力,因,则 受到的浮力
第6题图
17
, 受到向上的浮力、向下的重力和拉力,
由力的平衡条件可得细线对 的拉力大小
,故C错误;因为 ,且
,所以;静止,受力平衡,对 进
行受力分析可得, 对容器底部的压力
,故D正确.故选D.
第6题图
7.[2023福建30题8分]小华利用氦气球与探空仪了解空气状况.如图甲所示,
质量为的探空仪静止在水平桌面上,与桌面接触面积为 .在室
内测试时,将探空仪固定在充有氦气的气球上,释放后氦气球恰好能携带
探空仪悬浮在空中,如图乙所示.已知球壳质量为 ,球内氦气的密
度为,室内空气的密度为 .求:
第7题图
(1)探空仪所受的重力;
解:探空仪的重力
;
19
(2)探空仪对水平桌面的压强;
探空仪对水平桌面的压力 ,
则探空仪对水平桌面的压强
;
第7题图
第7题图
(3)悬浮时氦气球的体积(计算浮力时,不计探空仪的体积和球壳的厚
度).
气球悬浮,则 ①
不计探空仪的体积和球壳的厚度,则氦气球受到的浮力 ②
氦气的质量 ③
联立①②③可得,悬浮时氦气球的体积
.
21
二、入水、出水模型
方法指导
入水引起的液面变化(出水是入水的逆过程,同样遵循以下规律)
物体浸入一定深度与物体下移一定距离的液面变化对比#1.2
示意图 液面变化分析
物体浸
入水中
的深度
为 当物体浸入液体中深度为 时,实际上是一个动
态过程,物体一边下降,液面一边上升,物体
下降的深度加上液面上升的高度刚好为
22
示意图 液面变化分析
物体在
液体中
下移一
定距离 当物体以原来的液面为参照物下移 ,同时液面
还要上升一定的高度,即物体浸入液体中的深
度不止;方法一:设液面上升的高度为 ,
则 ,方法二:因为
,所以
续表
23
1.如图甲所示,装有水的薄壁柱形容器放置在水平桌面上,拉力传感器拉
着实心柱体重物浸没在水中,已知重物底面积为,容器底面积为 .拉
力传感器拉着重物从图甲位置开始缓慢竖直上升,传感器所受拉力 随重
物底部到容器底部距离 变化的关系图线如图乙,不计水的阻力.下列说法
正确的是( )
第1题图
A. 重物浸没在水中时所受浮力为
B. 重物的密度为
C. 重物的高度为
D. 重物出水前后,水对容器底部压强的变化量为
√
24
关键点:将物体的出水过程与图像的每一段图线对应起来
①弹簧测力计示数为___ ,物体完全浸没,排开水
的体积不变,受到的浮力______,此时物体受到的浮力最____.
3
不变
大
② 时:物体上表面与液面相平,开始出水.
③ 物体逐渐离开水中,拉力变____,浮力变____.
④时:物体下表面与液面相平,可知 物体上升的高度为
____ .
⑤弹簧测力计示数为___ ,此时物体已出水,根据二力平衡条件可
知,物体的重力为___.结合①可知物体浸没时受到的浮力为___ .
大
小
0.2
5
5
2
25
【解析】由图乙可知,当重物 浸没在水中时,传感器所受的拉力,当
上表面与水面相平时,重物 底部到容器底部的距离,当离开水
面时,重物 底部到容器底部的距离,所以重物的重力
,由称重法可知,重物 浸没时在水中受到的浮力
,故A错误;根据阿基米德原理 可知,重物的体积
,
由可知重物 的密度
,故B错误;
第1题图
26
出水后,液面高度变化量, 的高度,则,,故C错误;出水前后,水对容器底部压强的变化量 , 故D正确.故选D.
第1题图
2.[2022福建31题改编]如图是一款能自动浮沉的潜水玩具,正方体潜水器内装有
智能电磁铁,将它放入装有水的圆柱形薄壁容器中,容器放置在水平铁板上,不
计容器的重力.潜水器启动后通过传感器测出其底部与铁板间的距离,自动调节
电磁铁电流大小,改变潜水器与铁板间的吸引力 的大小.闭合开关前,潜水器处
于漂浮状态.闭合开关,潜水器启动后先匀速下沉,完全浸入水中后,变为加速
下沉直至容器底部,下沉全过程随 变化的关系保持不变,
水深变化的影响忽略不计.已知潜水器的边长为 ,
重为,容器的底面积为,水深为 .求:#1
第2题图
基础设问
(1)潜水器漂浮时受到的浮力.
解:潜水器处于漂浮状态时,潜水器受到的浮力 ;
28
(2)潜水器漂浮时浸入水中的深度.
解:潜水器的底面积
;
由 得,漂浮时浸入水中的深度
;
第2题图
(3)下沉全过程潜水器下降的距离.
解:潜水器漂浮时,浸入水中的深度为 ,即等于潜水器边长
的一半,则此时潜水器的重心恰好与水面相平,沉底时,重心距容器底
,所以潜水器下降的距离
;
29
(4)下沉全过程潜水器重力所做的功.
第2题图
解:潜水器的重力所做的功
;
提升设问
(5)潜水器匀速下沉时,随 变化的关系式.
解:潜水器匀速下沉时,随 变化的关系式为
;依题意,潜水器浸没后
加速下沉,随 的变化关系不变,即 ;
30
第2题图
(7)潜水器漂浮时,潜水器和水的总重.
解:潜水器漂浮时,潜水器受到的重力等于
它排开水的重力,因此潜水器和水的总重等于
容器中只装深的水重 ;潜水器和水的总
重 ;
(6)潜水器沉底静止时,受到的吸引力.
解:潜水器沉底静止时,,受到的吸引力 ;
31
(8)潜水器沉底静止时,容器对铁板的压力.
解:潜水器沉底静止时,容器对铁板的压力
第2题图
;
(9)潜水器沉底静止时,容器对铁板的压强.
解:容器的底面积 ,
由 可得,容器对铁板的压强 .
3.如图甲所示,一个棱长为 的正方体静止在容器底,上表面离水面深度为,
容器底面积为 .现用一根粗细和重力不计的绳子,将该物体从水底竖直向
上拉,直至完全拉出水面,在整个拉动过程中物体始终保持匀速运动,拉力的大
小随时间变化的关系如图乙所示.取 , 求:
第3题图
(1)物体在露出水面前受到绳子的拉力;
解:正方体未露出水面时受到的浮力
,
由图像可知露出水面后绳子的拉力即物体的重力
,当重物未露出水面时,拉力
;
33
(2)物体的密度;
第3题图
物体的质量 ,
密度 ;
(3)物体在水底时,上表面受到水的压强;
由图乙可知,从上表面离开水面到下表面离开水面用时 ,该过程中,物体移
动的距离与液面变化关系为 ,液面变化
, ,所以物体运动的速度
,上表面上升至水面用时 ,所以物体距液
面深度 ,
.
34
(4)[涉及液面变化]物体上表面刚好接触水面后,继续向上运动 时,
水对容器底的压强.
物体内上升的高度
,分析可知,该过程中液面下降的高度
,代入数据,解得 ,此时水面的深度
,水对容器底的压强 .
第3题图
35
三、注水、排水模型
方法指导
1.无外力作用时(注水模型)#1.1
示意图
浮力变化 液体体积增大 增大 增大
当时, 不再变化 液体体积增大增大 增大
当 时, 不再变化
36
过程分析
及液面高
度变化 ,物体保持不动,
,物体
上浮, 物体始终保持不动
,
,
示意图
2.有外力作用时的特殊时刻状态分析:(下拉模型)
①物体刚好漂浮、细绳刚好被拉直,所受力及其关系为 .
②物体刚好被浸没、浸没后继续加水,所受力及其关系为 .
1.如图甲所示,一足够高、底面积为 的轻质容器用细线与正方体
木块相连,朝容器内缓慢加水,木块受到的浮力 与容器内水的深度变化
关系如图乙所示.下列说法不正确的是( )
A. 木块受到浮力为时,容器底部受到水
的压强为
B. 木块刚好漂浮到刚好浸没,上升高度为
C. 木块刚好浸没后停止加水并剪断细线,待木块静止后,
液面下降的深度为
D. 木块刚好浸没后停止加水并剪断细线,待木块重新静止后,与剪断细
线前相比,水对容器底部压强的变化量为
√
第1题图
38
【解析】由图乙可知,木块受到浮力为 时,容器中水的深度
,则容器底部受到水的压强
,故A不符合题意;由图乙可知,
当木块受到的浮力为 时,木块处于漂浮状态,则木块的重力
,由题意可知,木块浸没时受到的浮力为,因为 ,所
以木块的体积 ,所以
木块的棱长
,则整个过程中木块上升的高度
,
故B符合题意;
第1题图
39
由题意可知,剪断绳子后,待木块静止后,木块漂浮,则 ,
木块排开水的体积 ,所
以液面下降的深度为 ,
故C不符合题意;水对容器底的压强变化量
第1题图
,故D不符合题意,故选B.
关键点:知道图像每一段的含义
①段:液面逐渐上升,______(填变化情况),___ .
②段:当___,木块漂浮,若继续注水,仍漂浮, ______
(填变化情况).
③段:继续注水,绳子拉直,有 _________;水面逐渐高过木块底
部, ______(填变化情况).
④段:继续注水,木块浸没在水中, ______(填变化情况).
变大
不变
变大
不变
41
2.[2024云南改编]一质量为、底面积为、高为 的不吸水
圆柱体放在盛有 水的薄壁(厚度不计)柱形容器内,容器底面积为
,如图所示.打开阀门,放出 的水后关闭阀门
.求:
第2题图
(1)圆柱体漂浮时受到的浮力.
解:圆柱体漂浮时受到的浮力
.
42
(2)放水前水面距容器底部的高度.
第2题图
放水前,根据 得圆柱体排开水的体积
,
放水前容器内水的体积
,
圆柱体浸在水中的体积和水的总体积
,
放水前水面距容器底部的高度
.
43
第2题图
(3)放水前圆柱体浸入水中的高度.
放水前圆柱体浸入水中的高度
.
(4)放水后水的体积.
放水后水的质量 ,
放水后水的体积
.
44
第2题图
(5)放水后水的高度.
假设放水后圆柱体未沉底,则放水后水的
高度, ,
假设不成立,故放水后圆柱体沉底,则放水后水的高度
.
(6)放水后水对容器底部的压强.
放水后水对容器底部的压强
.
45
3.[2025兰州]如图甲是利用“浮筒打捞法”打捞沉船的示意图,浮筒是密封的大钢
筒,能浮在水面上.打捞工作船把若干个浮筒拖到沉船所在位置上方的水面上,
将浮筒灌满水,让它们沉到水底.潜水员用钢索把灌满水的浮筒拴牢在船的两侧,
然后用压气机将空气压进浮筒,把水排出,浮筒就会带着沉船一起浮到水面上来
.小雅利用上述原理制作了实心沉船模型 和空心浮筒模型来模拟打捞沉船的过
程:、 间用轻质细绳相连,将、放入水平地面上一个装有适量水、足够高
的圆柱形容器中, 利用容器中的水自动充水,充满水后、的位置如图乙所
示,此时, 对容器底部的压力为.打捞时,
向中充气,当 中的水全部排出至容器中时,
浮出水面,、静止时的位置如图丙所示.已
知的质量为 ,体积为,的质量
为,体积为 ,圆柱形容器的底面积为 .求:
第3题图
46
(1)图乙中 受到的浮力;
解:由阿基米德原理得图乙中模型受到的浮力为
.
第3题图
47
第3题图
的水的体积,即 .
由和,根据题意知道,空心部分的体积等于 中充入
(2) 空心部分的体积;
图乙中,以、整体为研究对象,受到重力、浮力 和容器底的支持力,且
根据力的相互作用知 ,整体受到的浮力为
,整体受到的重力为 水,由于三力平衡,所以
水,中充入的水的重力为水
,
48
(3)乙、丙两图中,水对容器底部压强的变化量 .
图丙中,以、 整体为研究对象,受到重力、浮力,处于漂浮状态,则整体所
受浮力 ,
排开水的总体积为 ,,则容器内水的体
积变化为
,液面变化的高度为
第3题图
49
$