内容正文:
第11讲 物体浮沉条件及其应用 (建议用时:30 min)
一、选择题
1.(2024温州一模)如图,一杯柠檬水中的两片柠檬片处于水中不同位置,这是因为二者的( )
第1题图
A.质量不同 B.体积不同
C.密度不同 D.比热不同
2.(2025杭州上城区一模)小金取两块相同的实心橡皮泥,将一块橡皮泥放入水中如A,发现沉底。将另一块橡皮泥捏成碗状如B,放入水中,发现漂浮在水面,下列说法正确的是( )
第2题图
A.橡皮泥A的密度小于水的密度
B.橡皮泥B所受浮力大于自身重力
C.橡皮泥B排开水的体积大于橡皮泥A的体积
D.橡皮泥B排开水的质量大于橡皮泥A的质量
3.(2022舟山中考)学习了物体的浮沉条件后,小舟做了如下实验:在两个薄气球中加满温水,扎紧后剪去多余部分,分别浸没于盛有冷水与热水的玻璃杯中(如图)。若不计气球自重,放手后两气球的运动情况是( )
第3题图
A.冷水、热水中都下沉
B.冷水中下沉,热水中上升
C.冷水、热水中都上升
D.冷水中上升,热水中下沉
4.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( )
第4题图
二、填空题
5.近期,考古专家在温州西山发现了唐开元前后的独木舟,为我国独木舟发展的历史研究提供了重要实物资料。
(1)古人把“独木”掏空成“舟”,独木舟载人后,浮力将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)若独木舟漂浮在河面上,排开水的体积为1.2米3,则其受到水的浮力为 牛。(g取10牛/千克,河水密度取1.0×103千克/米3)
6.我国的“极目一号”浮空艇(如图)创造过海拔9 000米的大气科学观测世界纪录。内部囊体上层充满氦气,中间隔开,下层是空气。(g取10牛/千克)
第6题图
(1)如图所示,浮空艇在海拔4 300米处的营地,空气密度约为0.8千克/米3,该艇在升空前体积可达9 060米3,此时浮空艇受到的浮力大小约为 牛。
(2)通过对囊内氦气和空气的充放,可实现浮空艇的升降,升降过程中艇体体积不变。相同条件下氦气密度小于空气密度,要使浮空艇下降至地面,可采取的方法是 。
7.将木块A和金属块B按甲、乙两种不同的方式,分别放入装有水、盐水的相同容器中,物体静止时两容器中液面相平(如图所示)。则木块受到的浮力F甲 F乙;容器中原来的液面高度h甲 h乙。(均选填“>”“<”或“=”)
甲 乙
第7题图
三、综合题
8.[项目化学习](2025宁波十二校联考)某项目小组利用硬质塑料瓶制作潜水艇,塑料瓶厚度不计,两个舱之间密封不连通,水舱与注射器通过塑料软管相连,移动注射器活塞可以实现潜水艇的浮沉,模型如图甲。
(1)为实现潜水艇的上浮,小组同学的操作是: ,从而排出水舱内的水,实现上浮。
(2)如图乙所示,潜水艇完成从B到A上浮的过程,其浮力变化情况是 。
(3)已知某小组同学采用的材料总质量0.5千克,体积650 厘米3,现有100毫升和200毫升两种规格的注射器,请通过计算说明应该选择哪种规格的注射器能实现在水中悬浮。(g取10牛/千克)
甲
乙
第8题图
9.(2024丽水一模)如图是小科制作的浮力秤。
第9题图
【制作原理】物体漂浮时所受的浮力等于重力。
【制作步骤】①将底面积为S的厚底玻璃小桶竖直漂浮在水面上,在水面与小桶相交处h1标零刻度;
②在小桶内放上质量m为100克小铁块,小桶保持竖直漂浮,在水面与小桶相交处h2标100克,小筒浸入水中的深度增加了Δh=h2-h1;
③在h1和h2刻度之间进行10等分,每等份表示10克。
【提出问题】步骤③中标记浮力秤刻度可以用等分法吗?
【实验探究】在小桶中分步倒入不同质量的液体,测量小筒浸入液体中增加的深度与所加液体的质量m,获得数据如下表:(已知ρ盐水>ρ水>ρ酒精)
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
液体
水
酒精
盐水
m/克
10
20
30
10
20
30
10
20
30
Δh/厘米
2.0
4.0
6.0
2.5
5.0
7.5
1.7
3.4
5.1
(1)分析表格中Δh和m数据关系,可得出的结论是 。
(2)要研究Δh和ρ液的关系,应选择实验 (填序号)。若要增大浮力秤精确度,可选用密度 (选填“大”或“小”)的液体。
【理论推导】根据二力平衡及漂浮原理,请用上述实验中的物理量字母(ρ液、Δh、S、m)推导并判断浮力秤刻度是否可用等分法。
参考答案
1.C 2.C 3.D
4.D 【解析】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F浮=ρ液gV排可知碗受到的浮力也不变,为一条平行于时间轴的线段,故选D。
5.(1)变大 (2)1.2×104
6.(1)72 480 (2)排出部分氦气
7.> <
【解析】由图可知,木块A和金属块B在水和盐水中均处于漂浮状态,受到的浮力等于它们总的重力,F甲=GA+GB,F乙浮=GA+GB=F乙+FB,所以F甲=F乙+FB,即F甲>F乙;由F甲=F乙浮=GA+GB,即ρ水V甲排g=ρ盐水V乙排g,即ρ水V甲排=ρ盐水V乙排,因为ρ水<ρ盐水,所以V甲排>V乙排;因为物体静止时两容器中液面相平,所以容器中原来液体体积为V甲<V乙,由于是两个相同的容器,则容器底的面积相同,根据h=,可知h甲<h乙。
8.(1)推动活塞,给潜水艇打气
(2)先不变后变小
(3)解:潜水艇悬浮时受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×650×10-6 m3=6.5 N
材料的总质量为0.5 kg,则材料的总重力G=mg=0.5 kg×10 N/kg=5 N
因该潜水艇材料的总重力小于悬浮时的浮力,所以需在水舱内注水
需注入水的重力ΔG水=F浮-G=6.5 N-5 N=1.5 N
需注入水的体积ΔV水====1.5×10-4 m3=150 mL
假设注射器抽出多少气体就有多少体积的水进入水舱,则注射器的体积应大于等于150 mL,因此应选200 mL的注射器
9.(1)同一液体,小桶在液体中增加的深度Δh与倒入桶内的液体质量m成正比,可用等分法标刻度
(2)1、4、7或2、5、8或3、6、9 小
【理论推导】因为浮力秤漂浮,ΔF浮=G物
又因为ΔF浮=ρ液gΔV排=ρ液gSΔh,G物=mg
所以ρ液gSΔh=mg,可得Δh==
因为ρ液S是一个常数,所以小桶浸入水中增加的深度Δh与加入其中的物体质量m成正比,因此可用等分法确定刻度
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