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初中物理人教版八年级下册第十章 浮力综合与测试单元测试当堂达标检测题
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这是一份初中物理人教版八年级下册第十章 浮力综合与测试单元测试当堂达标检测题,共47页。试卷主要包含了下列说法正确的是,如图所示是质量为100t的轮船等内容,欢迎下载使用。
第10章《浮力》单元测试卷
一.选择题(共16小题,每题3分,共48分)
1.下列说法正确的是( )
A.图甲中橡皮泥船采用改变自重的办法来增加载货量
B.图乙中“蛟龙号”从海面潜入 7000m 深的海底是通过改变浮力大小来实现的
C.图丙说明物体浸没在液体中越深,所受的浮力越大
D.图丁中密度计在两种液体中所受浮力 F 甲=F 乙,两种液体的密度ρ甲<ρ乙
2.如图是课本上的一个实验,把鸡蛋放入清水中会下沉,然后逐渐中加盐并轻轻搅拌,随着盐的溶解,可以看到鸡蛋会上浮,直至浮至液面。之所以会上浮,是因为( )
A.液体密度变大,鸡蛋所受的浮力大于重力
B.鸡蛋排开盐水的体积增大,导致浮力增大
C.鸡蛋的重力减小了,导致了重力小于浮力
D.鸡蛋的质量减少了,同时所受的浮力增大
3.如图所示是质量为100t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000t。当它在长江上满载航行时,下列判断不正确的是(ρ江水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)( )
A.轮船所装货物质量是9×105kg
B.轮船受到江水的浮力是107N
C.轮船排开江水的体积是103m3
D.轮船底部距水面3 m处40 cm2的面积上受到水的压力为1200N
4.在物理研讨课上,王老师用自制教具演示了如下实验:将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把小球(直径略大于瓶口直径)放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时小球静止(如图甲所示),停止注水,然后用手堵住瓶口,一会儿小球浮起来了(如图乙所示,水未流出)。以下分析正确的是( )
A.小球上浮过程中,受到的浮力始终等于受到的重力
B.小球上浮过程中,受到的浮力始终不变
C.小球最终漂浮时,受到的浮力大于重力
D.小球漂浮时瓶内水对手的压强小于上浮过程中瓶内水对手的压强
5.小明同学在探究“浮力的大小等于什么”时,做了如图所示的实验,四步实验中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4,下列等式正确的是( )
A. B.
C. D.
6.将两只形状完全相同的密度计甲、乙分别放入不同液体A、B中,液体密度ρA>ρB,静止后如图所示,两只密度计所受浮力F的大小关系是( )
A.F甲<F乙 B.F甲=F乙 C.F甲>F乙 D.无法确定
7.如图所示,体积相等的木球和空心铁球,用细线系住后悬浮在水中,在水中加入一定量的盐,过一段时间后,则( )
A.两球受到的浮力一样大
B.木球受到的浮力大
C.铁球最低点受到水的压强可能变小
D.木球受到的浮力等于自身的重力
8.分别用木头、铜、铁制成甲、乙、丙三个体积相等的小球,将它们放入水中,三个小球静止时位置如图所示,以下判断正确的是( )(ρ铜>ρ铁>ρ水>ρ木)
A.乙小球一定是空心的
B.甲小球一定是空心的
C.丙小球所受浮力大于乙小球所受浮力
D.丙小球的质量小于乙小球的质量
9.某检验人员在盛放密度分别为ρ甲、ρ乙、ρ丙的硫酸铜溶液试管中,分别滴入一滴体积相同的同一感染者的血液,一段时间后出现了如图所示的情形。则下列分析正确的是( )
A.血液滴在甲试管中受到的浮力最小
B.感染者血液的密度与 ρ乙相同
C.血液滴在丙试管中受到的重力等于排开硫酸铜溶液的重力
D.三个试管底部受到硫酸铜溶液的压强相等
10.桌面上容器内盛有水,在一试管里面放一小球后,浮在水面上。如图所示,现将小球取出,放入水中,下沉容器底部,试管仍浮在水面上,则( )
A.液面下降
B.液面上升
C.容器底受到水的压强不变
D.桌面受到的压强变小
11.甲、乙两个自重不计的薄壁圆柱形容器,盛有两种不同的液体,将两个相同的小正方体分别放入液体中,物体静止时位置如图所示,此时液面相平,则( )
A.甲中物体受到的浮力大于乙中物体受到的浮力
B.取出物体后,容器底部压强变化量较小的是甲
C.取出物体后,甲容器和乙容器对桌面的压力相等
D.甲中物体下表面受到液体压力和乙中物体下表面受到液体压力一样
12.如图所示,在水平桌面上有甲、乙、丙三个完全相同的容器,装有不同的液体,现将三个完全相同的圆柱体分别放入容器的液体中,静止时三个容器的液面恰好相平。下列说法不正确的是( )
A.甲容器中的液体密度最大
B.三个容器底受到液体的压力相等
C.甲容器对水平桌面的的压强最大
D.圆柱体下表面受到液体的压力在丙中最大
13.用图中实验装置验证阿基米德原理,当物块浸入溢水杯时,水会流入空桶中。下列说法正确的是( )
A.实验前溢水杯未装满水,对实验结果没有影响
B.物块从接触液面至浸入水中任一位置,两侧弹簧秤变化量总相等
C.物块浸入水中越深,左侧弹簧测力计的示数越大
D.通过计算可知实验所用物块的密度为1.5×103千克/米3
14.如图甲所示,石料在钢绳拉力的作用下从水面上方以恒定的速度下降,直至全部没入水中。图乙所示是钢绳拉力随时间t变化的图象,若不计水的阻力(g=10N/kg,ρ=1.0×103kg/m3),则下列结论错误的是( )
A.石料全部没入水中时受到的浮力是500N
B.石料的体积是0.05 m3
C.石料的密度是2.8×103kg/m3
D.石料的重力是14000N
15.实心正方体木块(不吸水)漂浮在水上,如图所示,此时浸入水中的体积为6×10﹣4m3,然后在其上表面放置一个重4N的铝块,静止后木块上表面刚好与水面相平(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)则该木块( )
①未放置铝块前,木块受到的浮力是10N
②木块的体积是1×10﹣3m3
③木块的密度是0.5×103kg/m3
④放置铝块后,木块下表面受到水的压强增大了400Pa
A.只有①② B.只有②③ C.只有③④ D.只有②④
16.将合金球和木球用细绳相连放入水中时,木球露出水面的体积为它自身体积的,如图所示,当把细绳剪断后,合金球沉底,木球露出水面的体积是它自身体积的,这时合金球受到池底对它的支持力为2N,若已知合金球和木球体积之比为1:8,则( )
A.合金球的重力为 3N
B.合金球所受浮力为 2N
C.合金球的密度为 3×103kg/m3
D.绳子剪断前后,两物体所受总浮力相差 4N
二.填空题(共6小题,每空1分,共12分)
17.如图所示,将两端蒙上绷紧程度相同的橡皮膜的玻璃圆筒浸没在水中,当玻璃圆筒沿水平方向放置时,水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向左和F向右的大小关系是F向左
F向右(填“大于”“等于”或“小于”),当玻璃圆筒沿竖直方向放置时,水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向上和F向下的大小关系是F向上 F向下(填“大于”、“等于”或“小于”),通过以上探究,你认为浮力产生的原因是 。
18.两个完全相同的容器中,分别盛有密度为ρA、ρB两种液体,将甲、乙两个完全相同的小球分别放入A、B容器中,当两球静止时,容器内液面相平,两球所处的位置如图所示。此时甲、乙小球受到的浮力为F甲,F乙,A、B两种液体对容器底的压强为pA、pB,则F甲 F乙;ρA ρB.(<、=、>)
19.在“测量形状不规则实心物体密度”的实验中,小明的操作如图所示,由图可知物体完全浸没在水中所受浮力大小为 N,该物体的密度为 kg/m3.(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
20.小海利用浮力的知识测出了他家里所用瓷碗的密度。第一次如图甲所示,他向自制溢水杯中注满水,然后让瓷碗漂浮在水面上,用电子秤测出排开水的质量是m1;第二次如图乙所示,他向溢水杯中注满水,然后让瓷碗沉入水底,用电子秤测出排开水的质量是m2,根据测量的物理量和已知水的密度ρ水,可得到瓷碗密度的表达式为ρ= 。
21.如图所示,一个底面积为150cm2足够高的柱形容器内装有深15cm的液体,现把质量为m=480g,底面积为50cm2一圆柱体放入其中,处于漂浮状态,浸在液体中的深度为h=12cm,则圆柱体受到的浮力为 N,用外力将圆柱体向下压2cm,则其下表面受到的压强增大了 Pa。
22.有甲、乙两个溢水杯,甲溢水杯盛满酒精,乙溢水杯盛满某种液体。将一不吸水的小球轻轻放入甲溢水杯中,小球下沉到杯底,溢出酒精的质量是40g;将小球从甲溢水杯中取出擦干,轻轻放入乙溢水杯中,小球漂浮且有的体积露出液面,溢出液体的质量是50g,已知ρ酒精=0.8×103kg/m3,则液体的密度为 ,小球的密度为 。
三.实验探究题(共4小题,每空1分,共22分)
23.(1)小明用弹簧测力计、长方体、四个相同的圆柱形容器,分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图一所示(ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg)。
①分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与 有关。
②为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系,可选图 来分析。
③长方体浸没在水中时受到的浮力是 N。
④用图示实验数据测出盐水的密度是 kg/m3。
(2)小明又利用弹簧测力计测量石块的密度。(ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg)
①用细线将石块挂在弹簧测力计上,弹簧测力计的示数如图二所示,石块重 N。
②将石块浸没在水中,弹簧测力计的示数如图三所示。
③石块的密度是 kg/m3。
24.在探究有关浮力的实验中:
(1)如图1所示,小华在水桶中装满水,用手把空饮料罐往下按的过程中(水未进入罐内),体会饮料罐所受浮力及其变化,同时观察水面的变化。这个小实验可以说明:浮力的大小与物体 有关;在饮料罐往下按的过程中(水未进入罐内)桶底受到水的压强 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)如图2所示,是用小石块等器材验证阿基米德原理的一个实验过程图,为验证该原理,需要比较的物理量是排开液体的重力和浮力的关系。实验过程中通过图中 (选填字母即可)两个步骤可通过计算得出浮力。步骤A中的烧杯中开始如果没有装满水,其他步骤正确操作,最终的结果就会导致F浮 G排(选填“等于”、“大于”或“小于”)。
(3)为了使实验结论更具有普遍性和代表性,该同学应该 。
A、将上述实验重复做几次
B、换用其它液体多次实验
25.疫情防控期间,重庆八中停课不停学,八中物理在线学,超超学以致用,利用身边的器材测量家中鹅卵石的密度。
(1)超超将托盘天平放在水平桌面上,将游码移至标尺左端零刻线处,发现天平静止时右边横梁高,则应将平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节,使横梁平衡;
(2)但由于鹅卵石较大无法放入量筒中,聪明的超超设计了如下方案,如图所示;
①先用天平测出鹅卵石的质量m1;
②在烧杯中放入适量的水将鹅卵石浸没,在水面到达的位置上作标记,用天平测出总质量m2;
③将鹅卵石从水中取出,用天平测出剩余水和烧杯的总质量m3;
④向烧杯中加水到标记处,再用天平测出此时水和烧杯的总质量m4;
⑤设水的密度为ρ水,鹅卵石密度的表达式:ρ石= (用所测物理量的字母表示);
(3)若步骤③中取出鹅卵石时会带走一些水,超超所测的鹅卵石密度 (选填“大于”、“小于”或“等于”)真实鹅卵石密度
(4)军军嫌超超的方法很麻烦,就找来了烧杯和适量的水,用弹簧测力计对鹅卵石做了两次测量,就测出了其密度。步骤如下:
①用测力计测出鹅卵石在空气中的重力,记作G;
② ,记作F;
③设水的密度为ρ水,鹅卵石密度的表达式为ρ石= 。(用所测物理量的字母表示)。
26.小明取一根塑料吸管,在吸管的 (选填“上端”或“下端”)塞入适当的物体作为配重,然后用石蜡将吸管的下端封闭起来,使塑料吸管能竖直的漂浮在液体中,初步做成一支密度计,该简易密度计应用到的物理原理是 条件,为了给密度计标上刻度,他进行了如下实验。
a、将其放入水中,竖立静止,在密度计上与水面相平处标上水的密度值1.0g/cm3;
b、将其放入植物油中,用同样的方法在密度计上标上植物油的密度值0.9g/cm3;
c、像标示弹簧测力计刻度的方法一样,他以两刻度线间的长度表示0.1g/cm3,将整个吸管均匀标上刻度;
(1)如图所示,小明制作的密度计,你认为刻度0.9应该在 点(选填p或q)。
(2)在步骤c中,小明这样均匀标示刻度对不对? 。
(3)小明用刻度尺测出密度计1.0g/cm3与0.9g/cm3刻度线间的距离为0.80cm,则该密度计竖直漂浮时浸入水中的深度为 cm。
【拓展】为了使测量结果更准确,便要使简易密度计上两条刻度线(如0.9、1.0)之间的距离大一些,请写出一种改进方法 。
四.计算题(共2小题,每题9分,共18分)
27.如图甲所示,将边长为10cm的立方体木块A放入水中,有的体积浸入水面,将金属块B放在木块中央静止后用刻度尺测出此时木块露出水面的高度h1为2cm,如图乙所示,再用轻质细线将金属块捆绑在木块中央,放入水中静止后测出此时木块露出水面高度h2为3cm,如图丙所示(g取10N/kg)。求:
(1)木块在图甲中受到的浮力;
(2)图甲中木块底部受到的压强;
(3)金属块的密度。
28.如图甲所示,在水平桌面上放有一薄壁柱形容器,底面积为100cm2,一个重力为2.5N,底面积为40cm2,高为10cm的柱形玻璃杯A漂浮于水面,在A的底部连接有一个实心金属块B,A、B两物体在水中处于静止状态时细线未拉直(B未与容器底部紧密接触,细线不可伸长且质量体积忽略不计)。向容器中注水,细线拉力随时间变化图象如图乙所示(容器无限高)。(g取10N/kg)求:
(1)图甲中玻璃杯A所受浮力的大小;
(2)图甲中水对玻璃杯A底部的压强大小;
(3)t1时刻到t2时刻加水的体积。
试题解析
一.选择题(共16小题)
1.下列说法正确的是( )
A.图甲中橡皮泥船采用改变自重的办法来增加载货量
B.图乙中“蛟龙号”从海面潜入 7000m 深的海底是通过改变浮力大小来实现的
C.图丙说明物体浸没在液体中越深,所受的浮力越大
D.图丁中密度计在两种液体中所受浮力 F 甲=F 乙,两种液体的密度ρ甲<ρ乙
解:
A.图甲中橡皮泥船采用空心的办法增大排开水的体积,从而增大浮力来增加橡皮泥船的载货量,故A错误;
B.图乙中“蛟龙号”从海面潜入 7000m 深的海底是通过改变自身重力来实现的,故B错误;
C.图丙中,将空饮料罐慢慢向下按,饮料罐排开水的体积增大,受到的浮力增大,所以向下按的力越来越大;当空饮料罐浸没后,浸没在水中越深,但排开水的体积不变,其受到的浮力不变,故C错误;
D.图丁中密度计在两种液体中均漂浮,受到的浮力和自身的重力相等,由于密度计的重力不变,所以浮力关系为F甲=F乙,由图可知V排甲>V排乙,由F浮=ρgV排可得,两种液体的密度ρ甲<ρ乙,故D正确。
故选:D。
2.如图是课本上的一个实验,把鸡蛋放入清水中会下沉,然后逐渐中加盐并轻轻搅拌,随着盐的溶解,可以看到鸡蛋会上浮,直至浮至液面。之所以会上浮,是因为( )
A.液体密度变大,鸡蛋所受的浮力大于重力
B.鸡蛋排开盐水的体积增大,导致浮力增大
C.鸡蛋的重力减小了,导致了重力小于浮力
D.鸡蛋的质量减少了,同时所受的浮力增大
解:加盐后盐水的密度增大,而鸡蛋排开液体的体积不变,因此由F浮=ρ液gV排可知,鸡蛋所受浮力增大,当浮力增大到大于鸡蛋的重力时鸡蛋会上浮。
故选:A。
3.如图所示是质量为100t的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000t。当它在长江上满载航行时,下列判断不正确的是(ρ江水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)( )
A.轮船所装货物质量是9×105kg
B.轮船受到江水的浮力是107N
C.轮船排开江水的体积是103m3
D.轮船底部距水面3 m处40 cm2的面积上受到水的压力为1200N
解:A、已知m船=100t,其排水量m排=1000t。
轮船所装货物质量等于轮船的排水量减去轮船自身质量,
即:m物=m排﹣m船=1000t﹣100t=900t=9×105kg,故A正确;
B、满载时轮船受到江水的浮力:
F浮=G排=m排g=1000×103kg×10N/kg=1×107N=107N,故B正确;
C、由F浮=ρ液gV排可得,轮船排开的江水的体积:
V排===103m3,故C正确;
D、由题意知,h=3m,江水对船底的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×3m=3×104Pa,
由p=可得,船底40cm2面积上受到水的压力:
F=pS=3×104Pa×40×10﹣4m2=120N,故D错误。
故选:D。
4.在物理研讨课上,王老师用自制教具演示了如下实验:将一只去盖、去底的饮料瓶的瓶口朝下,把小球(直径略大于瓶口直径)放入瓶内并注水,看到有少量水从瓶口流出,此时小球静止(如图甲所示),停止注水,然后用手堵住瓶口,一会儿小球浮起来了(如图乙所示,水未流出)。以下分析正确的是( )
A.小球上浮过程中,受到的浮力始终等于受到的重力
B.小球上浮过程中,受到的浮力始终不变
C.小球最终漂浮时,受到的浮力大于重力
D.小球漂浮时瓶内水对手的压强小于上浮过程中瓶内水对手的压强
解:AB、小球上浮过程中,露出水面之前受到的浮力大于重力;露出水面的过程中,重力不变,浮力减小,当乒乓球漂浮时浮力等于重力,故AB错误;
C、小球漂浮时,受到的浮力等于重力,故C错误;
D、小球上浮过程中排开水的体积大于漂浮时排开水的体积,小球上浮过程中水的深度大于小球漂浮时瓶内水的深度,故小球漂浮时水对手的压强小于上浮过程中瓶内水对手的压强,故D正确。
故选:D。
5.小明同学在探究“浮力的大小等于什么”时,做了如图所示的实验,四步实验中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4,下列等式正确的是( )
A. B.
C. D.
解:根据称重法可知,浮力等于物体重力与物体浸入液体之后的弹簧测力计示数之差,所以F浮=F2﹣F3;
根据浸在液体中的物体受到向上的浮力作用,浮力大小等于物体排开液体受到的重力,所以F浮=F4﹣F1。
对照选项可知,C正确,ABD错误。
故选:C。
6.将两只形状完全相同的密度计甲、乙分别放入不同液体A、B中,液体密度ρA>ρB,静止后如图所示,两只密度计所受浮力F的大小关系是( )
A.F甲<F乙 B.F甲=F乙 C.F甲>F乙 D.无法确定
解:由图可知,密度计在甲、乙液体中处于漂浮状态,此时F浮=G,
密度计a排开液体的体积小于密度计b排开液体的体积,又因为液体a的密度大约b,根据阿基米德原理无法判断浮力大小。
故选:D。
7.如图所示,体积相等的木球和空心铁球,用细线系住后悬浮在水中,在水中加入一定量的盐,过一段时间后,则( )
A.两球受到的浮力一样大
B.木球受到的浮力大
C.铁球最低点受到水的压强可能变小
D.木球受到的浮力等于自身的重力
解:AB、未加盐时两球正好悬浮,把两球看作一个整体,所以该整体所受的浮力等于该整体的重力,
当加上盐后,液体的密度变大,由F浮=ρ液gV排得,该整体受到的浮力将变大,所以该整体将上浮,最终会漂浮在液面上,所以木球一定有一部分露出液面;
因为铁球是空心的,空心部分体积未知,其平均密度与盐水的密度大小无法判断,所以铁球有可能悬浮,有可能下沉,还有可能漂浮。
但在未加盐时,两球悬浮,说明铁球的平均密度一定大于木球的平均密度,所以加盐后不管铁球处于何种状态,铁球排开液体的体积一定大于木球排开液体的体积,
由F浮=ρ液gV排知,铁球受到的浮力一定大于木球受到的浮力,故AB错误;
C、若加盐后,铁球和木球会上浮,则铁球下表面浸入液体中的深度变小,虽然液体密度变大,由公式p=ρ液gh得,液体密度变大,深度变小,故铁球下表面受到水的压强有可能变小,故C正确;
D、若加盐后,铁球和木球会上浮,铁球会对木球有向下的拉力,此时木球并非漂浮,所以木球受到的浮力将大于自身的重力,故D错误。
故选:C。
8.分别用木头、铜、铁制成甲、乙、丙三个体积相等的小球,将它们放入水中,三个小球静止时位置如图所示,以下判断正确的是( )(ρ铜>ρ铁>ρ水>ρ木)
A.乙小球一定是空心的
B.甲小球一定是空心的
C.丙小球所受浮力大于乙小球所受浮力
D.丙小球的质量小于乙小球的质量
解:
A、乙小球是铜制成,在水中是悬浮,则ρ乙球=ρ水,由于ρ铜>ρ水,所以,乙小球一定是空心的,故A正确;
B、甲小球是木头制成,在水中是漂浮,则ρ甲球<ρ水,由于ρ水>ρ木.所以,不能判断甲小球是否是空心,故B错误;
C、已知三个小球的体积相等,由图可知:排开水的体积V乙排=V丙排=V球,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知受到水的浮力F乙浮=F丙浮,故C错误;
D、由于乙球悬浮、丙球沉底,则根据物体的浮沉条件可知:F乙浮=G乙,F丙浮<G丙,由于F乙浮=F丙浮,所以,G乙<G丙,则m乙<m丙,故D错误。
故选:A。
9.某检验人员在盛放密度分别为ρ甲、ρ乙、ρ丙的硫酸铜溶液试管中,分别滴入一滴体积相同的同一感染者的血液,一段时间后出现了如图所示的情形。则下列分析正确的是( )
A.血液滴在甲试管中受到的浮力最小
B.感染者血液的密度与 ρ乙相同
C.血液滴在丙试管中受到的重力等于排开硫酸铜溶液的重力
D.三个试管底部受到硫酸铜溶液的压强相等
解:A、同一感染者体积相同的一滴血液的重力相同,甲中血液漂浮,浮力等于重力;乙中血液悬浮,浮力等于重力;丙中血液沉底,浮力小于重力,所以F甲=F乙>F丙,故A错误;
B、当物体密度与液体密度相同时,物体将悬浮在液体中,血液滴在乙中悬浮,故感染者血液的密度与 ρ乙相同,故B正确;
C、血液滴在丙试管中下沉,故受到的重力大于排开硫酸铜溶液的重力,故C错误;
D、当物体密度与液体密度相同时,物体将悬浮在液体中,血液滴在乙中悬浮,故感染者血液的密度与 ρ乙相同,当血液滴漂浮时,硫酸铜溶液的密度大于血液的密度,当血液滴下沉时,硫酸铜溶液的密度小于于血液的密度,可知ρ甲>ρ乙>ρ丙,由图知液面相平,由公式p=ρgh可得,p甲>p乙>p丙,故D错误。
故选:B。
10.桌面上容器内盛有水,在一试管里面放一小球后,浮在水面上。如图所示,现将小球取出,放入水中,下沉容器底部,试管仍浮在水面上,则( )
A.液面下降
B.液面上升
C.容器底受到水的压强不变
D.桌面受到的压强变小
解:当小球在试管中时,试管处于漂浮状态,浮力等于试管和小球的总重力;
当将小球取出并沉入杯内水中时,小球下沉,试管仍竖直漂浮在水面上,小球受到的浮力小于重力,试管受到的浮力等于其重力,即总浮力减小;
由F浮=ρ水gV排可知,排开水的体积减小,即大烧杯中的水面降低,故A正确,B错误;
由p=ρgh可知,大烧杯底部受到的液体的压强变小;故C错误;
将小球取出,放入水中,烧杯、水、试管、小球的总重力不变,对桌面的压力不变,根据p=知桌面受到的压强不变,故D错误。
故选:A。
11.甲、乙两个自重不计的薄壁圆柱形容器,盛有两种不同的液体,将两个相同的小正方体分别放入液体中,物体静止时位置如图所示,此时液面相平,则( )
A.甲中物体受到的浮力大于乙中物体受到的浮力
B.取出物体后,容器底部压强变化量较小的是甲
C.取出物体后,甲容器和乙容器对桌面的压力相等
D.甲中物体下表面受到液体压力和乙中物体下表面受到液体压力一样
解:
A、由题意可知,两个小正方体相同,其重力相等,
由图可知,正方体在甲液体中悬浮,正方体在乙液体中漂浮,
因物体漂浮或悬浮时受到的浮力和自身的重力相等,
所以,甲中物体受到的浮力等于乙中物体受到的浮力,故A错误;
B、由阿基米德原理F浮=G排可知,两正方体在甲、乙液体中排开液体的重力相等,
因薄壁圆柱形容器内液体对容器底部的压力等于液体和漂浮(或悬浮)物体的重力之和,
所以,当取出物体后,两液体对容器底部压力的变化量相等,
因甲容器的底面积大于乙容器的底面积,
所以,由p=可知,容器底部压强变化量较小的是甲,故B正确;
C、因物体的密度等于液体的密度时悬浮,物体的密度小于液体的密度时上浮或漂浮,
所以,两液体的密度关系为ρ甲<ρ乙,
又因物体静止时两液面的高度相等,
所以,由p=ρgh可知,两液体的压强关系为p甲<p乙,
因甲容器的底面积大于乙容器的底面积,
所以,由F=pS可知,两液体对容器底部的压力无法比较,
因液体对容器底部的压力等于液体的重力和正方体的重力之和,
所以,取出物体后,甲液体和乙液体对容器底部的压力无法比较,
由薄壁圆柱形容器的重力不计可知,甲容器和乙容器对桌面的压力无法比较,故C错误;
D、正方体在甲中悬浮,上表面受到的液体压力不为零;正方体在乙液体中漂浮,上表面不受液体压力,
由浮力产生的原因F浮=F下﹣F上的变形式F下=F浮+F上可知,甲中物体下表面受到液体压力大于乙中物体下表面受到液体压力,故D错误。
故选:B。
12.如图所示,在水平桌面上有甲、乙、丙三个完全相同的容器,装有不同的液体,现将三个完全相同的圆柱体分别放入容器的液体中,静止时三个容器的液面恰好相平。下列说法不正确的是( )
A.甲容器中的液体密度最大
B.三个容器底受到液体的压力相等
C.甲容器对水平桌面的的压强最大
D.圆柱体下表面受到液体的压力在丙中最大
解:A、由于圆柱体在甲容器中漂浮,故ρ甲>ρ物;圆柱体在乙容器中漂浮,故ρ乙>ρ物;且由图知VB排>VA排,由F浮=ρ液V排g可知:ρ乙<ρ甲;在丙容器中悬浮,故ρ丙=ρ物;故三种液体密度关系:ρ甲>ρ乙>ρ丙,即在三个容器中,液体密度最大的是甲,故A正确;
B、静止时三个容器的液面恰好相平,即深度h相等,由于ρ甲>ρ乙>ρ丙,根据p=ρgh可知,p甲>p乙>p丙,根据p=知,在底面积相同时,F甲>F乙>F丙,故B错误;
C、由图知,液面相平,甲浸入液体的体积最小,甲液体的体积最大,三种液体密度关系:ρ甲>ρ乙>ρ丙,根据G=mg和ρ=知,三种液体的重力关系为:G甲>G乙>G丙,容器相同,则容器重力相等,三个圆柱体相同,则圆柱体的重力相等,容器对水平桌面的压力等于容器,容器内的液体和物体的重力之和,故容器对水平桌面的压力:F甲>F乙>F丙,根据p=知,三个容器中,甲容器对水平桌面的压强最大,故C正确;
D、由图知,圆柱体在甲、乙两容器中漂浮,在丙容器中悬浮,所以圆柱体所受的浮力与自身的重力相等;三个圆柱体完全相同,则重力相等,所以在三个容器中,圆柱体受到的浮力相等,因为甲乙是漂浮,圆柱体下表面受到液体的压力就等于浮力,而在丙中悬浮,浮力等于上下表面的压力差,所以圆柱体下表面受到液体的压力在丙中最大,故D正确。
故选:B。
13.用图中实验装置验证阿基米德原理,当物块浸入溢水杯时,水会流入空桶中。下列说法正确的是( )
A.实验前溢水杯未装满水,对实验结果没有影响
B.物块从接触液面至浸入水中任一位置,两侧弹簧秤变化量总相等
C.物块浸入水中越深,左侧弹簧测力计的示数越大
D.通过计算可知实验所用物块的密度为1.5×103千克/米3
解:A、物体放入水中前,溢水杯应该是满水的,否则小桶内所盛的水将小于物体排开水的体积。所以应该在溢水杯中倒满水;故A错误;
B、根据称重法可知:左边的弹簧秤示数F=G﹣F浮;则弹簧秤变化量△F=F浮;
右边的弹簧秤示数F′=G桶+G排;则弹簧秤变化量△F′=G排;
根据阿基米德原理可知:F浮=G排;所以物块从接触液面至浸入水中任一位置,两侧弹簧秤变化量总相等;故B正确;
C、左侧实验中,在物块完全浸没水中前,随着物块浸入水中深度的增加,排开水的体积增大,溢出去的水增多,故弹簧测力计的示数变大;物块完全浸没水中,排开水的体积不变,弹簧测力计的示数不再变化;故C错误;
D、由测力计的示数可知,物体的重力G=2N,物体的质量m===0.2kg;
物体浸没水中后的浮力F浮=G﹣G′=2N﹣1N=1N,
由阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得,物体的体积V=V排===1×10﹣4m3,
物体的密度ρ===2×103kg/m3;故D错误。
故选:B。
14.如图甲所示,石料在钢绳拉力的作用下从水面上方以恒定的速度下降,直至全部没入水中。图乙所示是钢绳拉力随时间t变化的图象,若不计水的阻力(g=10N/kg,ρ=1.0×103kg/m3),则下列结论错误的是( )
A.石料全部没入水中时受到的浮力是500N
B.石料的体积是0.05 m3
C.石料的密度是2.8×103kg/m3
D.石料的重力是14000N
解:
AD、石料以恒定的速度下降,当石料没有浸入水中时,重力与拉力是一对平衡力,则由图乙可知,石料的重力为1400N;
石料浸没后钢丝绳的拉力为900N,则此时石料受到的浮力为:F浮=G﹣F拉=1400N﹣900N=500N;故A正确,D错误;
B、石料浸没在水中,根据F浮=ρ水V排g可得,石料的体积:
V=V排===0.05m3,故B正确。
C、由G=mg可得石料的质量:
m===140kg,
则石料的密度:
ρ石===2.8×103kg/m3,故C正确。
故选:D。
15.实心正方体木块(不吸水)漂浮在水上,如图所示,此时浸入水中的体积为6×10﹣4m3,然后在其上表面放置一个重4N的铝块,静止后木块上表面刚好与水面相平(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)则该木块( )
①未放置铝块前,木块受到的浮力是10N
②木块的体积是1×10﹣3m3
③木块的密度是0.5×103kg/m3
④放置铝块后,木块下表面受到水的压强增大了400Pa
A.只有①② B.只有②③ C.只有③④ D.只有②④
解:
①未放置铝块前,木块受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=103kg/m3×10N/kg×6×10﹣4m3=6N。
②因为木块漂浮,
所以木块的重力G木=F浮=6N,
放置铝块后,因为整体漂浮,所以此时木块受到的浮力:F浮′=G木+G铝=6N+4N=10N;
因为放置铝块后,木块上表面刚好与水面相平即木块正好完全浸没;
则木块的体积(木块排开水的体积):
V木=V排===1×10﹣3m3。
③由G=mg得,木块的质量:
m木===0.6kg;
则木块的密度:
ρ木===0.6×103kg/m3。
④由前面解答可知,实心正方体木块的体积为1×10﹣3m3,则边长为0.1m,
底面积为0.1m×0.1m=0.01m2;
根据浮力产生的原因,放入铝块后,木块下表面受到压力的增大量等于增大的浮力,即△F=△F浮=4N,
则木块下表面受到水的压强增大:
△p===400Pa。
综上分析可知,只有②④正确。
故选:D。
16.将合金球和木球用细绳相连放入水中时,木球露出水面的体积为它自身体积的,如图所示,当把细绳剪断后,合金球沉底,木球露出水面的体积是它自身体积的,这时合金球受到池底对它的支持力为2N,若已知合金球和木球体积之比为1:8,则( )
A.合金球的重力为 3N
B.合金球所受浮力为 2N
C.合金球的密度为 3×103kg/m3
D.绳子剪断前后,两物体所受总浮力相差 4N
解:由题知,V合金:V木=1:8,则V木=8V合金;
把细线剪断前,木球和合金球漂浮,总浮力等于总重力,此时木球露出水面的体积为它自身体积的;
则G木+G合金=F合金浮+F木浮,
结合阿基米德原理可得:G木+G合金=ρ水g×[(1﹣)V木+V合金],
即:G木+G合金=ρ水g×(×8V合金+V合金)=6ρ水gV合金﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
细线剪断后,木球漂浮,浮力等于重力,木球露出水面的体积为自身体积的,
则G木=ρ水g×V木=ρ水g××8V合金=4ρ水gV合金﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
合金球沉入容器底,受向下的重力、向上的支持力和浮力,
由力的平衡条件可得:G合金=F支+F合金浮=2N+ρ水gV合金﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
②式+③式可得:G木+G合金=2N+ρ水gV合金﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④
联立①④可得:V合金=2×10﹣4m3,
将V合金=2×10﹣4m3代入②式可得G木=8N,
将V合金=2×10﹣4m3代入③式可得G合金=4N,故A错误;
合金球所受浮力:F合金浮=ρ水gV合金=1×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=2N,故B正确;
合金球的密度:ρ合金====2×103kg/m3,故C错误;
由①可知,细线剪断前受到的总浮力:
F浮总=6ρ水gV合金=6×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=12N;
由②③可得,细线剪断后受到的总浮力:
F浮总′=4ρ水gV合金+(G合金﹣F)=4×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3+(4N﹣2N)=10N;
故绳子剪断前后,两物体所受总浮力相差12N﹣10N=2N,故D错误。
故选:B。
二.填空题(共6小题)
17.如图所示,将两端蒙上绷紧程度相同的橡皮膜的玻璃圆筒浸没在水中,当玻璃圆筒沿水平方向放置时,水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向左和F向右的大小关系是F向左 等于 F向右(填“大于”“等于”或“小于”),当玻璃圆筒沿竖直方向放置时,水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向上和F向下的大小关系是F向上 大于 F向下(填“大于”、“等于”或“小于”),通过以上探究,你认为浮力产生的原因是 液体对物体上下表面的压力差 。
解:
(1)当玻璃圆筒沿水平方向放置时,由于在同一深度,由p=ρgh可知,液体压强相等,又因为受力面积相等,由p=可知,水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向左和F向右的大小相等,水平方向的合力为0;
(2)当玻璃圆筒沿竖直方向放置时,h下大于h上,由p=ρgh可知,p向上大于p向下,又因为受力面积相等,由p=可知,水对玻璃圆筒两端的橡皮膜的压力F向上大于F向下,此时竖直方向的合力不为0,方向竖直向上;
因此液体会对玻璃圆筒产生向上的和向下的压力不相等,压力差F差=F向上﹣F向下=F浮,即浮力产生的原因是液体对物体上下表面的压力差。
故答案为:等于;大于;液体对物体上下表面的压力差。
18.两个完全相同的容器中,分别盛有密度为ρA、ρB两种液体,将甲、乙两个完全相同的小球分别放入A、B容器中,当两球静止时,容器内液面相平,两球所处的位置如图所示。此时甲、乙小球受到的浮力为F甲,F乙,A、B两种液体对容器底的压强为pA、pB,则F甲 = F乙;ρA > ρB.(<、=、>)
解:(1)由图可知,甲球漂浮,乙球悬浮,
甲、乙两个小球完全相同的,则重力相等,
所以甲、乙小球受到的浮力:F甲=F乙=G。
(2)甲球漂浮,则ρA>ρ球,
乙球悬浮,则ρB=ρ球,
所以两种液体的密度:ρA>ρB。
故答案为:=;>。
19.在“测量形状不规则实心物体密度”的实验中,小明的操作如图所示,由图可知物体完全浸没在水中所受浮力大小为 1.2 N,该物体的密度为 2.5×103 kg/m3.(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
解:根据图示可知,测力计的分度值为0.2N,物重G=3N,浸没时测力计的示数F示=1.8N,
当物体完全浸没在水中时,物体受到的浮力:F浮=G﹣F示=3N﹣1.8N=1.2N;
由F浮=ρ水gV排得,物体的体积:
V=V排===1.2×10﹣4m3,
由G=mg=ρ物gV得,物体的密度:
ρ物===2.5×103kg/m3。
故答案为:1.2;2.5×103。
20.小海利用浮力的知识测出了他家里所用瓷碗的密度。第一次如图甲所示,他向自制溢水杯中注满水,然后让瓷碗漂浮在水面上,用电子秤测出排开水的质量是m1;第二次如图乙所示,他向溢水杯中注满水,然后让瓷碗沉入水底,用电子秤测出排开水的质量是m2,根据测量的物理量和已知水的密度ρ水,可得到瓷碗密度的表达式为ρ= 。
解:由漂浮条件可知,开始瓷碗漂浮在水面上,浮力等于瓷碗的重力,即G瓷碗=F浮,
由阿基米德原理可知F浮=G排,
所以G瓷碗=G排,即m瓷碗=m1,
向溢水杯中注满水,让瓷碗沉入水底,
由密度公式得,排开水的体积:V水=,
瓷碗的体积等于溢出水的体积,即V瓷碗=V水=,
则瓷碗的密度:ρ===。
故答案为:。
21.如图所示,一个底面积为150cm2足够高的柱形容器内装有深15cm的液体,现把质量为m=480g,底面积为50cm2一圆柱体放入其中,处于漂浮状态,浸在液体中的深度为h=12cm,则圆柱体受到的浮力为 4.8 N,用外力将圆柱体向下压2cm,则其下表面受到的压强增大了 240 Pa。
解:
(1)由题意可知,圆柱体在液体中处于漂浮状态,受到的浮力和自身的重力相等,
所以,圆柱体受到的浮力F浮=G=mg=0.48kg×10N/kg=4.8N;
(2)圆柱体漂浮时排开液体的体积:
V排=S圆柱h=50cm2×12cm=600cm3,
由F浮=ρgV排可得,液体的密度:
ρ===0.8×103kg/m3,
用外力将圆柱体向下压h1=2cm时,液面上升的高度:
h2===1cm,
圆柱体下表面深度的增加量:
△h=h1+h2=2cm+1cm=3cm=0.03m,
下表面受到的压强增大量:
△p=ρg△h=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.03m=240Pa。
故答案为:4.8;240。
22.有甲、乙两个溢水杯,甲溢水杯盛满酒精,乙溢水杯盛满某种液体。将一不吸水的小球轻轻放入甲溢水杯中,小球下沉到杯底,溢出酒精的质量是40g;将小球从甲溢水杯中取出擦干,轻轻放入乙溢水杯中,小球漂浮且有的体积露出液面,溢出液体的质量是50g,已知ρ酒精=0.8×103kg/m3,则液体的密度为 1.1×103kg/m3 ,小球的密度为 1×103kg/m3 。
解:由题意知小球放入乙液体中处于漂浮状态,故F浮乙=G=G排,故m=m排=50g;
由题知,在甲中小球下沉,小球的体积就等于排开酒精的体积,所以据ρ=可得:
V=V酒精===50cm3;
所以小球的密度是:
ρ球===1g/cm3=1×103kg/m3;
因为小球在乙中漂浮,所以
F浮=G本身
根据阿基米德原理有,F浮=m排g=ρ乙gV ①;
且G本身=ρ球gV ②;
故将①②带入F浮=G本身可得:
ρ乙gV=ρ球gV
所以ρ乙=ρ球=×1×103kg/m3=1.1×103kg/m3
故答案为:1.1×103kg/m3;1×103kg/m3。
三.实验探究题(共4小题)
23.(1)小明用弹簧测力计、长方体、四个相同的圆柱形容器,分别装有一定量的水和盐水,对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,其装置和弹簧测力计示数如图一所示(ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg)。
①分析图甲、乙、丙,说明浮力的大小与 物体排开液体的体积 有关。
②为了探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系,可选图 丙、丁 来分析。
③长方体浸没在水中时受到的浮力是 4 N。
④用图示实验数据测出盐水的密度是 1.1×103 kg/m3。
(2)小明又利用弹簧测力计测量石块的密度。(ρ水=1.0g/cm3,g取10N/kg)
①用细线将石块挂在弹簧测力计上,弹簧测力计的示数如图二所示,石块重 4.8 N。
②将石块浸没在水中,弹簧测力计的示数如图三所示。
③石块的密度是 2.4×103 kg/m3。
解:(1)①由图甲、乙、丙所示实验可知,物体排开液体的密度相同而排开液体的体积不同,物体受到的浮力不同,由此可知,浮力大小与物体排开液体的体积有关。
②探究浮力与物体浸入液体深度的关系,应控制液体密度与物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同,由图示实验可知,图丙、丁所示实验中物体排开液体的密度、物体排开液体的体积相同而物体浸没在液体中的深度不同,可以选用图丙、丁所示实验探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度有无关系。
③由图甲、丙所示实验可知,长方体浸没在水中时受到的浮力:F浮=G﹣F=5N﹣1N=4N;
④根据F浮=ρ水gV排得,
长方体的体积:
V=V排===4×10﹣4m3;
由图甲、戊所示实验可知,长方体浸没在盐水中所受浮力:
F浮盐水=G﹣F′=5N﹣0.6N=4.4N,
根据F浮盐水=ρ盐水gV排得,
盐水的密度为:
ρ盐水===1.1×103kg/m3;
(2)①用细线将石块挂在弹簧测力计上,弹簧测力计的示数如图所示,石块重G=4.8N。
②将石块浸没在水中,弹簧测力计的示数是2.8N,所以石块受到的浮力F浮石=4.8N﹣2.8N=2N。
③环根据F浮=ρ水gV排得,
所以石块的体积:
V=V排===2×10﹣4m3=200cm3。
因为G=mg,所以石块的质量:
m===0.48kg,
石块的密度ρ石块===2.4g/cm3=2.4×103kg/m3;
故答案为:
(1)①物体排开液体的体积;②丙、丁;③4;④1.1×103;
(2)①4.8;③2.4×103。
24.在探究有关浮力的实验中:
(1)如图1所示,小华在水桶中装满水,用手把空饮料罐往下按的过程中(水未进入罐内),体会饮料罐所受浮力及其变化,同时观察水面的变化。这个小实验可以说明:浮力的大小与物体 排开液体的体积 有关;在饮料罐往下按的过程中(水未进入罐内)桶底受到水的压强 不变 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)如图2所示,是用小石块等器材验证阿基米德原理的一个实验过程图,为验证该原理,需要比较的物理量是排开液体的重力和浮力的关系。实验过程中通过图中 B、C (选填字母即可)两个步骤可通过计算得出浮力。步骤A中的烧杯中开始如果没有装满水,其他步骤正确操作,最终的结果就会导致F浮 大于 G排(选填“等于”、“大于”或“小于”)。
(3)为了使实验结论更具有普遍性和代表性,该同学应该 B 。
A、将上述实验重复做几次
B、换用其它液体多次实验
解:(1)如图1所示,小华在水桶中装满水,用手把空饮料罐往下按的过程中(水未进入罐内),排开水的体积变大,所用的力也变大,这个小实验可以说明:浮力的大小与物体排开液体的体积有关;在饮料罐往下按的过程中(水未进入罐内),桶底的深度不变,根据p=ρgh,故桶底受到水的压强不变;
(2)为验证该原理,需要比较的物理量是排开液体的重力和浮力的关系,由称重法测浮力F浮=G﹣F,故实验过程中通过图中B、C两个步骤可通过计算得出浮力;
只有物体排开的液体全部溢出到小桶中时,F浮等于G排;步骤A中的烧杯中开始如果没有装满水,溢出水的质量变小,溢出水的重力变小,其他步骤正确操作,最终的结果就会导致F浮大于G排;
(3)为了使实验结论更具有普遍性和代表性,该同学应该换用其它液体多次实验,选B。
故答案:(1)排开液体的体积;不变;(2)B、C;大于;(3)B。
25.疫情防控期间,重庆八中停课不停学,八中物理在线学,超超学以致用,利用身边的器材测量家中鹅卵石的密度。
(1)超超将托盘天平放在水平桌面上,将游码移至标尺左端零刻线处,发现天平静止时右边横梁高,则应将平衡螺母向 右 (选填“左”或“右”)调节,使横梁平衡;
(2)但由于鹅卵石较大无法放入量筒中,聪明的超超设计了如下方案,如图所示;
①先用天平测出鹅卵石的质量m1;
②在烧杯中放入适量的水将鹅卵石浸没,在水面到达的位置上作标记,用天平测出总质量m2;
③将鹅卵石从水中取出,用天平测出剩余水和烧杯的总质量m3;
④向烧杯中加水到标记处,再用天平测出此时水和烧杯的总质量m4;
⑤设水的密度为ρ水,鹅卵石密度的表达式:ρ石= ρ水 (用所测物理量的字母表示);
(3)若步骤③中取出鹅卵石时会带走一些水,超超所测的鹅卵石密度 小于 (选填“大于”、“小于”或“等于”)真实鹅卵石密度
(4)军军嫌超超的方法很麻烦,就找来了烧杯和适量的水,用弹簧测力计对鹅卵石做了两次测量,就测出了其密度。步骤如下:
①用测力计测出鹅卵石在空气中的重力,记作G;
② 用测力计将鹅卵石慢慢浸没在水中,读出测力计示数 ,记作F;
③设水的密度为ρ水,鹅卵石密度的表达式为ρ石= ρ水 。(用所测物理量的字母表示)。
解:
(1)超超将托盘天平放在水平桌面上,将游码移至标尺左端零刻线处,发现天平静止时右边横梁高,则应将平衡螺母向右调节,使横梁平衡;
(2)由步骤③④,根据等效替代法,加入水的体积即为石块的体积:
V==;
设水的密度为ρ水,鹅卵石密度的表达式:
ρ石===ρ水;
(3)若步骤③中取出鹅卵石时会带走一些水,则加入水的质量偏大,导致测量的体积偏大,根据ρ=可知,超超所测的鹅卵石密度小于真实鹅卵石密度;
(4)实验步骤如下:
①用测力计测出鹅卵石在空气中的重力,记作G;
②用测力计将鹅卵石慢慢浸没在水中,读出测力计示数,记作F;
③由称重法可得,鹅卵石受到的浮力:F浮=G﹣F,
由阿基米德原理F浮=ρ水gV排=ρ水gV可得,鹅卵石的体积为:
V=,
鹅卵石密度的表达式为:
ρ石===ρ水。
故答案为:(1)右;
(2)⑤ρ水;
(3)小于;
(4)②用测力计将鹅卵石慢慢浸没在水中,读出测力计示数;③ρ水。
26.小明取一根塑料吸管,在吸管的 下端 (选填“上端”或“下端”)塞入适当的物体作为配重,然后用石蜡将吸管的下端封闭起来,使塑料吸管能竖直的漂浮在液体中,初步做成一支密度计,该简易密度计应用到的物理原理是 物体的漂浮 条件,为了给密度计标上刻度,他进行了如下实验。
a、将其放入水中,竖立静止,在密度计上与水面相平处标上水的密度值1.0g/cm3;
b、将其放入植物油中,用同样的方法在密度计上标上植物油的密度值0.9g/cm3;
c、像标示弹簧测力计刻度的方法一样,他以两刻度线间的长度表示0.1g/cm3,将整个吸管均匀标上刻度;
(1)如图所示,小明制作的密度计,你认为刻度0.9应该在 p 点(选填p或q)。
(2)在步骤c中,小明这样均匀标示刻度对不对? 不对 。
(3)小明用刻度尺测出密度计1.0g/cm3与0.9g/cm3刻度线间的距离为0.80cm,则该密度计竖直漂浮时浸入水中的深度为 7.2 cm。
【拓展】为了使测量结果更准确,便要使简易密度计上两条刻度线(如0.9、1.0)之间的距离大一些,请写出一种改进方法 用更细的吸管 。
解:
为了让塑料吸管能竖直的漂浮在液体中,吸管下端应塞入适当的物体作为配重;
密度计是物体的漂浮条件的实际应用,即利用物体漂浮时浮力与重力相等来工作的;
(1)同一密度计在植物油和水中都处于漂浮状态,浮力都等于密度计的重力,即两种情况密度计受到的浮力相等,因为植物油的密度小于水的密度,由F浮=ρ液gV排可知排开液体的体积V排油>V排水,
所以密度计放在植物油中,液面的位置在水密度值刻度线的上方,即刻度0.9应该在p点。
(2)因为V=Sh,F浮=G物,
即:ρ液gV排=ρ液gSh浸=G物=mg,
所以h浸=,
则密度计处于漂浮状态时浸入液体中的深度与液体密度成反比,
所以密度计的刻度不均匀,即小明这样均匀标示刻度不对;
(3)根据漂浮条件F浮=G物和F浮=ρ液gV排可得:ρ液gV排=ρ液gSh浸=G物,其中S为横截面积,
所以,h浸=,
已知:h浸油﹣h浸水=0.8×10﹣2m;
即:﹣=0.8×10﹣2m;
所以,===72kg/m2;
则该密度计浸入水中的深度:h浸水===0.072m=7.2cm;
【拓展】为使测量结果更准确,应使密度计上两条刻度线之间的距离大一些,因为△V=S△h,所以要使△h变大,应减小“密度计”的横截面积S,具体做法是用更细的吸管。
故答案为:下端;物体的漂浮;(1)p;(2)不对;(3)7.2;(4)用更细的吸管。
四.计算题(共2小题)
27.如图甲所示,将边长为10cm的立方体木块A放入水中,有的体积浸入水面,将金属块B放在木块中央静止后用刻度尺测出此时木块露出水面的高度h1为2cm,如图乙所示,再用轻质细线将金属块捆绑在木块中央,放入水中静止后测出此时木块露出水面高度h2为3cm,如图丙所示(g取10N/kg)。求:
(1)木块在图甲中受到的浮力;
(2)图甲中木块底部受到的压强;
(3)金属块的密度。
解:(1)立方体木块A的边长为10cm=0.1m,
则木块A的底面积:SA=(0.1m)2=1×10﹣2m2,
木块A的体积:VA=(0.1m)3=1×10﹣3m3,
由题可知,甲图中木块排开水的体积:V排甲=VA=×1×10﹣3m3=6×10﹣4m3,
则甲图中木块受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣4m3=6N;
(2)由题可知,甲图中木块浸入水中的深度:h=×0.1m=0.06m,
则甲图中木块底部所受的压强:p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.06m=600Pa;
(3)甲图中木块漂浮,所以木块的重:GA=F浮=6N,
图乙中木块浸入水中的体积:V浸=SAh浸=1×10﹣2m2×(0.1m﹣0.02m)=8×10﹣4m3,
图丙中木块浸入水中的体积:V浸′=SAh浸′=1×10﹣2m2×(0.1m﹣0.03m)=7×10﹣4m3,
乙、丙两图中,A和B的整体都处于漂浮状态,总浮力等于总重力,总重力不变,
所以,两物体所受的总浮力相同,排开水的总体积相等,即V浸=V浸′+VB,
则金属块B的体积:VB=V浸﹣V浸′=8×10﹣4m3﹣7×10﹣4m3=1×10﹣4m3,
乙图中正方体木块A和金属块B受到的总浮力:
F浮′=ρ水gV排′=ρ水gV浸=1.0×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣4m3=8N,
由于A和B的整体处于漂浮状态,所以GA+GB=F浮′,
则金属块B的重力:GB=F浮′﹣GA=8N﹣6N=2N,
金属块B的质量:mB===0.2kg,
所以金属块B的密度:ρB===2×103kg/m3。
答:(1)木块在图甲中受到的浮力为6N;
(2)图甲中木块底部受到的压强600Pa;
(3)金属块的密度为2×103kg/m3。
28.如图甲所示,在水平桌面上放有一薄壁柱形容器,底面积为100cm2,一个重力为2.5N,底面积为40cm2,高为10cm的柱形玻璃杯A漂浮于水面,在A的底部连接有一个实心金属块B,A、B两物体在水中处于静止状态时细线未拉直(B未与容器底部紧密接触,细线不可伸长且质量体积忽略不计)。向容器中注水,细线拉力随时间变化图象如图乙所示(容器无限高)。(g取10N/kg)求:
(1)图甲中玻璃杯A所受浮力的大小;
(2)图甲中水对玻璃杯A底部的压强大小;
(3)t1时刻到t2时刻加水的体积。
解:
(1)由题意可知,甲中玻璃杯A处于漂浮状态,受到的浮力和自身的重力相等,
所以,A受到的浮力F浮=GA=2.5N;
(2)玻璃杯A漂浮,根据浮力产生的原因可知,水对玻璃杯A底部的压力F=F浮=2.5N,
则玻璃A底部受到的压强p===625Pa;
(3)由图乙可知,t1时刻和t2时刻,绳子处于拉直状态,受到竖直向上的浮力、竖直向下A的重力和绳子的拉力处于平衡状态,
由A受到的合力为零可得:F浮=GA+F拉,
t1时刻有:F浮1=GA+F1,
t2时刻有:F浮2=GA+F2,
则t1时刻到t2时刻玻璃杯A浮力的变化量:
△F浮=F2﹣F1=1.0N﹣0.5N=0.5N,
由F浮=ρgV排可得,玻璃杯A排开水体积的增加量:
△V浸=△V排===5×10﹣5m3=50cm3,
水面升高的高度:
△h===1.25cm,
则加水的体积:
△V水=(S﹣SA)△h=(100cm2﹣40cm2)×1.25cm=75cm3。
答:(1)图甲中玻璃杯A所受浮力为2.5N;
(2)图甲中水对玻璃杯A底部的压强为625Pa;
(3)t1时刻到t2时刻加水的体积为75cm3。
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