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初中物理人教版八年级下册10.2 阿基米德原理课后练习题
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这是一份初中物理人教版八年级下册10.2 阿基米德原理课后练习题,共19页。试卷主要包含了一质量为100吨的轮船等内容,欢迎下载使用。
(培优篇)2021-2022学年下学期初中物理人教新版八年级同步分层作业10.2 阿基米德原理
一.选择题(共6小题)
1.将一个体育测试用的实心球和一个乒乓球放入水中后发现:实心球沉入水底,而乒乓球浮出水面。下面几种分析中正确的是( )
A.实心球受到的浮力较大 B.它们受到的浮力一样大
C.乒乓球受到的浮力较大 D.不能确定
2.如图是中国的“奋斗者”号全海深潜载人潜水器,2020年11月28日成功完成万米海试并成功返航,若海水密度保持不变,下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号在上浮过程中,所受浮力变大
B.“奋斗者”号在水下作业时,所受浮力等于其排开海水的重力
C.“奋斗者”号下潜过程中,排开海水的质量逐渐变大
D.“奋斗者”号下潜过程中,所受海水压强不变
3.如图为金鱼吐出的某个气泡在温度恒定的水中上升过程的示意图。该过程中气泡密度和受到浮力、压强的变化情况,叙述正确的是( )
A.密度、压强和浮力都变小
B.密度、压强和浮力都变大
C.密度、浮力变小,压强变大
D.密度、压强变小,浮力变大
4.如图所示,把一金属块挂在弹簧测力计下,浸没在水中,弹簧测力计的示数为F,若要让弹簧测力计的示数变小,已知ρ盐水>ρ水>ρ酒精,下列做法可行的是( )
A.往烧杯里加些水
B.往烧杯里加些盐
C.往烧杯里加些酒精
D.把弹簧测力计缓慢向上移动,但金属块不露出水面
5.如图甲所示,长方体实心金属块在细绳竖直向上拉力作用下,从水中开始一直竖直向上做缓慢的匀速直线运动,上升到离开水面一定的高度处。如图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象。根据图象信息,下列判断中错误的是( )
A.该金属块的质量大小为5.4kg
B.该金属块的密度大小是3.4×103kg/m3
C.金属块浸没在水中受到的浮力大小是20N
D.金属块从t1到t2时间段在水中受到的浮力逐渐减小
6.如图甲所示,弹簧测力计下挂有一个底面积为160cm2的实心圆柱体,把它从盛有足量水的容器上方离水面某一高度处缓慢下降(其底面始终与水面相平),使其逐渐浸没入水中某一深度。如图乙所示是整个过程中弹簧测力计的示数F与圆柱体下降高度h变化关系的图象。下列说法错误的是( )
A.圆柱体的重力为12N
B.圆柱体的高度为5cm
C.圆柱体刚浸没时,下表面受到水的压力为4N
D.圆柱体的密度为1.5g/cm3
二.填空题(共3小题)
7.一质量为100吨的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000吨。当它在长江上满载航行时,轮船受到江水的浮力是 N,轮船底部距水面3m处40cm2的面积上受到水的压力为 N。当轮船从江水中驶入海水中时,其排开水的体积将 。(选填“变大”“变小”或“不变”)(ρ江水=1.0×103kg/m3,ρ海水=1.05×103kg/m3,g取10N/kg)
8.2020年4月30日,如图所示,海军辽宁舰航母编队完成近一个月的远海跨区机动训练,返回青岛某军港。辽宁舰的满载排水量为67000t,其满载时排开水的体积为 m3,若辽宁号船底某处受到海水的压强是6×104Pa,则此处浸入海水的深度是 m,航母与其他舰艇在海面航行时,不能近距离并行,原因是流速大的地方压强 ,防止舰艇互相靠近发生相撞事故。(g取10N/kg,海水的密度取1.0×103kg/m3)。
9.将一石块悬挂在弹簧秤下,在空气中称量时,弹簧秤的示数为5N,石块浸没在水中称量时,弹簧秤的示数为3N,则该石块受到的浮力大小为 N,该石块的密度是 千克/米³,若将石块放入密度为7.5×103千克/米3的某种液体中静止时,小石块露出液面的体积占石块体积的 (填分数)。
三.实验探究题(共2小题)
10.如图所示,为了验证阿基米德原理,小昌做了如下实验。
(1)向溢水杯中注水,使水面恰好与出水口 。
(2)该实验漏掉一个步骤,请写出该步骤E的内容: ,此时弹簧测力计的示数是F4;
(3)为减少误差,A、B、C、D、E操作的合理顺序应该是 (按顺序填写序号)。
(4)若F1、F2、F3、F4之间满足关系 = ,则说明“阿基米德原理”成立。
(5)验证出“阿基米德原理”后,小昌为了验证浮力的大小跟物体形状是否有关时,将橡皮泥放入盛水的烧杯中,橡皮泥沉至杯底,又将橡皮泥捏成小船形状放入水中,发现其漂浮在水面上,她认为:浮力的大小与物体的形状有关。你认为她的观点 (选填“正确”或“不正确”),理由是: 。
11.小明用如图所示实验装置验证阿基米德原理。当物块没入装满水的溢水杯中时,水会流入空桶,回答下列问题:
(1)如图甲、乙所示,当物块浸入装满水的溢水杯中时,水对溢水杯底部的压强将会 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。根据图中数据可知,实验中物块所受浮力是 N,排开水的重力是 N;
(2)如果实验前溢水杯未装满水,实验测得的 (选填“浮力”或“排开水的重力”)将会 (选填“偏大”或“偏小”);
(3)小明经过思考后认为,根据测得的物理量和水的密度ρ水,还可以计算出物块的密度ρ,则ρ= kg/m3。
四.计算题(共2小题)
12.把体积为1dm3的铁球挂在弹簧测力计下,若将铁球浸没在水中,则弹簧测力计的读数是铁球在空气中测量的。(g=10N/kg)
求:
(1)铁球所受到的浮力;
(2)铁球受到的重力。
13.有一质量为0.79kg的实心铁球,其密度为ρ铁=7.9×103kg/m3,现将铁球放入盛有适量水的容器中,如图所示。已知水的密度为ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)铁球的体积;
(2)图中静止铁球在水中所受浮力;
(3)图中静止铁球受到杯底的支持力。
(培优篇)2021-2022学年下学期初中物理人教新版八年级同步分层作业10.2 阿基米德原理
参考答案与试题解析
一.选择题(共6小题)
1.将一个体育测试用的实心球和一个乒乓球放入水中后发现:实心球沉入水底,而乒乓球浮出水面。下面几种分析中正确的是( )
A.实心球受到的浮力较大 B.它们受到的浮力一样大
C.乒乓球受到的浮力较大 D.不能确定
【分析】根据F浮=ρ液gV排判断两球所受浮力的大小关系。
【解答】解:一般情况下,体育测试用的实心球的体积大于乒乓球的体积,当实心球沉入水底,而乒乓球浮出水面时,实心球排开水的体积较大,由F浮=ρ水gV排可知,实心球受到的浮力较大。
故选:A。
【点评】本题主要考查了阿基米德原理的应用,要注意的是物体所受浮力大小不能看它所处的状态,应根据F浮=ρ液gV排判断。
2.如图是中国的“奋斗者”号全海深潜载人潜水器,2020年11月28日成功完成万米海试并成功返航,若海水密度保持不变,下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号在上浮过程中,所受浮力变大
B.“奋斗者”号在水下作业时,所受浮力等于其排开海水的重力
C.“奋斗者”号下潜过程中,排开海水的质量逐渐变大
D.“奋斗者”号下潜过程中,所受海水压强不变
【分析】(1)根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排和排开海水的体积变化判断出潜水器受到海水浮力的变化;
(2)根据阿基米德原理分析;
(3)根据阿基米德原理分析排开的海水的重力的变化,根据G=mg分析排开的水的质量的变化;
(4)海水密度不变,由公式p=ρgh可知潜水器在海面下不断下潜时受到海水的压强的变化。
【解答】解:
A、“奋斗者”号在上浮过程中,在露出水面之前,排开的海水的体积不变,海水的密度不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,受到的浮力不变;在露出水面的过程中,排开的海水的体积变小,海水的密度不变,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,受到的浮力变小,故A错误;
B、“奋斗者”号在水下作业时,根据阿基米德原理可知,所受浮力等于其排开海水的重力,故B正确;
C、潜水器浸没海水中后继续下潜过程中,排开海水的体积不变,海水密度不变,根据m=ρV可知,排开海水的质量不变,故C错误;
D、潜水器在下潜的过程中,深度增加,由p=ρgh可知,潜艇受到海水的压强变大,故D错误。
故选:B。
【点评】此题主要考查了对浮力、液体压强变化的判断,同时考查阿基米德原理的应用,属于常考题型。
3.如图为金鱼吐出的某个气泡在温度恒定的水中上升过程的示意图。该过程中气泡密度和受到浮力、压强的变化情况,叙述正确的是( )
A.密度、压强和浮力都变小
B.密度、压强和浮力都变大
C.密度、浮力变小,压强变大
D.密度、压强变小,浮力变大
【分析】(1)根据p=ρ液gh判断压强的大小变化;质量不随位置的改变而改变,气泡在水中上升的过程中体积增大,根据密度公式分析密度的变化;
(2)根据公式F浮=ρgV排可知气泡受到水的浮力的变化情况。
【解答】解:金鱼吐出的气泡在水中上升的过程中,所处深度减小,根据p=ρ液gh可知,受到的液体压强变小,故气泡体积增大,而气泡内空气的质量不变,由ρ=可知,密度变小;
气泡上升时,体积变大,则排开水的体积变大,所以由F浮=ρgV排可得:气泡受到水的浮力变大。
故选:D。
【点评】本题考查了对压强及浮力大小的判断、密度公式的应用,关键是掌握浮力和压强的计算公式,根据公式进行分析。
4.如图所示,把一金属块挂在弹簧测力计下,浸没在水中,弹簧测力计的示数为F,若要让弹簧测力计的示数变小,已知ρ盐水>ρ水>ρ酒精,下列做法可行的是( )
A.往烧杯里加些水
B.往烧杯里加些盐
C.往烧杯里加些酒精
D.把弹簧测力计缓慢向上移动,但金属块不露出水面
【分析】(1)根据浮力公式F浮=ρ液gV排可知,排开液体的体积一定时,液体的密度变大,浮力变大;
(2)根据称重法分析,知道测力计示数F=G﹣F浮。
【解答】解:
A、由于原来金属块全部浸于水中,往烧杯里加水,水的密度不变,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力不变,则测力计示数不变,故A错误;
B、往烧杯里加些盐,液体的密度变大,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力变大,根据F=G﹣F浮可知,测力计示数变小,故B正确;
C、往烧杯里加些酒精,液体的密度变小,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力变小,根据F=G﹣F浮可知,测力计示数变大,故C错误;
D、把弹簧测力计向上提一下,金属块不露出水面,则排开液体的体积,水的密度不变,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力不变,则测力计示数不变,故D错误。
故选:B。
【点评】本题考查称重法的应用和浮力的影响因素,知道浮力的大小与液体密度和排开液体的体积有关,知道物体漂浮时浮力等于自身的重力。
5.如图甲所示,长方体实心金属块在细绳竖直向上拉力作用下,从水中开始一直竖直向上做缓慢的匀速直线运动,上升到离开水面一定的高度处。如图乙是绳子拉力F随时间t变化的图象。根据图象信息,下列判断中错误的是( )
A.该金属块的质量大小为5.4kg
B.该金属块的密度大小是3.4×103kg/m3
C.金属块浸没在水中受到的浮力大小是20N
D.金属块从t1到t2时间段在水中受到的浮力逐渐减小
【分析】(1)当金属块离开水面时,其不受浮力作用,此时绳子的拉力与物体的重力为一对平衡力,即拉力与物体重力相等,即为图中t2至t3段;
(2)根据阿基米德原理,求出物体浸没在水中排开水的体积即物体的体积,由ρ金==求物体的密度;
(3)当金属块从水中露出液面时,此时金属块排开水的体积逐渐变小,由阿基米德原理可知,此时的浮力逐渐变小,绳子的拉力逐渐变大,即图中的t1至t2段。
【解答】解:A、t2~t3段,金属块完全离开水面,此时绳子的拉力F''与物体的重力为一对平衡力,即拉力与物体重力相等,
即G=F''=54N,该金属块的质量m===5.4kg,故A正确;
BC、物体浸没在水中时所受的浮力:F浮=G﹣F=54N﹣34N=20N;
浸没时物体排开水的体积即物体的体积:
V=V排===2×10﹣3m3,
该金属块的密度为:
ρ金====2.7×103kg/m3;故B错误,C正确;
D、由图可知,0~t1段,金属块在水中竖直向上做匀速直线运动,但未露出液面,物体所排开的水的体积不变,根据F浮=ρgV排可知此时的浮力不变,由F=G﹣F浮,绳子的拉力F也不变;
t1至t2段,金属块从水中露出液面时,此时物体所排开的水的体积逐渐变小,根据F浮=ρgV排可知,此时的浮力逐渐变小,故D正确。
故选:B。
【点评】本题考查称重法测浮力、阿基米德原理,密度公式、二力平衡的综合运用,关键是从图中明确各时间段对应的物理过程。
6.如图甲所示,弹簧测力计下挂有一个底面积为160cm2的实心圆柱体,把它从盛有足量水的容器上方离水面某一高度处缓慢下降(其底面始终与水面相平),使其逐渐浸没入水中某一深度。如图乙所示是整个过程中弹簧测力计的示数F与圆柱体下降高度h变化关系的图象。下列说法错误的是( )
A.圆柱体的重力为12N
B.圆柱体的高度为5cm
C.圆柱体刚浸没时,下表面受到水的压力为4N
D.圆柱体的密度为1.5g/cm3
【分析】A、由图像可知,当h=0时,弹簧测力计示数为12N,此时圆柱体处于空气中,根据二力平衡条件可得出圆柱体的重力;
D、图像中CD段是圆柱体完全浸入水中的情况,此时圆柱体受到的拉力F拉2=4N,
根据F浮=G﹣F拉2得出圆柱体浸没时受到的浮力,由F浮=ρ水gV排得圆柱体完全浸入水中时排开水的体积,
根据G=mg得出圆柱体的质量,根据ρ=得出圆柱体的密度;
B、圆柱体全部浸没后排开水的体积等于圆柱体的体积,据此得出体积V,根据h=得出圆柱体的高度;
C、已知圆柱体的高,可得出圆柱体在刚浸没时,下表面所处的深度,
根据p=ρ水gh得出刚浸没时下表面受到的水压强,根据p=可知下表面受到水的压力。
【解答】解:A、由图像可知,当h=0时,弹簧测力计示数为12N,此时圆柱体处于空气中,根据二力平衡条件可知,圆柱体重力G=F拉1=12N,故A正确;
D、图像中CD段是圆柱体完全浸入水中的情况,此时圆柱体受到的拉力F拉2=4N,
圆柱体浸没时受到的浮力:
F浮=G﹣F拉2=12N﹣4N=8N;
由F浮=ρ水gV排得圆柱体完全浸入水中时排开水的体积:
V排===8×10﹣4m3,
圆柱体的质量:
m===1.2kg,
圆柱体的密度:
ρ===1.5×103kg/m3=1.5g/cm3,故D正确;
B、圆柱体全部浸没后排开水的体积等于圆柱体的体积,故V=V排=8×10﹣4m3,圆柱体的高度h===0.05m﹣5cm,故B正确;
C、圆柱体在刚浸没时,下表面所处的深度为h=5cm=0.05m,
因此刚浸没时下表面受到的液体压强:
p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.05m=500Pa,根据p=可知下表面受到水的压力F=pS=500Pa×160×10﹣4m2=8N,故C错误。
故选:C。
【点评】本题用到的知识点有重力、质量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理、压强的计算等,考查学生结合图像对所学知识进行综合分析的能力,难度较大。
二.填空题(共3小题)
7.一质量为100吨的轮船(含船载设备及船员),已知其排水量为1000吨。当它在长江上满载航行时,轮船受到江水的浮力是 1×107 N,轮船底部距水面3m处40cm2的面积上受到水的压力为 120 N。当轮船从江水中驶入海水中时,其排开水的体积将 变小 。(选填“变大”“变小”或“不变”)(ρ江水=1.0×103kg/m3,ρ海水=1.05×103kg/m3,g取10N/kg)
【分析】(1)知道轮船的排水量(满载时排开水的质量),利用阿基米德原理求轮船满载时受到的浮力;
(2)利用液体压强公式求3m深处水对船底产生的压强;再利用F=pS求出40cm2面积上受到水的压力大小;
(3)轮船从江水中驶入海水中,自重不变、水的密度变大,则根据漂浮条件和阿基米德原理可求得浮力及排开水的体积的变化。
【解答】解:
(1)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;
(2)由题意知,h=3m,江水对船底的压强:p=ρ江水gh=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;
(3)当轮船从江水中驶入海水中时,由于轮船始终漂浮,则船受到的浮力F浮=G,而船受到的重力G不变,所以船受到的浮力不变,由于海水的密度大于河水的密度,根据F浮=ρ液gV排可知它排开水的体积变小。
故答案为:1×107;120;变小。
【点评】本题考查浮力的计算和阿基米德原理的应用,以及压强公式的运用,关键是知道物体漂浮时浮力等于自身重力还等于排开水的重力,本题的难点是对排水量的理解。
8.2020年4月30日,如图所示,海军辽宁舰航母编队完成近一个月的远海跨区机动训练,返回青岛某军港。辽宁舰的满载排水量为67000t,其满载时排开水的体积为 6.7×104 m3,若辽宁号船底某处受到海水的压强是6×104Pa,则此处浸入海水的深度是 6 m,航母与其他舰艇在海面航行时,不能近距离并行,原因是流速大的地方压强 小 ,防止舰艇互相靠近发生相撞事故。(g取10N/kg,海水的密度取1.0×103kg/m3)。
【分析】(1)根据辽宁舰的满载排水量为67000t,由密度的变形公式求出满载时排开水的体积;
(2)辽宁号船底某处受到海水的压强是6×104Pa,根据p=ρgh求出此处浸入海水的深度;
(3)流体的压强跟流体的速度有关,流速越大,压强越小。
【解答】解:(1)“辽宁舰”满载时排开水的质量:m=67000t=6.7×107kg;
根据ρ=知,
“辽宁舰”满载时排开水的体积:
V===6.7×104m3;
(2)根据p=ρgh知,
此处浸入海水的深度为:
h===6m;
(3)因为在流体中,流速越大的位置压强越小,若航母与其他舰艇在海面航行时,近距离并行,则两舰艇中间水的流速大压强小,两舰艇外两侧水的流速小压强大,从而产生向中间的压强差,容易引起碰撞,所以该航母与其他舰艇在海面航行时,不能近距离并行。
故答案为:6.7×104;6;小。
【点评】本题考查了学生对阿基米德原理、液体压强以及流体压强和流速的关系。对于流速和流体压强的问题,一定要明确被研究的物体的两个侧面的流体流速,用流速来分析流体压强,用压强来分析压力,通过压力差来分析物体受到的作用。
9.将一石块悬挂在弹簧秤下,在空气中称量时,弹簧秤的示数为5N,石块浸没在水中称量时,弹簧秤的示数为3N,则该石块受到的浮力大小为 2 N,该石块的密度是 2.5×103 千克/米³,若将石块放入密度为7.5×103千克/米3的某种液体中静止时,小石块露出液面的体积占石块体积的 (填分数)。
【分析】(1)利用称重法求出浮力,利用阿基米德原理求体积,先用G=mg求质量,再利用密度公式求密度;
(2)首先根据石块的密度和液体的密度判断出将石块放入密度为7.5×103千克/米3的某种液体中静止时的状态,然后利用漂浮条件列出等式即可求得小石块露出液面的体积占石块体积的几分之几。
【解答】解:(1)由称重法得,该石块受到的浮力F浮=G﹣F=5N﹣3N=2N,
由F浮=ρgV排可得,石块体积V石块=V排===2×10﹣4m3,
石块的质量m石块===0.5kg,
石块的密度ρ石块===2.5×103kg/m3,
(2)因为ρ石块<ρ液,所以若将石块放入密度为7.5×103千克/米3的某种液体中静止时,石块漂浮在此液体中,则石块受到液体的浮力等于石块的重力,即F浮液=G石块,
ρ液gV排液=ρ石块gV,
V排液==V=×V=V,
则V露=V。
故答案为:2;2.5×103;。
【点评】本题综合性强,运用的知识多,公式多,要求学生要熟练掌握阿基米德原理公式、密度公式、称重法、物体的浮沉条件、重力与质量的关系等知识。
三.实验探究题(共2小题)
10.如图所示,为了验证阿基米德原理,小昌做了如下实验。
(1)向溢水杯中注水,使水面恰好与出水口 相平 。
(2)该实验漏掉一个步骤,请写出该步骤E的内容: 用弹簧测力计测出物体的重力 ,此时弹簧测力计的示数是F4;
(3)为减少误差,A、B、C、D、E操作的合理顺序应该是 DEABC(或EDABC) (按顺序填写序号)。
(4)若F1、F2、F3、F4之间满足关系 F4﹣F1 = F2﹣F3 ,则说明“阿基米德原理”成立。
(5)验证出“阿基米德原理”后,小昌为了验证浮力的大小跟物体形状是否有关时,将橡皮泥放入盛水的烧杯中,橡皮泥沉至杯底,又将橡皮泥捏成小船形状放入水中,发现其漂浮在水面上,她认为:浮力的大小与物体的形状有关。你认为她的观点 不正确 (选填“正确”或“不正确”),理由是: 没有控制橡皮泥排开水的体积相同 。
【分析】(1)当溢水杯中水面恰好与出水口相平时,物体排开水的质量和溢出水的质量相等;
(2)用称重法测浮力时,应先测出物体的重力,然后让物体浸入液体中读出此时弹簧测力计的示数,利用F浮=G﹣F′求出物体所受的浮力;
(3)实验中要先测物体的重力和空桶的重力,然后再把物体浸入水中,测出物体受到的拉力,根据称重法求出浮力,最后再测出桶和溢出水的重力得出排开水的重力;
(4)比较物体排开液体的重力和受到的浮力大小关系验证阿基米德原理是否成立;
(5)探究物体所受浮力的大小与物体形状的关系时,根据控制变量法应控制物体排开液体的体积和液体的密度不变,改变物体的形状。
【解答】解:(1)为得出物体排开水的质量,向溢水杯中注水时应使水面恰好与出水口相平;
(2)为了验证阿基米德原理,需要测量的量有四个:物体重力、物体浸没时弹簧测力计的示数、空桶的重力、小桶加溢出水的总重力,由图示可知,该实验漏掉一个步骤是用弹簧测力计测出物体的重力;
(3)验证阿基米德原理时,先测物体的重力和空桶的重力→物体浸入水中、读出弹簧测力计示数→测出小桶和排开水的总重力,或测出空桶重力→物体重力→物体浸入水中、读出弹簧测力计示数→测出小桶和排开水的总重力,所以合理顺序应该是DEABC(或EDABC);
(4)由实验步骤可知,物体受到的浮力F浮=F4﹣F1,物体排开水的重力G排=F2﹣F3。当F4﹣F1=F4﹣F3时,表明物体受到的浮力等于其排开的液体的重力,则说明阿基米德原理成立;
(5)小昌的观点不正确,因为探究浮力的大小可能跟物体的形状有关时,需要控制液体的密度和排开液体的体积不变,改变物体的形状,而小昌实验中没有控制橡皮泥排开水的体积相同。
故答案为:(1)相平;(2)用弹簧测力计测出物体的重力;(3)DEABC(或EDABC);(4)F4﹣F1;F2﹣F3;(5)不正确;没有控制橡皮泥排开水的体积相同。
【点评】本题考查了验证阿基米德原理的实验,明白实验的原理和方法以及利用好控制变量法是解题的关键。
11.小明用如图所示实验装置验证阿基米德原理。当物块没入装满水的溢水杯中时,水会流入空桶,回答下列问题:
(1)如图甲、乙所示,当物块浸入装满水的溢水杯中时,水对溢水杯底部的压强将会 不变 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。根据图中数据可知,实验中物块所受浮力是 1 N,排开水的重力是 1 N;
(2)如果实验前溢水杯未装满水,实验测得的 排开水的重力 (选填“浮力”或“排开水的重力”)将会 偏小 (选填“偏大”或“偏小”);
(3)小明经过思考后认为,根据测得的物理量和水的密度ρ水,还可以计算出物块的密度ρ,则ρ= 2×103 kg/m3。
【分析】(1)液体内部的压强与液体深度有关,深度越大,产生的压强越大;
根据称重法,F浮=G﹣F示,可计算物块浸没在水中时受到的浮力;物块排开水所受的重力G排等于桶和排开水的总重减去空桶的重;
(2)根据物块排开水所受的重力G排等于桶和排开水的总重减去空桶的重即可分析判断;
(3)根据F浮=ρ水gV排求出物块浸没在水中时排开水的体积,即物块的体积,然后根据G=mg算出物体的质量,利用密度公式算出物体的密度。
【解答】解:(1)由于溢水杯原来已装满水,所以物块浸入水中后,杯中水的深度不变,由p=ρgh可知,水对容器底的压强不变;
由左图知:物体的重力G=F1=2N,
由右图知,物体浸没在水中弹簧测力计的示数F3=1N,则圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力:F浮=G﹣F3=2N﹣1N=1N,
物块排开水所受的重力G排等于桶和排开水的总重减去空桶的重,由左图知:空桶的重力为:G桶=F2=0.2N,由右图知,桶和排开水的总重为F4=1.2N,
则排开水的重力:G排=F4﹣G桶=1.2N﹣0.2N=1N;
(2)根据实验数据可得出:物块浸没在水中时受到的浮力F浮,物块排开水所受的重力G排,比较F浮与G排,可以得到浮力的大小跟物块排开水所受重力的关系。
物块浸没在水中时受到的浮力F浮,是根据称重法得出的;溢水杯未装满水,对于F3的测量结果没有影响;所以,测出的浮力F浮不变;
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,物块排开水所受的重力变小,所以,测得排开水的重力会偏小;
(3)由F浮=ρ水gV排可知,物块体积:V=V排水===1×10﹣4m3,
由G=mg可知,物体的质量:m===0.2kg,
物块的密度为:ρ===2×103kg/m3。
故答案为:(1)不变;1;1;(2)排开水的重力;偏小;(3)2×103。
【点评】本题综合考查了阿基米德原理实验、影响液体压强大小的因素等知识;在“探究浮力的大小”实验中,用“称量法”测出物体受到的浮力,即F浮=G﹣F拉。
四.计算题(共2小题)
12.把体积为1dm3的铁球挂在弹簧测力计下,若将铁球浸没在水中,则弹簧测力计的读数是铁球在空气中测量的。(g=10N/kg)
求:
(1)铁球所受到的浮力;
(2)铁球受到的重力。
【分析】(1)由于铁球是浸没,排开水的体积等于铁球的体积,利用阿基米德原理求铁球受到的浮力;
(2)由题知,弹簧测力计的示数是在空气中称重的,根据称重法测浮力(F浮=G﹣F示)求铁球的重力。
【解答】解:(1)因为铁球是浸没在水中,所以,V排=V球=1dm3=1×10﹣3m3,
所以,铁球受到的浮力:F浮=G排=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N;
(2)由题知,弹簧测力计的示数是在空气中称重的。
设铁球受到的重力为G,则弹簧测力计的示数F示=G,
因为F浮=G﹣F示=G﹣G=G,
所以铁球受到的重力:G=5F浮=5×10N=50N。
答:(1)铁球受到的浮力为10N;
(2)铁球受到的重力50N。
【点评】此题考查浮力和重力的计算,本题如果考虑不周全,可能直接计算如下:因为ρ=,所以:m=ρ铁V=7.9×103kg/m3×10﹣3m3=7.9kg,所以G=mg=7.9kg×10N/kg=79N;再根据称重法计算,导致错误答案。
13.有一质量为0.79kg的实心铁球,其密度为ρ铁=7.9×103kg/m3,现将铁球放入盛有适量水的容器中,如图所示。已知水的密度为ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)铁球的体积;
(2)图中静止铁球在水中所受浮力;
(3)图中静止铁球受到杯底的支持力。
【分析】(1)已知铁球的质量和密度,利用公式可求出铁球的体积;
(2)图中静止的铁球完全浸没在水中,则铁球排开水的体积等于铁球的体积,再利用阿基米德原理求出铁球受到的浮力;
(3)先根据G=mg求出铁球的重力,对铁球进行受力分析可知其受到重力、浮力以及杯底的支持力,由平衡力的条件可知铁球受到杯底的支持力等于铁球的重力与浮力之差。
【解答】解:(1)已知铁球的质量m=0.79kg,其密度为ρ铁=7.9×103kg/m³,
则铁球的体积为:==1×10﹣4m3;
(2)图中静止铁球完全浸没在水中,则铁球排开水的体积:V排=V=1×10﹣4m3,
由阿基米德原理可知铁球在水中所受浮力为:F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N;
(3)铁球的重力为:G=mg=0.79×10N/kg=7.9N,
静止的铁球在水中受到重力、浮力以及杯底的支持力,
由受力平衡可知铁球受到杯底的支持力为:F支=G﹣F浮=7.9N﹣1N=6.9N。
答:(1)铁球的体积为1×10﹣4m3;
(2)图中静止铁球在水中所受浮力为1N;
(3)图中静止铁球受到杯底的支持力为6.9N。
【点评】本题考查了学生对密度公式、重力公式以及阿基米德原理的运用,解题时要注意:铁球完全浸没在水中时,其排开水的体积与铁球的体积相等。
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