重难点13浮力-2022年中考物理热点及重难点专练试卷(原卷+解析)
展开专项三 力学
重难点13 浮力
【重点知识梳理】
13.1浮力的定义、测量、产生的原因
1.浮力:浸在液体中的物体受到向上的力。一般用符号F浮表示,单位:N。
2.浮力的方向:竖直向上;作用点:物体上;施力物体:液体:受力物体:浸在液体中的物体。
大小的测量方法:重力差法。一般步骤:①用弹簧测力计测出物体在空气中的重力G;②将物体浸在液体中,测出此时的重力F示;③用公式F浮=G-F示计算浮力的大小。
3.浮力产生的原因:物体的上下表面受到液体的压力差。即F浮=F向上-F向下。
13.2影响浮力大小的因素
1.物体排开液体的体积:物体浸在液体中的体积越大,受到的浮力越大。
2.液体的密度:当物体排开液体的体积一定时,液体的密度越大,物体受到的浮力越大。
3.公式:F浮= ρ液gV排(ρ液—液体的密度,单位:kg/m3; V排—物体排开液体的体积,单位:m3)
13.3阿基米德原理
1.原理:浸在液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体所受到的重力。
2.公式:F浮=G排。
【难点知识突破】
13.1判断浮力大小的变化
1.明确影响浮力大小的因素是:物体排开液体的体积和液体的密度,与其它因素无关。
2.利用公式F浮= ρ液gV排做出判断。若题设中液体的密度ρ液不变,当V排变大,F浮就变大;当排开液体的体积V排不变时,当ρ液变大,F浮就变大。
【例题分析】
【例1】(2021贵港)2020年11月28日上午8时30分许,随着一阵汽笛声响,在马里亚纳海沟结束科考任务的“探索一号”科考船,搭载成功实现10909米坐底纪录的“奋斗者”号胜利返航若海水密度为1.03×103kg/m3 , “奋斗者”号在海面下下潜的过程中,下列说法正确的是( )
A. “奋斗者”号受到的海水的压强不变,受到的海水的浮力不变
B. “奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力不变
C. “奋斗者”号受到的海水的压强变大,受到的海水的浮力变大
D. “奋斗者”号受到的海水的压强变小,受到的海水的浮力变小
【答案】 B
【解析】A D.“奋斗者”号在海面下下潜的过程中,根据 P=ρgh 可知,密度不变,深度变深,受到了压强变大,AD错。
B C.根据 F浮=ρgv排可知,浸没后,物体的排开液体的体积不变,液体的密度不变,浮力不变,B正确;C错。选B。
13.2运用F浮= ρ液gV排和F浮=G排计算浮力
1.直接求浮力。找出题目中的已知,统一成国际单位,代入公式计算即可。
2.测量或计算物体或液体的密度
当物体浸没在液体中时,由F浮=ρ液gV排变形得V物= V排= 。ρ物= = = 。
ρ液= 。
【例题分析】
【例2】(2020巴中31)某实验小组将重力为8.9N的实心物体放人装满水的溢水杯中,溢出1N的水。取出擦干后挂在弹簧测力计上,浸没在另一种未知液体中静止时,弹簧测力计的示数为8.1N。求:(1)物体在水中受到的浮力;(2)该物体的密度;(3)未知液体的密度。
【答案】(1)1N (2)8.9×103kg/m3 (3)0.8×103kg/m3
【解析】(1)根据阿基米德原理可得物体在水中受到的浮力F浮=G排=1N。
(2)物体的质量m物= = = 0.89kg;排开水的质量m排= = = 0.1kg;物体体积和它排开水的体积相等V物=V排= = = 1.0×10-4m3;该物体的密度ρ物= = = 8.9×103kg/m3。
(3)未知液体中物体所受的浮力:F浮′=G物-F=8.9N-8.1N=0.8N;物体在液体中浸没时,其排开液体的体积和自身体积相等V排′=V物=1.0×10-4m3;液体的密度:
ρ液= = = 0.8×103kg/m3。
3. 拉力与浮力
情形1. F浮=F拉+G物
情形2. F拉=G物-F浮
4.图像分析问题
此类题目,关键是要看懂图像中几段的含义,以及起点、拐点的含义。如下图:1.6N,表示物体浸没时测力计的示数F示;2.0N,表示物体的重力G;10cm表示物体开始露出液面;20cm表示物体完全露出液面。将这些信息结合浮力的计算公式,就很容易解题了。
【例题分析】
【例3】(2020甘孜29)如图甲所示,小聪课余时间用弹簧测力计做浮力实验。他用弹簧测力计挂着实心圆柱体,圆柱体浸没在水中且不与容器壁接触,然后将其缓慢拉出水面,弹簧测力计示数随圆柱体上升距离的变化情况如图乙,g取10N/kg,则圆柱体的重力为 N,圆柱体受到的最大浮力是 N。
【答案】 2 0.4
【解析】由图象可知:当物体完全露出水面时,弹簧测力计的示数为2N,由二力平衡知识得圆柱体的重力为2N。由图象可知:当圆柱体浸没在水中时,弹簧测力计的示数F′=1.6N,圆柱体受到的最大浮力F浮=G- F′=2N-1.6N=0.4N。
【巩固练习】
1.(2021攀枝花)如图,体积相同的两个物体A、B用不可伸长细线系住,放入水中后,A刚好完浸没入水中,细线被拉直。已知A重6N,B受到的浮力为8N,A、B密度之比为3:5。以下说法中不正确的是( )(ρ水=1.0×103kg/m3)
A.B受到的重力为10N B.细线对A的拉力为1N
C.A的密度为0.75×103kg/m3 D.B对容器底部的压力为零
【答案】B
【解析】A.由题知,A、B密度之比ρA:ρB=3:5,VA:VB=1:1,由G=mg=ρVg可得A、B所受的重力之比:GA:GB=ρAVAg:ρBVBg=ρA:ρB=3:5,已知GA=6N,所以GB=5GA/3=5×6N/3=10N,A正确。
B.已知A、B的体积相同,都浸没在水中,则A、B排开水的体积相等,根据阿基米德原理可得A受到的浮力F浮A=F浮B=8N,A在重力、拉力和浮力的共同作用下刚好完全浸没入水中,细线被拉直,根据力的合成可得细线对A的拉力为F拉A=F浮A﹣GA=8N﹣6N=2N,B错。
C.根据F浮=ρ液gV排可得,A的体积:VA=VA排= = = 8×10-4m3,则A的密度:
ρA= = = 0.75×103kg/m3,C正确。
D.根据力的作用的相互性可得,细线对B的拉力F拉B=F拉A=2N,方向竖直向上,则B对容器底部的压力:F压=F浮B+F拉B﹣GB=8N+2N﹣10N=0N,D正确。选B。
2.(2021嘉兴)如图所示,潜水员正潜没在海水中,他携带的气瓶可以对身上的背心进行充气或放气,以改变背心的体积大小来实现浮沉。下列对潜水员分析正确的是( )
A. 向海底下潜过程中,受到海水的压强变大
B. 海水中水平游动时,受到海水的压强变小
C. 对背心进行放气后,受到海水的浮力变大
D. 对背心进行充气后,受到海水的浮力变小
【答案】A
【解析】AB.海水的密度ρ海水不变,根据p=ρgh可知,在下潜过程中,深度增加,受到的海水的压强变大,水平游动时,深度不变,受到的海水的压强不变,A正确,B错。
CD.海水的密度ρ海水不变,根据F浮=ρ液gV排可知,对背心进行放气后,排开水的体积变小,受到海水的浮力变小,对背心进行充气后,排开水的体积变大,受到海水的浮力变大,CD错。选A。
3.(2021通辽)(多选)两个底面积相同形状不同的容器(GA<GB)盛有同种液体,放在水平桌面上,液体深度相同,把甲、乙、丙、丁四个体积相同的小球放入两个容器中,小球静止后位置如图所示,两容器内液体深度依旧相同。下列说法正确的是( )
A.甲球密度小于丙球密度
B.甲球受到的浮力大于丁球受到的浮力
C.取出乙、丙小球后,A容器底部受到的液体压强小于B容器底部受到的液体压强
D.取出乙、丙小球后,A容器对桌面的压强变化量大于B容器对桌面的压强变化量
【答案】AC
【解析】A.两个容器中盛有同种液体,由图可知,甲球漂浮,则ρ甲<ρ液,乙丙两球悬浮,则ρ乙=ρ丙=ρ液,丁球沉底,则ρ丁>ρ液,故甲球的密度小于丙球的密度,A正确。
B.已知四个小球体积相同,液体密度相同,由图可知,甲球排开液体的体积小于丁球排开液体的体积,由F浮=ρ液gV排可得,甲球受到的浮力小于丁球受到的浮力,B错。
C.已知乙球和丙球所排开的液体的体积相等,则取出乙、丙小球后,两容器中液面均下降,因为A容器上部的横截面积小于B容器上部的横截面积,故A容器中液面下降的高度大,即A容器内液体深度小于B容器内液体的深度,且液体密度相同;由p=ρgh得,A容器底部受到的液体压强小于B容器底部受到的液体压强,C正确。
D.因为甲、乙、丙、丁四个体积相同,且ρ甲<ρ乙=ρ丙<ρ丁,所以由密度变形公式m=ρV可知,四个小球的质量,m甲<m乙=m丙<m丁,取出乙、丙两球后,A、B两容器对桌面压力的变化量分别为乙球的重力和丙球的重力,由G=mg可得G乙=G丙,即△FA=△FB,且两容器底面积相同,由p=ΔF/S可得,取出乙、丙小球后,A容器对桌面的压强变化量等于B容器对桌面的压强变化量,D错。选AC。
4.(2021达州)如图所示,底面积为100cm2的圆柱形容器置于水平桌面上,柱形物体被细线拉住静止在水中,该物体下表面受到的压力为22N,上表面受到的压力为10N;剪断细线物体静止后,液体对容器底部的压强比剪断细线前减少了300Pa。g取10N/kg,下列判断正确的是( )
A. 剪断细线后,容器对水平桌面的压强变小
B. 该物体的密度为0.75×103kg/m3
C. 剪断细线后,物体静止时所受浮力大小为3N
D. 物体的质量为1kg
【答案】B
【解析】A.圆柱形容器对水平桌面的压力F=G容+G物+G水,剪断细线前后,G容、G物、G水均不变,根据公式p=F/S可知,当受力面积S一定时,容器对水平桌面的压强不变,A错。
BCD.细线剪断前,物体浸没在水中,物体受到的浮力为:F浮=F向上-F向下=22N-10N=12N,,由公式F浮=ρ液gV排求可得:V物=V排= = =1.2×10-3m3,细线剪断后,物体静止时漂浮在水面,此时,水对圆柱形容器底的压力减少量等于物体浮力的减少量,即ΔF=ΔF浮,由压强公式变形式F=ps可得:ΔF浮=ΔF=Δps=300Pa×100×10-4m2=3N,物体漂浮时的浮力为:F浮′=F浮-ΔF浮=12N-3N=9N,物体的重力为:G= F浮′=9N,物体的质量为:m= = = 0.9kg,物体的密度为:ρ= = = 0.75×103kg/m3,B正确,CD错。选B。
5.(2021丽水)如图是小科自制的简易水陆两栖车模型,整“车”质量0.1千克。
(1)接通电路后,尾部叶片转动,推动车子向前,这说明物体间力的作用是______ 的;
(2)当它在水中处于漂浮状态时,受到的浮力为______ 牛。
【答案】相互 0.98
【解析】(1)接通电路后,尾部叶片转动,叶片向后推空气(或水),对空气或水有一个向后的力,同时水也会对叶片(下车)有一个向前的推力,使车子前进,说明物体间力的作用是相互的。(2)当它在水中处于漂浮状态时,受到的浮力和其重力是一对平衡力,大小相等,F浮=G=mg=0.1kg×0.98N/kg=0.98N。
6.(2021枣庄)如图是小聪同学利用水。弹簧测力计和金属块测量某液体密度的情景。根据图中信息可知,金属块的重力是________N,金属块在水中受到的浮力是________N,所测液体的密度是________kg/m3 。(取g=10N/kg )
【答案】 4.8 2 1.2×103
【解析】根据图中信息可知:金属块的重力是即为弹簧测力计的示数,分度值为0.2N,故读数为4.8N。
金属块在水中受到的浮力是F浮=G-F=4.8N-2.8N=2N 。.根据排开液体的体积相同,则排开水的体积:
V排= = =2×10-4m3,
所测液体的密度是ρ液= = = = 1.2×103kg/m3。
7.(2021通辽)用密度为0.4×103kg/m3的泡沫制作长2m、宽1.5m、30cm长方体简易浮桥,浮桥在河水中最大承重为 kg(ρ河水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg),此浮桥空载时分别放到海水和河水中,下表面受到的压强分别为p海和p河,则p海 p河(填“>”“<”或“=”)。
【答案】540 =
【解析】泡沫的体积V泡沫=2m×1.5m×30×10﹣2m=0.9m3,泡沫的质量:m泡沫=ρ泡沫V泡沫=0.4×103kg/m3×0.9m3=360kg,泡沫的重力:G泡沫=m泡沫g=360kg×10N/kg=3600N,即浮桥的重力为3600N,
浮桥受到的最大浮力:F浮最大=ρ水V排g=1×103kg/m3×0.9m3×10N/kg=9000N,浮桥在河水中的最大承重:G载最大=F浮最大﹣G泡沫=9000N﹣3600N=5400N,浮桥在河水中的最大承载质量:m载最大= = =540kg。
此浮桥空载时分别平放到海水和河水中,受到的浮力相等,都等于浮桥的重力;因为
F浮=F下表面﹣F上表面=F下表面,所以下表面受到的压力相等,由p=F/S可知,下表面受到的压强相等,即p海=p河。
8.(2021武威)2020年11月10日,奋斗者号在马里亚纳海沟成功下潜坐底深度10909米,刷新中国载人深潜的新纪录。假设海水的密度为1.02×103kg/m3 且不变,奋斗者号在水中上浮且未浮出水面过程中,受到水的浮力________(选填 “变大”、“变小”或“不变”);则奋斗者号在10000m 深处受到的压强是________Pa 。( g=10N/kg )
【答案】 不变 1.02×108
【解析】奋斗者号在水中上浮且未浮出水面过程中,所处液体的密度不变,排开的液体的体积就是奋斗者号的体积,也保持不变,上浮过程浮力不变。 奋斗者号在10000m 深处受到的压强
p=ρ海水gh=1.02×103kg/m3×10N/kg ×10000m =1.02×108m。
9.(2021成都)小虹利用弹簧测力计、实心圆柱体物块、烧杯等器材,探究浮力的大小跟哪些因素有关。小虹提出如下猜想,设计并进行了实验。
猜想a:浮力大小与物体浸没在液体中的深度有关;
猜想b:浮力大小与物体排开液体的体积有关;
猜想c:浮力大小与液体的密度有关。
(1)小虹确定了测量浮力的方法:用弹簧测力计先测出物体的重力G,接着将物体浸入液体中静止时,读出测力计对物体的拉力F拉,可计算出物体所受的浮力F浮。其测量原理利用了 。
A.F浮与G是一对平衡力 B.F浮与G是相互作用力
C.F浮与F拉是相互作用力 D.F浮、F拉和G是一组平衡力
(2)小虹的操作步骤及测量数据如图所示。
由测量数据可得:B步骤中圆柱体物块受到水的浮力为 N。
(3)分析图中A步骤与 步骤的数据,可以验证猜想a是错误的。(填出步骤的序号)
(4)进一步学习了阿基米德原理之后,利用如图的测量数据,还可以计算出其它一些物理量(水的密度已知)。下列物理量中不能计算出的是 。
A.物块的体积 B.物块的密度 C.盐水的体积 D.盐水的密度
【答案】(1)D (2)0.4 (3)CD (4)C
【解析】(1)由题意知,物体受重力、水的浮力、测力计的拉力三个力的作用,在这三个力的作用下保持平衡,所以这三个力平衡,D正确。
(2)测力计分度值为0.2N,由图A可知,物体的重力为2.4N;B中测力计的示数为2N,所以此时受到的浮力为:F浮=G﹣F=2.4N﹣2N=0.4N。
(3)C、D两图实验,物体排开液体的体积和密度相同,浸没在液体中的深度不同,因测力计示数相同,受到的浮力相同,故可得:浮力大小跟物体浸没在液体中的深度无关,可以验证猜想a是错误的。
(4)AB.由图A可知物体所受的重力G=2.4N,则m= = =0.24kg。根据图AD或图AC可求出物体完全浸没在水中时受到的浮力F浮=G﹣F=2.4N﹣1.4N=1N;由F浮=ρ液gV排得,
V物=V排= = =1×10-4m3;物体的密度为:ρ= = = 2.4×103kg/m3。
C.通过数据无法得知盐水的体积。
D.由图AE可知物体在盐水中受到的浮力为:F浮′=G﹣F′=2.4N﹣1.3N=1.1N;由F浮=ρ液gV排得,ρ盐水= = = 1.1×103kg/m3。由上可知,不能得出的是C选项。
10.(2021云南)某小组探究“浮力的大小与排开液体所受重力的关系”。
(1)弹簧测力计使用前要先进行 。
(2)实验步骤如图1所示,甲、乙、丁、戊中弹簧测力计的示数分别为F1、F2、F3、F4。由图甲和丁可知物体受到的浮力F浮= 。
(3)以下选项中若 成立,则可以得出浮力的大小与排开液体所受重力的关系。
A.F1﹣F2=F3﹣F4 B.F1﹣F3=F4﹣F2 C.F3﹣F2=F1﹣F4
(4)另一小组利用两个相同的弹簧测力计A和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋(质量忽略不计)对实验进行改进,装置如图2所示。向下移动水平横杆,使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中,观察到A的示数逐渐 ,B的示数逐渐 ,且A、B示数的变化量 (选填“相等”或“不相等”)。
(5)比较两种实验方案,改进后的优点是 (多选)
A.测力计A的示数就是物体所受浮力的大小
B.实验器材生活化,测力计固定、示数更稳定
C.能同步观察测力计A、B示数的变化
【答案】(1)校零 (2)F1﹣F3 (3)B (4)变小 变大 相等 (5)BC
【解析】(1)弹簧测力计使用前指针要指向零刻度线,如果没指向零刻度线,需要校零。
(2)由图甲可知物体的重力G=F1,由图丁可知物体浸没时弹簧测力计的示数F′=F3,则物体受到的浮力F浮=G﹣F′=F1﹣F3。
(3)由图乙可知空烧杯的重力为F2,由图戊可知物体浸没时排开液体与烧杯的总重力为F4,则物体浸没时排开液体的重力G排=F4﹣F2,当F浮=G排即F1﹣F3=F4﹣F2可知,物体受到浮力的大小与排开液体所受重力相等。
(4)如图2所示,向下移动水平横杆,使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中,重物排开水的体积变大,受到的浮力变大,由称重法F浮=G﹣F′可知弹簧测力计A的示数变小,重物排开水的体积越大时薄塑料袋内水的重力越大,即弹簧测力计B的示数越大,薄塑料袋的质量忽略不计时,由阿基米德原理可知,弹簧测力计A、B示数的变化量相等;
(5)比较两种实验方案可知,改进后:
A.由称重法F浮=G﹣F′可知,弹簧测力计A的示数等于物体的重力减去受到的浮力,A错。
B.由图2的实验装置和器材(两个相同的弹簧测力计A和B、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋)可知,实验器材生活化,测力计固定、示数更稳定,B正确。
C.薄塑料袋不计质量,能同步观察测力计A、B示数的变化,从而得出物体受到浮力的大小与排开液体所受重力的关系,C正确。选BC。
11.(2021武威)如图所示为我国自主建造的第一艘国产航母——山东舰该舰标准排水量为5万吨,可同时停放36架歼-15舰载机,每架舰载机质量为25吨,g=10N/kg 。求:
(1)在标准排水量时,航母所受的浮力为多大?
(2)航母在某海域训练,此海域的海水密度1.02×103kg/m3 ,当36架舰载机全部飞离航母后,航母排开海水的体积减少了多少立方米?(结果保留两位小数)
【答案】(1)5×108N (2)882.35m3
(1)在标准排水量时,航母所受的浮力为 F浮=G排=m排g=5×10000×103kg×10N/kg=5×108N 。
(2)当36架舰载机全部飞离航母后,减小的质量为m总飞=36×25×103kg=9×105kg, 由于漂浮,浮力等于重力,等于自身的重力,而减小的质量等于排开水减少的质量,减小排开水的体积为:V= = = 882.35m3。
答:(1)在标准排水量时,航母所受的浮力为5×108N;(2)航母排开海水的体积减少了882.35m3 。
12.(2021宁波)如图所示是世界上第一艘飞艇,它是由法国工程师吉法尔于1852年制造的。这艘飞艇的气囊充满氢气后,长44m,直径11.9m,体积2100m3,形状像一个巨大的橄榄。这年的9月24日,吉法尔乘坐该飞艇从巴黎的马戏场出发,用一台2.2kW的蒸汽机带动螺旋桨,以8km/h的速度,飞行了28km。
(1)飞艇的气囊形状像一个橄榄,在前进过程中可以减小______ 。
(2)充满氢气后气囊受到的浮力是多少?空气密度取(1.29kg/m3)
(3)这次飞行,飞行所需时间、蒸汽机做的功及飞行时受到的平均阻力各为多少?
【答案】(1)空气阻力 (2)27090N (3)3.5h 2.772×107J 990N
【解析】(1)飞艇的气囊形状像一个橄榄,在前进过程中可以减小空气阻力。
(2)充满氢气后气囊受到的浮力:F浮=ρ空气gv排=1.29kg/m3×10N/kg×2100m3=27090N。
(3)由v=s/t 可得,飞行所需时间:t= = =3.5h;
蒸汽机做的功:W=Pt=2.2×103W×3.5×3600s=2.772×107J;
飞艇飞行时,受到的阻力与牵引力是一对平衡力,则由W=Fs可得,飞行时受到的平均阻力:
f=F= = =990N。
答:(1)空气阻力;(2)充满氢气后气囊受到的浮力是27090N;(3)这次飞行,飞行所需时间为3.5h;蒸汽机做的功为2.772×107J ;飞行时受到的平均阻力为990N。
13.(2021海南)为了增强中学生体质,进一步加强防溺水教育,学校组织学生进行游泳训练。(ρ水=1.0×103kg/m3 ,g取10N/kg)求:
(1)小东在一次游泳训练中,游20m所用的时间为40s,则他游泳的平均速度是多少m/s?
(2)如图所示,小东手上佩戴的防溺水安全手环是水上救生设备,携带非常方便,手环里的安全气囊充气后的体积是1.7×10-2m3,当它完全浸没在水中时受到的浮力为多少N?
(3)小东的质量为50kg,他站立在泳池岸上,双脚与水平地面的总接触面积是500cm2,他对水平地面的压强是多少Pa?
(4)小东在泳池岸上看到池水的深度比实际深度要浅,正如古诗所说“潭清疑水浅”,请用光学知识分析其中原因。
【答案】(1)0.5m/s (2) 170N (3)1×104Pa (4)因为光从水斜射入空气时发生了折射,折射光线远离法线(折射角大于入射角),人眼逆着折射光线向水中看去,会感觉水变浅了。
【解析】(1)小东游泳的平均速度:V= = =0.5m/s。
(2)因为安全气囊浸没在水中,所以v排=v物=1.7×10-2m3,安全气囊完全浸没在水中时受到的浮力:
F浮=G排=ρ水gv排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.7×10-2m3=170N。
(3)因为在水平面上,则水平地面受到的压力:F=G=mg=50kg×10N/kg=500N,受力面积:S=500cm2=5×10-2m2,小东对水平地面的压强:p= = = 1×104Pa。
(4)因为光从水斜射入空气时发生了折射,折射光线远离法线折射角大于入射角,人眼逆着折射光线向水中看去,会感觉水变浅了。
答:(1)小东游泳的平均速度是0.5m/s;(2)安全气囊完全浸没在水中时受到的浮力为170N;(3)小东对水平地面的压强为1×104Pa ;(4)因为光从水斜射入空气时发生了折射,折射光线远离法线(折射角大于入射角),人眼逆着折射光线向水中看去,会感觉水变浅了。
14.(2021贺州)如图所示,水平桌面上放有一圆柱形溢水杯,它自重7N,底面积为300cm2,溢水口距杯底的高度为12cm,溢水杯中盛有高为10cm、质量为3kg的水。现将一体积为1000cm3、质量为2.7kg的正方体铝块缓慢浸没入水中,不计溢水杯的厚度。求:
(1)铝块放入水前,水对溢水杯底部的压强;
(2)铝块浸没在水中受到的浮力;
(3)铝块浸没在水中静止后,溢水杯对水平桌面的压强。
【答案】(1)1.0×103Pa 10N 2000Pa
【解析】(1)水对溢水杯底部的压强p1=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa。
(2)因为铝块浸没在水中,V排=V物=1000cm3=1×10﹣3m3,铝块浸没在水中受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=10N。
(3)铝块放入后,溢出水的体积V溢出=V水+V铝﹣V溢水杯=300cm2×10cm+1000cm3﹣300cm2×12cm=400cm3=4×10﹣4m3,溢出水的重力G溢出=ρ水V溢出g=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10﹣4m3=4N,溢水杯内水的重力G水=m水g=3kg×10N/kg=30N,铝块的重力G铝=m铝g=2.7kg×10N/kg=27N,溢水杯对水平桌面的压力F=G杯+G水+G铝﹣G溢出=7N+30N+27N﹣4N=60N,溢水杯底面积S=300cm2=3×10﹣2m2,溢水杯对水平桌面的压强p2= = = 2000Pa。
答:(1)铝块放入水前,水对溢水杯底部的压强为1.0×103Pa;(2)铝块浸没在水中受到的浮力为10N;(3)铝块浸没在水中静止后,溢水杯对水平桌面的压强为2000Pa。
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