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初中物理人教版八年级下册10.1 浮力精品单元测试精练
展开人教版初中物理八年级下册第十章《浮力》单元测试卷
考试范围:第十章;考试时间:75分钟;总分:80分
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
第I卷(选择题)
一、单选题(本大题共12小题,共24.0分)
1. 如图所示, Q为铜制零件,其上部分边长L=0.2m的立方体,下部为边长l=0.1m的立方体.Q的下表面与容器底部粘合,且水面恰好与Q上表面相平,则零件所受浮力为(g取10N/kg)( )
A. 0N B. 20N C. 60N D. 80N
2. 如图所示边长为10cm的实心正方体静止在某液体中,h1=10cm,其上表面受到液体向下的压力F1=8N,下列说法正确的是( )
A. 液体的密度为0.8×103g/cm3
B. 正方体受到的浮力为8N
C. 正方体上表面受到液体压强为8×104Pa
D. 正方体下表面受到液体的压力为18N
3. 如图所示,甲、乙两个完全相同的容器中盛有两种不同的液体,把两个完全相同的立方体A、B分别放入这两种液体中,均处于漂浮状态,静止时两个容器中的液面相平,A、B在两种液体中所受浮力分别为FA、FB,液体对烧杯底的压强分别为p甲、p乙,则( )
A. FA
p乙
4. 如图所示,一个体积为V、重为G的金属圆柱体挂在弹簧测力计上(圆柱体底面与水面平行),手提弹簧测力计使圆柱体浸入水中处于静止状态。圆柱体上表面受到水向下的压力为F1,圆柱体下表面受到水向上的压力为F2,圆柱体受到的浮力为F浮,弹簧测力计的示数为T,则下列表达式不正确的是( )
A. G=T+F浮 B. T=G−F2
C. F浮=F2−F1 D. F2=G−T+F1
5. 如图所示,将一体积为10cm3的质量分布均匀的正方体木块轻轻放入一盛满某种液体的
溢水杯中,溢出液体的体积为8cm3;若将木块从中间锯掉一半,将剩余部分再次轻轻
放入装满该液体的溢水杯中,则该液体会溢出( )
A. 3cm3 B. 4cm3 C. 5cm3 D. 6cm3
6. 如图1所示,弹簧测力计下面挂一实心圆柱体,将圆柱体从盛有水的容器上方离水面某一高度处缓缓下降(其底面始终与水面平行),使其逐渐浸没入水中某一深度处。图2是整个过程中弹簧测力计的示数F与圆柱体下降高度h变化关系的数据图象,以下说法正确的是( )
A. 圆柱体的重力为8N B. 圆柱体浸没时受到的浮力为4N
C. 圆柱体的体积为4×10−4 m3 D. 圆柱体的密度为1.5×103 kg/m3
7. 水平桌面上的深桶容器中装有水,小明在空玻璃瓶口蒙上橡皮膜,将其置于水中某一深度处,恰好悬浮,如图所示,现沿桶壁向容器中缓慢加水,在水面上升的过程中,下列判断错误的是( )
A. 玻璃瓶保持静止 B. 玻璃瓶下沉至容器底
C. 水对容器底的压强增大 D. 桌面对容器的支持力增大
8. 将体积相等的立方体物块A和B分别放入两只盛水的、完全相同的溢水杯中,溢水杯放置在水平桌面上,物块静止时水面跟溢水口相平,如图甲和乙所示。下列判断中正确的是( )
A. A的密度比B的密度大
B. A和B受到的浮力大小相等
C. 甲图中水对杯底的压力小于乙图中水对杯底的压力
D. 甲、乙两图中溢水杯对桌面的压力大小相等
9. 两根完全相同的轻质弹簧,质量和体积忽略不计,原长均为20cm,木块和石块均为边长为10cm的正方体,甲乙两质量相同的容器装有质量相等的水,木块和石块均被弹簧测力计拉着浸没在水中,当木块和石块静止时,弹簧的长度均为30cm,已知木块的重力G木=4N,下列说法不正确的是 ( )
A. 石块的密度为1.6×103kg/m3
B. 木块和石块受到水的上下表面的压力差相等
C. 水对两容器底部的压力相等
D. 容器对水平地面的压力相等
10. 在气球下面挂一金属块,放入水中处于悬浮状态,如图所示。若水足够深,把气球和金属块往下移动一段距离,松开手,它们将。( )
A. 静止不动 B. 上浮,静止时回到原来位置
C. 上浮,最后浮在液面上 D. 下沉,最后沉在水下
11. 如图甲所示,质量为m的小球有1/4的体积浸入圆柱形水槽的水中;若换用一根更长的线拴小球,则球有1/2的体积浸入水中,先后两次台秤示数变化了5 N。若将线剪断,小球恰好悬浮在水中,如图乙所示,此时水深为h1,台秤的示数为F1。若将水槽中的水换成同质量的盐水,再将小球放入盐水中,如图丙所示,盐水深为h2,台秤示数为F2。已知水的质量是4 kg,圆柱形水槽的质量是1 kg,水槽的底面积为2 dm2,g取10 N/kg,下列判断中正确的是。( )
A. h2>h1 B. h2−h1=0.1 m
C. m=1 kg D. F1=F2=70 N
12. 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,溢出的酒精质量是40 g;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16的体积露出液面,溢出液体的质量是50 g,已知ρ酒精=0.8×103kg/m3,下列计算正确的结果有几个 ( )
①液体的密度是1.2×103kg/m3
②两种情况下小球受到的浮力之比为4︰5
③小球的密度是0.8×103kg/m3
④两种情况下小球排开液体的体积之比为6︰5
A. 只有1个正确 B. 只有2个正确 C. 只有3个正确 D. 4个都正确
第II卷(非选择题)
二、填空题(本大题共4小题,共8.0分)
13. 现有实心金属球甲、乙和足量的液体A、B,若ρA>ρ甲>ρ乙>ρB,且甲、乙放入B液体中静止时受到的浮力都等于F,则甲的体积为 ;甲、乙放入A液体中静止时所受浮力中较小的一个力的大小为 .
14. 如图所示,一个质量为500g,底面积为100cm2的圆柱体容器(容器壁的厚度忽略不计)放在水平桌面的中央,容器中装有800cm3水,将一个重5N的实心长方体A挂在弹簧测力计上,然后竖直浸入水中,当物体A刚好浸没在水中时(水未溢出且物体A没有接触到容器底),弹簧测力计的读数为3N,则此时容器对水平桌面的压强是______Pa.物体A的密度是______kg/m3.(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
15. 海水的密度大于河水的密度,当图所示的军舰(保持质量不变)由大海驶向河流的过程中,它所受到的浮力将______(填“增大”、“不变”或“减小”),军舰排开水的体积将______(填“增大”、“不变”或“减小”)。
16. 一个物体浸没在水中,它的前、后、左、右、上、下表面都受到液体内部压强的作用,______和______的压力差决定了物体浮力的大小。
三、作图题(本大题共2小题,共4.0分)
17. 如图,作出烧杯中小球静止在水面上时所受力的示意图。
18. 如图所示,用弹簧测力计悬挂一重为G的金属块从空中匀速放入盛有水的容器内。请你画出金属块从图中所示位置到完全没入水中虚线处(未触底)的这一过程中,弹簧测力计的示数F随时间t变化的大致关系图像。
四、实验探究题(本大题共2小题,共12.0分)
19. 小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯(分别装有一定量的水和一定量的煤油),对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究,探究过程及有关数据如图所示.
(1)分析图中的A、B(或A、C),说明浸在液体中的物体受到________(填方向)的浮力;金属块浸没在水中时所受的浮力是________N.
(2)观察________(填图的序号)四个图可得出结论:金属块在同种液体中受到浮力的大小随物体排开液体体积的增大而________(填“增大”或“减小”).
(3)分析A、D、E三个图,说明浸在液体中的物体受到的浮力大小与________有关.
(4)上述设计方案,采用的实验方法是________.
A.控制变量法 B.转换法 C.模型法 D.等效法
(5)小明还想探究“物体受到的浮力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________第二次铁片受到的重力(填“大于”“等于”或“小于”).
②小明得出:物体受到的浮力与其形状有关.小明得出错误结论的原因是,他只关注了铁片形状的改变,忽视了________对浮力大小的影响.
(6)根据图中的相关数据计算得出:①金属块的密度是________kg/m3;②煤油的密度是________kg/m3.(g取10N/kg)
20. 小亮想测量一个小木块(不吸水)的密度,他有天平、圆柱形玻璃杯、适量的水、细针等器材,经过思考,想出了如下的实验方法。
(1)图甲所示是小亮在调节天平时的情景,小丽指出了他在操作上的错误,你认为错误之处是__________________________________________________。
(2)小亮纠正错误后调节好天平,按照以下步骤继续实验:
①将小木块放在天平左盘,右盘加祛码并移动游码,天平平衡时右盘中所加祛码和游码的位置如图乙所示,则小木块的质量为________g。
②在玻璃杯中装满水,用细针缓慢地将木块压入水中,使之浸没,利用排水法,测出溢出水的质量为30 g,则小木块的体积为________cm3。(已知ρ水=1.0g/cm3)
③算出小木块的密度:ρ木=________g/cm3。
(3)受小亮实验的启发,小丽在实验时除了利用原有的圆柱形玻璃杯、适量的水和细针外,又找了一把刻度尺,不用天平也测岀了木块的密度,请你将下列测量步骤补充完整:①在玻璃杯中装入适量的水,用刻度尺测出杯中水的深度为h0。
②将木块轻轻放入玻璃杯中,待它漂浮时,________________________________。
③用细针缓慢地把木块压入水中,使之浸没,用刻度尺测出杯中水的深度为hm。
④写出小木块密度的表达式:ρ木=________(用测量的物理量和已知量的符号表示)。
五、计算题(本大题共4小题,共32.0分)
21. 如图所示,薄壁圆柱形容器置于水平地面,容器的底面积S=8×10−3m2,容器高0.2 m,内盛0.17 m深的水.A1和A2为两个均匀实心立方体物块(不吸水),A1的质量为0.185 kg,A2的体积为3.2×10−4m3,(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g取10 N/kg)求:
(1)水对容器底部的压力为多少?
(2)将A1释放,浸没在水中,静止后受到容器底对它的支持力为0.6 N,求A1的体积.
(3)只将A2缓慢放入水中,当水对容器底部的压强最大时,A2的密度至少为多少?
22. 如图甲所示,圆柱形容器中盛有适量的水,其内底面积为100cm2。弹簧测力计的下端挂着一个正方体花岗岩,将花岗岩从容器底部开始缓慢向上提起的过程中,弹簧测力计的示数F与花岗岩下底距容器底部的距离h的关系如图乙所示。求:(g=10N/kg)
(1)在花岗岩未露出水面前所受水的浮力大小。
(2)花岗岩的密度。
(3)从开始提起到花岗岩到花岗岩完全离开水面,水对容器底部减小的压强。
23. 如图甲所示,有一体积和质量忽略不计的弹簧,其两端分别固定在容器底部和正方体物体上.已知正方体物体的棱长为10 cm,弹簧没有发生形变时的长度为10 cm,弹簧受到拉力作用后,伸长的长度ΔL与拉力F的关系如图乙所示.向容器中加水,直到物体上表面与液面相平,此时水深24 cm.(g取10 N/kg)求:
(1)物体受到水的浮力.
(2)打开出水口,缓慢放水,当弹簧处于没有发生形变的状态时,关闭出水口.求放水前后水对容器底部压强的变化量.
24. 水平桌面上放置一底面积为100 cm2,重为6 N的柱形容器,容器内装有20 cm深的某液体。将一体积为400 cm3的物体A悬挂在弹簧测力计上,弹簧测力计的示数为10 N,让物体从液面上方逐渐浸入直到浸没在液体中(如图所示),此时弹簧测力计的示数为5. 2 N。(柱形容器的厚度忽略不计,容器内液体没有溢出,物体未接触容器底。g取10 N/kg)求:
(1)物体浸没在液体中时受到的浮力。
(2)容器内液体的密度。
(3)物体浸没时,容器对桌面的压强。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】
【分析】
此题涉及到液体压强的计算,浮力的计算等知识点,涉及到的知识点较多,综合性较强,而且难度很大。
知道浮力的产生是上下表面的压强差,那么下部立方体由于与与容器底部粘合,水没有产生向上的压力;上部立方体的下表面积的一部分受到压力,则求出受力面积,利用p=ρgh求出下表面的压强,然后利用F=pS即可求得立方体受到水对它的浮力大小。
【解答】
∵下部立方体由于与容器底部粘合,∴水没有产生向上的压力;
∵上部立方体的下表面积的一部分(与水接触)受到向上的压力,
∴S=L2−l2=(0.2m)2−(0.1m)2=0.03m2,
上部立方体的下表面的压强为p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000Pa,
∵浮力的产生是上下表面的压力差,
∴F浮=pS=2000Pa×0.03m2=60N。
故选C。
2.【答案】B
【解析】
【分析】
本题考查了浮力产生的原因、压强定义式、液体压强公式的应用,计算过程要注意单位的换算。
【解答】
C.正方体的上表面积S=L2=(10cm)2=100cm2=0.01m2,已知上表面受到液体向下的压力F1=8N,则上表面受到液体向下的压强p上=F1S=8N0.01m2=800Pa,故C错误;
A.由p=ρgh可得,液体的密度ρ=p上gh1=800Pa10N/kg×0.1m=0.8×103kg/m3,故A错误;
D.下表面受到液体的压强p下=ρgh2=0.8×103kg/m3×10N/kg×(0.1m+0.1m)=1600Pa,由p下=F2S可得,下表面受到液体的压力F2=p下S=1600Pa×0.01m2=16N,故D错误。
B.由浮力产生的原因可得,正方体受到的浮力F浮=F2−F1=16N−8N=8N,故B正确;
故选B。
3.【答案】D
【解析】解:
(1)由图可知,立方体A、B都处于漂浮,所以受到的浮力都等于各自的重力,而两立方体完全相同,则重力相等,所以FA=FB=G,故A错误;
(2)由于FA=FB,根据F浮=ρ液gV排可得:ρ甲gV排甲=ρ乙gV排乙;
由图可知V排甲
两个容器中的液面相平(即深度相同),根据p=ρ液gh可得:p甲>p乙;故BC错误,D正确。
故选:D。
(1)A、B是两个完全相同的立方体,漂浮时受到的浮力都等于重力,由此可知两立方体受浮力大小关系;
(2)由于浮力相等,由图可知排开液体的体积关系,根据F浮=ρ液gV排可得两种液体的密度关系,已知两个容器中的液面相平利用液体压强公式分析两种液体对容器底压强的大小关系
本题考查液体压强公式公式和浮力的应用,关键知道物体漂浮时浮力等于重力,物体密度小于液体密度;由于本题中物体都是处于漂浮状态,所以应根据排开液体的体积利用阿基米德原理判断液体的密度。
4.【答案】B
【解析】
【分析】
本题考查了受力分析、液体压强公式p=ρgh、压强公式的变形公式F=pS、浮力公式F浮=ρ液gV排、物体的平衡条件,考查知识点较多,解题过程较复杂,是一道难题。
对物体进行受力分析:金属圆柱体受重力G、拉力T、浮力F浮作用而处于平衡状态;由液体压强公式p=ρgh、压强公式的变形公式F=pS、浮力公式F浮=ρgV,求出F1、F2、F浮,然后由平衡条件列方程求解。
【解答】
金属圆柱体受力如图一所示:
在重力G,拉力T,浮力F浮作用下金属圆柱体处于平衡状态,由平衡条件得:G=T+F浮=G ①
C.金属圆柱体受到的浮力F浮=ρ水gV;
设金属圆柱体底面积为S,高为h,上下底面距水面的距离分别为h1、h2,如图二所示:
圆柱体上底面受到水向下的压力F1=p1S=ρ水gh1S;
下底面受到水向上的压力F2=p2S=ρ水gh2S;
F2−F1=ρ水gh2S−ρ水gh2S=ρ水ghS=ρ水gV=F浮;
即F2−F1=F浮=ρ水gV ②
把②代入①得T=G+F1−F2 ③
F2=G−T+F1 ④
由①②③④知:ACD正确,不合题意,B错误,符合题意。
故选B。
5.【答案】B
【解析】解:将正方体木块轻轻放入一盛满某种液体的溢水杯中,溢出液体的体积为8cm3,根据阿基米德可得:F浮=G排=ρ水gV排;
由图知木块漂浮,所受浮力等于木块的重力,即:F浮=G木,故ρ水gV排=G木=m木g,则:ρ水V排=m木;
若将木块从中间锯掉一半,将剩余部分再次轻轻放入装满该液体的溢水杯中,由于木块和水的密度不变,木块仍处于漂浮状态,则有:ρ水V排′=m木′,当木块的质量变为原来的一半时,排开水的体积也变为原来的一半,为:4cm3,故B正确。
故选:B。
由图示可知,木块漂浮在水面上,所受浮力等于木块的重力,根据阿基米德原理和G=mg可得:ρ水V排=m木,根据V排与m木关系得出结论。
本题考查了阿基米德原理、物体的浮沉条件的应用,难度适中。
6.【答案】D
【解析】解:
A、由图象可知,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,G=F拉=12N,故A错误;
B、图象中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=4N,
则圆柱体受到的浮力:F浮=G−F=12N−4N=8N.故B错误;
C、圆柱体完全浸入水中时,根据F浮=ρ水gV排得圆柱体的体积:
V物=V排=F浮ρ水g=8N1×103kg/m3×10N/kg=8×10−4m3,故C错误;
D、圆柱体的质量:m=Gg=12N10N/kg=1.2kg;
则圆柱体的密度:
ρ物=mV物=1.2kg8×10−4m3=1.5×103kg/m3.故D正确。
故选:D。
为了便于分析,给线段标上A、B、C、D四个点,如下图,根据图象分析如下:
(1)由图可知AB段圆柱体未浸入液体,测力计的示数即为圆柱体的重力,所以从图中可读出圆柱体的重力大小。
(2)由题意可知图中CD段是圆柱体完全浸入水后的情况,由图可知圆柱体完全浸入水后测力计对圆柱体的拉力为4N,再利用力的平衡条件求出圆柱体受到的浮力。
(3)利用阿基米德原理求得圆柱体的体积;
(4)利用G=mg计算圆柱体的质量,然后利用密度公式求得圆柱体的密度。
本题用到的知识点有重力、质量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理等,考查学生结合图象对所学知识进行综合分析的能力,难度较大。
7.【答案】A
【解析】解:AB、沿桶壁向容器中缓慢加水,随着液面升高,橡皮膜受到的液体压强变大,凹陷程度变大,排开水的体积变小,液体密度不变,玻璃瓶受到的浮力变小,而玻璃瓶的重力不变,重力大于浮力,玻璃瓶会下沉至容器底,故A错误,B正确;
C、液面上升,水到容器底部的深度变大,液体密度不变,液体压强变大,故C正确;
D、根据平衡状态分析:桌面对容器的支持力等于容器、玻璃瓶和水的重力之和,由于水的重力增加,所以容桌面对容器的支持力也增加了,故D正确。
故选:A。
(1)沿桶壁向容器中缓慢加水,随着液面升高,橡皮膜受到的液体压强变大,凹陷程度变大,会导致排开水的体积变小,由于液体密度不变,玻璃瓶受到的浮力变小,而玻璃瓶的重力不变,玻璃瓶会下沉;
(2)液面上升,液体深度增加,液体对容器底的压强增大;
(3)桌面对容器的支持力等于容器、玻璃瓶和水的重力之和,通过判断水的重力变化即可判断支持力的变化。
本题考查了液体压强的特点、浮力大小的比较和浮与沉的判断,有一定难度。
8.【答案】D
【解析】解:
AB、已知立方体物块A和B的体积相等,由图甲、乙知,物体A、B都处于漂浮,排开的水的体积关系是:VA排
D、由阿基米德原理可知,物体A、B所受的浮力分别等于物体A、B排开水的重力,因此物体A、B的重力与它们排开水的重力相等,因此甲溢水杯的总重力等于乙溢水杯的总重力,即两溢水杯对桌面的压力大小相等,故D正确。
故选:D。
(1)根据阿基米德原理判断出物体受到的浮力关系,根据物体的浮沉条件判断浮力与重力的关系,由于立方体物块A和B的体积相等,根据密度公式判断出物体的密度关系;
(2)根据p=ρ液gh判断液体压强的大小关系,由于两只溢水杯完全相同,则底面积相同,然后根据p=FS判断水对杯底的压力;
(3)根据物体漂浮或悬浮时浮力等于重力和阿基米德原理可知甲、乙溢水杯总重力的关系,而桌面所受的压力分别等于甲、乙溢水杯总重力。
本题主要考查了压强、浮力的大小判断和浮沉条件的应用,关键明确溢水杯对桌面的压力等于溢水杯的总重力。
9.【答案】D
【解析】
【分析】
(1)根据阿基米德原理求出木块和石块的浮力,弹簧测力计的示数等于木块的浮力减去木块的重力,石块的重力等于石块的浮力加上弹簧测力计的示数,根据重力公式计算石块的质量,根据密度公式计算石块的密度;
(2)浮力等于物体受到液体的上下表面的压力差,根据浮力判断压力差的大小;
(3)根据公式F=pS=ρghS判断水对两容器底部的压力关系;
(4)甲容器对水平地面的压力等于总重力,乙容器对水平地面的压力等于容器重加水重加石块的浮力,据此判断压力大小。
本题考查浮力计算公式、重力计算公式,密度计算公式的应用,对物体进行正确的受力分析是解答本题的关键。
【解答】
A.V木=V石=(10cm)3=1000cm3=1×10−3m3,
木块和石块的体积相等,都浸没,木块和石块受到的浮力相等,F浮木=F浮石=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×1×10−3m3×10N/kg=10N,
两弹簧的长度相同,两弹簧的力相同为F=F浮木−G木=10N−4N=6N,
石块的重力G石=F浮石+F=10N+6N=16N,
石块的质量m石=G石g=16N10N/kg=1.6kg,
石块的密度ρ石=m石V石=1.6kg1×10−3m3=1.6×103kg/m3,故A正确,不符合题意;
B.木块和石块受到水的上下表面的压力差等于浮力,浮力相等,压力差相等,故B正确,不符合题意;
C.水对容器底部的压力公式F压=pS=ρghS,ρ、h、S都相同,水对两容器底部的压力相等,故C正确,不符合题意;
D.甲容器对水平地面的压力等于总重力,乙容器对水平地面的压力等于容器重加水重加石块的浮力,由于石块的浮力大于木块的重力,所以乙容器对桌面的压力大,故D错误,符合题意。
故选D。
10.【答案】D
【解析】原来金属块和小气球悬浮在水中,F浮=G;
把系统的位置轻轻向下移动一些,所处的深度增加,
由公式p=ρgh知,
小气球受到水的压强增大,气球的体积变小,
所以气球排开水的体积减小,
由公式F浮=ρ液gV排知,
气球受到的浮力减小,使得浮力小于自重而向下运动,最后沉在水下。
故选:D。
把水中气球与金属块的位置轻轻向下移动一些,所处的深度增大,根据液体压强公式p=ρgh知,气球受到的压强增大,气球的体积减小,排开水的体积变小,根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知,气球受到的浮力减小,自重不变,由物体的浮沉条件分析判断。
此题将金属块和小气球连接在一起,使其悬浮在水中,解析时应把两者看成一个整体加以分析;同时还要注意气球的特点(体积可变)。
11.【答案】D
【解析】解:(1)∵台秤示数是水槽与水的总重力,再加上小球对水向下的压力,
∴台秤示数变化就等于小球受到的浮力变化,
即:F浮2−F浮1=△F,
根据阿基米德原理可得:
ρ水g12V−ρ水g14V=△F,
则V=4ΔFρ水g=4×5N1×103kg/m3×10N/kg=2×10−3m3,
∵若将线剪断,小球能悬浮在水中,则G球=F浮,即:m球g=ρ水gV,
∴m球=ρ水V=1×103kg/m3×2×10−3m3=2kg;故C选项错误.
(2)如图乙所示小球悬浮在水中,
此时水深为h1=V水+V排S底=m水ρ水+VS底=4kg1×103kg/m3+2×10−3m32×10−4m2=1ρ水×3×104m;
如图丙所示小球放入盐水中,因小球处于漂浮,所以F浮=G球,
即:ρ盐gV排盐=m球g,
所以,V排盐=m球ρ盐,
又m盐=m水=4kg,
则盐水深为h2=V盐+V排盐S底=m盐ρ盐+m球ρ盐S底=4kgρ盐+2kgρ盐2×10−4m2=1ρ盐×3×104m
∵ρ盐>ρ水,
∴h2
(3)∵台秤示数就是显示的水槽总重力,
∴F1=G槽+G水+G球=(m槽+m水+m球)g=(1kg+4kg+2kg)×10N/kg=70N,
F2=G槽+G盐+G球=(m槽+m盐+m球)g=(1kg+4kg+2kg)×10N/kg=70N,
所以,F1=F2,故D选项正确.
故选D.
(1)根据小球受到的浮力和台秤示数变化列出等式解之即可求出小球的体积,因为小球能悬浮在水中,则浮力等于重力,于是即可求出质量.
(2)根据得到的数据,分别求出h1、h2然后比较.
(3)知道台秤示数就是显示的水槽总重力,求出总重力即可比较F1=F2.
本题通过容器里液体中的物体对台秤示数的影响,考查阿基米德原理和物体的浮沉条件,关键是知道台秤示数就是显示的水槽总重力和小球对水产生的压力会对台秤示数产生变化,本题难度较大,还需要利用极值法.
12.【答案】C
【解析】由题意知小球放入乙液体中处于漂浮状态,则由漂浮条件和阿基米德原理可得F浮乙=G球=G′排,故小球的质量m球=m′排=50 g;由题意知,在甲中小球下沉,小球的体积就等于排开酒精的体积,所以由ρ=mV可得,小球的体积为V球=V酒精=mρ酒精=40 g0.8 g/cm3=50 cm3;则小球的密度为ρ球=m球V球=1000 kg/m3,故③错误。因为小球在乙中漂浮,所以F浮乙=G球,小球漂浮且有16的体积露出液面,根据阿基米德原理有F浮乙=ρ乙g56V球,且G球=ρ球gV球,得ρ乙g56V球=ρ球gV球,所以,乙中液体的密度为ρ乙=65ρ球=1.2×103 kg/m3,故①正确。根据阿基米德原理可知,两种情况下小球受到的浮力之比为F浮甲F浮乙=G排甲G排乙=m排甲gm排乙g=m排甲m排乙=40 g50 g=45,故②正确。小球在甲溢水杯中浸没,在乙溢水杯中有16的体积露出液面,即56的体积浸没在液体中,所以,两种情况下小球排开液体的体积之比为V球:56V球=6:5,故④正确。所以,①②④正确,③错误,只有3个正确,故选C。
13.【答案】FρBg
【解析】甲、乙都放入B液体中时,因ρ甲>ρ乙>ρB,所以两金属球都下沉,它们受到的浮力相等,说明两球有相同的体积.
F=ρBgV甲,.
甲、乙两球都放入A液体中时,因ρA>ρ甲>ρ乙,两球都漂浮在液面上,密度小的乙球受到的重力小,受到的浮力也小.
.
14.【答案】1500;2.5×103
【解析】
【分析】
本题考查了称重法求浮力、阿基米德原理、密度公式、重力公式、压强公式和体积公式的灵活运用,关键是会对物体A完全浸没时对水和容器及物体整体进行受力分析得出容器对水平桌面的压力,计算过程还要注意单位的换算。
(1)根据公式m=ρV可求水的质量,进一步求出水的重力和容器的重力,根据力的平衡可知桌面受到的压力等于容器的重力加上水的重力再加上物体对水向下的压力,这个压力等于物体所受的浮力,最后根据公式p=FS求出容器对桌面的压强;
(2)根据阿基米德原理求出物体完全浸没时排开水的体积即为物体的体积,根据ρ=mV=GVg求出物体A的密度。
【解答】
(1)以容器、水以及物体作为整体研究,受力平衡,桌面受到的压力大小为F总=F浮+G容器+G水,
容器内水的重力:
G水=m水g=ρ水Vg=1.0×103kg/m3×800×10−6m3×10N/kg=8N,
容器的重力:G容=m容g=0.5kg×10N/kg=5N,
物体A受到的浮力:
F浮=G−F′=5N−3N=2N,
所以物块浸没水中后,容器对桌面的压强:
p=F总S=G容+G水+F浮S=5N+8N+2N100×10−4m2=1500Pa;
(2)物体完全浸没,根据阿基米德原理可知,
物体的体积:
V=V排=F浮ρ水g=2N1×103kg/m3×10N/kg=2×10−4m3=200cm3,
物体A的密度:
ρ=mV=GVg=5N2×10−4m3×10N/kg=2.5×103kg/m3。
故答案为:1500;2.5×103。
15.【答案】不变 增大
【解析】解:∵军舰质量不变,受重力不变,在海水和河水中都漂浮,
∴F浮=G舰,
∴军舰在海水和河水中受到的浮力:
F甲=F乙=G舰,由大海驶向河流的过程中,它所受到的浮力将不变。
又∵F浮=G排=m排g=ρ液V排g,
∴液体密度大的,排开液体的体积小;
∵ρ海水>ρ河水,
∴排开海水的体积比排开河水的体积小,即:军舰排开水的体积将增大。
故答案为:不变,增大。
军舰在两种液体中都漂浮,受浮力等于军舰重,可以得出军舰受浮力大小关系;因为军舰受浮力相等,知道海水大于河水的密度,利用阿基米德原理(F浮=G排=m排g=ρ液V排g)分析排开水的体积关系。
本题将漂浮条件(F浮=G木)和阿基米德原理(F浮=G排=m排g=ρ液V排g)综合应用,技巧性强,要灵活运用。与此类似的题目:将密度计放入不同的液体中类似问题。
16.【答案】上表面 下表面
【解析】解:一个物体浸没在水中,它的前、后、左、右、上、下表面都受到液体内部压强的作用,左右表面浸入液体的深度是相同的,根据P=ρgh,左右表面受到水的压强是相等的,又根据F=PS,受力面积一定时,左右表面受到水的压力时相等的。同理,前后表面所受水的压力也是相等的。
而上下表面由于浸入水中的深度是不同的,受到的液体压强、液体压力也就是不同的。下表面浸入深,受到的向上的压强压力大;上表面浸入浅,受到的向下的压强压力小。从而形成了一个向上的压力差,就是浮力。
故答案为:上表面、下表面。
(1)浸在液体中的物体受到竖直向上的浮力。
(2)影响液体压强大小的因素是:液体的密度和浸入液体的深度。
本题是从液体压强的知识来分析浮力的产生原因。要求学生灵活掌握影响影响液体压强大小的因素。
17.【答案】
【解析】
【分析】
小球静止在水面上,受到了竖直向下的重力和竖直向上的浮力,二力为一对平衡力,然后做出力的示意图。
本题考查的是画力的示意图,一定要结合物体所处的运动状态,当物体静止或做匀速直线运动时,受到的力是平衡力。
【解答】
过小球的重心,分别沿竖直向下和竖直向上的方向画一条有向线段,并分别用G和F浮表示,即为其所受重力和浮力示意图。因为这两个力是一对平衡力,所以,作图时两条线段长度要相等,如图所示:
。
18.【答案】
【解析】
【分析】
(1)影响浮力大小的因素:排开液体的体积、液体的密度;
(2)弹簧测力计的示数F=G−F浮。
本题考查了弹簧测力计的示数变化,关键是能分阶段分析物体所受浮力大小的变化。
【解答】
金属块未接触水面时,弹簧测力计的示数大小等于其重力;金属块逐渐进入水中时,排开水的体积逐渐增大,所受浮力逐渐增大,弹簧测力计的示数逐渐变小;当金属块完全进入水中时,所受浮力最大,弹簧测力计的示数最小,且大小保持不变,如图所示:
。
19.【答案】(1)竖直向上 4
(2)A、B、C、D 增大
(3)液体密度
(4)A
(5)小于 排开水的体积
(6)2.5×103 0.8×103
【解析】(1)浸在液体中的物体受到的浮力方向是竖直向上,由A和D得出金属块受到的浮力等于其受到的重力减去拉力,即10N−6N=4N.
(2)根据A、B、C、D四个图知,在同种液体中,金属块受到的浮力大小随其浸入的体积也就是排开液体的体积的增大而增大.
(3)A是金属块在空气中时测量其受到的重力,D是金属块完全浸没在水中时受到的拉力,由A、D可以求出金属块在水中受到的浮力为4N.E是金属块完全浸没在煤油中受到的拉力,由A、E可以求出金属块在煤油中受到的浮力为3.2N.由此可知,物体受到的浮力与液体的密度有关.
(4)这个实验用的是控制变量法.
(5)第一次铁片下沉,则浮力小于重力;第二次铁片漂浮,则浮力等于重力.两次铁片受到的重力相等,则第一次受到的浮力小于第二次受到的浮力.因为铁片两次的形状不同,它排开液体的体积不同,因此应该说:物体受到的浮力与其排开液体的体积有关.
(6)金属块浸没在水中时,V=V排,由F浮=ρ液gV排,
.
金属块的密度ρ=mV=GgV=10N10N/kg×4×10−4m3=2.5×103kg/m3.
金属块浸没在煤油中时,V′排=V,
则
20.【答案】(1)游码未移至标尺左端的零刻度线处
(2)①18.6 ②30 ③0.62
(3)①用刻度尺测出杯中水的深度为h ④ρ水(h−h0)hm−h0
【解析】在调节天平平衡时,应先将天平放在水平台上,并将游码拨到标尺左端的零刻度线处;题图乙中m水=10g+5g+3.6g=18.6g,V水=V排水=m排水ρ水=30g1g/cm3=30cm3,ρ木=mV木=18.6g30cm3=0.62g/cm3;用刻度尺测木块密度时,木块漂浮在水中时,用刻度尺测出杯中水的深度为h,设烧杯的底面积为S,V排=Sh−h0,木块漂浮,有G木=F浮=ρ水gV排=ρ水gSh−h0,m木=G木g=ρ水Sh−h0,木块压入水中时,用刻度尺测出烧杯中水的深度hm,V木=Shm−h0,ρ木=m木V木=ρ水Sh−h0Shm−h0=ρ水h−h0hm−h0
21.【答案】(1)水对容器底部的压强:p=ρ水gh水=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.17 m=1.7×103 Pa 由p=FS可得,水对容器底部的压力:F压=pS=1.7×103 Pa×8×10−3 m2=13.6 N
(2)A1受到的浮力:F1浮=G1−F支 即ρ水gV1=G1−F支=m1g−F支 则A1的体积:V1=
m1g−F支ρ水g=0.185kg×10N/kg−0.6N1.0×103kg/m3×10N/kg=1.25×10−4m3
(3)将A2缓慢放入水中,当水面上升至0.2 m时,水对容器底的压强最大,此时排开水的体积: V排=V容−V水=S(h容−h水)=8×10−3 m2×(0.2 m−0.17 m)=2.4×10−4 m3
【解析】略
22.【答案】解:(1)由图乙可知,花岗岩的重量为G=5.6N,花岗岩在未露出水面前弹簧测力计的拉力F=3.6N,所以花岗岩所受水的浮力大小 F浮=G−F=5.6N−3.6N=2N。
(2)由阿基米德原理F浮=ρ水gV排,可得V排=F浮ρ水g,
花岗岩未露出水面前V物=V排=F浮ρ水g,
花岗岩的密度为ρ=mV=GgF浮ρ水g=GF浮ρ水=5.6N2N×1.0×103kg/m3=2.8×103kg/m3。
(3)方法一:花岗岩离开水面后,水面下降的高度为Δh=V排S容器,
V排=F浮ρ水g=2N1×103kg/m3×10N/kg=2×10−4m3,
所以水对容器底部减小的压强Δp=ρ水gΔh=ρ水gV排S容器=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10−4m3100×10−4m2=200Pa。
方法二:当花岗岩离开水面后,容器底部所受水的压力减小ΔF=F=2N,
所以水对容器底部减小的压强为Δp=ΔFS=2N100×10−4m2=200Pa。
【解析】
【分析】
本题考查了重力公式、密度公式、液体压强公式、阿基米德原理的应用,能根据图像提供的信息利用称重法求出花岗岩受到的浮力是关键。
(1)由图乙可知,花岗岩在露出水面后,弹簧测力计的示数可得花岗岩的重力;又可得花岗岩在未露出水面前弹簧测力计的拉力,利用称重法可得花岗岩所受水的浮力大小;
(2)根据F 浮=ρgV 排求出花岗岩排开水的体积即为其体积,根据G=mg求出花岗岩的质量,利用ρ=m V 求出花岗岩的密度;
(3)花岗岩离开水面后,水面下降的高度等于排开水的体积除以容器底面积,利用p=ρgh求出水对容器底部减小的压强。
也可以通过减小的压力,利用p=FS求出水对容器底部减小的压强
23.【答案】解:
(1)由图可知物块完全浸没在水中,V排=V物=0.1 m×0.1 m×0.1 m=1×10−3 m3 此时物体所受浮力:F浮=ρ液gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1×10−3 m3=10 N
(2)由图甲可知,当物体上表面与液面相平时,物体上表面距容器底的距离为h0=24 cm,弹簧原长为L0=10 cm,物体棱长为L物=10 cm 此时弹簧被拉长: ΔL=h0−L0−L物=24 cm−10 cm−10 cm=4 cm 由图乙知,此时弹簧拉力:F=4 N 物体恰好静止在水面下,受力平衡,有F浮=G物+F,物体重力:G物=F浮−F=10 N−4 N=6 N 当放水后,弹簧处于没有发生形变状态时,物体受到的浮力:F′浮=G物=6 N 物体排开水的体积: V排′=F′浮ρ水g=
6N1.0×103kg/m3×10N/kg=6×10−4m3 可得此时物体浸入水中的深度: h1=V排′S=6×10−4m3(0.1m)2=0.06m 此时水的深度:h2=L0+h1=0.1 m+0.06 m=0.16 m 放水前后水对容器底部压强的变化量: Δp=p−p′=ρ水g(h0−h2)=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×(0.24 m−0.16 m)=800 Pa
【解析】略
24.【答案】解:(1)由图象知,圆柱体完全浸没,此时F=2N;
所以F浮=G−F拉=10N−5.2N=4.8N,
(2)因为浸没,所以V排=V物=400cm3=4×10−4m3
由F浮=ρ液gV排得:
ρ液=F浮gV排=4.8N10N/kg×4×10−4m3=1.2×103kg/m3;
(3)液体的体积V液=100cm2×20cm=2000cm3=2×10−3m3
液体的重力G液=m液g=ρ液V液g=1.2×103kg/m3×2×10−3m3×10N/kg=24N,
容器对桌面的压力F=(G液+G容器+G物)−F拉=(24N+6N+10N)−5.2N=34.8N;
受力面积:S=100cm2=10−2m2,
p=FS=34.8N10−2m2=3480Pa。
答:(1)物体浸没在液体中时受到的浮力为4.8N;
(2)筒内液体密度为1.2×103kg/m3;
(3)物体浸没时,容器对桌面的压强为3480Pa。
【解析】此题是一道有关浮力知识的计算题,同时涉及到了有关固体压强和密度的计算,能够通过图象确定物体的重力和浸没时的浮力是解决此题的关键,(3)问中关键能分析出压力大小,这是此题的难点。
(1)根据图象分析出物体的重力和完全浸没时的拉力,根据公式F浮=G−F计算出浮力的大小;
(2)根据F浮=ρ液gV排的变形公式ρ液=F浮gV排计算出液体的密度;
(3)物体浸没时,圆筒对桌面的压力,等于圆筒和液体的总重加物体与拉力的之差(即浮力),根据公式p=FS计算出压强;也可将圆柱体、圆筒、液体看做一个整体进行受力分析。
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