初中物理浮力培优组卷.docx
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初中物理浮力培优组卷
绝密★启用前
初中物理浮力培优组卷
一.实验探究题(共2小题)
1.“冲称象”是妇孺皆知的故事。
小邦和小册仿效冲,制作了一台“浮力称”,用来称量物体的质量。
如图所示,浮力称由浮体和外筒构成,浮体包括秤盘和长度为L0、底面积为S0的圆柱体,浮体质量m0=0.23kg,外筒是足够高的、底面积为S的圆柱形玻璃容器,容器器壁厚度可忽略不计。
向外筒中加入适量水,将浮体竖直放入水中,浮体漂浮在水面上,被称物体放在秤盘上,测出浮体的圆柱体浸入水中的深度就可以“称”出物体的质量。
已知水的密度为ρ。
(1)当秤盘上不放物体时,浮体所受到的浮力为N(g=10N/kg)。
(2)当秤盘上不放物体时,浮体的圆柱体浸入水中的深度h0=(用S0、m0、ρ表示)。
(3)被称物体质量m与浮体的圆柱体浸入水中深度h之间的关系式为m=(用h、S0、m0、ρ表示)。
(4)要使此“浮力称”能够达到最大称量值,使用前应在外筒中至少加入的水的质量为(用L0、S0、S、ρ表示)。
2.小明用玻璃杯、吸管、水等器材进行了如下实验,请你完成下列容。
(1)如图甲所示,把一根直吸管斜插入装有水的玻璃杯中,然后用手指堵住上端的管口,从水中提起吸管后发现吸管中有一段水柱,且水不会流下来,如图乙所示,这主要是由于水柱受到对它向上的作用。
(2)在吸管下端装入适量的钢珠,并用蜡封住吸管的下端使底部平整,然后让它竖直漂浮在水中,如图丙所示。
①测得吸管底面积为3×10﹣5m2,浸入水中的深度为8×10﹣2m,吸管受到的浮力为N.(g取10N/kg)
②小明利用此吸管制作简易密度计。
根据图丙在吸管上标出1.0刻度线(单位g/cm3,下同),若将该吸管放入某液体中,吸管浸入液体的深度为10cm.则在该处标记刻度线。
小明的同学也用吸管制作了密度计,他发现密度计相邻两刻度线之间的距离太小,导致用此密度计测量液体密度时误差较大,为此同学们提出了如下改进方案,其中可行的是。
A.换大的容器做实验B.换细的吸管制作密度计
C.换稍长的吸管制作密度计D.适当减小密度计的配重。
二.计算题(共2小题)
3.某同学学习了浮力的有关知识后,制作了一台浮力秤,可方便地称量物体的质量,其构造如图甲所示。
已知小筒底面积为0.001m2,小筒和秤盘总重为0.6N
(1)如图甲,当秤盘上不放物体时,小筒受到的浮力是多少?
(2)如图甲,当秤盘上不放物体时,应在小筒A上距离小筒A底部cm处标出该浮力秤的零刻度线
(3)如图乙,在秤盘上放一物体后,小筒浸入水中的深度h为0.1m,则此时小筒底受到水的压强是多大?
小筒受到的浮力是多少?
该物体的质量为多少?
4.科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤。
他们找来个瓶身为柱状体的空饮料瓶,剪掉瓶底,旋紧瓶盖,在瓶盖系上一块质量适当的石块,然后将其倒置在水桶里,如图所示。
使用时,只要把被测物体投入瓶中,从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量。
(1)石块的作用是什么?
(2)这种浮力秤的质量刻度是均匀的吗?
请证明
(3)经测量,该饮料瓶圆柱状部分的直径为8.0cm,当浮力秤中不放被测物时,水面所对位置为零刻度,根据图中标明的长度值,试通过计算说明1、2、3、4各刻度线所对应的质量值应分别标为多少克?
(π取3.14,最后结果只保留整数部分)
三.解答题(共1小题)
5.冲称象是一个脍炙人口的经典故事。
某科技活动小组受此启发,准备制作一个可以测量物体重力的“浮力秤”,装置如图所示。
他们将作秤盘的空心国柱体竖直漂浮在水面上,此时秤盘与水面相交处标为“0牛”,然后在秤盘上放10牛的物体,在秤盘与水面相交处标上“10牛”。
小组同学对如何标记浮力秤上0~10牛的其他刻度有一番争论(如图).
物重G(牛〕
0
2
4
6
8
10
水面离“0牛”刻度线的距离H(厘米)
0
l
2
3
4
5
为此他们继续实验研究,在秤盘中分别加上不同重力的物体,测出水面离“0牛”刻度线的距离,如下表所示:
分析表中数据,得出的结论是。
当水面离“0牛”刻度线3.5厘米时,秤盘上所放的物体重为牛。
以下两个小题中。
请你选做一题:
(g取10牛/千克)
(1)当水面处于秤盘“0牛”刻度线位置时(如图甲),测得水面离秤盘底0.05米,已知秤盘的底面积为200厘米2.求秤盘受到的浮力是多少?
(2)当水面处于秤盘“10牛”刻度线位置时(如图乙),测得此时水面离秤盘底0.10米,求秤盘底受到的水的压强是多少?
初中物理浮力培优组卷
参考答案与试题解析
一.实验探究题(共2小题)
1.【解答】解:
(1)当秤盘上不放物体时,由漂浮条件可得浮体所受到的浮力为:
F浮=G0=m0g=0.23kg×10N/kg=2.3N;
(2)当秤盘上不放物体时,根据阿基米德原理和漂浮条件可得:
F浮=ρgV排1=G0=m0g,
则圆柱体排开水的体积为:
V排1=
,
已知圆柱体的底面积为S0,则此时圆柱体浸入水中的深度:
h0=
=
=
;
(3)当被称物体质量为m时,整体处于漂浮状态,则根据阿基米德原理和漂浮条件可得:
F浮′=ρgV排2=(m+m0)g,
即:
ρgS0h=(m+m0)g,
整理可得:
m=ρS0h﹣m0;
(4)要使此“浮力称”能够达到最大称量值,则圆柱体应刚好浸没(此时整体仍处于漂浮状态),且圆柱体的下表面刚好接触外筒的底部时,外筒中所加水的体积最小,如图所示:
则外筒中所加水的最小体积:
V水=L0(S﹣S0),
由ρ=
可得,外筒中所加水的最小质量为:
m水=ρV水=ρL0(S﹣S0)。
故答案为:
(1)2.3;
(2)
;(3)ρS0h﹣m0;(4)ρL0(S﹣S0)。
2.【解答】解:
(1)当用手指堵住上端开口时,上端不再与大气相通,下端受到大气压的作用,所以水不会从下端流出,吸管中有一段水柱。
(2)①吸管浸在水中,排开水的体积:
V排=Sh=3×10﹣5m2×0.08m=2.4×10﹣6m3
因此吸管受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2.4×10﹣6m3=2.4×10﹣2N。
②由于密度计不管是在水中还是在液体中,都是漂浮状态,
所以F浮水=F浮液=G,
设密度计的底面积为S,已知吸管浸入水中的深度为8cm,浸入液体中的深度为10cm,
则ρ水gSh水=ρ液gSh液,
即:
1.0g/cm3×g×S×0.08m=ρ液×g×S×0.1m,
解得:
ρ液=0.8g/cm3;
所以将该吸管放入某液体中,吸管浸入液体的深度为10cm,则在该处标记0.8刻度线;
因为△V=S△h,所以,要使△h变大,应减小S,具体做法是:
用更细的吸管;故选B。
故答案为:
(1)大气压;
(2)①2.4×10﹣2;②0.8;B。
二.计算题(共2小题)
3.
【解答】解:
(1)因为当秤盘上不放物体时,小筒漂浮,小筒和秤盘总重G0=0.6N,
所以小筒受到的浮力:
F浮=G0=0.6N,
(2)当秤盘上不放物体时,即浮力等于小筒和秤盘总重为0.6N,
根据F浮=ρ液gV排可得,排开液体的体积为:
V排=
=
=6×10﹣5m3;
浸入水中的深度为:
h水=
=
=0.06m=6cm;
即物当秤盘上不放物体时,应在小筒A上距离小筒A底部6cm处标出该浮力秤的零刻度线;
(3)①小筒底受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa,
②此时小筒受到的浮力:
F浮=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.001m2×0.1m=1N,
③因整体漂浮,所以物体、小筒和秤盘的总重:
G总=F浮=1N,
则物体的重:
G=G总﹣G0=1N﹣0.6N=0.4N,
物体的质量:
m=
=
=0.04kg。
故答案为:
(1)0.6N;
(2)6;
(3)如图乙,在秤盘上放一物体后,小筒浸入水中的深度h为0.1m,则此时小筒底受到水的压强是1.0×103Pa;小筒受到的浮力是1N;该物体的质量为0.04kg。
4.
【解答】解:
(1)石块受到的重力远大于空饮料瓶受到的重力,所以浮力秤的重心较低,并低于浮力的作用点,如右图所示,当浮力等于重力时,浮力秤将竖直漂浮在水中。
如果没有石块,整套装置的重心将会高于浮力的作用点,在浮力和重力的作用下,浮力秤容易歪斜,难以竖直漂浮在水中。
所以石块的作用是可以使浮力秤能够竖直地漂浮在水中。
(2)设被测物体的质量为m,饮料瓶圆柱状部分的半径为r,在浮力秤中放入被测物体后,瓶身浸入的深度增加值为h,
则浮力秤再次漂浮时,增大的浮力等于增大的重力,即△F浮=G,
结合阿基米德原理可得:
ρ水gπr2h=mg,
可得:
h=
,
因为ρ水、π、r为定值,
所以h与m成正比,即这种浮力秤的质量刻度是均匀的;
(3)因为h=
,
所以m=ρ水πr2h﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
其中ρ水=1.0×103kg/m3,r=
=4.0cm,h1=1cm,h2=2cm,h3=3cm,h4=4cm,
将以上数据代入①式,可得对应1、2、3、4各刻度线的质量值应标记为50g、100g、150g、200g.如下图如所示:
答:
(1)石块的作用是可以使浮力秤能够竖直地漂浮在水中;
(2)是均匀的;见解答过程;
(3)1、2、3、4各刻度线所对应的质量值应分别标为50g、100g、150g、200g。
三.解答题(共1小题)
5.
【解答】解:
由表中数据可得:
物重G与水面到“0N”刻度线的距离H成正比,即
为一定值,所以当水面离“0N”刻度线3.5厘米时,秤盘上所放的物体重为7N;
(1)秤盘排开水的体积:
v排=0.02m2×0.05m=0.001m3,
秤盘受到的浮力:
F浮=ρ水v排g=1×103kg/m3×10N/kg×0.001m3=10N;
(2)秤盘底受到水的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa。
故答案为:
物重G与水面到“0N”刻度线的距离H成正比;7;
(1)秤盘受到的浮力为10N;
(2)秤盘底受到水的压强为1000Pa。
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