内容正文:
河北
物 理
分层练习册
1
模块四 力学
小专题培优3 浮力综合计算
2
一阶 基本模型分类练
3
模型及
图示
受力示意
图及计算
公式 _____________________
_____________________
(支)
(支)
_____________________
(拽)
漂浮
悬浮
上拉
沉底
下压
下拽
4
模型1 漂浮、悬浮型
第1题图
1. (漂浮模型)如图所示,水平桌面上的平底薄
壁容器(重力忽略不计)底面积为 ,容器内盛有质量为
的水。一实心立方体木块漂浮在水面上,木块的质量为
(1)木块的密度为__________,木块受到的重力为___ 。
(2)木块受到的浮力为___,木块排开水的体积为_________ 。
(3)水对正方体下表面的压力为___,水对木块下表面的压强为_____。
6
6
6
600
,体积为。取,
5
第1题图
(4)未放入木块前,水对容器底的压强为_______ ;放入木
块后,水对容器底的压强为_______ 。
1 000
1 150
(5)此时容器对水平桌面的压力为____ 。
46
6
2.(漂浮模型—已知液体压强变化量)如图所示,一个底面积为
的薄壁圆柱形容器中装有某种液体,将一棱长为 的正方体木块轻放
入该容器中,木块静止时露出液面的高度为 ,液体对容器底部的压强
变化了。则木块受到的浮力为____ ,木块的密度为____________
。取
6.4
第2题图
7
第3题图
3.(密度计模型)如图甲所示是小明用粗细均匀的吸
管制成的简易密度计,竖直漂浮在水中时,水面位于
图中处,图中间距离为,则 处应标为___
,该密度计漂浮在酒精中,此时所受的浮力
1
等于
12.5
②
_______(选填“大于”“等于”或“小于”)在水中所受的浮力,它浸入酒精中
的深度为_____ 。如图乙所示是三位同学用
不同的粗细均匀的吸管制成的密度计,竖直漂浮在水中时的情形,若使用
这三支密度计中的一支测量液体密度时,你认为选择____(选填“①”“②”
或“③”),会使测量结果更精确。
8
模型2 沉底(上拉)型(2025.19)
4.(沉底模型)如图是用新材料制成的轻质圆柱形薄桶(桶的质量和厚度
忽略不计),高度足够高,横截面积为 ,内部装水的高度为
,将一小球放入水中,已知球体体积为 ,密度为水的密
度的2倍。放入水中后小球沉到容器底部,小球受到水的浮力为____ ,桶
底对小球的支持力为____。 ,取
40
40
第4题图
9
5.(上拉模型—求拉力)如图所示,用细线拉着物体浸没在盛水的容器中
且保持静止。物体重力为,体积为 ,物体受到的浮力为
___,此时细线对物体的拉力为___。 , 取
5
5
第5题图
10
6.(上拉模型—已知拉力)在弹簧测力计下端悬挂一个金属零件,测力计的
示数是。当把零件浸没在密度为 的液体中时,测力计的
示数变为。金属零件在液体中受到的浮力是____ ,金属零件的体积为
_________,密度为__________。取
1.8
11
模型3 下压(下拽)型
7.(下压模型—已知压力)如图所示,用力将重为 的正方体物块压入
盛满水的大溢水杯中,刚好浸没时溢出了 的水。则物块所受的浮力
为____,压力的大小为___ ,物块下表面受到的液体压强为_______
。 ,取
10
5
1 000
第7题图
12
8.(下拽模型—已知拉力)如图所示,用细绳将质量为 、体积为
的木块系住,使木块浸没在液体中,当木块静止时细绳对木块的
拉力为,液体的深度为,则木块在液体中所受的浮力为___ ,液
体对容器底部的压强为_______。取
6
2 400
第8题图
13
二阶 动态模型分类练
14
模型1 入水、出水型(2017.37)
入水过程分析(出水是入水逆过程,分析方法相同)#1
过程及示意图
状态描述 图1,刚好接
触液面 图2至图3,逐渐浸
入,直至刚好浸没 图4,浸没后在容
器中逐渐下降
受力分析 竖直方向拉力
与重力平衡 竖直方向向下的重力与向上的拉力、浮
力平衡
15
液面变化相关计
算(针对图2、
图3) 已知容器底面积为,物块的底面积为 ;
①若已知物体排开液体的体积 ,则液面高度的变化
量(如图2、图3中、) ;
②若已知物体上移或下移的高度 (如图2、图3中
、),则液面高度的变化量
续表
16
液体对容器底压
强变化量
(针对图2、图
3) ①若已知 ,液体压强的变化量
;
②若已知 ,液体压强的变化量
续表
17
第1题图
1. (入水基本模型)弹簧测力计下
悬挂一个长方体物体,将物体从盛有适量水的烧
杯上方水面处缓缓下降,使其逐渐浸入水中,如
图甲、乙所示。图丙是弹簧测力计的示数 与物
体浸入水中深度 的关系图像。
,取
18
(1)( 点)物体刚好接触水面;根据纵轴物理量可以得出物体的重力为
____,从而可以求出物体的质量为____ 。
(2)(点 点)对应物体从图甲下降到图乙的过程。
12
1.2
第1题图
19
第1题图
(3)(点 临界状态)对应物体在图乙的位置,
刚好浸没。
①根据横轴物理量可以得出物体的高度为___
,此时物体下表面受到液体的压强为_____
。
400
②根据纵轴物理量可以得出物体浸没时受到的浮力为___ 。
(4)(求)根据 从而可以求出物体的体积即浸没时
排开水的体积为_________ 。
20
第1题图
(5)(求物体密度)根据 从而可以求出
物体的密度是__________ 。
(6)(求变化量)若容器底面积为 ,
则物体完全浸入水中时水面上升的高度为___
,水对容器底增加的液体压强为_____ 。
2
200
21
第2题图
2.如图甲,水平桌面上有一重的物体 ,其
底面积为,高为 ,用细线将其悬挂
慢慢放入装有水的柱形容器中(如图乙),容器
底面积为。取 求:
(1)图甲中,物体 对桌面产生的压强;
解:图甲中,物体 对桌面产生的压强
;
22
第2题图
(2)如图乙,当 上表面与水面相平时,物
体受到的浮力;
物体 的体积
如图乙,当上表面与水面相平时物体 排开水的体积
,
则物体受到的浮力
;
,
23
第2题图
(3)从物体 的上表面与水面相平开始,沿
竖直方向慢慢提升物体 ,至下表面刚好离
开水面,此过程中水对容器底部压强的变化量
为多少?
此过程中水面高度的变化量
,
则此过程中水对容器底部压强的变化量
。
24
模型2 注水、排水型(2020.38)
注水过程分析(排水是注水逆过程,分析方法相同)#1
状态 状态一 状态二 状态三
示意图
状态描述 未注入液体 注入液体直至物体对容
器底部压力刚好为零 持续注
水,物体
漂浮
25
状态 状态一 状态二 状态三
受力分析 竖直方向重力
与支持力平衡 竖直方向浮力大小等于重力大小
液面变化相关计算
(针对状态二) ①若已知 (即注入液体后物体排开液体的体积
变化量),则液面高度的变化量 ;
②若已知 (即注入液体的体积变化量),则液
面高度的变化量
续表
26
状态 状态一 状态二 状态三
液体对容器底压强变
化量(针对状态二) ①若已知 ,液体压强的变化量
;
②若已知 ,液体压强的变化量
续表
27
第3题图
3. (注水基本模型)如图甲所示,
边长为 的正方体实心物块置于足够深的圆柱
形容器底部。现逐渐向容器倒入某种液体,物块
受到的浮力与容器内液体的深度 的关系图像如
图乙所示。取
(1)(点 点)液面逐渐上升,物块受到的浮力逐渐增大。
28
第3题图
(2)(点 临界状态)物块刚好漂浮。
①根据纵轴物理量可以得出,物块漂浮时受到
的浮力为____,则物块的重力为____ ;
10
10
②根据横轴物理量可以得出,此时物块浸入液体中的深度即液面的高度为
___ 。
(3)(点 点)物块始终漂浮,液面的高度逐渐上升。
8
(4)(求)物块的质量为___,根据 可以求出物体的密度为
________,液体的密度为____________ 。
1
29
(5)(求液体压强)根据 可以求出,物块恰好漂浮时,底部受到
液体的压强为_______ 。
1 000
第3题图
30
4.如图甲所示,足够高的圆柱形薄壁容器,装有适量的水放在水平桌面上。
现将一个质量为、底面积为 的均匀长方体竖直放入容器中,
受到容器的支持力为,此时物体所受浮力____ 。若再加入适量的水使
长方体刚好漂浮,如图乙所示,则此时水面的高度与图甲相比增加了___
。,取
16
4
第4题图
31
5.(2024河北37题6分)为质量分布均匀的长方体物块,质量为 ,
边长如图甲所示。为内部平滑的圆柱形薄壁容器,底面积为 ,
高为,如图乙所示。、 均静置于水平地面上。水的密度为
,取 。
第5题图
32
第5题图
(1)求 的密度;
解:的质量为 ,
其体积为 ,
则 的密度为
;
33
(2)图甲中对地面的压强为,将放入后,对地面的压强为 ,且
,求 的质量;
第5题图
对地面的压强为 ,
将放入后, 对地面的压强为
,
因,则 ,
即 ,
代入数据有 ,
解得 ;
34
(3)将放入后,向中缓慢加水,在对 底部的压力恰好最小的所有
情况中,分析并计算水对容器底部的最小压力。
第5题图
将放入后,向中缓慢加水,因 的密度小于
水的密度,当 刚好漂浮,即
时,
对 底部的压力恰好为0;
当长方体底面积最大时,水的深度最小,此时
水对容器底部的压力最小;由图可知,最大底面积为
,
35
根据阿基米德原理可知,容器中水的最小深度
(此时 浸入水中的深度)
,
则水对容器底部的最小压强
,
水对容器底部的最小压力为
。
第5题图
第6题图
6.(2020河北38题7分)边长为 的薄壁
正方形容器(质量不计)放在水平桌面上,将
质地均匀的实心圆柱体竖直放在容器底部,其
横截面积为,高度为 ,如图甲
所示。然后向容器内缓慢注入某种液体,圆柱
体始终直立,圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量的关系如图乙所示。
取
37
(1)判断圆柱体的密度与液体密度的大小关系,并写出判断依据。
第6题图
解:圆柱体密度大于液体的密度;依据:由题意知,注水至完全浸没后圆柱体
仍对底部有压力,即圆柱体沉底了,由浮沉条件可知,圆柱体密度大于液体密度;
38
第6题图
(2)当圆柱体刚被浸没时,求它受到的浮力。
当向容器内注入 的液体时,液体的体积
当圆柱体刚被浸没时受到的浮力
,
液体的密度
,
;
39
第6题图
当向容器内注装入 的液体时液体对容器底部的压强
,
由于,所以只有继续注入液体才能使 ,
设继续注入液体的质量为 ,则 ,
,
(3)当液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为 时,求容器
内液体的质量。
容器对桌面的压强
40
将, ,
, 取 代入
上式中解得 ,容器内液体的质量
。
第6题图
模型3 (切割)固体放入液体后分析(10年3考)
第7题图
7.如图所示,两个足够高的薄壁圆柱形容器、
(质量均不计)竖直放在水平地面上,在 容器中注入一
定质量的、密度为 液体后,将密度为
、棱长为 的正方体放入水中,正方体静止如图所
示,容器中装有水,液面与容器中放入正方体后的液面相平,水对 容
器底产生的压强为,已知、容器的底面积分别为 、
。 取
42
(1)正方体的重力是多少?
第7题图
解:正方体的体积 ,
正方体的重力
;
43
第7题图
(2)若在正方体上放一重物,使正方体刚好浸没,则重
物的质量为多少?
若在正方体上放一重物,使正方体刚好浸没,则有
带入数据有
解得 ;
44
(3)为了使、 两容器底受到的液体压力相等,现将正方体切去一部分
放入容器中,剩余部分仍浸在 容器的水中(忽略正方体带出的液体),
正方体切去部分体积为多少?
第7题图
45
第7题图
液面的高度
,
A容器中液体对容器底的压强
A容器底受到的液体压力
,
B容器底受到的液体压力
,
,
46
设正方体切去部分的体积为 ,切去部分的重力为
由题意有 ,即
代入数据有 ,
解得 ,即正方体切去部分的
体积为 。
第7题图
8.(2022河北37题6分)质地均匀的长方体放在水平地面上,密度为
,边长如图甲所示。另有一高为 、底面积为
的薄壁圆筒形容器放在水平地面上,容器内盛有 深的某
种液体,如图乙所示。将长方体由平放变为竖放,长方体对水平地面的压
强变化量与液体对容器底部的压强恰好相等。取
第8题图
48
(1)求长方体的质量;
第8题图
解:长方体的体积
,
长方体的质量
;
49
(2)在图甲中作出长方体所受重力的示意图(“ ”点为长方体的重心);
第8题图
如答图所示
第8题答图
50
(3)求液体的密度;
第8题图
当长方体水平放置时,长方体对水平地面的压强
,
当长方体竖直放置时,长方体对水平地面的压强
,
长方体对水平地面压强的变化量
,
由题意知,由 可得,液体的密
度 ;
51
第8题图
(4)在竖放的长方体上水平截取一部分,
并将截取部分放入容器中,能使液体对
容器底部的压强最大且截取部分的质量
最小,求截取部分所受的浮力;
由于液体密度小于物体密度,所以物体
沉底时液体对容器底部的压强最大,且截取部分的质量最小,则
,
物体受到的浮力
;
52
(5)(2017河北38(3)题改编)现有一立方体物块丙,体积为
,将丙缓慢放入图乙的液体中,当液体对容器底部的压强最
大时,丙的密度至少为多少?
第8题图
53
第8题图
丙在图乙液体中的状态可能有三种情况:漂浮、
悬浮或下沉;丙漂浮时其密度小于液体的密度,
悬浮时其密度等于液体的密度,下沉时其密度大
于液体的密度;由于本题求的是丙的最小密度,
故丙在液体中处于漂浮状态时,其密度最小;
将丙缓慢浸入液体中,当液面上升至 时,液体对容器底部的压强
是最大的;
54
液面下方的体积即排开的液体的体积为:
,
此时丙漂浮,丙受到的浮力为,即 ,
代入数据得
,
解得丙的最小密度 。
第8题图
55
模型4 自制浮力秤
第9题图
9.(2025乐山)如图所示,某同学用一个上端开口的圆柱
形厚底空塑料瓶和装有水的圆柱形水槽制作了一个浮力秤,
用于测量质量。空塑料瓶质量为 ,塑料瓶底面积为
,水槽底面积为 ,瓶身能够浸入水中的最
大长度为 ,使用过程中水不溢出,塑料瓶始终漂浮
且瓶身保持竖直。已知水的密度为,取 ,不考虑
塑料瓶侧壁的厚度。求:
56
(1)空载时塑料瓶受到的浮力;
第9题图
解:空载时塑料瓶受到的浮力等于塑料瓶的重力 ,
;
57
(2)浮力秤的最大称量值;
瓶身浸入水中的最大长度为 ,此时
此时所载物体的重力为 ;
浮力秤的最大称量值为 ;
;
此时塑料瓶受到的浮力为
;
第9题图
58
第9题图
(3)浮力秤空载时和最大称量时水槽内水面的高度差。
浮力秤空载时和最大称量时塑料瓶浸入水中的体积变化量
为
;
水槽内水面的高度差为 ;
59
60
$