内容正文:
研究河北新考情 更懂中考新方向
河北新中考
物理
精讲册
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第一部分 系统复习 成绩基石
板块二 力学与机械
第八章 压强与浮力
微专题四 液体深度变化引发的压强与浮力联动分析、综合计算
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液体深度变化(由物体排开液体体积变化、物态变化等引起)与压强、浮力的联动分析,是河北中考力学综合题的核心考点,常以实验探究、计算应用题形式出现(占3-5分)。新课标要求通过具体 情 境(如物体浸入、溶液稀释)分析“V 排变化 →液面深度△h 变化 → 液体压强△p 变化”的逻辑链,同时结合阿基米德原理、浮沉条件计算浮力,体现“科学探究”与“运动和相互作用”核心素养,强调 “从实验到理论”“从生活到物理”的应用(如轮船载货、冰山熔化对海面压强的影响)。
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压强与浮力的联动核心是“排开液体体积 V排”—V排的变化直接导致液面深度△h 变化,进而引发液体压强△p 变化,三者通过以下公式关联(重点掌握柱形容器,河北中考多考查此类):
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类型 1 同一物体在不同液体中(状态不变)
特点:物体漂浮或悬浮时,F 浮= G 物(不变),但 ρ液不同 →V排不同→△h 不同 →△p 不同。
例 1 .将两个完全相同的小球,分别放入装有不同液体的甲、乙两个完全相同的烧杯中,小球静止时两烧杯液面相平,如图所示,下列判断正确的是( )
A.甲烧杯中液体的密度小
B. 乙烧杯底部受到液体的压强小
C. 甲烧杯中小球受到的浮力大
D. 甲、乙两烧杯对桌面的压力相等
B
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类型 2 不同物体在同一液体中(ρ液不变)
特 点:ρ液不变,物体质量(或密度) 不同 →F 浮 不同 →V排不同→△h 不同→△p 不同。
例 2 .在甲、乙两个相同的容器中盛质量相同的水,球 A 的 体积为1 dm³, 物块B 的质量为0.5 kg, 现 将A、B放入两容器内的水中,如图所示,则ρA (选填“>”“<” 或“=”) ρB,物块B 所受浮力为 N; 此时甲容器中水面比乙容器中高0. 1 m, 放入球A 前后,甲容器中水对容器底部的压强变化了 Pa。
>
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2×10³
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类型 3 不同物体在不同液体中
(河北中考压轴题高频情境)
特点:物体质量( 或密度 )不同、液体密度不同, 需通过 “F 浮与 G物的关系”判断浮沉状态,再分析V排→△h→ △p的联动,常结合“液面相平”“容器相同”条件命题。
分析步骤:
①判断物体浮沉状态:根据 ρ物 与ρ液的关系 (ρ物<ρ液→漂浮;ρ物=ρ液→ 悬浮;ρ物>ρ液→沉底),或通过F 浮与G物的大小关系确定状态;
②计算F 浮与 V排:漂浮或悬浮时 F 浮= G 物,沉底时 F 浮 = ρ液gV 物;
对比V排与△h: 同一容器中,V排越大→△h 越大; 不同容器若初始液面相平,需结合 V液初始体积判断最终h(V 总= V波+ V排);
计算液体压强:用p=ρ液 gh,综合ρ液和h 的大小关系判断p 的大小。
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例 3 .如图所示,两个相同的圆柱形容器放在水平桌面上,分别装有甲、乙两种不同
的液体。将体积相同、密度不同的实心球A、B 分别放入容器中静止时,A 球悬浮,B 球漂浮, h₁<h₂, 且两种液体对容器底的压强相等,下列说法正确的是( )
A. 两个小球受到的重力:GA<GB
B.两个小球受到的浮力:FA浮> FB浮
C. 两种液体的密度:ρ甲<ρ 乙
D. 两个容器对桌面的压强:p甲 >p乙
B
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解析:两种液体对容器底的压强相等,由题知,h₁< h₂, 由 p=ρgh 可知,两种液体的密度关系为ρ甲>ρ乙,故 C 错误;根据题意可知,A 球完全浸没在甲液体中,排开甲液体的体积等于A 球的体积,B 球漂浮在乙液体中,排开乙 液体的体积小于B 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,由阿基米德原理 F=ρ液 gV 排可知,两个小球的浮力关系为:FA浮>FB浮,故 B 正确;因为A 球在甲液体中悬浮,根据物体浮沉条件可知 ,Gᴀ=F 浮A;B球漂浮在乙液体中,根据物体浮沉条件可知,受到的重力GB=F 浮B,所以两个小球的重力关系为GA >GB, 故 A 错误;两种液体对容器底的压强相等,受力面积相等,根据F=pS 可知,甲、乙两种液体对容器底的压力相等;又因为容器为柱形容器且力的作用是相互的,所以液体对容器底的压力等于液体的重力和物体重力之和,由此可知两个容器对桌面的压力关系为F 甲=F乙,由于两个容器底面积相等,根据p=可知,两个容器对桌面的压强关系为p甲=p乙,故D 错误。
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类型4 物体之间被系住(绳的拉力变化引发联动)
特点:两物体通过绳子连接,绳子的拉力变化会改变系统总浮力 F浮总,进而改变 V排总→△h 变化 →△p变化,需结合“力的平衡”分析。
分析步骤:①受力分析(绳子未剪断时):F 浮总= G总 - F 绳(F 绳为绳对系统的拉力,若下面的物体对绳有拉力,则 F 绳为正);
②计算 V排总(未剪断时):V排总=;
③受力分析(绳子剪断后):绳的拉力消失(F 绳= 0),系统重新平衡,此时 F′浮总 =G总(两物体均漂浮或悬浮)或F′浮总= F′浮A+ F′浮B (一个漂浮、一 个沉底);
④计算△V排总与△h:△V排总= V' 排总- V排总,△h=;
⑤计算△p:△p=ρg△h,判断压强变化。
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例 4 .小明在探究沉与浮的条件时,用一根细线连接A、B 两个物体,放在盛水的烧杯中,处于悬浮状态,如图甲所示。剪断细线后,A 物体处于漂浮状态,B 物体沉到烧杯底部,如图乙所示。设甲、乙两图烧杯对水平桌面的压强分别 为p₁ 、p₂,水对烧杯底部的压强变化为△p, 甲图中细线的拉力为 F,乙图中B 物体对烧杯底部的压强为pB。 已知B 物体的重力为G,体积为 V, 烧杯的底面积为S, 水的密度为ρ。 以下关系式正确的有( )
B
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解析:甲、乙两图中烧杯对水平桌面的压力不变,都等于烧杯的总重力,受力面积不变,由p=知甲、乙两图烧杯对桌面的压强不变,即p₁=p₂, 故 A 错误;甲图中B 物体受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力、竖直向上的浮力,所以细线的拉力为F=G-F 浮=G-ρgV, 故 B 正确; 甲、乙两图浮力的减小量为△F浮=G-ρgV, 排开水的体积减小量为△V排== ,液面高度的减小量为:△h==,水对烧杯底部的压强变化为△p=ρg△h=ρg=,故C 错误;乙图中B 物体对烧杯底部的压强为pB=== 由于无法算出 B 的底面积,所以不能算出B 物体对烧杯底部的压强,故D 错误。
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1. 用弹簧测力计挂着一个长方体金属块,沿竖直方向缓慢浸入盛有适量水的圆柱形平底薄壁容器中,直至完全浸没(水未溢出),如图甲所示。通过实验得出金属块下表面浸入水中的深度h 与其排开水的体积 V排的关系,如图乙所示。已知金属块的质量为0.4 kg,容器的底面积与金属块的底面积之比为5:1 ,ρ水=1.0,取10 N/kg 。求 :
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(1)金属块所受的重力;
(2)金属块的下表面浸入水中的深度为2 cm 时,弹簧测力计的示数;
解:由题意可得,金属块所受的重力G =mg=0.4 kg×10 N/kg=4N
解:由图乙可知,当h=2cm 时,金属块排开水的体积 V排 =20 cm³=20×10-6m³,
此时金属块所受的浮力F 浮=ρ水gV排=1.0×10³kg/m³× 10 N/kg×20×10-6m³=0.2N
弹簧测力计的示数F 拉=G-F 浮=4 N-0.2N=3.8N
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(3)金属块刚浸没时,金属块底部受到水的压强;
(4)金属块浸没后与金属块浸入之前比较,水对容器底部的压强增加了多少。
解:由图乙可知,当h=5cm 时,金属块刚好浸没,即金属块的高度为5 cm, 此时金属块底部受到水的压强p=ρ水gh =1.0×10³kg/m³×10 N/kg×5×10-2m=500 Pa
解:金属块的底面积S金= ==10cm²
容器的底面积S金=5S金=5×10 cm²=50 cm²
增加的压力△F=F 浮′=ρ水gV 排'=1.0×10³kg/m³×10N/ kg×50×10-6m³=0.5N
水对容器底部增加的压强 △p===100Pa
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2. 某兴趣小组要测量一金属块的密度,设计了如下方案:将装有适量细沙的薄壁圆筒,缓慢竖直放入盛有适量水的、水平放置的长方体透明薄壁容器中,待圆筒静止后,在圆筒上对应水面的位置标记一 点A,并在长方体容器上标出此时的水位线M N(如图甲所示);然后将待测金属块用细线悬挂在圆筒下方,缓慢竖直放入水中,圆筒静止后(金属块不接触容器底部),在长方体容器上标出此时的水位线PQ (如图乙所示);再向长方体容器中缓慢注水至圆筒上的A 点与MN 在同一水平面上(如图丙所示)。测出PQ 与此时水面的距离为h1, 与 MN 的距离为h2。 若圆筒的底面积为 S,长方体容 器的底面积为4S,A 点到圆筒底部的竖直距离 为 h, 不计细线的质量和体积,已知ρ水和g。
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(1)求图甲中圆筒和细沙总重力G 的大小(用题中给定的物理量符号表示);
解:图甲中,圆筒和细沙的总重力 G=F 浮 =ρ水 gV 排=ρ水 gSh
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(2)求金属块的体积 V(用题中给定的物理量符号表示);
解:图乙和图丙相比,浮力相等,V排相等,A 点在水面下的深度相等,所以乙图中,A 点到水面PQ 的距离应该等于 (h 1 +h 2 ),A 点到MN的距离应该等于h1, 图乙和图甲相 比,△V排=△V桶浸+ V金属,金属块的体积 V金属=△V排-V桶浸 =4Sh 2 -S(h 1 +h 2 )=3Sh 2 -Sh 1
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(3)若h 1 =0.07m,h 2 =0.03m,ρ水=1.0×10³ kg/m³, 求金属块的密度ρ。
解:由图甲和图乙可知,金属块的重力 G 金属= △F浮=ρ水g4Sh ₂
金属块的质量 m金属==ρ水4Sh ₂
金属块的密度ρ=====6kg/m³
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