第1节 阿基米德原理 物体的浮沉条件.docx
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第1节阿基米德原理物体的浮沉条件
第10章 浮 力
第1节 阿基米德原理 物体的浮沉条件
全国视野分点练
一、选择题
1.(2019菏泽)人们常用“生沉熟浮”来判断饺子是否煮熟,煮熟后的饺子会漂起来的原因是( )
A.饺子的重力减小了
B.饺子的重力和浮力都增大了
C.饺子的重力不变,浮力增大
D.饺子的重力和浮力都减小了
2.(2019淮安)长江上,一艘载满货物的轮船在卸完一半货物后,该艘轮船( )
A.会浮起一些,所受浮力变小
B.会浮起一些,所受浮力变大
C.会沉下一些,所受浮力变小
D.会始终漂浮,所受浮力不变
3.(2018德阳)体积相同的铝球、铜块和木块,浸在液体中的情况如图所示,比较它们受到的浮力大小正确的是( )
第3题图
A.铝球受到的浮力最大
B.木块受到的浮力最大
C.铜块受到的浮力最大
D.它们受到的浮力一样大
4.(2019江西)“远征号”潜水艇在南海执行任务.根据任务的要求,潜水艇需要在不同深度处悬浮,若海水密度保持不变,则下列说法错误的是( )
A.潜水艇排开海水的体积相等
B.潜水艇所受的重力大小不相等
C.潜水艇所受的浮力大小相等
D.潜水艇所受的浮力与重力大小相等
5.(2018湖州)圆柱体先后放入密度为ρ1和ρ2的两种液体中,均处于漂浮状态,如图所示,圆柱体在两液体中所受浮力依次是F1和F2,则( )
第5题图
A.ρ1>ρ2 F1>F2
B.ρ1<ρ2 F1<F2
C.ρ1<ρ2 F1=F2
D.ρ1>ρ2 F1=F2
6.(2019山西)网上流传着一种说法,鸡蛋能否沉入水底可以鉴别其是否新鲜.为了验证其真实性,小亮买了一些新鲜鸡蛋,并拿其中一颗进行实验.第一天放入水中的鸡蛋沉入水底(如图甲),取出鸡蛋擦干放置50天后,再放入水中时鸡蛋漂浮在水面(如图乙),看来网传是真的,下列分析正确的是( )
第6题图
A.鸡蛋两次所受的浮力一样大
B.甲图中鸡蛋排开水的重力大
C.乙图中鸡蛋所受浮力大于重力
D.放置50天后的鸡蛋密度变大
7.(2018凉山州)将一小木块和一大石块浸没在水中,松手后小木块上浮,大石块下沉,比较刚松手时两者所受的浮力大小( )
A.木块受到的浮力较大
B.石块受到的浮力较大
C.两者受到的浮力一样大
D.条件不足无法比较
二、填空及简答题
8.(2019绵阳)我国自行设计和自主研制的蛟龙号载人潜水器,曾创造了下潜7062米的世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录,其体积约为50m3.蛟龙号某次在太平洋某海域下潜到上表面距海面2000m时,进行预定的悬停作业,此时上表面受海水压强是________Pa,蛟龙号受到海水的浮力是______N.(g取10N/kg,ρ海水=1.03×103kg/m3)
9.(2019乐山)如图甲所示,一个质量为270g的铝块悬挂在弹簧测力计的挂钩上,铝块的下表面刚好接触某未知液体的液面.将铝块缓慢浸入液体,弹簧测力计的示数随浸入深度的变化如图乙所示.则铝块浸没时所受的浮力为______N,液体的密度为______kg/m3.(g取10N/kg,ρ铝=2.7×103kg/m3)
第9题图
三、实验探究题
10.(2019福建)如图所示,“验证阿基米德原理”的实验步骤如下:
第10题图
①用弹簧测力计测出物体所受的重力G(图甲);
②将物体浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯中,用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水,读出这时测力计的示数F(图乙);
③测出接水后小桶与水所受的总重力G1(图丙);
④将小桶中的水倒出,测出小桶所受的重力G2(图丁);
⑤分别计算出物体受到的浮力和排开的水所受的重力,并比较它们的大小是否相同.
回答下列问题:
(1)物体浸没在水中,受到水的浮力F浮=________,被排开的水所受的重力G排=________.(用上述测得量的符号表示)
(2)指出本实验产生误差的原因(写出两点):
(a)________________________________________________________________________;
(b)________________________________________________________________________.
(3)物体没有完全浸没在水中,________(选填“能”或“不能”)用实验验证阿基米德原理.
11.(2019德州)在探究“浮力的大小跟哪些因素有关”的实验中(如图所示),小明先用弹簧测力计测出金属块的重力,然后将金属块缓慢浸入液体中不同深度,步骤如图B、C、D、E、F所示(液体均未溢出),并将其示数记录在表中:
第11题图
实验步骤
B
C
D
E
F
弹簧测力计示数/N
2.2
2.0
1.7
1.7
1.9
(1)分析比较实验步骤A和________,可得出:
浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关;分析比较A、B、C、D可知:
浮力大小与物体__________________有关;分析实验步骤A、E、F可知:
浮力的大小还与____________有关.
(2)分析实验数据可知,F中液体密度________(选填“大于”、“小于”或“等于”)水的密度.
(3)金属块浸没在水中时受到的浮力大小是______N,金属块密度为________kg/m3.(水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
四、计算应用题
12.(2019永州)伟大的中华民族正在走向复兴,人民海军走向深蓝.2019年4月23日,为庆祝中国人民海军成立七十周年,中国完全自主研制的055大型驱逐舰首次在山东青岛公开亮相.该舰是中国第一次排水量超过万吨的主力驱逐舰,舰长183m,宽23m,满载时吃水深度为8m,排水量可达12500t.(g取10N/kg,海水密度取ρ海水=1.0×103kg/m3)
(1)求055驱逐舰满载时所受的浮力;
(2)若一架总质量为13t的直升机为了执行侦察任务飞离驱逐舰,求055驱逐舰浸在水里的体积减少了多少.
第12题图
综合能力提升练
1.(2019西宁)同一水平面上的甲、乙两个相同的容器盛有不同的液体,将两个相同的物块分别放入两容器中.当两物块静止时,两容器中液面恰好相平,两物块所处的位置如图所示.则( )
第1题图
A.甲容器中液体的密度较大
B.乙容器底部受到液体的压力较大
C.甲容器中物块排开液体的重力较大
D.乙容器对水平面的压强较小
2.(2019考试说明题型示例)如图所示,将苹果和梨放入水中后,苹果漂浮,梨沉底,若苹果的质量、体积及受到的浮力分别为m1、V1和F1,梨的质量、体积及受到的浮力分别为m2、V2和F2,现有以下判断:
第2题图
①若m1>m2,则F1一定小于F2
②若m1=m2,则F1一定大于F2
③若V1=V2,则F1一定小于F2
④若V1>V2,则F1一定大于F2
其中正确的是( )
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
3.(2019郴州)A、B是两个不溶于水的物块,用一根细线连接在一起,先后以两种不同方式放入同一个装有水的烧杯中,处于如图甲、乙所示的静止状态.试判断两种情况下,烧杯中水面的高度h甲、h乙的大小关系为( )
第3题图
A.h甲<h乙B.h甲>h乙
C.h甲=h乙D.无法判断
4.(2019达州)将密度为0.9×103kg/m3、体积为V的冰块放入盛有适量水的圆柱形容器中(无水溢出),冰块静止时露出水面的体积V露=________V;当冰块完全熔化后(总质量不变)容器中的水面将________(选填“升高”、“降低”或“不变”).
5.(2017益阳)如图所示,将一长方体物体浸没在装有足够深水的容器中恰好处于悬浮状态,它的上表面受到的压力为1.8N,下表面受到的压力为3N,则该物体受到的浮力大小为________N;如将物体再下沉5cm,则它受到的浮力大小为________N.
第5题图
6.如图所示,密度为0.4×103kg/m3,体积为10-3m3的正方体木块(不吸水),用细绳系住,细绳可承受的最大拉力为6N,开始容器内有一定量的水,木块处于漂浮状态,细绳的拉力为0,此时木块受到的浮力________N;当向容器内注水,在细绳断裂前的一瞬间停止注水,此时木块浸入水中的体积为________m3;若绳不可伸缩且长度为0.15m,则当绳断裂瞬间,容器底受到水的压强为________Pa.(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
第6题图
7.(2019自贡)如图所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上端连有一边长为0.1m的正方体物块A,当容器中水的深度为30cm时,物块A体积的
露出水面,此时弹簧恰好处于自然伸长状态(ρ水=1.0×103kg/m3g取10N/kg),求:
(1)物块A受到的浮力;
(2)物块A的密度;
(3)往容器内缓慢加水,至物块A刚好浸没水中,立即停止加水,此时弹簧对物块A的作用力F.
第7题图
参考答案及解析
第10章 浮力
第1节 阿基米德原理 物体的浮沉条件
全国视野分点练
1.C 【解析】饺子煮熟后,重力不变,但受热膨胀,其体积变大,饺子受到的浮力变大,当浮力大于重力,饺子会上浮.故选C.
2.A 【解析】轮船漂浮在水面上,所受浮力等于重力;卸去一半货物后,轮船总重减小,所受浮力变小,B、D错误;由阿基米德原理可知,浮力减小,排开水的体积减小,轮船会上浮一些,A正确,C错误.故选A.
3.D 【解析】由图可知,铝球、铜块和木块均浸没在同种液体中,因物体浸没时体积相同的铝球、铜块和木块排开液体的体积相等,由F浮=G排=ρ液gV排可知,它们受到的浮力一样大,D正确.故选D.
4.B 【解析】潜水艇在南海中任意深度悬浮时,排开水的体积等于潜水艇的体积,大小不变,A正确;由于海水密度和排开海水的体积都相等,由F浮=ρ液gV排可知,潜水艇受到的浮力相等,C正确;潜水艇在南海中任意深度悬浮时,处于平衡状态,此时受到的浮力和重力是平衡力,即浮力等于重力,而浮力不变,所以重力也不变,D正确,B错误.故选B.
5.D
6.B 【解析】两次实验所用液体的密度相同,鸡蛋的体积相同,第一次鸡蛋沉入水底,V排1=V物,第二次鸡蛋漂浮,V排2<V物,由F浮=ρ液gV排知,第二次鸡蛋所受浮力小于第一次,A错误;根据阿基米德原理F浮=G排可知,甲图中鸡蛋所受浮力大于乙图中鸡蛋所受浮力,故甲图中鸡蛋排开水的重力大,B正确;乙图中鸡蛋漂浮,其处于平衡状态,根据二力平衡可得,鸡蛋所受重力等于浮力,C错误;甲图中鸡蛋沉入水底,说明此时鸡蛋的密度大于水的密度;放置50天后,鸡蛋漂浮在水面上,说明此时鸡蛋的密度小于水的密度,所以放置50天后的鸡蛋密度变小,D错误.故选B.
7.B
8.2.06×107 5.15×105 【解析】在2000m的深度时,潜水器上表面受到的海水压强p=ρ海水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×2000m=2.06×107Pa;蛟龙号受到海水的浮力F浮=ρ海水gV=1.03×103kg/m3×10N/kg×50m3=5.15×105N.
9.1.2 1.2×103 【解析】铝块所受的重力G=mg=270×10-3kg×10N/kg=2.7N,由图乙可知,当深度h=10cm后,弹簧测力计的示数不变,即铝块浸没,此时所受的浮力F浮=G-F=2.7N-1.5N=1.2N;ρ铝=2.7×103kg/m3=2.7g/cm3,浸没时,铝块排开液体的体积等于物体的体积,即V排=V=
=
=100cm3=10-4m3,液体的密度ρ液=
=
=1.2×103kg/m3.
10.
(1)G-F G1-G2
(2)(a)测量时弹簧测力计未保持静止 (b)小桶中的水未倒净或排开的水未全部流入小桶 (3)能 【解析】
(1)图甲所测为物体的重力G,将物体浸没在水中如图乙所示,弹簧测力计示数为F,物体受到的浮力等于自身重力减去弹簧测力计的示数,图丙所测为排开水的重力与小桶的重力之和,图丁测的是小桶的重力,因此被排开的水受到的重力等于两次测得的重力之差;
(2)本实验产生误差的原因:
(a)测量时弹簧测力计未保持静止;(b)小桶中的水未倒净或排开的水未全部流入小桶;(3)阿基米德原理F浮=ρ液gV排,V排指的是排开水的体积,因此该原理也可以测没有完全浸没在水中的物体.
11.
(1)D、E 浸在液体中的体积(或排开液体的体积) 液体的密度
(2)小于 (3)1 2.7×103
【解析】
(1)要探究浮力大小与物体浸没在液体中的深度无关:
需要控制液体密度相同、排开液体的体积相同,改变深度,图中A、D、E符合要求;根据控制变量法知,A、B、C、D图中,液体密度相同、排开液体的体积不同,再根据数据记录表格,得出浮力大小与浸在液体中的体积(或排开液体的体积)有关;比较A、E、F图,排开液体的体积相同,液体密度不同,再根据记录数据表格弹簧测力计示数不同,可知浮力大小还与液体的密度有关;
(2)图E中F浮=2.7N-1.7N=1N,图F中F浮=2.7N-1.9N=0.8N,图F中金属块所受浮力小于图E中金属块所受浮力,因为排开液体的体积相同,所以图F液体的密度小于水的密度;(3)根据A、D两图中弹簧测力计的示数可知,金属块浸没在水中时受到的浮力大小为F浮=2.7N-1.7N=1.0N,根据公式F浮=ρ液gV排得,V排=
=
=1×10-4m3,由于金属块全部浸入水中,所以金属块的体积V=V排=1×10-4m3,所以金属块的密度ρ=
=
=
=
=2.7×103kg/m3.
12.解:
(1)驱逐舰满载时所受的浮力:
F浮=G舰=m排g=12500×103kg×10N/kg=1.25×108N
(2)直升飞机飞离驱逐舰,055驱逐舰所受的浮力减少了:
F浮′=G机=m机g=13×103kg×10N/kg=1.3×105N
由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知
055驱逐舰浸在水中的体积减小了:
V排=
=
=13m3
综合能力提升练
1.B 【解析】由图知,物块在甲容器中悬浮,ρ甲=ρ物;物块在乙容器中漂浮,ρ乙>ρ物;所以两容器中的液体的密度:
ρ甲<ρ乙,A错误;由于两容器液面等高,根据p=ρgh,可知两种液体对容器底压强:
p甲
可得,F甲 = 可得,p甲 2.C 【解析】由图可知: 苹果漂浮在水面上,则它受到的浮力等于重力,即F1=m1g,梨子沉底,则浮力小于重力,即F2<m2g.若m1>m2,则F1>F2,①错误;若m1=m2,则F1>F2,②正确;若V1=V2,由图可知: 苹果排开水的体积小于V1,梨子排开水的体积等于V2,根据阿基米德原理得F1 3.C 【解析】将A、B看成一个整体,在甲、乙中均漂浮,受到的浮力均等于重力,所以浮力相等,排开水的体积相等,所以h甲=h乙,C正确.故选C. 4.0.1 不变 【解析】冰浮在水面上,则冰所受的浮力F浮=G冰,即ρ水gV排=ρ冰gV,则冰块排开水的体积V排= ,冰块静止时露出水面的体积V露=V冰-V排=V- =(1- )V=(1- )V=0.1V;冰漂浮于水面上,所以F浮=ρ水gV排=G冰①;又因为冰熔化成水后,其质量不变,重力不变,所以G水=ρ水gV水=G冰②;由①②可得: ρ水gV排=ρ水gV水,所以V排=V水,即: 冰熔化为水的体积等于冰排开水的体积,所以冰完全熔化后水位不变. 5.1.2 1.2 【解析】F浮=F下-F上=3N-1.8N=1.2N;由阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排可知,当将物体再下沉5cm时,ρ液和V排都没有变化,故浮力仍然没有变化,即为1.2N. 6.4 1×10-3 2.5×103 【解析】根据ρ= 可得,木块的质量m=ρV=0.4×103kg/m3×10-3m3=0.4kg,木块处于漂浮状态,且细线拉力为0,则其浮力等于重力,所以此时木块受到的浮力: F浮=G木=mg=0.4kg×10N/kg=4N;细绳拉力最大时,F浮′=ρ水gV排′=G木+F绳=4N+6N=10N,此时木块浸入水中的体积: V排′= = =1×10-3m3;由于V排′=V,说明木块刚好浸没时细绳的拉力达到最大值,正方体木块体积为1×10-3m3,则正方体木块的边长为0.1m,木块浸入水中的深度: h浸=0.1m,绳子断开瞬间,容器中水的深度: h=L绳+h浸=0.15m+0.1m=0.25m;此时容器底部受到水的压强p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.25m=2.5×103Pa. 7.解: (1)物块A体积为V=(0.1m)3=10-3m3 根据题意可得,物块A排开水的体积为V排=V-V露=V- V= V= ×10-3m3=4×10-4m3 物块A受到的浮力为F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10-4m3=4N (2)由于弹簧处于自然伸长的状态,此时物块重力等于浮力,故GA=F浮=4N,mA= = =0.4kg,所以密度ρ= = =0.4×103kg/m3 (3)水浸没时物块A受到的浮力为F浮′=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×10-3m3=10N 由于GA=4N,所以弹簧对物块A的作用力F=F浮′-GA=10N-4N=6N
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