内容正文:
专题08 浮力
情境突破练 压轴提速练
情 境 突 破 练
1.【新情境+深海探测・奋斗者号潜水器考察浮沉条件】载人潜水器和潜艇都是人类探索深海的装置。如图所示,“奋斗者”号主要依靠改变自身搭载的载重片,达到沉浮的目的。当“奋斗者”号在深海某位置悬停工作时,下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号抛掉搭载的载重片后会下沉 B.“奋斗者”号抛掉搭载的载重片后会上浮
C.“奋斗者”号持续下潜时,受到的海水压强不变 D.“奋斗者”号持续下潜时,受到的浮力变大
2.【新情境+古代科技・天工开物考察运动、惯性、压强、浮力】以下四图节选自我国古代科技巨著《天工开物》,其中说法正确的是( )
A.图甲“轧蔗取浆”中,牛拉“犁塘”匀速转动的过程中,其运动状态保持不变
B.图乙“湿田击稻”中,用力甩稻秆,稻粒落入木桶中,是因为受到惯性的作用
C.图丙“北耕兼种”中,耧下端的“鐵尖”是通过减小受力面积来增大压强的
D.图丁“六桨客船”中,客船从海水进入河水,浮力变小,船体要上浮一些
3.【新情境+实践活动・简易密度计考察漂浮与浮力】某校开展利用塑料吸管制作简易密度计的实践活动。如图甲,将吸管一端用小木塞密封,并缠绕上适量细铁丝,使其能竖直地漂浮在水中,标记吸管在水面处的位置a,此时密度计受到的浮力是F甲。如图乙、丙,再将此密度计分别放在密度为ρ1和ρ2的两种液体中,标记吸管在液面处的位置b、c,密度计受到的浮力是F乙和F丙。下列关系中正确的是( )
A., B., C., D.,
4.【新情境+历史故事・曹冲称象考察浮力与浮沉】曹冲称象的故事广为流传。如图,称象时,先让象站在船上,在船身与水面交界处做上标记。让象上岸后,再将石头装入船中,直至船身上的标记与水面重合,所装石头的质量即为大象的质量。下列说法正确的是( )
A.甲图中船排开水的重力与大象的重力大小相等
B.船内石头增多的过程中船底受到水的压强变小
C.船内石头增多的过程中船受到的浮力大小不变
D.甲图中船所受浮力与乙图中船所受浮力大小相等
5.【新情境+国防科技・福建舰考察浮力、压强、运动】如图所示,我国完全自主设计建造的“福建舰”排水量可达8万吨。某次,“福建舰”沿水平直线匀速航行,g取10N/kg,则下列说法正确的是( )
A.“福建舰”满载时所受浮力为8×107N
B.“福建舰”从上海码头驶向深海时会上浮一些,所受浮力变大
C.“福建舰”以54km/h的航行速度匀速直线航行10min的航行距离为8km
D.当舰载机起飞后,“福建舰”舰底受到的海水压强变小
6.【新情境+实验装置・自动储水箱考察浮力、压强】图甲是实践小组设计的自动储水箱简图,竖直细杆固定在水箱底部,浮筒可沿细杆上下移动,水箱中水深为0.1m时,浮筒对水箱底部的压力刚好为零:水深为0.4m时,浮筒开始接触进水阀门;水深为0.6m时,浮筒使进水阀门完全关闭,浮筒所受浮力和水深h关系的图像如图乙。以下说法中正确的是( )
A.浮筒的底面积为
B.时,水对箱底的压强为3000Pa
C.h从0.4m到0.6m的过程中,浮筒排开水的重力保持不变
D.h从0.1m到0.4m的过程中,水对浮筒底部的压强保持不变
7.【新情境+科技大赛・赛车模型考察流体压强与浮力】在科技创新大赛中,小文设计了赛车模型,为了使赛车在快速行驶时增大压力,从而增大摩擦力,小伟想在尾翼处安装上气流偏导器,你认为______(A或B)款气流偏导器更合适,在设计的气象探测气球携带探空仪(体积不计),若探空仪在高空测量,工作完毕后释放部分氢气,气球体积缩小,所受浮力随之______(变大,变小,不变)
8.【新情境+历史航海・郑和宝船考察浮力变化】据史料记载:“郑和宝船,七下西洋”。如图所示,“郑和宝船”约合138米长、56米宽,排水量为5000吨,则郑和宝船满载时受到的浮力为_________N,船靠岸卸货后,所受的浮力_________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
9.【新情境+工艺摆件・纯铜马摆件考察密度与体积】2026年是中国农历马年,小明的爸爸买了一个纯铜制马摆件,如图所示。为测出该摆件的体积,小明把该摆件完全浸入盛满水的容器中,刚好溢出500 g的水。(铜的密度为,水的密度为 ),则该摆件的体积为________,若该摆件是实心的,摆件的质量为________g。
10.【新情境+水培种植・浮箱考察浮力、重力、密度计算】浮箱可用于水上平台中水培植物的种植,小天自制了一个质量为400g的浮箱,并进行了一系列的测试。如图甲所示,在一个足够高的容器中注入16kg的水,再将浮箱放入其中,整个过程浮箱保持竖直,接着往浮箱内放入11N的营养液,此时容器内水的深度为35cm,浮箱受到的浮力为___________N。如图乙所示,用双手按住浮箱上端使它与容器底部接触,此时容器内水的深度为40cm,此时水面正好到达浮箱的最上端。为保证浮箱不会进水,浮箱上端距水面的距离要不低于2cm,则图甲装有11N营养液的浮箱最多还能加入___________kg的水培植物。
11.【新情境+高空探测・极目一号浮空艇考察浮力与密度】图甲是我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇。(取)
(1)浮空艇形似“大白鲸”,外壳是白色的,这样可以反射光,使艇内气体升温不会过快。内部充的是密度______(选填“大于”“小于”或“等于”)空气的氦气;
(2)若浮空艇体积为,从科考基地(当地空气密度约为)即将升空时,所受浮力为______N;
(3)小明利用气球和重物模拟浮空艇下降的工作原理。如图乙所示,重物包含有定滑轮和电动装置,细线一端连接气球,另一端通过滑轮连接电动装置。充入适量氢气后气球的总质量为,体积为。当重物和气球静止时,地面对的支持力______(选填“大于”“等于”或“小于”)的重力。若要使气球下降,处的拉力至少大于______N。(所受的浮力、细线重力和滑轮摩擦忽略不计,当地空气密度为)
12.【新情境+学科实践・电子秤测浮力考察浮力与密度】根据下列学科实践活动,回答问题。小丽在帮妈妈利用厨房电子秤配特定浓度糖水做面包时,发现在使用瓷勺搅拌糖水过程中,电子秤的示数在不停地变化,这引起了她浓厚的兴趣。她首先了解到电子秤是利用压力传感器工作的,它将压力转换为质量显示。于是,便如下猜想:
猜想一:增加的质量就是金属块的质量大小;
猜想二:增加的质量是金属块排开水的质量;
为排除不规则形状带来的干扰,小丽找到一个长方体金属块来探寻“示数不停变化”的原因。如图所示,将装有适量水的烧杯放在水平电子秤上,读数为220g,再将细线系住的金属块缓慢浸入水中(不接触容器),电子秤读数随之逐渐增大然后稳定在230g,随后松手金属块沉入水底(细线质量、体积均不计)。
(1)对比几次测量数据,小丽很快否定了猜想一,并算出金属块质量;
(2)观察图①到④可知浮力大小与______有关,长方体金属块所受浮力越大,电子秤读数越______(选填:“大”或“小”);为验证猜想二,她将烧杯一侧垫高,放在电子秤上,装水至杯口,并在杯口处放置好接水用小烧杯,若猜想正确,此时将金属块缓慢浸没到水中的过程中,电子秤示数将______(选填:“变大”或“不变”或“变小”),并可以测量小烧杯中水的质量加以验证;
(3)小丽还意外收获了利用电子秤快速测量固体密度的方法,此金属块密度为______kg/m3;
(4)推理应用:如图所示两个相同烧杯装等量的水,分别把A、B两实心球浸没在水中(A球用细线固定,B球用细线吊着,两细线均产生有拉力),放在电子秤上后示数分别为m1和m2,如果A和B质量相同,则m1______m2。如果A和B体积相同,则m1______m2。
13.【新情境+实验探究・浮力大小影响因素考察】琳琳同学做“探究浮力大小和哪些因素有关”的实验,实验步骤如图所示。
(1)琳琳同学根据图中___________两图发现物体受到的浮力与液体的密度有关;根据图中___________两图可以发现物体受到的浮力与排开液体的体积有关;
(2)根据CD两图可以得出的结论为:物体受到的浮力大小与物体___________无关;
(3)聪明的琳琳还发现,根据以上实验数据可以得到盐水的密度为___________g/cm3;
(4)从图A到图B和图B到图C两个过程中,液面升高的高度之比为___________。
(5)图中的薄壁柱形烧杯底面积为300cm2,柱形物体底面积为100cm2,从图B到图C(图C中物体刚好浸没)的过程中,物体下移的距离为___________cm;如图F所示,米兰冬奥会金牌由金和银混合铸成,同组的小雷设计了以下测量金-牌平均密度的方法:将一台电子秤放在水平的桌面上并校零,再将装有适量水足够高的水杯放在电子秤上,读出电子秤的示数为;然后将金牌绶带挂在弹簧测力计下,让金牌缓慢放入水中浸没但不接触杯底,此时读出弹簧测力计的示数为,电子秤的示数为,则物体密度的表达式为___________(用符号、、和表示,忽略绶带的质量,不考虑绶带吸水);如果读数时奖牌的绶带有部分已经浸在水中,则测量结果会___________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
14.【新情境+起重船模型・水舱感知抽水量考察密度与压强】起重船(图甲)吊运重物时为防船体倾斜,船两侧设有水舱(如图乙),在起吊重物同时用抽水机把一侧水舱的水抽至另一侧来维持平衡。某小组设计了感知抽水量的薄壁长方体水舱模型(如图丙),C是固定的拉力传感器,B是重10N、高20cm的长方体,通过轻质细线(忽略弹性)与C相连,A是质量为1200g、体积为的正方体,A、B紧密贴合,则A的密度为______。当水舱装水时水深为32cm,B刚好浸没(如图丙),当向外抽水体积达时,该舱水面恰与A上表面相平;在上述抽水过程中,当拉力传感器示数为9N时,水对容器底的压强为______Pa。
15.【新情境+大国重器・半潜船模型考察压强、浮力计算】如图甲所示的大国重器半潜船,可以轻松“扛起”舰船、钻井平台等万吨巨物。其工作原理如图乙所示,通过调整水舱内压载水的质量,使装货甲板潜入水中,然后将货物拖曳到甲板上方,再将水舱内的压载水排出,使船身连同货物一起上浮,完成货物装载。科创小组使用3D打印机打印了一艘底面积、体积的空心长方体半潜船模型,将其放入一个底面积、装有20cm深水的轻质薄壁容器(足够高)中进行测试,如图丙所示。模型未注水时放入容器中漂浮,其浸入水中的深度为2.5cm,向模型内注水,直至注满水舱,模型恰好完全浸入水中。
(1)求未注水时模型底受到水的压强;
(2)求模型内水舱的体积;
(3)小组成员为了模拟半潜船装载货物过程,将一个与模型外形完全相同,密度为的实心“货物”轻轻放在注满水的模型正上方。当“货物”与模型静止后,用导管缓慢将水舱内的水抽出到容器外,使模型连同“货物”一起逐渐上浮。当“货物”刚好完全露出水面时,停止抽水。求此抽水过程中模型向上移动的距离。
16.【新情境+生活应用・鱼缸自动换水装置考察压强、密度】为了保证鱼缸能不断更换水,科技小组设计了一个鱼缸自动换水装置模型。装置模型如图所示,进水口不间断地向鱼缸中慢慢注水,实心均匀圆柱形浮筒A能在竖直方向无摩擦自由滑动,高度为50cm,底面积为浮筒底部用10cm的轻质细杆与鱼缸的排出口阀门相连,略大于排出口的圆形阀门(质量、厚度不计)的上表面积为。当浮筒对轻杆的压力为0时,水的深度为。当阀门打开排出水的过程中,排出量大于流入量。求:
(1)当浮筒对轻杆的压力为0时,阀门受到水的压强;
(2)圆形浮筒A的密度;
(3)在自动更换过程中,鱼缸内水的最大深度与最小深度之比。
压 轴 提 速 练
1.(2025·山西阳泉·模拟预测)某项目化学习小组用塑料瓶、螺母、进排气管(重力忽略不计)等器材,制成如图所示的潜水艇模型。将模型放入水中,使其上浮或下沉。下列分析正确的是( )
A.向瓶中充气时,瓶内气压变大模型下沉
B.潜水艇受到的浮力大于它排开水的重力
C.从瓶中抽气时,模型会下沉,所受浮力不变
D.潜水艇下沉过程中,水对螺母的压强不变
2.(2026·甘肃天水·模拟预测)水平桌面上有两个相同的容器甲和乙,分别盛有密度不同的液体P和Q,某同学将同一个橙子先后放入两容器中,橙子静止时液面到容器底的高度相等,如图所示。下列判断正确的是( )
A.橙子在液体Q中受到的浮力大 B.液体对甲、乙容器底的压力一样大
C.甲容器底所受的压强小于乙容器底所受的压强 D.橙子排开液体P的质量大于排开液体Q的质量
3.(2025·江苏淮安·中考真题)如图甲、乙所示,两个相同的柱形容器内装有两种不同的液体,将两个相同的物体A、B放入容器中,静止时液面刚好相平。下列说法正确的是( )
A.A受到的浮力大于B受到的浮力 B.图甲中液体的密度大于图乙中液体的密度
C.两个柱形容器对水平桌面的压强相等 D.两个容器底部受到的液体的压强相等
4.(2025·山东泰安·中考真题)如图所示,水平桌面上有甲、乙两个相同的烧杯,分别装有适量等质量的水。甲烧杯中,静止在杯底的铁块,通过细线与浸没在水中的木球相连,此时甲烧杯对桌面的压力为;乙烧杯放入相同的铁块,与木球体积相同的铁球悬挂并浸没入水中,静止时乙烧杯对桌面的压力为;剪断木球下端的细线后,甲烧杯对桌面的压力为。以上操作中,水的质量保持不变,细线质量和体积忽略不计。已知。下列说法中( )
① ② ③ ④
A.只有①③正确 B.只有①④正确 C.只有②③正确 D.只有②④正确
5.(2025·四川南充·中考真题)如图甲所示,一轻质弹簧上端固定,下端连接正方体物块,物块上表面恰与水面相平,物块的边长为10cm,水深为20cm,弹簧的上端与容器底部之间的高度为35cm,弹簧的弹力大小F与长度L的关系如图乙所示。下列选项正确的是(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,弹簧未超过弹性限度)( )
A.水对物块底部的压强为2000Pa B.弹簧的原长为5m
C.此时弹簧对物块的压力为20N D.物块的密度为3×103kg/m3
6.(2025·山东东营·中考真题)如图甲所示,用弹簧测力计将圆柱体从盛水的容器中缓慢提出水面,该过程中弹簧测力计读数F随圆柱体上升高度h的关系如图乙所示(忽略液面的变化,g取10N/kg),下列说法中正确的是( )
①圆柱体浸没时受到的浮力是2N ②圆柱体受到的重力是3N
③圆柱体的密度是 ④圆柱体的底面积是
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
7.(2025·四川广元·中考真题)如图甲所示,横杆在铁架台上可上下移动,竖直硬质细杆(质量忽略)的上端通过力传感器固定在横杆上(力传感器可显示细杆受到力的大小),下端与底面积为40cm2、密度为0.4g/cm3的实心均匀长方体物块M相连,M浸没在底面积为100cm2装有水的容器中,此时水的深度为40cm。让横杆匀速缓慢向上移动,力传感器示数随时间的变化关系如图乙所示,时间段为6s;物块M始终竖直且不吸水,水的密度是1.0g/cm3,取10N/kg。下列说法正确的是( )
A.为0时,水对容器底部的压强是2×103Pa
B.0-t1时间段,力传感器示数F1为14.0N
C.t为0时与t3时相比,容器底部受到的压强变化量是100Pa
D.横杆向上运动的速度为1cm/s
8.(2025·北京·中考真题)某小组设计了水箱自动控制进水装置,如图所示。水箱内的圆柱形金属控制棒用不可伸长的细线悬挂在力传感器下面,并始终浸在水中,通过它对力传感器拉力的大小触发开关,控制水泵自动进水。用水时,水箱内水位降低,当到达最低水位时,力传感器所受拉力等于,触发开关,水泵开始持续向水箱注水;当水位到达最高水位时,力传感器所受拉力等于,再次触发开关,水泵停止向水箱注水。若进水过程中同时用水,相同时间内进水量大于出水量。已知控制棒的质量为,水的密度为。下列说法正确的是( )
A.控制棒受到的浮力最大时,排开水的体积为
B.控制棒受到的浮力的变化量最大为
C.力传感器受到的拉力大小在与之间时,说明水箱正在进水
D.缩短悬挂控制棒的细线,可使水箱中的最高和最低水位均升高
9.(2025·广东深圳·模拟预测)如图所示,水平地面上有一个底面积为的盛水容器A内有边长为10cm的正方体物块B,一根细线与容器底部相连,此时细线受到的拉力是6N。已知水的密度是,g取,下列说法中( )
①物块B受到的浮力是4N
②物块B的密度是
③剪断绳子,待物块B静止后受到的浮力为10N
④剪断绳子,待物块B静止后,容器内水面下降了3cm
A.只有②④正确 B.只有①②正确 C.只有③④正确 D.只有①③正确
10.(2025·北京·中考真题)某同学利用一个圆柱形容器、一个梨、记号笔、刻度尺和适量的水测量酱油的密度,测量过程如图所示,图中、、、分别是梨放入水、酱油前后液面到容器底的距离。已知水的密度为,则待测酱油的密度________。(用已知量和测量量表示)
11.(2025·黑龙江齐齐哈尔·中考真题)某材料不吸收液体,在酒精或盐水中均不溶解,且不与酒精或盐水发生化学反应,用该材料制成重的实心球。若将球投入足够多的酒精中,当球静止时,受到的浮力大小是______;若将球投入足够多的盐水中,当球静止时,受到的浮力大小是______N。(已知,,)
12.(2025·江苏无锡·中考真题)2025年5月18日,我国自主研制的大型水陆两栖飞机AG600“鲲龙”批生产首架机成功完成验证任务,具备交付使用条件。AG600最大起飞质量为53.5t,若实施海上救援,以500km/h的速度飞行,3h到达事发海域,飞行距离为___________km,漂浮在海面上时排开的海水的体积最大为___________m3(海水密度取1.0×103kg/m3)。执行灭火任务时,20s完成汲水12t,随后飞往火场灭火,若某次灭火需要用水600t,取水点离火场44km,飞机以220km/h的速度飞行,从取水点汲水开始计时,洒水用时不计,任务完成后重新回到取水点,共耗时___________s。
13.(2026·江苏无锡·一模)某小组设计了水箱自动控制进水装置,如图所示。水箱内质量为m的圆柱形金属控制棒用不可伸长的细线悬挂在力传感器下面,并始终浸在水中,通过它对力传感器拉力的大小触发开关,控制水泵自动注水。当水箱内水位降低到最低水位时,力传感器所受拉力等于,触发开关水箱进水,此时控制棒受到的浮力为______(用字母表示);当水位上升时,力传感器的示数将______(选填“变大”、“变小”或“不变”),当力传感器所受拉力等于时,再次触发开关,水泵停止向水箱注水。若换用一根形状完全相同但密度更大的控制棒,将会使水箱中的最高水位______(选填“升高”、“降低”或“不变”)。
14.(2025·辽宁·中考真题)如图,装有适量水的柱形容器静止在水平桌面上,不计质量的弹簧悬挂一不吸水圆柱体,圆柱体浸入水中3cm且处于静止状态,此时弹簧伸长量为8cm。现向柱形容器注水,注水过程中圆柱体缓慢上升,当弹簧恰好恢复原长时,停止注水,圆柱体静止。注水量为2.76 kg且水没有溢出。已知:圆柱体高20 cm、底面积,柱形容器底面积。容器中的水面与注水前相比升高了________cm,圆柱体的密度为________。(,整个过程圆柱体始终未与容器壁接触)
15.(2026·江苏南京·一模)如图所示,水平桌面上两个相同的容器中分别装有甲、乙两种液体,将边长分别为2cm和3cm的A、B两个正方体,按图示方式放入液体中,待静止后,B刚好浸没在甲液体中,A刚好浸没在乙液体中,且两容器中液面恰好相平。
(1)甲、乙液体对容器底的压强分别为和,排开液体的质量分别为和,两容器对水平桌面的压力分别为和,则它们的大小关系为:__________,__________,__________(选填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)已知甲液体为水,现将甲液体中的正方体A从正方体B上方取下放入水中,此时正方体A沉底,正方体B有露出水面,则液体乙的密度__________,正方体A的密度__________。
16.(2025·湖南长沙·模拟预测)如图所示,质量为0.3kg的薄壁长方体容器甲放置在水平地面上,里面装有10cm深的水。另有密度大于水,且完全相同的实心长方体A、B置于水平地面上,已知。(,g取10N/kg)
(1)长方体容器甲的重力为______N。
(2)水对容器底部的压强为______Pa。
(3)将A以不同底面朝下的方式放入长方体容器中,稳定后,在A对容器底部有压力作用的所有方式中,A对容器底部的最小压强为;再将B按照A的方式放入水中,且置于A上方。在这两次放入后,水对容器底部的压强分别为和。则放入B后,容器对桌面的压力为______N。
17.(2026·陕西西安·二模)小明在“探究浮力大小与哪些因素有关”时,进行了如图所示的实验。
(1)如图-1,小明把一个空饮料罐缓慢按入水中时,用力逐渐变大,表明饮料罐所受浮力逐渐_______;
(2)如图-2,由实验步骤①和②可得,物体受到的浮力是_______N;
(3)如图-2,由实验步骤①②③④可初步得出:物体所受浮力大小与_______有关;由实验步骤①④⑤可得出:当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,物体所受的浮力越_______;
(4)小明又找来溢水杯和电子秤,他将装满水的溢水杯放到电子秤上,再用手提着这个物体缓慢浸入溢水杯中,如图-3所示,从物体底部进入水中一直到浸没的过程,电子秤的示数将_______。
18.(2026·河南郑州·一模)随着我国“奋斗者”号等深海探测器的多次成功下潜,小明对浮力产生了浓厚的兴趣。为了探究浮力的大小究竟跟哪些因素有关,小明在实验室利用圆柱体金属块、弹簧测力计等器材进行了模拟实验,如图所示。
(1)金属块浸没在水中时,受到的浮力是________N。
(2)分析______三图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关。
(3)小明想探究“物体受到浮力的大小与其形状是否有关”。他找来薄铁片、烧杯和水进行实验。实验步骤如下:
步骤一:将铁片放入盛水的烧杯中,铁片下沉至杯底;
步骤二:将铁片弯成“碗状”再放入水中,它漂浮在水面上。
①通过分析可知,第一次铁片受到的浮力________第二次铁片受到的浮力(选填“大于”、“等于”或“小于”);
②小明得出:物体受到浮力的大小与其形状有关。小明得出错误结论的原因是:他只关注了铁片________的改变,忽视了__________对浮力大小的影响。
(4)下图中能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系的图像是________。
A. B. C. D.
(5)通过图中提供的实验数据计算得出,圆柱体的体积为_________,盐水的密度为_________(,g取10N/kg)。
19.(2025·江苏南通·中考真题)小海同学在地质博物馆看到一块火山石,讲解员说,它是火山喷发过程中岩浆急骤冷却后形成的玻璃质熔岩,俗称浮石,具有保温、隔热、吸音、耐腐蚀、无污染等特点。小海拿起一块火山石,感觉到很“轻”,他猜想火山石内部可能具有多孔的结构。为了验证猜想,他购买了火山石进行实验,步骤如下:
①用调节好的电子秤,测出空烧杯的质量m₁;
②测出火山石的质量m₂;
③将火山石浸没在水中数小时后取出,将其表面擦干,测出它的质量m₃,
④再将火山石浸没在装满水的容器中,用烧杯接住溢出的水,测出烧杯和溢出水的总质量m₄
(1)火山石具有保温、隔热、吸音的特点,可用来制造___________(写出一个即可)。
(2)分析___________(填写序号)两个步骤中的数据可知,小海的猜想是___________(选填“正确”或“错误”)的。
(3)火山石的密度为___________g/cm³,俗称“浮”石的原因是___________。
(4)实验中,若只进行①②④操作步骤,密度测量值偏___________,理由___________。
(5)你认为不同的火山石,密度一定相同吗?请判断并说出理由。___________。
20.(2025·山东德州·中考真题)王莲是一种大型浮叶草本,叶片布满气室、边缘向上卷起,具有粗壮的叶脉支撑结构,因而能产生巨大的浮力,植物园在其观赏期向游客开设载人体验活动。为安全起见,工作人员将一泡沫板置于叶片上方(泡沫板和叶片的面积视为相等)。如图所示,一质量为28kg的游客坐在泡沫板上进行体验。已知叶片底面积为1.4m2,其浸入水中的最大安全深度为5cm。(叶片及泡沫板质量均忽略不计,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)该游客体验时,泡沫板对叶片的压强;
(2)叶片所能承载的最大重力。
21.(2025·青海西宁·中考真题)小西所在的兴趣小组,想探索“冰山一角”蕴含的物理知识。利用一个正方体模具装入水,放在冰箱中凝固成冰,再将冰块磨制成体积为的正方体,投入装有适量水的容器中进行实验和分析(实验过程中不考虑冰的熔化、、、g取)。
(1)请计算冰块的重力;
(2)请计算冰块所受的浮力;
(3)请计算冰块露出水面的体积与水下体积之比;
(4)假设冰块全部熔化后,请通过计算说明液面升降情况(不考虑温度、蒸发等影响)。
22.(2025·山东潍坊·中考真题)如图甲所示,柱形容器的质量,底面积,静置于水平桌面,其底部放置边长的正方体物块。向容器中慢慢注入水,当水的深度时,物块与容器之间恰好无弹力,取,水的密度。
(1)求水的深度时,物块受到的浮力;
(2)求物块的密度;
(3)求水的深度时,容器对桌面的压强;
(4)若注水前,将物块用轻质弹簧悬挂,使物块与容器之间恰好无弹力,如图乙所示。已知该弹簧弹力大小跟其伸长量(或压缩量)之间的关系如图丙所示,向容器中慢慢注入水,直到水面与物块上表面平齐,求水面与物块上表面平齐时水的深度。
23.(2025·山东泰安·中考真题)依据战国时期竹节柄青铜汲酒器(图甲)工作原理,项目化学习小组利用3D打印技术制作了汲液器,该汲液器由中空圆柱形长柄和储液罐组成,结构示意图如图乙所示,汲液器质量为66g,3D打印所用材料的密度为,且该材料热熔凝固后密度不变。图丙为利用该汲液器转移液体的过程:①将汲液器竖直压入液体中,液体由底部小孔进入,空气由上部小孔排出;②堵住上部小孔,缓慢将汲液器从液体中提出后在空中静止;③松开上部小孔,液体从底部小孔流入水平放置的底面积为的空置圆柱形容器中,壁厚忽略不计。g取10N/kg,。求:
(1)3D打印该汲液器所消耗材料的体积(假设打印过程材料无损耗);
(2)步骤②中汲液器在空中静止时,手对汲液器的拉力为3.72N,忽略被封闭气体质量。步骤③中储液罐内的液体完全流入容器中后,容器内液体的深度为6cm,求该液体的密度;
(3)用下述方法可粗略测量汲液器内部空腔的总容积:将汲液器上部、底部两孔用薄膜封闭,用竖直向下的力将汲液器压入足够深的水中,当汲液器刚好全部浸没入水中静止时,所施加的力为3.24N,忽略汲液器及薄膜的形变、被封闭气体及薄膜的质量和体积,求的大小。
24.(2025·甘肃兰州·中考真题)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A和空心浮筒模型B来模拟打捞沉船的过程:A、B间用轻质细绳相连,将A、B放入水平地面上一个装有适量水、足够高的圆柱形容器中,B利用容器中的水自动充水,B充满水后A、B的位置如图乙所示,此时,A对容器底部的压力为16N。打捞时,向B中充气,当B中的水全部排出至容器中时,B浮出水面,A、B静止时的位置如图丙所示。已知A的质量为1.4kg,体积为200cm3,B的质量为0.6kg,体积为2000cm3,圆柱形容器的底面积为1000cm2。求:
(1)图乙中B受到的浮力;
(2)B空心部分的体积;
(3)乙、丙两图中,水对容器底部压强的变化量Δp。
25.(2025·山东威海·中考真题)如图甲所示,某航海器由钢板焊接的两个空心三棱柱组成。侧面为ABCDE;在△ABC中,AB=8m,AC=BC,;在中,底边DE的高为0.9m;两个三棱柱棱的长度均为10m,下方三棱柱体积为6m3,航海器总重(,g取10N/kg,三棱柱体积=三角形面积×棱的长度)
(1)当航海器漂浮在水面上,求排开水的体积。
(2)航海器误入浅水区搁浅,下方三棱柱一部分陷入泥沙,如图乙所示。
为将航海器浮起来,采取了以下措施:卸掉重2×105N的设备,等待涨潮之后清理下面的泥沙。搁浅位置24小时内,航海器底部到水面的距离H随时间变化情况如图丙所示。假设航海器整体始终保持水平,请通过计算判断航海器是否能浮起来?
26.(2025·四川达州·中考真题)在物理实践活动中,“奇思妙想”小组用一根粗细均匀上端开口、下端封闭的轻质塑料管制成一只密度计,管长10cm,配重质量5g。用相关食材调制出一种饮料,将该密度计分别放入水和饮料中,静止时如甲图和乙图(,g取10N/kg)。请计算:
(1)密度计在水中所受浮力大小;
(2)饮料密度;
(3)小组成员突发奇想:将适量饮料倒入甲图密度计内,静止时如丙图。将丙图密度计中饮料全部倒出,用体积、质量均不计的细线将配重悬挂在塑料管底部,放入饮料中,静止时如丁图(配重未接触容器底),此时塑料管底部受到的液体压强是多少?
27.(2025·吉林长春·中考真题)三峡船闸是世界上最大的船闸。如图甲所示,船在船闸中要经过五个闸室,实现船体的逐次降低或升高。实践小组制作的船闸模型如图乙所示,用两个隔板把大鱼缸分成三个长方体容器,每个容器内的底面积均为,隔板上均安装了闸门和阀门(体积均忽略不计),用重为6N、底面积为的不吸水的长方体木块代替船。“工作过程”如下:将船闸模型放在水平桌面上,关闭所有阀门、闸门后,向一级闸室内倒入适量的水,木块放入水中静止后,漂浮在水面上。打开阀门,当一、二级闸室水面相平后,打开闸门,将木块缓慢推入二级闸室。关闭和,打开阀门,当二、三级闸室水面相平后,打开闸门,将木块缓慢推入三级闸室。
(1)船闸利用了___________原理。当闸室内水位下降时,水对闸室底部的压强将___________。
(2)按照以上“工作过程”,木块进入三级闸室后,为避免其触底,要求木块底部到三级闸室底的距离至少为2cm。请通过计算求出需向一级闸室内倒入水的最小质量(,取,写出必要的文字说明及推导过程)。
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专题08 浮力
情境突破练 压轴提速练
情 境 突 破 练
1.【新情境+深海探测・奋斗者号潜水器考察浮沉条件】载人潜水器和潜艇都是人类探索深海的装置。如图所示,“奋斗者”号主要依靠改变自身搭载的载重片,达到沉浮的目的。当“奋斗者”号在深海某位置悬停工作时,下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号抛掉搭载的载重片后会下沉
B.“奋斗者”号抛掉搭载的载重片后会上浮
C.“奋斗者”号持续下潜时,受到的海水压强不变
D.“奋斗者”号持续下潜时,受到的浮力变大
【答案】B
【详解】AB.“奋斗者”号在深海某位置悬停工作时,浮力等于重力;“奋斗者”号抛掉搭载的载重片后重力减小,当浮力大于重力时,“奋斗者”号会上浮,故A错误,B正确;
C.根据,持续下潜时深度不断增加,海水密度不变,因此受到的海水压强变大,故C错误;
D.持续下潜时,潜水器完全浸没在海水中,排开海水的体积等于自身体积,保持不变,海水密度不变,根据,可知受到的浮力不变,故D错误。
故选B。
2.【新情境+古代科技・天工开物考察运动、惯性、压强、浮力】以下四图节选自我国古代科技巨著《天工开物》,其中说法正确的是( )
A.图甲“轧蔗取浆”中,牛拉“犁塘”匀速转动的过程中,其运动状态保持不变
B.图乙“湿田击稻”中,用力甩稻秆,稻粒落入木桶中,是因为受到惯性的作用
C.图丙“北耕兼种”中,耧下端的“鐵尖”是通过减小受力面积来增大压强的
D.图丁“六桨客船”中,客船从海水进入河水,浮力变小,船体要上浮一些
【答案】C
【详解】A.物体运动状态不变是指速度大小和运动方向都不变,牛拉“犁塘”匀速转动的过程中,运动方向不断改变,因此运动状态不断改变,故A错误;
B.惯性是物体本身固有的性质,不是外界施加的力,不能说“受到惯性的作用”,故B错误;
C.根据压强规律,压力一定时,减小受力面积可以增大压强。耧下端的“鐵尖”是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强,故C正确;
D.客船始终漂浮,漂浮时浮力等于船的总重力,客船从海水进入河水,总重力不变,因此浮力不变,故D错误。
故选C。
3.【新情境+实践活动・简易密度计考察漂浮与浮力】某校开展利用塑料吸管制作简易密度计的实践活动。如图甲,将吸管一端用小木塞密封,并缠绕上适量细铁丝,使其能竖直地漂浮在水中,标记吸管在水面处的位置a,此时密度计受到的浮力是F甲。如图乙、丙,再将此密度计分别放在密度为ρ1和ρ2的两种液体中,标记吸管在液面处的位置b、c,密度计受到的浮力是F乙和F丙。下列关系中正确的是( )
A., B.,
C., D.,
【答案】A
【详解】密度计在三种液体中均处于漂浮状态,根据可知,密度计所受的浮力相等,即
由图可知,密度计在乙液体中排开液体的体积最小,在丙液体中排开液体的体积最大,根据可知,液体密度大小关系为,故A正确,BCD错误。
故选A。
4.【新情境+历史故事・曹冲称象考察浮力与浮沉】曹冲称象的故事广为流传。如图,称象时,先让象站在船上,在船身与水面交界处做上标记。让象上岸后,再将石头装入船中,直至船身上的标记与水面重合,所装石头的质量即为大象的质量。下列说法正确的是( )
A.甲图中船排开水的重力与大象的重力大小相等
B.船内石头增多的过程中船底受到水的压强变小
C.船内石头增多的过程中船受到的浮力大小不变
D.甲图中船所受浮力与乙图中船所受浮力大小相等
【答案】D
【详解】A.根据阿基米德原理,甲图中船和大象整体漂浮,浮力等于船和大象的总重力,因此船排开水的重力与船和大象的总重力大小相等,即船排开水的重力大于大象的重力,故A错误;
B.船内石头增多时,船的总重力增大,根据阿基米德原理可知,排开水的体积增大,船会下沉一些,船底所处的深度增大,根据可知,船底受到水的压强变大,故B错误;
C.船内石头增多时,船的总重力增大,因为船始终漂浮,浮力等于重力,所以浮力增大,故C错误;
D.由甲乙图两图可知,船排开水的体积相同,根据阿基米德原理可知,甲图中船所受浮力与乙图中船所受浮力大小相等,故D正确。
故选D。
5.【新情境+国防科技・福建舰考察浮力、压强、运动】如图所示,我国完全自主设计建造的“福建舰”排水量可达8万吨。某次,“福建舰”沿水平直线匀速航行,g取10N/kg,则下列说法正确的是( )
A.“福建舰”满载时所受浮力为8×107N
B.“福建舰”从上海码头驶向深海时会上浮一些,所受浮力变大
C.“福建舰”以54km/h的航行速度匀速直线航行10min的航行距离为8km
D.当舰载机起飞后,“福建舰”舰底受到的海水压强变小
【答案】D
【详解】A.“福建舰”满载时在海里所受浮力约为,故A错误;
B.“福建舰”从上海码头驶向深海时,始终漂浮,浮力等于重力,重力不变,则所受浮力不变,根据可知,液体密度增大,则排开液体的体积减少,所以航母会上浮一些,故B错误;
C.由可知,“福建舰”以54km/h的航行速度匀速直线航行10min的航行距离为,故C错误;
D.“福建舰”始终漂浮,浮力等于重力,当舰船上的舰载机起飞后,重力变小,则浮力变小,根据可知,浮力减小,则舰底会上浮一些,浸入液体的深度变小,由可知,舰底受到的海水压强变小,故D正确。
故选D。
6.【新情境+实验装置・自动储水箱考察浮力、压强】图甲是实践小组设计的自动储水箱简图,竖直细杆固定在水箱底部,浮筒可沿细杆上下移动,水箱中水深为0.1m时,浮筒对水箱底部的压力刚好为零:水深为0.4m时,浮筒开始接触进水阀门;水深为0.6m时,浮筒使进水阀门完全关闭,浮筒所受浮力和水深h关系的图像如图乙。以下说法中正确的是( )
A.浮筒的底面积为
B.时,水对箱底的压强为3000Pa
C.h从0.4m到0.6m的过程中,浮筒排开水的重力保持不变
D.h从0.1m到0.4m的过程中,水对浮筒底部的压强保持不变
【答案】D
【详解】A.水箱中水深为0.1m时,浮筒对水箱底部的压力刚好为零,由图乙可知浮力为2.5N,排开水的体积
浮筒的底面积为
故A错误;
B.时,水对箱底的压强为
故B错误;
C.由图乙可知,h从0.4m到0.6m的过程中,浮筒受到的浮力增大,由阿基米德原理可知排开水的重力增大,故C错误;
D.由图乙可知,h从0.1m到0.4m的过程中,浮筒所受浮力不变,处于漂浮状态,由
可知浮筒底部受到的压力不变,底面积不变,由可知水对浮筒底部的压强保持不变,故D正确。
故选D。
7.【新情境+科技大赛・赛车模型考察流体压强与浮力】在科技创新大赛中,小文设计了赛车模型,为了使赛车在快速行驶时增大压力,从而增大摩擦力,小伟想在尾翼处安装上气流偏导器,你认为______(A或B)款气流偏导器更合适,在设计的气象探测气球携带探空仪(体积不计),若探空仪在高空测量,工作完毕后释放部分氢气,气球体积缩小,所受浮力随之______(变大,变小,不变)
【答案】 A 变小
【详解】[1]“气流偏导器”的上表面平直、底部呈弧形凸起,当赛车高速行驶时,偏导器上方的空气流速小、压强大,下方的空气流速大、压强小,产生一个向下的压强差,增加赛车对地面的压力,提高车轮的抓地性能,故应选A。
[2]工作完毕后释放部分氢气,气球体积缩小,由可知,气球所受浮力随之变小。
8.【新情境+历史航海・郑和宝船考察浮力变化】据史料记载:“郑和宝船,七下西洋”。如图所示,“郑和宝船”约合138米长、56米宽,排水量为5000吨,则郑和宝船满载时受到的浮力为_________N,船靠岸卸货后,所受的浮力_________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
【答案】 变小
【详解】[1]轮船满载时排开水的质量
根据阿基米德原理,浮力等于排开水的重力,即
[2]轮船始终漂浮在水面,漂浮时浮力等于船和货物的总重力。卸货后船的总重力减小,因此受到的浮力变小。
9.【新情境+工艺摆件・纯铜马摆件考察密度与体积】2026年是中国农历马年,小明的爸爸买了一个纯铜制马摆件,如图所示。为测出该摆件的体积,小明把该摆件完全浸入盛满水的容器中,刚好溢出500 g的水。(铜的密度为,水的密度为 ),则该摆件的体积为________,若该摆件是实心的,摆件的质量为________g。
【答案】 500 4450
【详解】[1]根据阿基米德原理,摆件完全浸入盛满水的容器中时,溢出水的体积等于摆件的体积。已知溢出水的质量,水的密度为,则溢出水的体积(摆件的体积)为
[2]已知摆件为纯铜制作,铜的密度为,摆件的体积为,若该摆件是实心的,则摆件的质量
10.【新情境+水培种植・浮箱考察浮力、重力、密度计算】浮箱可用于水上平台中水培植物的种植,小天自制了一个质量为400g的浮箱,并进行了一系列的测试。如图甲所示,在一个足够高的容器中注入16kg的水,再将浮箱放入其中,整个过程浮箱保持竖直,接着往浮箱内放入11N的营养液,此时容器内水的深度为35cm,浮箱受到的浮力为___________N。如图乙所示,用双手按住浮箱上端使它与容器底部接触,此时容器内水的深度为40cm,此时水面正好到达浮箱的最上端。为保证浮箱不会进水,浮箱上端距水面的距离要不低于2cm,则图甲装有11N营养液的浮箱最多还能加入___________kg的水培植物。
【答案】 15 2.3
【详解】[1]浮箱的重力
甲中浮箱处于漂浮状态,其受到的浮力为
[2]由阿基米德原理可知,甲中排开水的体积为
容器中水的体积
则容器的底面积
如图乙,用双手按住浮箱上端使它与容器底部接触,此时容器内水的深度为40cm,根据体积关系可得
代入数据可得
解得浮箱的底面积
由题知,为保证浮箱不会进水,浮箱上端距水面的距离要不低于2cm,此时浮箱排开水的体积
根据阿基米德原理可知此时浮箱所受的浮力
此时浮箱仍处于漂浮状态,则此时浮箱的总重力
则最多还能加入水培植物的重力
则最多还能加入水培植物的质量
11.【新情境+高空探测・极目一号浮空艇考察浮力与密度】图甲是我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇。(取)
(1)浮空艇形似“大白鲸”,外壳是白色的,这样可以反射光,使艇内气体升温不会过快。内部充的是密度______(选填“大于”“小于”或“等于”)空气的氦气;
(2)若浮空艇体积为,从科考基地(当地空气密度约为)即将升空时,所受浮力为______N;
(3)小明利用气球和重物模拟浮空艇下降的工作原理。如图乙所示,重物包含有定滑轮和电动装置,细线一端连接气球,另一端通过滑轮连接电动装置。充入适量氢气后气球的总质量为,体积为。当重物和气球静止时,地面对的支持力______(选填“大于”“等于”或“小于”)的重力。若要使气球下降,处的拉力至少大于______N。(所受的浮力、细线重力和滑轮摩擦忽略不计,当地空气密度为)
【答案】(1)小于
(2)
(3) 小于 21.8
【详解】(1)浮空艇内部充的是密度小于空气的氦气,使得自身的浮力大于重力,从而实现浮空。
(2)即将升空时,浮空艇所受浮力为
(3)[1]当重物和气球静止时,重物A在细线竖直向上的拉力、自身竖直向下的重力、地面竖直向上的支持力的作用下保持平衡,根据力的平衡条件可知,地面对的支持力小于的重力。
[2]气球受重力、拉力和浮力,气球的重力为
气球所受浮力为
则若要使气球下降,处的拉力至少为
12.【新情境+学科实践・电子秤测浮力考察浮力与密度】根据下列学科实践活动,回答问题。小丽在帮妈妈利用厨房电子秤配特定浓度糖水做面包时,发现在使用瓷勺搅拌糖水过程中,电子秤的示数在不停地变化,这引起了她浓厚的兴趣。她首先了解到电子秤是利用压力传感器工作的,它将压力转换为质量显示。于是,便如下猜想:
猜想一:增加的质量就是金属块的质量大小;
猜想二:增加的质量是金属块排开水的质量;
为排除不规则形状带来的干扰,小丽找到一个长方体金属块来探寻“示数不停变化”的原因。如图所示,将装有适量水的烧杯放在水平电子秤上,读数为220g,再将细线系住的金属块缓慢浸入水中(不接触容器),电子秤读数随之逐渐增大然后稳定在230g,随后松手金属块沉入水底(细线质量、体积均不计)。
(1)对比几次测量数据,小丽很快否定了猜想一,并算出金属块质量;
(2)观察图①到④可知浮力大小与______有关,长方体金属块所受浮力越大,电子秤读数越______(选填:“大”或“小”);为验证猜想二,她将烧杯一侧垫高,放在电子秤上,装水至杯口,并在杯口处放置好接水用小烧杯,若猜想正确,此时将金属块缓慢浸没到水中的过程中,电子秤示数将______(选填:“变大”或“不变”或“变小”),并可以测量小烧杯中水的质量加以验证;
(3)小丽还意外收获了利用电子秤快速测量固体密度的方法,此金属块密度为______kg/m3;
(4)推理应用:如图所示两个相同烧杯装等量的水,分别把A、B两实心球浸没在水中(A球用细线固定,B球用细线吊着,两细线均产生有拉力),放在电子秤上后示数分别为m1和m2,如果A和B质量相同,则m1______m2。如果A和B体积相同,则m1______m2。
【答案】 排开液体的体积 大 不变 > <
【详解】[1]由图①到④可知,金属块浸入水中的体积不同,浮力不同,说明浮力大小与排开液体的体积有关。
[2]根据力的作用是相互的,金属块所受浮力越大,对水的压力越大,电子秤读数越大。
[3]若猜想二正确,金属块浸没时排开水的质量等于增加的质量,溢出水后电子秤示数不变。
[4]由①和⑤可知,金属块质量为
完全浸没后,排开水的质量
金属块的体积等于排开水的体积,即
计算可得金属块密度为
[5]把容器、水以及小球看成一个整体,A、B质量相同时,两个整体的总质量相同,但B球还受到绳子向上的拉力,故电子秤示数会更小,故。
[6]A、B体积相同时,受到的浮力相同,排开水的重力相同,但是A球的浮力大于A球的重力,所以B球的浮力也大于A球的重力,那么B排开水的重力大于A球的重力,根据重力与质量的关系,则B排开水的质量大于A球的质量,故B球让电子秤增加的示数更大,故。
13.【新情境+实验探究・浮力大小影响因素考察】琳琳同学做“探究浮力大小和哪些因素有关”的实验,实验步骤如图所示。
(1)琳琳同学根据图中___________两图发现物体受到的浮力与液体的密度有关;根据图中___________两图可以发现物体受到的浮力与排开液体的体积有关;
(2)根据CD两图可以得出的结论为:物体受到的浮力大小与物体___________无关;
(3)聪明的琳琳还发现,根据以上实验数据可以得到盐水的密度为___________g/cm3;
(4)从图A到图B和图B到图C两个过程中,液面升高的高度之比为___________。
(5)图中的薄壁柱形烧杯底面积为300cm2,柱形物体底面积为100cm2,从图B到图C(图C中物体刚好浸没)的过程中,物体下移的距离为___________cm;如图F所示,米兰冬奥会金牌由金和银混合铸成,同组的小雷设计了以下测量金-牌平均密度的方法:将一台电子秤放在水平的桌面上并校零,再将装有适量水足够高的水杯放在电子秤上,读出电子秤的示数为;然后将金牌绶带挂在弹簧测力计下,让金牌缓慢放入水中浸没但不接触杯底,此时读出弹簧测力计的示数为,电子秤的示数为,则物体密度的表达式为___________(用符号、、和表示,忽略绶带的质量,不考虑绶带吸水);如果读数时奖牌的绶带有部分已经浸在水中,则测量结果会___________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
【答案】(1) C、E B、C
(2)浸没的深度
(3)1.4
(4)1︰1
(5) 1.5 偏小
【详解】(1)[1]根据控制变量法,要想探究浮力与液体的密度的关系时,需要控制排开液体的体积相同,只改变液体的密度,因此应选C、E两图比较。
[2]要想探究物体受到的浮力与排开液体的体积的关系时,需要控制液体的密度相同,只改变排开液体的体积,因此应选B、C两图比较。
(2)根据控制变量法,分析CD两图可知,液体的密度相同,物体排开液体的体积相同,物体浸没的深度不同,弹簧测力计的示数相同,根据称重法可知,物体受到的浮力相同,故可得出结论:物体受到的浮力大小与物体浸没的深度无关。
(3)根据称重法,由AC两图可知,物体在水中受到的浮力为
根据阿基米德原理可知,物体的体积为
由AE两图可知,物体在盐水中受到的浮力为
则盐水的密度为
(4)由图A到图B,增大的排开液体的体积为
液面升高的高度
图B到图C,增大的排开液体的体积为
液面升高的高度
所以液面升高的高度之比
(5)[1]图B到图C,液面上升的高度
设下移的距离为h,物体刚好浸没时
解得。
[2][3]由题意可知,电子秤增加的压力等于金牌受到的浮力,则金牌受到的浮力
金牌的重力
则金牌的体积为
则金牌的密度
如果读数时奖牌的绶带有部分已经浸在水中,会导致额外受到浮力,导致弹簧测力计示数F2偏小,电子秤示数F3偏大,根据可知,密度测量结果偏小。
14.【新情境+起重船模型・水舱感知抽水量考察密度与压强】起重船(图甲)吊运重物时为防船体倾斜,船两侧设有水舱(如图乙),在起吊重物同时用抽水机把一侧水舱的水抽至另一侧来维持平衡。某小组设计了感知抽水量的薄壁长方体水舱模型(如图丙),C是固定的拉力传感器,B是重10N、高20cm的长方体,通过轻质细线(忽略弹性)与C相连,A是质量为1200g、体积为的正方体,A、B紧密贴合,则A的密度为______。当水舱装水时水深为32cm,B刚好浸没(如图丙),当向外抽水体积达时,该舱水面恰与A上表面相平;在上述抽水过程中,当拉力传感器示数为9N时,水对容器底的压强为______Pa。
【答案】
【分析】水面恰与A上表面相平,可知水面下降的高度,即得出此时水深,由剩余水的体积和A的体积,可以计算水舱底面积;
由水舱的底面积,水深,计算水舱总体积,再由水的体积,A的体积,计算B的体积,得出B的横截面积;
根据传感器的示数,以及A、B的受力分析,可得此时所受浮力大小,由阿基米德原理算出排水体积,进一步得出,B浸在水中的深度;
得出水的总深度,计算对底部的压强;
【详解】[1]已知A的质量,体积, 则A的密度为
[2]A是正方体,,故A的边长,底面积。 抽水后剩余水体积
此时水面与A上表面相平,水深
水体积满足
代入数据得:
解得容器横截面积
B高,原状态水深,水体积
B体积,代入数据得 :
解得B的横截面积
抽水后,拉力传感器示数为9N,对A、B整体受力分析:受到向上的拉力和浮力,向下的总重力,整体受力平衡,则
,,代入数据,整体受浮力
由得,整体浸入水中体积
A完全浸没,,故B浸入体积
B浸入深度
总水深
15.【新情境+大国重器・半潜船模型考察压强、浮力计算】如图甲所示的大国重器半潜船,可以轻松“扛起”舰船、钻井平台等万吨巨物。其工作原理如图乙所示,通过调整水舱内压载水的质量,使装货甲板潜入水中,然后将货物拖曳到甲板上方,再将水舱内的压载水排出,使船身连同货物一起上浮,完成货物装载。科创小组使用3D打印机打印了一艘底面积、体积的空心长方体半潜船模型,将其放入一个底面积、装有20cm深水的轻质薄壁容器(足够高)中进行测试,如图丙所示。模型未注水时放入容器中漂浮,其浸入水中的深度为2.5cm,向模型内注水,直至注满水舱,模型恰好完全浸入水中。
(1)求未注水时模型底受到水的压强;
(2)求模型内水舱的体积;
(3)小组成员为了模拟半潜船装载货物过程,将一个与模型外形完全相同,密度为的实心“货物”轻轻放在注满水的模型正上方。当“货物”与模型静止后,用导管缓慢将水舱内的水抽出到容器外,使模型连同“货物”一起逐渐上浮。当“货物”刚好完全露出水面时,停止抽水。求此抽水过程中模型向上移动的距离。
【分析】第(1)小问,利用液体压强公式,根据水的密度及题目信息可求出未注水时模型底受到水的压强。第(2)小问,利用阿基米德原理,可求出模型未注水时受到的浮力,再根据浮沉条件可得模型的重力,然后利用阿基米德原理,可求出模型注满水时受到的浮力,同样利用浮沉条件可得到模型和注入水的总重力,从而求出注入水的体积即模型内水舱的体积。第(3)小问,根据题目信息可求出货物放在注满水的模型上静止时总重力,从而求出排水的总体积,并计算出此时容器中水面的高度,还可计算出货物浸入水中的深度,可以得到模型下表面与容器底的距离。再求出货物刚好露出水面时,水面的高度,并可求出模型下表面与容器底的距离,两次距离之差即为模型向上移动的距离。
【详解】(1)由题意得,模型浸入水中深度
未注水时模型底受到水的压强
(2)未注水时模型漂浮,排开水的体积
漂浮时,浮力等于模型自身重力,即
注满水后模型恰好完全浸没,此时总浮力等于总重力,总浮力为①
总重力为②
由①②可得③
将代入③中,可得
(3)货物与模型外形相同,故
模型高度
容器底面积,初始容器内水体积
已知,,
放好货物后总重力
总浮力等于总重力,总排开体积
初始水面高度
货物浸入深度
设初始模型底部距容器底高度为,则
得
当“货物”刚好完全露出水面时,容器中水面高度为
此时模型刚好全部浸入水中,模型底部距容器底高度为
抽水过程中模型向上移动的距离
16.【新情境+生活应用・鱼缸自动换水装置考察压强、密度】为了保证鱼缸能不断更换水,科技小组设计了一个鱼缸自动换水装置模型。装置模型如图所示,进水口不间断地向鱼缸中慢慢注水,实心均匀圆柱形浮筒A能在竖直方向无摩擦自由滑动,高度为50cm,底面积为浮筒底部用10cm的轻质细杆与鱼缸的排出口阀门相连,略大于排出口的圆形阀门(质量、厚度不计)的上表面积为。当浮筒对轻杆的压力为0时,水的深度为。当阀门打开排出水的过程中,排出量大于流入量。求:
(1)当浮筒对轻杆的压力为0时,阀门受到水的压强;
(2)圆形浮筒A的密度;
(3)在自动更换过程中,鱼缸内水的最大深度与最小深度之比。
【分析】(1)已知此时水的深度,可直接利用液体压强公式计算阀门受到水的压强。
(2)当浮筒对轻杆压力为0时,浮筒刚好处于漂浮状态,所受浮力等于自身重力。先根据水深计算浮筒浸入水中的深度,再利用阿基米德原理算所受浮力,然后利用密度公式求解浮筒的密度。
(3)当阀门关闭时,浮筒对轻杆压力为0时的水深为最小深度的临界点;当浮筒增加的浮力等于阀门受到水的压力时达到打开临界,据此计算水的最大深度。
【详解】(1)浮筒对轻杆的压力为0时,阀门受到水的压强
(2)浮筒浸入水中的深度
此时浮筒对轻杆压力为0,浮筒所受浮力等于自身重力,则浮筒的重力
浮筒总体积
圆形浮筒A的密度
(3)自动换水过程中,浮筒对轻杆压力为0时,阀门关闭,水位最低,即;当进水使水深增加,浮力增加,浮筒增加的浮力等于水对阀门向下的压力时阀门自动打开,此时水的最大深度为
增加的浮力即为阀门受到的向上拉力
阀门受到向下的水压力
平衡时有,则,即。代入数值
解得,因此
深度之比
压 轴 提 速 练
1.(2025·山西阳泉·模拟预测)某项目化学习小组用塑料瓶、螺母、进排气管(重力忽略不计)等器材,制成如图所示的潜水艇模型。将模型放入水中,使其上浮或下沉。下列分析正确的是( )
A.向瓶中充气时,瓶内气压变大模型下沉
B.潜水艇受到的浮力大于它排开水的重力
C.从瓶中抽气时,模型会下沉,所受浮力不变
D.潜水艇下沉过程中,水对螺母的压强不变
【答案】C
【详解】A.向瓶中充气时,瓶内气压变大,模型中的一部分水被排出,使得模型的重力变小,浮力不变,浮力大于重力,模型会上浮,故A错误;
B.根据阿基米德原理可知,模型受到的浮力等于它排开水的重力,即,故B错误;
C.从瓶中抽气时,一部分水会进入模型中,使得模型的重力变大,浮力不变,重力大于浮力,模型会下沉,故C正确;
D.潜水艇下沉过程中,深度变大,根据可知,水对螺母的压强变大,故D错误。
故选C。
2.(2026·甘肃天水·模拟预测)水平桌面上有两个相同的容器甲和乙,分别盛有密度不同的液体P和Q,某同学将同一个橙子先后放入两容器中,橙子静止时液面到容器底的高度相等,如图所示。下列判断正确的是( )
A.橙子在液体Q中受到的浮力大
B.液体对甲、乙容器底的压力一样大
C.甲容器底所受的压强小于乙容器底所受的压强
D.橙子排开液体P的质量大于排开液体Q的质量
【答案】C
【详解】A.橙子在液体P和Q中,静止时都是漂浮,所以,因此在两种液体中它受到的浮力相等,都等于其重力的大小,故A错误;
BC.如图所示,橙子在液体P中排开液体的体积大于在液体Q中排开液体的体积,而橙子在两种液体中受到的浮力大小相同,根据可知,所以;由于液面到容器底的高度相等,由可知,容器底部受到的液体压强;而两容器相同,所以底面积相同,根据可知,液体对容器的压力,故B错误,C正确;
D.橙子在两种液体中受到浮力相同,由可知,它排开两种液体的重力相同,所以它排开两种液体的质量也相同,故D错误。
故选C。
3.(2025·江苏淮安·中考真题)如图甲、乙所示,两个相同的柱形容器内装有两种不同的液体,将两个相同的物体A、B放入容器中,静止时液面刚好相平。下列说法正确的是( )
A.A受到的浮力大于B受到的浮力
B.图甲中液体的密度大于图乙中液体的密度
C.两个柱形容器对水平桌面的压强相等
D.两个容器底部受到的液体的压强相等
【答案】B
【详解】AB.由图可知,完全相同的两个物体放入两杯液体内均处于漂浮状态,根据漂浮条件,两种情况下的浮力都等于物体的重力,物体完全相同,所以F浮甲=F浮乙;由于浮力相等,且物体在甲液体中排开液体的体积小于在乙液体中排开液体的体积,根据可得,甲液体的密度大于乙液体的密度,即ρ甲>ρ乙,故A错误,B正确;
C.由图可知甲图排开液体的体积小,而两容器中液面相平,则甲容器中液体的体积大,甲容器中液体密度较大,则甲容器中液体质量更大,总重力更大,物体的重力相同,所以甲图中物体和液体的总重力大于乙图中物体和液体的总重力,根据可知甲容器对桌面产生的压强大,即两容器对桌面产生的压强不相等,故C错误;
D.两容器内液面恰好相平,且甲液体的密度大于乙液体的密度,根据液体压强公式可知,甲液体对容器底的压强大于乙液体对容器底的压强,故D错误。
故选B。
4.(2025·山东泰安·中考真题)如图所示,水平桌面上有甲、乙两个相同的烧杯,分别装有适量等质量的水。甲烧杯中,静止在杯底的铁块,通过细线与浸没在水中的木球相连,此时甲烧杯对桌面的压力为;乙烧杯放入相同的铁块,与木球体积相同的铁球悬挂并浸没入水中,静止时乙烧杯对桌面的压力为;剪断木球下端的细线后,甲烧杯对桌面的压力为。以上操作中,水的质量保持不变,细线质量和体积忽略不计。已知。下列说法中( )
① ② ③ ④
A.只有①③正确 B.只有①④正确 C.只有②③正确 D.只有②④正确
【答案】B
【详解】①②设水的重力为,铁块的重力为,木球与铁球体积均为,甲烧杯对桌面的压力为
静止时乙烧杯对桌面的压力为
由于水的质量不变,则水的重力不变,铁块的重力不变,又由于,则,故①正确,②错误;
③④剪断木球下端的细线后,由于,木球最终漂浮在水面上,但仍然在杯中,则此时甲烧杯对桌面的压力为
由①②分析可知,甲烧杯对桌面的压力为
由于水的质量不变,则水的重力不变,铁块的重力不变,木球的重力不变,则,故③错误,④正确。
故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
5.(2025·四川南充·中考真题)如图甲所示,一轻质弹簧上端固定,下端连接正方体物块,物块上表面恰与水面相平,物块的边长为10cm,水深为20cm,弹簧的上端与容器底部之间的高度为35cm,弹簧的弹力大小F与长度L的关系如图乙所示。下列选项正确的是(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg,弹簧未超过弹性限度)( )
A.水对物块底部的压强为2000Pa
B.弹簧的原长为5m
C.此时弹簧对物块的压力为20N
D.物块的密度为3×103kg/m3
【答案】D
【详解】A.水对物块底部的压强为
故A不符合题意;
B.由图乙可知,弹簧的弹力大小F为0N时,弹簧的长度为,则弹簧的原长为,故B不符合题意;
C.根据图乙利用数学知识解得弹簧的弹力大小F与长度L的函数解析式为。图甲中弹簧长度为
弹簧长度大于弹簧原长,所以弹簧被拉伸,弹簧对物块的力是拉力,将弹簧长度代入解析式可得弹簧的弹力,则此时弹簧对物块的拉力为20N,故C不符合题意;
D.物块受到的浮力为
根据力的平衡条件,物块重力为
则物块的密度为
故D符合题意。
故选D。
6.(2025·山东东营·中考真题)如图甲所示,用弹簧测力计将圆柱体从盛水的容器中缓慢提出水面,该过程中弹簧测力计读数F随圆柱体上升高度h的关系如图乙所示(忽略液面的变化,g取10N/kg),下列说法中正确的是( )
①圆柱体浸没时受到的浮力是2N
②圆柱体受到的重力是3N
③圆柱体的密度是
④圆柱体的底面积是
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
【答案】A
【详解】①②由图乙可知,当时,弹簧测力计示数为,且在提升圆柱体时示数保持不变,此过程中圆柱体完全浸没在水中;当时,弹簧测力计的示数为,且示数保持不变,此时圆柱体位于空中,由二力平衡条件可知,圆柱体的重力
圆柱体完全浸没时受到的浮力
故①正确,②错误;
③圆柱体的质量
圆柱体的体积等于完全浸没时排开水的体积
则圆柱体的密度
故③正确;
④由图乙可知,圆柱体从开始露出水面到完全离开水面,则圆柱体的高度
则圆柱体的底面积
故④错误;
综上所述,A正确,BCD错误。
故选A。
7.(2025·四川广元·中考真题)如图甲所示,横杆在铁架台上可上下移动,竖直硬质细杆(质量忽略)的上端通过力传感器固定在横杆上(力传感器可显示细杆受到力的大小),下端与底面积为40cm2、密度为0.4g/cm3的实心均匀长方体物块M相连,M浸没在底面积为100cm2装有水的容器中,此时水的深度为40cm。让横杆匀速缓慢向上移动,力传感器示数随时间的变化关系如图乙所示,时间段为6s;物块M始终竖直且不吸水,水的密度是1.0g/cm3,取10N/kg。下列说法正确的是( )
A.为0时,水对容器底部的压强是2×103Pa
B.0-t1时间段,力传感器示数F1为14.0N
C.t为0时与t3时相比,容器底部受到的压强变化量是100Pa
D.横杆向上运动的速度为1cm/s
【答案】D
【详解】由题可知,0-t1时间段,物块M浸没在水中,t1- t3时间段物块M从开始接触水面到刚好离开水面;因为t1- t3时间段在向上运动的过程中物块M排开液体的体积在不断减小,由可知,液体密度不变,其受到的浮力一直在减小,t1- t3时间段内,力传感器示数先减小后增大,说明t1- t2时间段内,物块M受到的浮力大于其重力,有
t2时刻,物块M受到的浮力等于其重力,所以力传感器示数为零,t2- t3时间段内,物块M受到的浮力小于其重力,有
A.为0时,水的深度为
水对容器底部的压强
故A错误;
B.由题可知,t3之后物体已经离开水中,此时力传感器示数等于物体的重力,所以长方体物块M的重力为4.0N,则长方体物块M的质量为
则长方体物块M的体积为
0-t1时间段,长方体物块M处于浸没状态,此时受到的浮力为
力传感器示数为
故B错误;
C.t为0时,容器内的体积为水和物块M的总体积,则容器内的总体积为
t3时,物块M刚好离开水面,容器内的体积只有水的体积,体积为
此时水的深度为
此时容器底部受到的压强
t为0时与t3时相比,容器底部受到的压强变化量
故C错误;
D.由题可知,横杆匀速缓慢向上移动,时间段为6s;t2时刻,物块M受到的浮力等于其重力,受到的浮力为
此时排开液体的体积为
t2时刻,水和物块M浸入水中的总体积为
物块M的高度为
t2时刻,水面的高度为
水面上方物块M的高度为
细杆与物块M连接部分的高度为
t3时刻,细杆与物块M连接部分的高度为
则细杆移动的距离为
横杆移动的距离与细杆移动的距离相同,则横杆向上运动的速度为
故D正确。
故选D。
8.(2025·北京·中考真题)某小组设计了水箱自动控制进水装置,如图所示。水箱内的圆柱形金属控制棒用不可伸长的细线悬挂在力传感器下面,并始终浸在水中,通过它对力传感器拉力的大小触发开关,控制水泵自动进水。用水时,水箱内水位降低,当到达最低水位时,力传感器所受拉力等于,触发开关,水泵开始持续向水箱注水;当水位到达最高水位时,力传感器所受拉力等于,再次触发开关,水泵停止向水箱注水。若进水过程中同时用水,相同时间内进水量大于出水量。已知控制棒的质量为,水的密度为。下列说法正确的是( )
A.控制棒受到的浮力最大时,排开水的体积为
B.控制棒受到的浮力的变化量最大为
C.力传感器受到的拉力大小在与之间时,说明水箱正在进水
D.缩短悬挂控制棒的细线,可使水箱中的最高和最低水位均升高
【答案】D
【详解】A.由题意,控制棒始终浸在水中,控制棒受重力、浮力和拉力。当水位到达最高水位时,力传感器所受拉力等于,由可知,此时控制棒排开水的体积最大,水的密度不变,则此时控制棒受到的浮力最大。控制棒处于静止状态,受平衡力,则
控制棒的重力不变,受到的浮力最大,则此时拉力最小为。由,则此时排开水的体积
故A错误;
B.当到达最低水位时,力传感器所受拉力等于,由可知,此时控制棒排开水的体积最小,水的密度不变,则此时控制棒受到的浮力最小,由
此时拉力最大为。水位由最低到达最高的过程,控制棒排开水的体积变化量最大,水的密度不变,由,则控制棒受到的浮力的变化量最大。最低水位时,浮力
最高水位时浮力
则浮力的最大变化量
故B错误;
C.由题意,最低水位时拉力为,此时控制棒受拉力最大,水泵启动进水。最高水位时拉力为,此时控制棒受拉力最小,水泵停止进水。进水过程中拉力从逐渐减小到。若进水过程中同时用水,相同时间内进水量大于出水量,所以进水时水位是净上升的,因此拉力是从单调减小到。如果水泵停止进水后(拉力已达到),开始用水,水位下降,拉力从逐渐增大。在拉力从增大到的过程中,水箱并未进水(水泵未启动),但拉力确实处于和之间。因此,拉力在和之间时,可能是正在进水(拉力从减小到),也可能正在用水(拉力从增大到),故C错误;
D.缩短悬挂控制棒的细线,因为、的触发条件不变,控制棒受重力不变,由,则控制棒受最小浮力和最大浮力不变。假设初始时细线长度为L,控制棒长度为h,水箱底到力传感器的距离为H。最低水位时,控制棒浸入,设浸入深度为,则,则,
则
因为、、、、都不变,所以不变,则水位高度
缩短细线,、、不变,减小,增大。同理,最高水位也会增大。所以,缩短悬挂控制棒的细线,可使水箱中的最高和最低水位均升高,故D正确。
故选D。
9.(2025·广东深圳·模拟预测)如图所示,水平地面上有一个底面积为的盛水容器A内有边长为10cm的正方体物块B,一根细线与容器底部相连,此时细线受到的拉力是6N。已知水的密度是,g取,下列说法中( )
①物块B受到的浮力是4N
②物块B的密度是
③剪断绳子,待物块B静止后受到的浮力为10N
④剪断绳子,待物块B静止后,容器内水面下降了3cm
A.只有②④正确 B.只有①②正确 C.只有③④正确 D.只有①③正确
【答案】A
【详解】①正方体物块B的体积
因为物块B浸没在水中,则排开水的体积
所以物块B受到的浮力
故①错误;
②因物块受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力、绳子的拉力作用而处于平衡状态,所以由物块受到的合力为零可得,物块B的重力
由可得,物块B的质量
则物块B的密度
故②正确;
③因为可知,剪断绳子,待物块静止后处于漂浮状态,此时物块受到的浮力
故③错误
④物块漂浮时受到的浮力
由可得,物块漂浮时排开水的体积
由可得,水面下降的深度为
故④正确。
综上可知,只有②④正确,故BCD不符合题意,A符合题意。
故选A。
10.(2025·北京·中考真题)某同学利用一个圆柱形容器、一个梨、记号笔、刻度尺和适量的水测量酱油的密度,测量过程如图所示,图中、、、分别是梨放入水、酱油前后液面到容器底的距离。已知水的密度为,则待测酱油的密度________。(用已知量和测量量表示)
【答案】
【详解】由图可知,梨在水中和酱油中均处于漂浮状态,即受到的浮力等于其重力,所以F浮水=F浮酱油
设圆柱形容器的横截面积为S,则梨在水中排开水的体积V水排=S(h2-h1)
梨在酱油中排开酱油的体积V酱油排=S(h4-h3)
根据阿基米德原理可知ρ水V水排g=ρ酱油V酱油排g,ρ水S(h2-h1)g=ρ酱油S(h4-h3)g,ρ水(h2-h1)=ρ酱油(h4-h3)
则待测酱油的密度
11.(2025·黑龙江齐齐哈尔·中考真题)某材料不吸收液体,在酒精或盐水中均不溶解,且不与酒精或盐水发生化学反应,用该材料制成重的实心球。若将球投入足够多的酒精中,当球静止时,受到的浮力大小是______;若将球投入足够多的盐水中,当球静止时,受到的浮力大小是______N。(已知,,)
【答案】 0.8 1
【详解】[1][2]球的体积为
因为球的密度大于酒精的密度,所以若将球投入足够多的酒精中,当球静止时,球沉底,则球受到的浮力大小
球的密度小于盐水密度,所以若将球投入足够多的盐水中,当球静止时,球漂浮,则受到的浮力大小
12.(2025·江苏无锡·中考真题)2025年5月18日,我国自主研制的大型水陆两栖飞机AG600“鲲龙”批生产首架机成功完成验证任务,具备交付使用条件。AG600最大起飞质量为53.5t,若实施海上救援,以500km/h的速度飞行,3h到达事发海域,飞行距离为___________km,漂浮在海面上时排开的海水的体积最大为___________m3(海水密度取1.0×103kg/m3)。执行灭火任务时,20s完成汲水12t,随后飞往火场灭火,若某次灭火需要用水600t,取水点离火场44km,飞机以220km/h的速度飞行,从取水点汲水开始计时,洒水用时不计,任务完成后重新回到取水点,共耗时___________s。
【答案】1500 53.5 73000
【详解】[1]飞机以500km/h的速度飞行,3h到达事发海域,飞行距离为
[2]AG600最大起飞质量为53.5t,飞机漂浮在海面上,根据物体漂浮条件
排开海水的体积
[3]执行灭火任务时,20s完成汲水12t,某次灭火需要用水600t,汲水次数为
汲水总时间
取水点离火场44km,飞机以220km/h的速度飞行,单程飞行时间
所以从取水点汲水开始计时,到任务完成后重新回到取水点共耗时
13.(2026·江苏无锡·一模)某小组设计了水箱自动控制进水装置,如图所示。水箱内质量为m的圆柱形金属控制棒用不可伸长的细线悬挂在力传感器下面,并始终浸在水中,通过它对力传感器拉力的大小触发开关,控制水泵自动注水。当水箱内水位降低到最低水位时,力传感器所受拉力等于,触发开关水箱进水,此时控制棒受到的浮力为______(用字母表示);当水位上升时,力传感器的示数将______(选填“变大”、“变小”或“不变”),当力传感器所受拉力等于时,再次触发开关,水泵停止向水箱注水。若换用一根形状完全相同但密度更大的控制棒,将会使水箱中的最高水位______(选填“升高”、“降低”或“不变”)。
【答案】 变小 升高
【详解】[1]对控制棒受力分析,控制棒静止,满足平衡关系
控制棒重力G=mg,此时拉力为,因此浮力
[2]水位上升时,控制棒浸入水中的体积变大,根据阿基米德原理,浮力变大;由拉力
可知,拉力变小,因此力传感器的示数变小。
[3]停止注水的条件是拉力减小到,即满足
变形得
换用形状相同、密度更大的控制棒后,控制棒重力更大,因此需要更大的浮力才能让拉力降到,更大的浮力对应更大的排开水体积,即需要更高的水位才能触发停止,因此水箱最高水位升高。
14.(2025·辽宁·中考真题)如图,装有适量水的柱形容器静止在水平桌面上,不计质量的弹簧悬挂一不吸水圆柱体,圆柱体浸入水中3cm且处于静止状态,此时弹簧伸长量为8cm。现向柱形容器注水,注水过程中圆柱体缓慢上升,当弹簧恰好恢复原长时,停止注水,圆柱体静止。注水量为2.76 kg且水没有溢出。已知:圆柱体高20 cm、底面积,柱形容器底面积。容器中的水面与注水前相比升高了________cm,圆柱体的密度为________。(,整个过程圆柱体始终未与容器壁接触)
【答案】 19.6 0.73
【详解】[1]由圆柱体浸入水中3cm且处于静止状态,此时弹簧伸长量为8cm。现向柱形容器注水,注水过程中圆柱体缓慢上升,当弹簧恰好恢复原长时,停止注水,圆柱体静止可知,在停止注水时,圆柱体上升8cm,圆柱体下增加的水的
注水的体积:
容器中的水面与注水前相比升高了
[2]圆柱体浸入水中的深度:h=19.6cm-8cm+3cm=14.6cm
圆柱体漂浮,由物体的浮沉条件得,即
可得
圆柱体的密度
15.(2026·江苏南京·一模)如图所示,水平桌面上两个相同的容器中分别装有甲、乙两种液体,将边长分别为2cm和3cm的A、B两个正方体,按图示方式放入液体中,待静止后,B刚好浸没在甲液体中,A刚好浸没在乙液体中,且两容器中液面恰好相平。
(1)甲、乙液体对容器底的压强分别为和,排开液体的质量分别为和,两容器对水平桌面的压力分别为和,则它们的大小关系为:__________,__________,__________(选填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)已知甲液体为水,现将甲液体中的正方体A从正方体B上方取下放入水中,此时正方体A沉底,正方体B有露出水面,则液体乙的密度__________,正方体A的密度__________。
【答案】(1) 小于 等于 小于
(2) 1.35
【详解】(1)[2]将A、B两正方体视作一个整体,该整体在两液体中都处于漂浮状态,,所以该整体在两液体中受到的浮力相等,由阿基米德原理知,排开液体受到的重力相等,则排开液体的质量相等,即。
[3]由图知,,,因为,所以,由可知,两液体的密度关系是;放入正方体前,甲液体的体积小于乙液体的体积,根据可得,甲液体的重力小于乙液体的重力;容器对水平桌面的压力,因容器受到重力相同,且A、B两正方体受到的重力不变,甲液体受到的重力较小,所以,装甲液体的容器对水平桌面的压力较小,即。
[1]由于两个容器中液面相平,甲液体密度较小,根据可得,甲、乙液体对容器底的压强关系为。
(2)[1]若甲液体为水,则A和B的总重力为
AB整体在两种液体中受到的浮力相等,故乙液体的密度为
[2]取下A后,正方体B有露出水面,处于漂浮状态,则B的重为
A的重力为
A的质量为
则A的密度为
16.(2025·湖南长沙·模拟预测)如图所示,质量为0.3kg的薄壁长方体容器甲放置在水平地面上,里面装有10cm深的水。另有密度大于水,且完全相同的实心长方体A、B置于水平地面上,已知。(,g取10N/kg)
(1)长方体容器甲的重力为______N。
(2)水对容器底部的压强为______Pa。
(3)将A以不同底面朝下的方式放入长方体容器中,稳定后,在A对容器底部有压力作用的所有方式中,A对容器底部的最小压强为;再将B按照A的方式放入水中,且置于A上方。在这两次放入后,水对容器底部的压强分别为和。则放入B后,容器对桌面的压力为______N。
【答案】(1)3 (2)1000 (3)45.4
【详解】(1)由可得容器甲的重力
(2)由液体压强公式,可得水对容器底部的压强
(3)由公式可知,A对容器底部的压强最小时,受力面积最大,故应该是平放。由于此时的高度L<8cm,小于水的深度,且A对容器底有压强,所以A浸没。水对容器底部的压强为1240Pa;根据可得
水的深度增大了2.4cm,根据体积关系有
解得,当B按照A的方式叠放在A上方,总高度是10cm,小于水的深度,故B物体也是浸没的。此时压强1400Pa,根据可得,此时水的深度为
水的深度又增加了
由于完全相同的AB,不溢出时,水面增加的高度相同,此时大小不同,说明有水溢出,且溢出水的体积为
已知A对容器底部的最小压强为750Pa;A的体积为
当A浸没时,排开水的体积等于A的体积,即
A所受浮力为
根据公式可得,,
代入数据解得A的重力为
因为物块A、B完全相同,所以
剩余水的体积为
剩余水的质量为
剩余水的重力为
故放入B后,容器对桌面的压力大小为
17.(2026·陕西西安·二模)小明在“探究浮力大小与哪些因素有关”时,进行了如图所示的实验。
(1)如图-1,小明把一个空饮料罐缓慢按入水中时,用力逐渐变大,表明饮料罐所受浮力逐渐_______;
(2)如图-2,由实验步骤①和②可得,物体受到的浮力是_______N;
(3)如图-2,由实验步骤①②③④可初步得出:物体所受浮力大小与_______有关;由实验步骤①④⑤可得出:当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,物体所受的浮力越_______;
(4)小明又找来溢水杯和电子秤,他将装满水的溢水杯放到电子秤上,再用手提着这个物体缓慢浸入溢水杯中,如图-3所示,从物体底部进入水中一直到浸没的过程,电子秤的示数将_______。
【答案】(1)变大
(2)0.7
(3)排开液体的体积 大
(4)不变
【详解】(1)将一个空饮料罐按入水中,空饮料罐对水压力和水对空饮料罐的浮力是一对相互作用力,感觉用力越来越大,说明物体所受浮力也在逐渐变大。
(2)根据称重法,由实验步骤①②可得,物体受到的浮力
(3)[1]分析比较①②③④可知,液体的密度相同时,物体排开液体的体积不同,弹簧测力计的示数不同,即受到的浮力不同,说明物体所受浮力大小与排开液体的体积有关。
[2]分析比较①④⑤可知,物体排开液体的体积相同,液体的密度不同,液体的密度越大,弹簧测力计的示数越小,即受到的浮力越大,故可得出:当物体排开液体的体积相同时,液体密度越大,物体所受的浮力越大。
(4)物体未放入时,电子秤示数
物体放入后,电子秤示数
由阿基米德原理可知,
所以,即物体放入后,电子秤示数不变。
18.(2026·河南郑州·一模)随着我国“奋斗者”号等深海探测器的多次成功下潜,小明对浮力产生了浓厚的兴趣。为了探究浮力的大小究竟跟哪些因素有关,小明在实验室利用圆柱体金属块、弹簧测力计等器材进行了模拟实验,如图所示。
(1)金属块浸没在水中时,受到的浮力是________N。
(2)分析______三图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关。
(3)小明想探究“物体受到浮力的大小与其形状是否有关”。他找来薄铁片、烧杯和水进行实验。实验步骤如下:
步骤一:将铁片放入盛水的烧杯中,铁片下沉至杯底;
步骤二:将铁片弯成“碗状”再放入水中,它漂浮在水面上。
①通过分析可知,第一次铁片受到的浮力________第二次铁片受到的浮力(选填“大于”、“等于”或“小于”);
②小明得出:物体受到浮力的大小与其形状有关。小明得出错误结论的原因是:他只关注了铁片________的改变,忽视了__________对浮力大小的影响。
(4)下图中能正确反映弹簧测力计示数F和圆柱体下表面到水面距离h关系的图像是________。
A. B. C. D.
(5)通过图中提供的实验数据计算得出,圆柱体的体积为_________,盐水的密度为_________(,g取10N/kg)。
【答案】(1)2
(2)甲丁戊
(3) 小于 形状 物体排开液体的体积
(4)D
(5)
【详解】(1)由甲图可知弹簧测力计分度值为0.2N,金属块重力;金属块浸没在水中时拉力,根据称重法,金属块浸没在水中时受到的浮力
(2)探究浮力与液体密度的关系,需要控制排开液体的体积相同,改变液体密度,因此选甲、丁、戊三图进行分析,丁中金属块浸没在水、戊中浸没在盐水,排开体积相同,液体密度不同。
(3)[1]第一次铁片下沉时浮力小于重力,第二次漂浮时浮力等于重力,所以第一次所受浮力小于第二次所受浮力。
[2][3]形状的改变致使铁片排开液体的体积发生了变化,因此,小明只关注形状的变化,忽视了物体排开液体的体积的变化,结论自然不可靠。
(4)圆柱体下表面到水面距离h增大时:未完全浸没时,h越大,排开液体的体积越大,浮力越大,弹簧测力计示数,因此F逐渐减小;完全浸没后,h增大,排开液体的体积不变,浮力不变,因此F保持不变。规律为:F从等于重力开始,先减小后不变,故选D。
(5)[1][2]金属块浸没水中时,金属块的体积
由图戊可知,金属块浸没盐水中时,金属块受到的浮力
则盐水的密度
19.(2025·江苏南通·中考真题)小海同学在地质博物馆看到一块火山石,讲解员说,它是火山喷发过程中岩浆急骤冷却后形成的玻璃质熔岩,俗称浮石,具有保温、隔热、吸音、耐腐蚀、无污染等特点。小海拿起一块火山石,感觉到很“轻”,他猜想火山石内部可能具有多孔的结构。为了验证猜想,他购买了火山石进行实验,步骤如下:
①用调节好的电子秤,测出空烧杯的质量m₁;
②测出火山石的质量m₂;
③将火山石浸没在水中数小时后取出,将其表面擦干,测出它的质量m₃,
④再将火山石浸没在装满水的容器中,用烧杯接住溢出的水,测出烧杯和溢出水的总质量m₄
(1)火山石具有保温、隔热、吸音的特点,可用来制造___________(写出一个即可)。
(2)分析___________(填写序号)两个步骤中的数据可知,小海的猜想是___________(选填“正确”或“错误”)的。
(3)火山石的密度为___________g/cm³,俗称“浮”石的原因是___________。
(4)实验中,若只进行①②④操作步骤,密度测量值偏___________,理由___________。
(5)你认为不同的火山石,密度一定相同吗?请判断并说出理由。___________。
【答案】(1)建筑物外墙
(2) ②③ 正确
(3) 0.5 见解析
(4) 大 见详解
(5)见详解
【详解】(1)火山石具有保温、隔热、吸音的特点,可用来制造建筑物外墙,使建筑内部保持一定温度。
(2)[1][2]分析②③两个步骤中的数据可知,火山石浸没在水中数小时后质量变大,说明火山石吸水,火山石内部可能具有多孔的结构,则小海的猜想是正确的。
(3)[1]火山石的质量,火山石排开水的质量
火山石排开水的体积
火山石浸没在水中,火山石体积等于排开水的体积
火山石的密度
[2]火山石的密度小于水的密度,所以火山石能浮在水面上,被称为“浮”石。
(4)[1][2]火山石吸水,若没有先浸水饱和,部分水被吸入孔隙中,导致溢出水的体积偏小,因此测量出的体积偏小,密度偏大。
(5)不同的火山石,密度不一定相同,理由:火山石的形成条件不同,会导致孔隙率不同,从而密度不同。
20.(2025·山东德州·中考真题)王莲是一种大型浮叶草本,叶片布满气室、边缘向上卷起,具有粗壮的叶脉支撑结构,因而能产生巨大的浮力,植物园在其观赏期向游客开设载人体验活动。为安全起见,工作人员将一泡沫板置于叶片上方(泡沫板和叶片的面积视为相等)。如图所示,一质量为28kg的游客坐在泡沫板上进行体验。已知叶片底面积为1.4m2,其浸入水中的最大安全深度为5cm。(叶片及泡沫板质量均忽略不计,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。求:
(1)该游客体验时,泡沫板对叶片的压强;
(2)叶片所能承载的最大重力。
【详解】(1)在水平面上,泡沫板对叶片的压力等于游客重力(忽略泡沫板自重)
则压强
(2)叶片浸入水中深度 时,浮力最大,静止时等于叶片能承载的最大总重力(包括游客、泡沫板等)。
由题可知
由阿基米德原理,可得
由于漂浮,则叶片能承受的最大总重力
21.(2025·青海西宁·中考真题)小西所在的兴趣小组,想探索“冰山一角”蕴含的物理知识。利用一个正方体模具装入水,放在冰箱中凝固成冰,再将冰块磨制成体积为的正方体,投入装有适量水的容器中进行实验和分析(实验过程中不考虑冰的熔化、、、g取)。
(1)请计算冰块的重力;
(2)请计算冰块所受的浮力;
(3)请计算冰块露出水面的体积与水下体积之比;
(4)假设冰块全部熔化后,请通过计算说明液面升降情况(不考虑温度、蒸发等影响)。
【详解】(1)冰块的质量为
则冰块的重力
(2)冰的密度小于水的密度,根据物体的浮沉条件,冰块静止时漂浮,则冰块所受的浮力
(3)冰块静止时漂浮,浮力等于重力,则有,可得水下体积为
则露出水面的体积为
则冰块露出水面的体积与水下体积之比
(4)冰块未熔化时排开水的体积为
冰块熔化后质量不变,得到的水的体积为
故最终液面不升也不降。
22.(2025·山东潍坊·中考真题)如图甲所示,柱形容器的质量,底面积,静置于水平桌面,其底部放置边长的正方体物块。向容器中慢慢注入水,当水的深度时,物块与容器之间恰好无弹力,取,水的密度。
(1)求水的深度时,物块受到的浮力;
(2)求物块的密度;
(3)求水的深度时,容器对桌面的压强;
(4)若注水前,将物块用轻质弹簧悬挂,使物块与容器之间恰好无弹力,如图乙所示。已知该弹簧弹力大小跟其伸长量(或压缩量)之间的关系如图丙所示,向容器中慢慢注入水,直到水面与物块上表面平齐,求水面与物块上表面平齐时水的深度。
【详解】(1)物块排开水的体积
根据阿基米德原理,可得物块受到的浮力
(2)当时,物块与容器无弹力,物块漂浮,,由G=mg得物块质量
物块体积
物块的密度
(3)水的体积
水的质量
容器对桌面压力
容器对桌面的压强
(4)未加水前弹簧拉力等于方块重力,为8 N,可从图丙读出其伸长量为。
当水面与物块上表面平齐时,物块排开水体积
物块受到的浮力
弹簧弹力
此时弹力方向向下,由图丙知时,弹簧压缩量。
物块边长,所以水面与物块上表面平齐时水的深度
23.(2025·山东泰安·中考真题)依据战国时期竹节柄青铜汲酒器(图甲)工作原理,项目化学习小组利用3D打印技术制作了汲液器,该汲液器由中空圆柱形长柄和储液罐组成,结构示意图如图乙所示,汲液器质量为66g,3D打印所用材料的密度为,且该材料热熔凝固后密度不变。图丙为利用该汲液器转移液体的过程:①将汲液器竖直压入液体中,液体由底部小孔进入,空气由上部小孔排出;②堵住上部小孔,缓慢将汲液器从液体中提出后在空中静止;③松开上部小孔,液体从底部小孔流入水平放置的底面积为的空置圆柱形容器中,壁厚忽略不计。g取10N/kg,。求:
(1)3D打印该汲液器所消耗材料的体积(假设打印过程材料无损耗);
(2)步骤②中汲液器在空中静止时,手对汲液器的拉力为3.72N,忽略被封闭气体质量。步骤③中储液罐内的液体完全流入容器中后,容器内液体的深度为6cm,求该液体的密度;
(3)用下述方法可粗略测量汲液器内部空腔的总容积:将汲液器上部、底部两孔用薄膜封闭,用竖直向下的力将汲液器压入足够深的水中,当汲液器刚好全部浸没入水中静止时,所施加的力为3.24N,忽略汲液器及薄膜的形变、被封闭气体及薄膜的质量和体积,求的大小。
【详解】(1)3D打印该汲液器所消耗材料的体积
(2)汲液器的重力G器=mg=66×10-3kg×10N/kg=0.66N
汲液器在空中静止时,受到竖直向下的总重力和竖直向上的拉力,两个力是平衡力,则汲液器和液体的总重力G总=F=3.72N
液体的重力G液=G总-G器=3.72N-0.66N=3.06N
容器内液体的体积V液=Sh=50cm2×6cm=300cm3=3×10-4m3
该液体的密度
(3)当汲液器刚好全部浸没入水中静止时,处于平衡状态,受到浮力、压力和重力是平衡力,则浮力F浮=G器+F压=0.66N+3.24N=3.9N
汲液器排开液体的体积
汲液器内部空腔的总容积V容=V排-V=3.9×10-4m3-55×10-6m3=3.35×10-4m3
24.(2025·甘肃兰州·中考真题)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A和空心浮筒模型B来模拟打捞沉船的过程:A、B间用轻质细绳相连,将A、B放入水平地面上一个装有适量水、足够高的圆柱形容器中,B利用容器中的水自动充水,B充满水后A、B的位置如图乙所示,此时,A对容器底部的压力为16N。打捞时,向B中充气,当B中的水全部排出至容器中时,B浮出水面,A、B静止时的位置如图丙所示。已知A的质量为1.4kg,体积为200cm3,B的质量为0.6kg,体积为2000cm3,圆柱形容器的底面积为1000cm2。求:
(1)图乙中B受到的浮力;
(2)B空心部分的体积;
(3)乙、丙两图中,水对容器底部压强的变化量Δp。
【详解】(1)由阿基米德原理得图乙中模型B受到的浮力为
(2)图乙中,以A、B整体为研究对象,受到重力G、浮力F浮和容器底的支持力F支,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
由于三力平衡,所以,B中充入的水的重力为
由和,根据题意知道,B空心部分的体积等于B中充入的水的,即
(3)图丙中,AB整体为研究对象,受到重力G、浮力F,处于漂浮状态,则浮力为
排开水的总体积为
则变化的体积为
液面变化的高度为
水对容器底的压强变化量为
25.(2025·山东威海·中考真题)如图甲所示,某航海器由钢板焊接的两个空心三棱柱组成。侧面为ABCDE;在△ABC中,AB=8m,AC=BC,;在中,底边DE的高为0.9m;两个三棱柱棱的长度均为10m,下方三棱柱体积为6m3,航海器总重(,g取10N/kg,三棱柱体积=三角形面积×棱的长度)
(1)当航海器漂浮在水面上,求排开水的体积。
(2)航海器误入浅水区搁浅,下方三棱柱一部分陷入泥沙,如图乙所示。
为将航海器浮起来,采取了以下措施:卸掉重2×105N的设备,等待涨潮之后清理下面的泥沙。搁浅位置24小时内,航海器底部到水面的距离H随时间变化情况如图丙所示。假设航海器整体始终保持水平,请通过计算判断航海器是否能浮起来?
【详解】(1)航海器漂浮在水面上,根据浮沉条件可知浮力与重力大小相等,即
排开水的体积为
(2)卸掉重2×105N的设备,航海器剩下的重力为
由图丙可知航海器底部到水面的最大距离为,此时排开水的体积最大;上方三棱柱浸在水中的深度为
即CG=3m,如上图所示,作AB边上的高CD,△ABC中,AB=8m,AC=BC,△ABC为等腰三角形,等腰三角形底边上的高为底边的中线,则AD=BD=4m,则△CDB为等腰三角形,则CD=4m,△ABC与△ECF相似,根据三角形相似有,即
则,上方三棱柱排开水的体积为
代入数据得,清掉泥沙,下方三棱柱排开水的体积为,航海器所受最大浮力为
浮力小于重力,所以搁浅位置24小时内,航海器不能浮起来。
26.(2025·四川达州·中考真题)在物理实践活动中,“奇思妙想”小组用一根粗细均匀上端开口、下端封闭的轻质塑料管制成一只密度计,管长10cm,配重质量5g。用相关食材调制出一种饮料,将该密度计分别放入水和饮料中,静止时如甲图和乙图(,g取10N/kg)。请计算:
(1)密度计在水中所受浮力大小;
(2)饮料密度;
(3)小组成员突发奇想:将适量饮料倒入甲图密度计内,静止时如丙图。将丙图密度计中饮料全部倒出,用体积、质量均不计的细线将配重悬挂在塑料管底部,放入饮料中,静止时如丁图(配重未接触容器底),此时塑料管底部受到的液体压强是多少?
【答案】(1)0.05N
(2)
(3)
【详解】(1)密度计在水中漂浮,则所受浮力
(2)密度计在水中和饮料中均漂浮,浮力等于重力,重力不变,则浮力不变,设密度计横截面积为,根据则有
解得饮料密度。
(3)甲中密度计排水体积为
则塑料管横截面积为
甲丙中密度计均漂浮,浮力等于重力,则,则丙中加入的饮料重力为
则加入的饮料体积为
加入的饮料和配重总体积为
则配重体积为
丁中配重和塑料管整体漂浮,则浮力为0.05N,则排开饮料的总体积为
则塑料管排开饮料的体积为
则塑料管浸入的深度为
则此时塑料管底部受到的液体压强
27.(2025·吉林长春·中考真题)三峡船闸是世界上最大的船闸。如图甲所示,船在船闸中要经过五个闸室,实现船体的逐次降低或升高。实践小组制作的船闸模型如图乙所示,用两个隔板把大鱼缸分成三个长方体容器,每个容器内的底面积均为,隔板上均安装了闸门和阀门(体积均忽略不计),用重为6N、底面积为的不吸水的长方体木块代替船。“工作过程”如下:将船闸模型放在水平桌面上,关闭所有阀门、闸门后,向一级闸室内倒入适量的水,木块放入水中静止后,漂浮在水面上。打开阀门,当一、二级闸室水面相平后,打开闸门,将木块缓慢推入二级闸室。关闭和,打开阀门,当二、三级闸室水面相平后,打开闸门,将木块缓慢推入三级闸室。
(1)船闸利用了___________原理。当闸室内水位下降时,水对闸室底部的压强将___________。
(2)按照以上“工作过程”,木块进入三级闸室后,为避免其触底,要求木块底部到三级闸室底的距离至少为2cm。请通过计算求出需向一级闸室内倒入水的最小质量(,取,写出必要的文字说明及推导过程)。
【答案】(1) 连通器 减小
(2)
【详解】(1)[1]打开底部的阀门时,船闸与上游(或下游)上端开口,且底部连通,是一个连通器,水静止时水面相平,再打开闸门,船顺利通过,船闸是利用连通器原理工作的。
[2]当闸室内水位下降时,水的深度减小,根据可知水对闸室底部的压强减小。
(2)木块底部距离容器底的距离,此时木块漂浮,则
由得木块浸入水中深度
三级闸室的最低水深
由题意,则一级闸室底部受压力
一级闸室的水重
倒入一级闸室水的最小质量
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