摘要:
**基本信息**
聚焦浮力单元核心知识,通过福建舰、《天工开物》等真实情境,融合科学推理与模型建构,实现基础巩固与能力提升的梯度训练。
**题型特征**
|题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色|
|----|-----------|----------|----------|
|选择题|10/40|浮沉条件、阿基米德原理|以福建舰排水量考查浮力与压强,体现科技前沿|
|填空题|6空/24|漂浮密度计算、自制密度计|蜡烛燃烧情境结合受力分析,培养科学探究|
|作图实验|2/13|受力分析、密度测量|潜水艇受力示意图与鹅卵石密度测量,强化模型建构|
|计算题|2/23|浮力与拉力综合|导管架运输问题整合浮力计算,突出工程实践应用|
内容正文:
第10章浮力强化训练
一、选择题(本题共10题,共40分。以下每题各只有一个正确答案,选对得4分;多选、错选均不得分)
1.如图所示,将乒乓球压入水底,松手后乒乓球经过位置1和位置2,最终在位置3静止,则乒乓球受到的浮力随时间变化的关系为( )
A.B. C. D.
2.小亮发现妈妈刚买的红萝卜在清洗的时候会沉入水中,在家里放置一段时间后,萝卜会变 “糠”,但是看上去和新买时没什么两样,再次放入水中后,会漂起来,下列说法中错误的是( )
A.萝卜变“糠”后,其质量变小了
B.萝卜变“糠”后与刚买时相比,密度变小
C.萝卜两次在水中所受的浮力大小不同,变“糠”后比变“糠”前大
D.萝卜变“糠”后在水中受到的压强比变“糠”前在水中受到的压强小
3.据官方公布的数据显示,福建舰满载排水量8万余吨,吃水深度13米(海面到航母底的距离)。下列说法正确的是( )
A.航行时,福建舰浮力大于重力 B.满载时,福建舰受到的浮力为8×107N
C.遇上涨潮,吃水深度保持不变 D.满载时,福建舰底部受到海水压强较小
4.2017年4月26日我国第二艘航空母舰下水仪式在中国船舶重工集团公司大连造船厂举行.下列相关物理知识描述不正确的是
A.航母排水量越大,所受浮力越大
B.航母搭载的国产歼﹣15飞机起飞后,航母受到浮力不变
C.航母浸入海水中的深度越深,舰底受到海水压强越大
D.航母搭载的国产歼﹣15飞机起飞后,航母将上浮,所受浮力减小
5.将一个生鸡蛋放进盛有清水的杯中,如图所示,鸡蛋沉入水底,鸡蛋重为G,然后逐渐向水中加入食盐并使其溶解,在鸡蛋渐渐浮起到静止的过程中,鸡蛋所受的浮力随时间变化图像正确的是( )
A.B.C.D.
6.若给你一个弹簧测力计、一杯水、一根细线和一实心金属块,不能得到的物理量是( )
A.金属块的质量 B.金属块浸没在水中的浮力
C.金属块的面积 D.金属块的密度
7.三个相同容器内分别盛满不同的液体,现将三个完全相同的小球轻轻放入容器中,小球静止后的状态如图所示,下列判断正确的是( )
A.液体的密度关系是ρ甲>ρ丙>ρ乙
B.液体对容器底部的压强关系是p乙>p甲>p丙
C.小球受到的浮力大小关系是F乙>F丙>F甲
D.容器对桌面的压强关系是p′乙>p′丙>p′甲
8.质量相等的两个小球a、b如图甲所示,两球静止在某液体中时所受浮力相等。图乙是小明画出的两球静止时的四种情形,其中可能的一组是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
9.图中的情景节选自我国古代科技著作《天工开物》,其中说法正确的是( )
A.甲图“六桨客船”中,划水的船桨对水的作用力改变了客船的运动状态
B.乙图“河池山锡”中,水由高处流下是因为受到惯性作用
C.丙图“竹笆沉底”中,船上装载的竹笆越多时,船受到的水的浮力越小
D.丁图“没水采珠”中,水面下的采珠人下潜的越深时受到水的压力越大
10.如图所示水平桌面上的两个相同的烧杯中盛有两种不同的液体,两个相同的物块在液体中静止时两液面相平。下列选项中的物理量相等的是( )
A.两液体对烧杯底的压强 B.两烧杯对桌面的压强
C.两物块排开液体的质量 D.两物块底部受到的压力
二.填空题(每空2分,共24分)
11.如图,将高为5cm的长方体木块缓慢放入盛满水的容器中,静止时木块在水面上漂浮,下表面到水面的距离为3cm,排开水的重力为3N。则木块下表面受到水的压强是__________Pa,木块受到的浮力是__________N,木块的质量是__________kg,木块的密度是__________kg/m3(,g取10N/kg)。
12.如图所示,水中有一支长14cm、底部嵌有铁块的蜡烛,露出水面的长度为1cm。点燃蜡烛,至蜡烛熄灭时,水对容器底部产生的压强__________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。熄灭时蜡烛所剩长度为__________cm。()
13.利用笔芯自制密度计,同款的新笔芯和用了一半油墨的旧笔芯,应该选用_____(选填“新”或“旧”)笔芯。将所选笔芯放入盐水中,它能_______在盐水中,在笔芯上标出水面的位置A,将笔芯放入酒精中,仍可使用,标出液面的位置B,如图所示,已知实验中盐水的密度约1.2g/cm3,酒精的密度0.8g/cm3,若笔芯漂浮在水中,则液面对应的位置可能是_____(填“C”或“D”或“E”)。
14.小明把盛热水的烧杯放在水平桌面上,将干红枣放入烧杯中,漂浮在水面,如图甲所示。由于不断吸水,红枣过一段时间后静止在水中,如图乙所示;再过一段时间后就沉到杯底,如图丙所示。甲图中红枣的重力______排开热水的重力,甲图中烧杯对桌面的压强______丙图中烧杯对桌面的压强,甲图中液面高度______乙图中液面高度。(不考虑蒸发的影响,均选填“大于/等于/小于”)
三、作图与实验题(第15题3分,第16题10分,共13分)
15.请画出图中潜水艇上浮时的受力示意图。(O点表示潜水艇的重心)。
16.小明和家人到海边游玩时捡到一块鹅卵石,想测一下鹅卵石的密度,他用所学的知识进行如下实验(水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg):
(1)用弹簧测力计测出鹅卵石的重力如图甲所示,则鹅卵石的质量为______g;
(2)用弹簧测力计吊着鹅卵石使其浸没于烧杯的水中,示数如图乙所示,则鹅卵石受到的浮力为______N,密度是______g/cm3;
(3)如果小明将甲、乙两步测量顺序颠倒,这样测出的鹅卵石密度______(选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(4)如果小明进行甲、乙两步测量时弹簧测力计未调零,且初始示数是0.2N,则测得鹅卵石的浮力为______N。
四、计算题(第17题11分,第18题12分,共23分。解答时应写出必要的文字说明、公式和重要的演
算步骤,只写出最后答案的不能得分)
17.如图所示,将一边长为0.1m的正方体木块放置在装有水的底面积为的圆柱形容器中,木块下端有细绳与容器底部相连,竖直静止,此时木块有露出水面,绳子处于自由状态,,,求:
(1)图中木块所受浮力;
(2)木块的密度;
(3)在容器中加入水,直至木块被完全浸没,此时细绳所受到的拉力。(容器足够高)
18.为实施流花11-1油田二次开发,中国工程师需要将导管架从陆地工厂运至海洋指定位置。
①工程师将导管架装载在驳船上,静止时驳船排开海水的体积为,如图甲所示;
②驳船将导管架运至海洋指定位置后,导管架被推入海中,如图乙所示;
③驳船和导管架完全分离后,静止时空驳船排开海水的体积为,如图丙所示;
已知导管架的体积为,,g取.求:
(1)导管架受到重力大小;
(2)导管架和驳船完全分离后,导管架最终静止时受到浮力大小。
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参考答案
一、选择题
1.【解析】根据题意可知,将乒乓球压入水底,松手后乒乓球经过位置1和位置2,在位置3静止,整个过程中,乒乓球排开水的体积是先不变,刚刚露出水面时变小,在位置3静止时不变,根据可知,液体密度、g不变,浮力的变化是:先不变、再变小、最后不变,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
2.【解析】AB.萝卜变“糠”后能漂浮,说明密度小于水,而原来下沉时密度大于水,故密度变小;萝卜变“糠”后体积未变,密度减小,根据 ,质量减小,故AB正确,不符合题意;
C.变“糠”前比变“糠”后排开水的体积大,根据,变“糠”前比变“糠”后浮力大,故C错误,符合题意;
D.变“糠”后漂浮,浸入水中的深度减小,根据液体压强公式 ,压强减小,故D正确,不符合题意。
故选C。
3.【解析】A.航行时,福建舰处于漂浮状态,浮力等于重力,故A错误;
B.满载时,福建舰受到的浮力等于排开水受到的重力,排水量为8万吨时,受到的浮力为
故B错误;
C.遇上涨潮,福建舰重力不变,仍处于漂浮状态,浮力不变,排开水的体积不变,所以吃水深度保持不变,故C正确;
D.满载时,福建舰总重力较大,浮力较大,由可知,排开水的体积较大,吃水深度较大,由可知,底部受到海水压强较大,故D错误。
故选C。
4.【解析】A、排水量是指轮船满载货物时所排开水的质量,航母排水量越大,由F浮=G排=m排g可知,航母所受浮力越大,故A正确,不符合题意;
B、歼-15飞机起飞后,航母仍漂浮,则F浮=G,但自重G减小,所以航母所受浮力减小;故B不正确,符合题意;
C、液体压强随深度的增加而增大,所以航母浸入海水中的深度越深,舰底受到海水压强越大,故C正确,不符合题意;
D、航母搭载的国产歼﹣15飞机起飞后,重力减小,航母将上浮,所受浮力减小,故D正确,不符合题意.
5.【解析】鸡蛋沉入水底时,根据物体的浮沉条件可知,受到的浮力小于重力;逐渐向水中加入食盐时,盐水的密度变大,而鸡蛋的体积不变,即排开水的体积不变,由阿基米德原理公式可知,鸡蛋所受浮力逐渐增大,当浮力大于重力时鸡蛋上浮;当鸡蛋开始露出液面的过程中,浮力逐渐变小,直到浮力等于重力,最后始终漂浮,浮力不再发生变化。由上分析知,浮力先变大,后变小最后保持不变。
故选A。
6.【解析】A.利用弹簧测力计可以直接测出物体的重力,结合公式G=mg的变形公式可以求解金属块的质量m,故A不符合题意;
B.把金属块用细线悬挂在弹簧测力计上,将金属块完全浸没在杯内的水中,读出此时测力计的示数,根据弹簧测力计的示数差可求金属块浸没在水中的浮力,故B不符合题意;
C.由阿基米德原理可得排开金属排开水的体积,水的密度作为已知条件,可测出金属块的体积,由于不知道金属块的高度,所以,不能求得金属块的面积,故C符合题意;
D.已测得金属块的质量为m和金属块的体积,根据密度公式可得金属块的密度也可测得,故D不符合题意。
故选C。
7.【解析】AC.如图,小球在甲中沉底,则密度大于甲液体,浮力小于重力;小球在乙中漂浮,则密度小于乙液体,浮力等于重力;小球在丙中悬浮,则密度等于丙液体,浮力等于重力。所以液体的密度关系是,小球受到的浮力大小关系,故AC错误;
B.液体的密度关系是,深度相同,根据可知液体对容器底部的压强关系为,故B错误;
D.由图可知,将三个完全相同的小球轻轻放入容器中后,液体的体积关系为,液体的密度关系是,所以容器中液体质量关系为,容器相同,则甲容器对桌面的压力最小,乙容器对桌面的压力最大,受力面积相同,所以容器对桌面的压强关系是p′乙>p′丙>p′甲,故D正确。
故选D。
8.【解析】因为两球静止在某液体中时所受浮力相等,根据可知,两个球排开液体的体积是相同的,又因为b球的体积大于a球的体积,所以b球一定是漂浮的;
①a球沉底,则a球受到的浮力小于a球的重力,b球漂浮,则b球受到的浮力等于b球的重力,因为两个小球的质量相等,所以a球受到的浮力会小于b球受到的浮力,而题目中已告知两球所受浮力相等,所以①这种情况不可能出现,故①不符合题意;
②a球悬浮,则a球受到的浮力等于a球的重力,则b球受到的浮力等于b球的重力,因为两个小球的质量相等,所以a球受到的浮力会等于b球受到的浮力,与题意相符,且由图②可知,a球排开液体的体积可能等于b球排开液体的体积,故②符合题意;
③④a球与b球都是漂浮的,所以两个球受到的浮力都等于重力,而两个球的质量相等,所以两个球受到的浮力相同,与题意相符,但图③中a球排开液体的体积可能与b球排开液体的体积相同,图④中a球排开液体的体积一定小于b球排开液体的体积,故③符合题意,④不符合题意。
故选B。
9.【解析】A.图甲“六桨客船”中,用桨划水,力的作用是相互的,水给桨一反作用力,使船前进运动,是水对船的力改变了船的运动状态,故A错误;
B.图乙“河池山锡”中,水由高处流下是因为受到重力作用,故B错误;
C.图丙“竹笆沉底”中,由漂浮条件可知,船上装载的竹笆越多,总重越大,受到的浮力越大,故C错误;
D.图丁“没水采珠”中,由可知,水面下采珠人下潜的越深,受到水的压强越大,由可知,受到水的压力越大,故D正确。
故选D。
10.【解析】A.物块在左液体漂浮,;在右液体悬浮,,故。两液面相平(深度相同),根据,,所以左液体对烧杯底压强更大,故A不符合题意;
B.烧杯相同、物块相同,左液体密度大且体积大(液面高度相同,左烧杯中液体体积大),根据,左液体质量大,总重力大。两烧杯底面积相同,根据,左烧杯对桌面压强大,故B不符合题意;
C.物块在左液体漂浮、右液体悬浮,浮力都等于物块重力,物块相同则重力相同,浮力相同。根据阿基米德原理,所以排开液体重力相同,由,排开液体质量相等,故C符合题意;
D.左图物块漂浮,浮力等于重力,浮力是上下表面压力差,上表面压力为0,所以下表面压力;右图物块悬浮,浮力等于重力,此时物块上表面有液体压力(物块浸没,上表面深度不为0),浮力,所以,则,故D不符合题意。
故选C。
二.填空题
11. 300 3 0.3 6×102
【解析】[1]木块下表面受到水的压强为
[2]由阿基米德原理可知,木块受到的浮力
[3]木块漂浮在水中,由物体的浮沉条件可知,木块的重力
G=F浮=3N
由G=mg可得,木块的质量为
[4]木块漂浮在水中,排开水的体积
木块的底面积
木块的体积
木块的密度为
12. 变小 4
【解析】[1]蜡烛未燃烧时,蜡烛和铁块漂浮,点燃蜡烛,直至蜡烛与水面相平、烛焰熄灭,此时蜡烛和铁块悬浮,漂浮和悬浮浮力都等于重力,因为蜡烛燃烧了,所以重力变小,浮力变小,根据力的作用是相互的,蜡烛对水压力减小,水重力不变,所以水对容器底部压力减小,压强减小。
[2]设蜡的截面积为S,则蜡烛的重力为
G蜡=m蜡g=ρ蜡V蜡g=ρ蜡h蜡Sg
设小铁块的重量为G铁,又因漂浮,故
G蜡+G铁=G排水=ρ水V排g=ρ水Sh排g
则有
ρ蜡h蜡Sg+G铁=ρ水Sh排g
即
0.9×103kg/m3×0.14m×Sg+G铁=1.0×103kg/m3×g×0.13m×S
解得G铁=4Sg,蜡烛熄灭时设烛长为L,因烧到与水面平齐处即被水熄灭,故悬浮,则有
G蜡剩+G铁=G排水′
即
ρ蜡LSg+G铁=ρ水LSg
把G铁=4Sg代入可得
L=0.04m=4cm
13. 旧 漂浮 E
【解析】[1][2]利用笔芯自制密度计,同款的新笔芯和用了一半油墨的旧笔芯应该选用旧的,将所选用了一半油墨的旧笔芯放入水中,这样的旧笔芯重心低,稳度大,它能竖直漂浮在水中。
[3]旧笔芯在盐水中和酒精中处于漂浮状态,受到的浮力等于自身重力,因此浮力相同。笔芯漂浮时,下表面受到的压力等于浮力,浮力相同,则压力相同,设笔管的底面积为S,则
,
由阿基米德原理可知
因
,
则h与是反比例函数,所以密度计刻度分布不是均匀的,液体的密度值越大,相邻刻度线之间的距离越小,所以当笔芯漂浮在水中时,液面对应的位置可能是E点。
14. 等于 等于 等于
【解析】[1]根据阿基米德原理,,甲图中红枣漂浮,则,所以,即甲图中红枣的重力等于排开热水的重力。
[2]因为红枣、水和烧杯的总重力不变,对水平面的压力不变,又因为受力面积相同,根据可知甲图中烧杯对桌面的压强等于丙图中烧杯对桌面的压强。
[3]红枣、水的总重力不变,则甲乙中水对烧杯底部的压力相同,根据可知水对烧杯底部的压强相同,根据可知甲乙图中液面高度相同。
三、作图与实验题
15.【解析】潜水艇在水中受到竖直向下的重力,受到竖直向上的浮力;当潜水艇上浮时,浮力应大于重力,如图所示:
16.(1)162(2) 0.6 2.7(3)偏小(4)0.6
【解析】(1)由图甲可知,弹簧测力计的示数是,鹅卵石的重力为
根据G=mg可得,鹅卵石的质量为
(2)[1]根据称重法可得,鹅卵石受到的浮力为
[2]由图乙可知,鹅卵石浸没在水中,其排开水的体积等于鹅卵石的体积,根据阿基米德原理可得,鹅卵石的体积为
则鹅卵石的密度为
(3)根据以上分析可知,鹅卵石的密度可表示为
如果小明将甲、乙两步测量顺序颠倒,则偏大,因为大于1,所以,这样测出的鹅卵石密度偏小。
(4)由于
指针指在0.2N的位置未调零就开始实验,那么F甲、F乙会偏大,但是两者相减后,大小是正常值,那么测量的液体的密度是正常值,则鹅卵石所受的浮力仍为0.6N。
四、计算题
17.【解析】解:(1)图中木块所受浮力
(2)由浮沉条件得,木块的重力为
由得,木块的质量为
木块的密度
(3)在容器中加入水,直至木块被完全浸没,此时细绳所受到的拉力为
答:(1)图中木块所受浮力6N;
(2)木块的密度0.6×103kg/m3;
(3)在容器中加入水,直至木块被完全浸没,此时细绳所受到的拉力4N。
18. 【解析】解:(1)由甲图可知导管架和驳船的总重力
由丙图可知空驳船的总重力
导管架受到重力大小
(2)导管架和驳船完全分离后,导管架完全浸没时受到浮力大小
由计算可知,导管架完全浸没时的浮力大于它自身的重力,因此导管架漂浮在海水中,导管架和驳船完全分离后,导管架最终静止时受到浮力大小为。
答:(1)导管架受到重力大小为;
(2)导管架和驳船完全分离后,导管架最终静止时受到浮力大小为。
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