专题09 浮力及其应用 —2022年中考物理真题分项汇编（全国通用）（第1期）

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专题09  浮力 及其应用（解析版）（第1期）一、选择题1.（2022·四川遂宁）中国传统节日的习俗中涉及诸多物理现象，下列分析正确的是（　　）。A. 春节燃放烟花爆竹，小朋友捂住耳朵，是在传播过程中减弱噪声；B. 元宵节吃汤圆，煮熟后的汤圆漂浮在水面，是因为汤圆受到的浮力大于重力；C. 端午节赛龙舟，观众的呐喊声“震耳欲聋”，是因为声音的音调高；D. 中秋节吃月饼，月饼香气四溢，是因为分子在不停地做无规则运动【答案】D。【解析】A．春节燃放烟花爆竹，小朋友捂住耳朵，是在人耳处减弱噪声，故A错误；B．元宵节吃汤圆，煮熟后的汤圆漂浮在水面，由漂浮条件可知，汤圆受到的浮力等于重力，故B错误；C．端午节赛龙舟，观众的呐喊声“震耳欲聋”，是因为声音的响度较大，故C错误；D．月饼香气四溢属于扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故D正确。故选D。2.（2022·四川南充）某科技小组设计了一种测量浑水密度的装置，如图所示，A是体积为10-3m3的均匀正方体浮子，B是圆形容器，C是固定在容器底部的定滑轮，通过细绳将A与滑轮组连接。当容器中盛有适量密度为1.0×103kg/m3的清水，连接浮子的绳子恰好不受拉力时，浮子的体积浸在清水中；当绳子末端拉力为F1时，浮子在清水中浸没后能缓慢匀速向下运动：把清水换成待测浑水后，绳子末端拉力为F2=3.1N时，浮子浸没后也能缓慢匀速向下运动。已知动滑轮质量为30g，g=10N/kg，不计绳子质量，伸缩，摩擦及水的阻力则（　　）。A. 浮子的密度为0.6×103kg/m3；B. 绳子拉力F1为2.1N；C. 清水中浮子浸没后匀速运动时滑轮组的机械效率约为95%；D. 浑水密度为1.2×103kg/m3【答案】BC。【解析】A．接浮子的绳子恰好不受拉力时，浮子的体积浸在清水中，可知此时浮力等于重力，浮子的密度为故A不符合题意；B．浮子浸没在水中时受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×10-3m3=10N浮子的重力为G=mg=ρAgV=0.4×103kg/m3×10N/kg×10-3m3=4N绳子对A的拉力为F=F浮-G=10N-4N=6N绳子拉力F1为故B符合题意；C．清水中浮子浸没后匀速运动时滑轮组的机械效率约为故C符合题意；D．在浑水中绳子对A的拉力为浮子浸没在浑水中时受到的浮力为F4=G+F3=4N+9N=13N浑水密度为故D不符合题意。故选BC。3.（2022·江西省）如图所示，在家庭小实验中，某同学想让沉底的鸡蛋漂浮在水面上，下列操作可行的是（　　）。A. 向杯子中加盐 B. 向杯子中加水 C. 倒出少量的水 D. 轻轻摇晃杯子【答案】A。【解析】A．要使沉底的鸡蛋漂浮在水面上，鸡蛋的重力不变，需增大浮力。根据F浮=ρ液gV排可知，鸡蛋的体积不能改变，所以可以增大液体的密度，故向杯子中加盐，盐溶解后，液体密度变大，浮力变大，鸡蛋就能漂浮在水面上，故A符合题意；BCD．向杯子中加水、倒出少量的水、轻轻摇晃杯子，都不能改变液体的密度，也就不能改变浮力，所以不能鸡蛋漂浮在水面上，故BCD不符合题意。故选A。4.（2022·山东临沂）东京奥运会上，14岁的全红婵获得女子10米跳台跳水冠军。如图所示，正在比赛中的全红婵（　　）。A. 起跳过程中运动状态保持不变 B. 上升过程中重力势能转化为动能C. 下落过程中动能保持不变 D. 入水过程中所受水的浮力逐渐增大【答案】D。【解析】A．起跳过程中，是跳台的弹性势能转化为全红婵的动能，动能变大，速度变大，运动状态发生改变，故A不符合题意；B．上升过程中，全红婵的质量不变，速度变小，高度变大，动能减少，重力势能增大，是动能转化为重力势能，故B不符合题意；C．下落过程中，质量不变，速度变大，动能增大，故C不符合题意；D．入水过程中，排开水的体积变大，据阿基米德原理知，受到的浮力变大，故D符合题意。故选D。5.（2022·山东临沂）2022年5月21日凌晨，我国自主研制的“极目一号”Ⅲ型浮空艇（如图）以30m/min的平均速度顺利升至9050m高空，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录.正在升空的浮空艇（　　）。A. 平均速度为5m/s B. 所受大气压强逐渐减小C. 所受空气浮力逐渐增大 D. 所受空气浮力小于重力【答案】B。【解析】A．浮空艇平均速度为故A不符合题意；B．越高处，大气越稀薄，气压越低，所受大气压强逐渐减小，故B符合题意；C．越高处，大气越稀薄，大气密度越小。浸没在大气中的浮空艇，排开空气的体积不变，根据得，随高度增加所受空气浮力逐渐减小，故C不符合题意；D．由题意知，浮空艇在竖直方向上只受浮力和重力。由物体的浮沉条件得，所受空气浮力大于重力，故D不符合题意。故选B。6.（2022·山东临沂）我国自主研制的亚洲第一深水导管架“海基一号”质量为3万吨，于2022年3月15日被顺利装上驳船运往珠江口盆地海域。驳船因载有“海基一号”而多排开海水的质量（　　）。A. 等于3万吨 B. 大于3万吨C. 小于3万吨 D. 都有可能【答案】A。【解析】驳船在海上运行的过程中漂浮在水面上，受到海水的浮力等于自身的重力，根据阿基米得原理可知，浸在液体中的物体受到的浮力等于排开水的重力，可以得到F浮=G船=G排水=m排水g驳船因载有“海基一号”而多排开海水的重力等于海基一号的重力，即多排开海水的质量3万吨，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。二、填空题7.（2022·四川内江）一只轻质极薄的小塑料袋，袋内装满水（袋内无空气）且水的质量为，将其浸没在水中，静止时如图所示，则此时盛水的小塑料袋受到了竖直向上的_______作用，其大小为______。（）【答案】①浮力；②2。【解析】[1]将装满水小塑料袋浸没在水中，静止时如图所示，小塑料袋受到了重力，还受到了水对其向竖直向上的浮力。[2]浮力与装满水小塑料袋的重力是平衡力，故浮力的大小为。8.（2022·陕西省）在“天宫课堂”中，航天员王亚平用吸管把乒乓球轻轻压入水中，取出吸管后，观察到乒乓球悬停在水中，如图-1所示，这是由于在中国空间站中，乒乓球不再受到重力和___________力的原因而悬停不动。在地面课堂的同学们也做同样的实验；用吸管把乒乓球轻轻压入水中，取出吸管后，观察到乒乓球会迅速上浮直至漂浮，如图-2所示，乒乓球露出水面前，浮力___________重力且浮力大小___________。【答案】①浮；②大于；③不变。【解析】[1]在中国空间站微重力环境中，图中乒乓球所受重力几乎为零，乒乓球悬停处于平衡状态，因此水对乒乓球的浮力几乎为零，即乒乓球不再受到重力和浮力作用。[2] 乒乓球露出水面前，乒乓球上浮，根据物体的沉浮条件可知，乒乓球受到的浮力大于它所受的重力。[3] 乒乓球露出水面前，处于完全浸没，排开液体的体积等于乒乓球的体积不变，根据阿基米德原理F浮=ρgV排，在同种液体中，排开液体体积不变，它所受的浮力也不变。9.（2022·浙江宁波）2022年4月28日，“巅峰使命”珠峰科考全面启动。5月15日凌晨1点26分，中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4300m的科考营地顺利升空，4点40分达到海拔9032m，超过珠峰8848.86m的高度，创造了浮空艇大气科学观测的世界纪录。（1）该浮空艇总质量约2625kg，它受到重力的大小约为______N；（2）已知海拔4300m处的空气密度约为0.8kg/m3。如图所示，该浮空艇在营地升空前体积达9060m3，此时浮空艇受到的浮力大小约为______N；（3）“极目一号”浮空艇内部有三层：上层装有氦气（相同条件下氦气密度比空气小得多），中间隔开，下层是空气。当悬于空中的浮空艇需要______（填“上浮”或“下降”）的时候，可以用上层的氦气排出下层的部分空气，以此改变自身重力，同时使整个浮空艇的压差在安全范围内。【答案】①2.63×104；②7.25×107；③上浮。【解析】（1）[1]由知道，浮空艇受到重力的大小约为（2）[2]由知道，该浮空艇在营地升空前受到的浮力大小约为（3）[3]由于氦气密度比空气小得多，当用上层的氦气排出下层的部分空气时，自身重力减小，由于悬于空中的浮空艇受到的浮力等于重力，所以，此时浮力会大于重力，合力的方向竖直向上，故浮空艇会上浮。10.（2022·江苏扬州）阅读短文，回答问题。2022年5月15日凌晨1点26分，中国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇从海拔4270m的科考营地顺利升空，4点40分达到9032m，超过珠峰8848.86m的高度，创造浮空艇大气科学观测世界纪录。“极目一号”Ⅲ型浮空艇体积约为，总质量约为2.6t，内部上层充满氦气，中间隔开，下层是空气随着高度升高，通过排出下面部分的空气，调节整个浮空艇的压差在安全范围内。通过与地面锚泊设备连接的系揽进行升空和驻空，通过系揽里的两根电线给整个载荷供电。通过搭载的各种探测仪器展开垂直观测，助力揭示青藏高原环境变化机理，对推动高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护产生深远影响。（1）“极目一号”上升的平均速度______人正常行走的速度；（2）浮空艇最外的白色层通过反射太阳光中的______（选填“红外线”或“紫外线”），避免艇内气体温度剧烈变化；（3）艇体材料除应具有高强度特性外还应具有怎样的特性？（写出一种即可）______；（4）浮空艇在营地升空时所受空气浮力大小为______N；（海拔4270m处空气密度为，g取10N/kg）（5）浮空艇内的氦气密度______艇外空气密度，在升空过程中，浮空艇所受浮力逐渐______；（6）要使浮空艇下降到地面，可采取的最佳办法是______。【答案】①小于（低于）；②红外线； ③密度小；④7.2×104； ⑤小于（低于）； ⑥减小（变小）； ⑦排出部分氦气。【解析】（1）[1]根据短文可知，浮空艇从海拔4270m的科考营地顺利升空达到9032m所经过的路程为所用时间t=3小时14分钟，即 “极目一号”浮空艇上升的平均速度为人正常行走的速度约为1.1m/s，因此“极目一号”浮空艇上升的平均速度小于人正常行走的速度。（2）[2]红外线具有较强的热效应，紫外线具有较强的化学效应，由题意可知浮空艇最外的白色层应用的目的是避免艇内气体温度剧烈变化，因此浮空艇最外的白色层主要功能是反射太阳光中的红外线。（3）[3]由于浮空艇要在空气中上浮，需要浮空艇的平均密度小于艇外空气的密度，因此要求浮空艇艇体材料应具有密度小的特点。（4）[4]根据题意可知，浮空艇体积约为V=V排=9000m3海拔4270m处空气密度，，浮空艇在营地升空时所受空气浮力大小为（5）[5]根据物体的浮沉条件可知，当物体的密度小于物体所浸没的液体（或气体）密度时，物体上浮；浮空艇在空气中上浮，则其平均密度应小于空气的密度，根据浮空艇的构造可知，艇体材料密度大于空气密度，浮空艇内部下层是空气密度与外界空气密度基本相等，因此要使浮空艇的平均密度小于外界空气密度，则要求浮空艇内部上层充满的氦气密度小于艇外的空气密度。[6]在浮空艇升空过程中，海拔越来越高，空气越来越稀薄，因此空气的密度越来越小，根据公式可知，浮空艇体积不变时，空气密度越小，所受浮力越小，故在升空过程中，浮空艇所受浮力逐渐减小。（6）[7]要使浮空艇下降到地面，即浮空艇在空气中下沉，则根据物体的浮沉条件，需要浮空艇的平均密度大于艇外空气密度，可采取的最佳办法就是排除部分氦气从而增大浮空艇的平均密度。11.（2022·江苏连云港）“彩球温度计”是一种精美的居家装饰品，也是一种很特别的温度计，可用于粗略地测量环境温度。如图甲所示，玻璃管中装有对温度敏感的液体，当外界温度变化时，玻璃管中液体的密度会随之变化。液体中装有体积相同的五颜六色的彩球，每个彩球都标注有特定的温度。当彩球都在玻璃管中静止，不再运动时，所有上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度。当外界温度降低时，液体中有部分彩球上浮至“彩球温度计”的上部（彩球体积变化可忽略）。图乙是某温度时彩球温度计中的彩球稳定后的分布情况。请根据以上信息并结合所学知识，回答下面问题：（1）乙图“彩球温度计”中彩球___________上标注的温度是当时的环境温度（请填写彩球编号）；（2）如果图甲是另一温度时彩球稳定后的分布情况，则___________“彩球温度计”所处环境温度较高（选填“甲”或“乙”）；（3）如果彩球的质量为，彩球的质量为，则___________（选填“>”“=”或“＜”）；彩球标注的温度___________彩球标注的温度（选填“高于”或“低于”）；（4）彩球是否为悬浮状态___________，理由是___________。【答案】①；②甲；③＜；④高于；⑤否；⑥彩球浸没在液体中虽然静止，它除了受到重力和浮力外，还受到其他作用力。【解析】（1）[1]当彩球都在玻璃管中静止，不再运动时，所有上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度。如图乙所示，所有上浮彩球中最下方一个为彩球, 故彩球上标注的温度是当时的环境温度。（2）[2]甲乙两图作为对比发现，部分小球在甲液体中沉底，乙液体中却上浮，可以确定小球在乙液体中受到的浮力大于在甲液体中受到的浮力。由于浸没在液体中的小球，由于排开液体的体积不变，根据可知，液体密度，又因为温度越高，上浮的小球越多，则可确定液体密度随温度的升高而减小，故甲“彩球温度计”所处环境温度较高。（3）[3]如图所示，彩球和彩球在同种液体中都处于浸没状态，根据可知，两小球受到浮力相同，但彩球位于彩球上方，说明彩球的重力小于彩球的重力，再根据可知。[4]若环境温度超过这个彩球标示的温度时，彩球就会下沉，则可确定是下方的彩球先下沉，故彩球标注的温度高于彩球标注的温度。（4）[5][6]彩球不是悬浮状态，彩球c浸没在液体中虽然静止，它除了受到重力和浮力外，还受到其他作用力，比如上方小球对它的压力。三、计算题12.（2022·四川遂宁）小超与同学到某工地参观，看到工人操作电动机通过如图所示滑轮组将正方体石料从水池底竖直匀速吊起。他们通过调查得知：石料的边长为0.2m，密度为，石料上升时速度恒为0.4m/s，圆柱形水池的底面积为，动滑轮重为30N。请根据他们的调查数据求：（不计绳重和摩擦，，g取10N/kg）：（1）石料露出水面前受到的浮力；（2）石料的重力；（3）石料露出水面前滑轮组的机械效率；（4）石料从刚露出水面到完全露出水面所用的时间；并推导出该过程中电动机的输出功率P（单位：W）与时间t（单位：s）的函数关系式。【答案】（1）80N；（2）200N；（3）80%；（4），(0≤t≤0.4s)。【解析】（1）石料的体积V=(0.2m)3=0.008m3石料露出水面前受到的浮力F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.008m3=80N（2）石料的重力G=mg=ρgV=2.5×103kg/m3×10N/kg×0.008m3=200N（3）由图可知，绳子承重段数n=2，不计绳重和摩擦，绳子的拉力 石料露出水面前滑轮组的机械效率 （4）拉出水面后，水面下降的高度石料上升的实际距离 石料从刚露出水面到完全露出水面的时间石料经过t秒上升的高度h1=vt=0.4t石料的底面积S石=0.2m×0.2m=0.04m2水面下降的高度露出水面的高度h露=h1+h2=0.4t+0.1t=0.5t此时排开水的体积V′排=(L-h露)S石=(0.2-0.5t)×0.04m2=-0.02t+0.008浮力F′浮=ρ水gV′排=1×103×10×(0.008-0.02t)=-200t+80自由端的拉力自由端的速度v绳=2v=2×0.4m/s=0.8m/s电动机功率 综上(0≤t≤0.4s)。答：（1）石料露出水面前受到的浮力是80N；（2）石料的重力是200N；（3）石料露出水面前滑轮组的机械效率是80%；（4）石料从刚露出水面到完全露出水面所用的时间是0.4s；该过程中电动机的输出功率P（单位：W）与时间t（单位：s）的函数关系式是(0≤t≤0.4s)13.（2022·安徽省）小华采用如下方法测量一物块（不溶于水）的密度：弹簧测力计悬挂物块静止时的示数为F1=3.0N（如图甲所示）； 将物块浸没在水中， 静止时弹墴测力计的示数为F2=2.0N（如图乙所示）。已知ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg，求 ：（1）物块的质量m；（2）物块的体积V；（3）物块的密度ρ。【答案】（1）0.3kg；（2）1.0×10-4m3；（3）3×103kg/m3。【解析】（1）由图甲可知，物体的重力G=F1=3.0N所以物体的质量为（2）根据称重法可得物体浸没水中受到的浮力为F浮=F1-F2=3.0N-2.0N=1.0N根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排，可以得出物体浸没时V=V排=1.0×10-4m3（3）物块的密度为。答：（1）物块质量为0.3kg；（2）物块的体积为1.0×10-4m3；（3）物块的密度3×103kg/m3。14.（2022·山东泰安）如图所示，物理科技小组设计的具有防干烧功能的空气加湿器装置模型，由控制器和加热器组成，可在水量不足时自动停止加热。加热器有高、低两个档位，由开关和加热电阻丝、组成，，；控制电路电压恒定，，为压敏电阻，下方固定一个轻质绝缘形硬质杆，水箱注水后圆柱形浮体竖直上浮，通过形杆对压敏电阻产生压力，所受压力每增加，电阻减小。浮体体积为，质量为。科技小组对加湿器进行测试：向水箱内缓慢注水，当液面上升至浮体体积的浸入水中时，电磁铁线圈中电流为，此时衔铁恰好被吸下，加热器开始工作；当液面上升至浮体体积的浸入水中时，电磁铁线圈中电流为；当水箱注水量达到最大值时，电磁铁线圈中电流为。形硬质杆的质量和电磁铁线圈电阻忽略不计，取，水的密度为，水的比热容为。（1）当加热器处于高档位时，加热所产生的热量全部被的水吸收，水温升高了25℃。求加热器的高档功率和低档功率；（2）求浮体体积的浸入水中时受到的浮力和此时压敏电阻受到的压力；（3）求水箱注水量达到最大值时，浮体浸入水中的体积。【答案】（1）900W，200W；（2）1.5N；（3）。【解析】（1）的水吸收的热量为当加热器处于高档位时，加热所产生的热量全部被的水吸收，则高温挡产生的热量为加热器的高档功率根据可知，电源电压一定时，电阻越大，电功率越小，故当开关S闭合时，、并联，总电阻较小，电功率较大，此时为加热挡，加热挡的功率为900W，当开关S断开时，只有工作，电阻较大，处于低温挡，低档功率（2）浮体体积的浸入水中时受到的浮力物体A所受的重力为物体A受到了向下的重力为0.5N，向上的浮力为2N，故杆对A的力是向下的，杆对A的压力为（3）设控制电路的电压为U控，当杆对A的压力为1.5N时，对应压敏电阻的阻值为，则根据串联电路电压规律可以列等式    ①浮体体积的浸入水中时受到的浮力物体A受到了向下的重力为0.5N，向上的浮力为5N，故杆对A的力是向下的，杆对A的压力为根据所受压力每增加，电阻减小，此时压敏电阻的阻值为此时对应的控制电路的电流为根据串联电路电压规律可以列等式②联立①②可知，当水箱注水量达到最大值时，电磁铁线圈中电流为，则此时总电阻为压敏电阻的阻值为当压敏电阻为50欧姆时，对应的压力为1.5N，此时压敏电阻的阻值为30Ω，则对应的压力为此时物体A的浮力为此时物体A浸入水中的体积。答：（1）加热器的高档功率为900W和低档功率为200W；（2）浮体体积的浸入水中时受到的浮力为2N和此时压敏电阻受到的压力为1.5N；（3）水箱注水量达到最大值时，浮体浸入水中体积为。