★典例四:
(2019·达州)如图所示,甲、乙两个底面积不同的圆柱形容器中分别盛有两种不同的液体A、B,液体对两个容器底的压强相等。
现将两个质量相等的物体分别放入两个容器中,静止时个漂浮、一个悬浮(液体均无溢出,则液体密度ρA、ρB和液体对容器底部的压强p甲、p乙的大小关系正确的是()。
A.ρA<ρBp甲<p乙B.ρA>ρBp甲>p乙
C.ρA>ρBp甲<p乙D.ρA<ρBp甲>p乙
【答案】C。
【解析】
(1)由图知:
hA<hB,已知两种液体对容器底的压强相等,则根据p=ρgh可知,ρA>ρB;故AD错误;
(2)因为原来两容器中液体产生的压强相等,均匀柱形容器,则FA=GA=pSA;FB=GB=pSB;
又因为SA>SB,可得GA>GB,
由将两个质量相等的物体分别放入两个容器中,静止时一个漂浮,另一个悬浮(液体均无溢出),由于两物体重力相等都为G,
则由p甲=p+
;p乙=p+
,
所以,p甲<p乙;故B错误,C正确。
故选C。
典例五:
(2019·贵港)如图所示,是同学们在“探究同一物体所受的浮力大小与哪些因素有关”的实验过程图。
图甲、乙、丙容器中装的液体是水,图丁容器中装的液体是酒精,F1、F2、F3、F4分别是图甲、乙、丙、丁中弹簧测力计的示数。
请回答以下问题:
(1)图甲中,弹簧测力计的示数F1=________N。
(2)物体完全浸没在水中时所受的浮力为________N。
(3)分析图中乙、丙两图实验数据可得:
物体所受的浮力大小与________有关;分析图中________两图实验数据可得:
物体所受的浮力大小与液体密度有关。
(4)实验中釆用的探究方法在研究物理问题时经常用到,称为________法。
【答案】
(1)4.8;
(2)2;(3)物体排开液体的体积;丙和丁;(4)控制变量。
【解析】
(1)由图甲知,弹簧测力计的分度值为0.2N,图中指针指在4至5之间的第4条刻度线处,所以示数为4.8N;
(2)由图甲和图丙知,物体完全浸没在水中时所受的浮力为
;
(3)由乙、丙两图实验数据得,物体所受的浮力大小与物体排开液体的体积有关;为了得出物体所受浮力大小与液体密度有关,需确保物体排开液体的体积相同,而物体所在的液体的密度不同,所以应分析图丙和图丁两图的实验数据;
(4)因为物体在液体中受到的浮力可能受到多个因素影响,所以在探究本实验时,需要采用控制变量法。
【考点二】浮力的利用
★典例一:
(2019·福建)如图,气球下面用细线悬挂一石块,它们恰好悬浮在水中。
已知石块与气球的总重力为G总,则气球受到的浮力F浮________G总(选填“>”“<”或“=”);若水温升高,石块将(选填“上浮”“下沉”或“保持悬浮”)。
【答案】<,上浮。
【解析】考查受力分析,浮力的大小变化,属于中等题。
由于悬浮两者处于平衡状态,对气球和石块整体做受力分析,可得总重力=气球受到的浮力+石块受到的浮力,所以F浮<G总;水温升高,气球热胀,体积变大,根据阿基米德原理,可知气球受到的浮力增加,整体受到的浮力大于总重力,整体一起上浮。
★典例二:
(2019·贵港)三块完全相同的冰块分别漂浮在甲、乙、丙三种不同液体中,这三种液体的密度分别为ρ甲、ρ乙、ρ丙。
当冰块熔化后,甲液体液面高度不变,乙液体液面高度升高,丙液体液面高度降低。
下列关系正确的是()。
A.ρ甲<ρ乙<ρ丙B.ρ丙<ρ甲<ρ乙C.ρ丙<ρ乙<ρ甲D.ρ乙<ρ丙<ρ甲
【答案】B。
【解析】根据漂浮条件得
,则在三种液体中,分别得
、
、
。
当冰块熔化成水后,质量保持不变,则对甲液体有
,因为甲液体液面高度不变,即有
,所以
;
同理,对乙液体有
,因为乙液体液面高度升高,即有
,所以
;
对丙液体有
,因为丙液体液面高度下降,即有
,所以
;综上得ρ丙<ρ甲<ρ乙,故应选B。
★典例三:
(2019·泸州)庆祝中国人民解放军海军成立70周年海上阅兵活动在青岛附近海域举行,图中093改进型攻击核潜艇于2019年4月27日公开亮相,进行了战略巡航。
该潜艇最大核动力功率为2.8×104kW,完全下潜到海面下后的排水量为6.8×103t(取海水密度ρ=1×103kg/m3、g=10N/kg)。
问:
(1)该潜艇悬浮时,其上一面积为0.05m2的整流罩距海面深度为200m,此时整流罩受到海水的压力为多少?
(2)若最大核动力功率转化为水平推力功率的效率为80%,该潜艇在海面下以最大核动力功率水平巡航时,受到的水平推力为1.6×106N,此时潜艇的巡航速度为多少?
(3)该潜艇浮出海面处于漂浮时,露出海面的体积为1.5×103m3,此时潜艇的总重量是多少?
【解析】
(1)潜艇下潜到200m深处时,h=200m;
此时整流罩所受海水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×200m=2×106Pa。
整流罩的面积:
S=0.05m2,
由p=
变形得,整流罩所受压力为:
F=pS=2×106Pa×0.05m2=1×105N。
(2)最大核动力功率:
P总=2.8×104kW=2.8×107W;
根据η=可得:
有用功率:
P有用=ηP总=80%×2.8×107W=2.24×107W;
由P=Fv得潜艇的巡航速度:
v==
=14m/s;
(3)完全下潜到海面下后的排水量为6.8×103t,
则V=V排=
=
=6.8×103m3。
潜艇浮出海面处于漂浮时,排开水的体积V排′=V-V露=6.8×103m3-1.5×103m3=5.3×103m3,
根据漂浮条件和F浮=ρ液gV排可得,此时潜艇的总重量:
G=F浮=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×5.3×103m3=5.3×107N。
答:
(1)整流罩受到海水的压力为1×105N;
(2)潜艇的巡航速度为14m/s;(3)该潜艇浮出海面处于漂浮时,潜艇的总重量是5.3×107N。
选自近三年中考真题和各名校模拟考题,加强考点训练
一、选择题
1.(2019·天津)在底面积为S的薄壁柱形容器内注入适量的水,让空烧杯漂浮在水面上,测出水的深度为h0,如图所示:
再将一金属球放入烧杯中,此时烧杯仍漂浮在水面上,测出水的深为h1,最后将该金属球取出放入水中(空烧杯仍漂浮在水面上,待金属球沉底后测出水的深度为h2,已知水的密度为ρ水,则()。
A.金属球的密度为
;
B.金属球的密度为
;
C.金属球沉底后,它对容器底的压力为
;
D.金属球沉底后,它对容器底的压力为
2.(2019·湖州)放有适量水的烧杯置于水平桌面上。
将一木块浸没到水中一定深度后撤去外力,木块开始上浮,如图所示,最后漂浮,且有五分之二体积露出水面。
下列叙述中,错误的是()。
A.在露出水面之前,木块所受浮力不变;
B.在露出水面之前,木块所受浮力大于木块的重力;
C.木块在浸没和漂浮两种情况下,水对烧杯底的压强相等;
D.木块的密度为
克/厘米
3.(2019·遂宁)如图所示,水平桌面上三个完全相同的容器内装有适量的水,将A、B.C三个体积相同的小球分别放入容器内,待小球静止后,A漂浮、B悬浮、C沉底,此时三个容器内水面高度相同。
下列判断正确的是()。
A.容器底部受到水的压强关系:
;B.小球受到的浮力关系:
;
C.容器对桌面的压力关系:
;D.小球的质量关系:
4.(2019·邵阳)潜入海底观光是人们现代旅游休闲方式之一。
某潜水爱好者从水下2m深继续下潜的过程中,他受到的浮力和海水对他的压强变化的情况分别是(不考虑海水的密度变化)()。
A.浮力逐渐变大,压强不变;B.浮力逐渐变大,压强逐渐变大;
C.浮力不变,压强逐渐变大;D.浮力逐渐变小,压强逐渐变大
5.(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
6.(2019·潍坊)2019年4月,中国自主研发的600m无人遥控潜水器“海龙Ⅲ”成功完成下潜任务。
在某次下潜中,若从“海龙Ⅲ”刚好浸没开始计时,到返回水面结束计时,下潜深度h随时间t的变化关系如图乙所示。
忽略海水密度变化和“海龙Ⅲ”的形变,下列对“海龙Ⅲ”分析正确的是()。
A.从开始到结束计时,共用时10min
B.在1~3min,受到海水的浮力逐渐变大
C.在4~6min,处于匀速直线运动状态
D.在6~8min,受到海水的压强逐渐减小
7.(2019·绵阳)我国10万吨级的“新光华”号半潜船拥有两个标准足球场大的甲板,为亚洲最大。
2019年1月,“新光华”号半潜船从巴西运载2.5万吨的超大型钻井平台回到广州。
半潜船装载钻井平台的工作过程示意图如图所示,半潜船先通过调整水舱里的压载水量,平稳地将船身和甲板潜入约30米深的水下,只露出船楼建筑;然后将漂浮的钻井平台拖拽到甲板正上方水面,半潜船开始排出水舱里的压载水,上浮到甲板与钻井平台底部接触时,将钻井平台绑扎固定在甲板上,继续排出水舱里的压载水,半潜船船身连同钻井平台一起上浮,浮出水面,最后静止。
半潜船在上浮过程中()。
A.当排出的压载水重大于钻井平台重时才开始上浮
B.当排出的压载水重等于钻井平台重时才开始上浮
C.排出的压载水总重大于钻井平台重
D.排出的压载水总重等于钻井平台重
二、填空题
8.(2019·苏州)2019年4月23日,中国人民海军成立70周年阅兵仪式在黄海举行。
(1)两并排行驶的舰艇编队间距较远(如图所示),这是因为若靠得过近,彼此间海水流速会很大,导致压强很______,压力差会使舰艇发生碰撞;
(2)在仪式上,我国研制的新型核潜艇浮出水面接受检阅,它是通过减小所受______(选填“重力”或“浮力”)实现上浮的;
(3)901综合补给舰也一起亮相,该舰的满载排水量约为40000t,它满载时所受的浮力约为_____N。
(g=10N/kg)
9.(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。
10.(2017·南通)“海翼”号深海滑翔机,刷新了下潜深度的世界纪录。
“海翼”号通过改变自身油囊体体积实现浮沉,如图,下沉时,油囊体积变小,滑翔机所受浮力,海水对它的压强将;当机翼对水施加向后的推力时,由于力的作用是,滑翔机会获得向前的动力;深海中的滑翔机利用声呐装置与海面联系,声呐是利用波传递信息的。
11.(2019·武威)2018年4月20日,我国最先进的自主潜水器“潜龙三号”首次下潜(如图所示)。
潜水器在水面下匀速下潜过程中(假定海水的密度不变),受到的浮力______(选填“变大”、“不变”或“变小”),潜水器下表面受到的压强______(选填“变大”、“不变”或“变小”)。
12.(2019·湘潭)如图1所示,弹簧测力计用细线拉着一长方体物块A,从水池中竖直向上做匀速直线运动,上升到水面以上一定的高度。
物块上升的速度为1cm/s,弹簧测力计示数F随物块上升的时间t变化的图象如图2所示。
不计阻力及水面高度的变化,根据图象信息:
(1)当15s时,测力计示数F=N。
(2)物块A重N,高度为cm。
(3)当t=0时,A受到的浮力为N,此时A底部受到水的压强大小为Pa。
(4)物块A的密度为多大?
三、实验探究题
13.(2019·河北)小明用如图所示的装置探究“影响浮力大小的因素”,(已知ρ水=1.0×103kg/m3,取g=10N/kg)
(1)小明利用图1甲所示的实验装置,将圆柱体合金块慢慢浸入水中时,根据测得的实验数据,作出了弹簧测力计示数F示与合金块下表面所处深度h的关系图象(如图2中①所示)。
实验过程中合金块所受浮力的变化情况是。
请在图2中画出F浮随h变化的关系图象,分析图象可知,浸在水中的物体所受浮力的大小跟它排开水的体积成。
(2)将合金块分别浸没在水和某液体中(如图1乙、丙所示),比较图1甲、乙、丙可知:
。
(3)合金块的密度为ρ合金=g/cm3。
(4)若用此合金块制成一空心合金球,当合金球恰好能悬浮于图1丙所示液体中时,空心部分的体积是cm3。
14.(2017•无锡)同学们用空塑料瓶和细沙等实验器材探究影响浮力大小因素。
(g取10N/kg,ρ水=1×103kg/m3)
(1)为了测出塑料瓶的体积,进行如下操作:
①把天平放在水平桌面上,调节天平平衡,在左盘中放入盛有适量水的烧杯,通过増减砝码和移动游码使天平再次平衡,所加砝码和游码的位置如图甲所示,烧杯和水的总质量为。
②在空塑料瓶中装入适量细沙,拧紧瓶盖,在瓶颈系一细绳,手拿细绳将塑料瓶完全浸没于烧杯的水中(瓶没有接触烧杯,水未溢出),通过増减祛码和移动游码使天平再次获得平衡,所用砝码总质量和游码所示质量之和为167g,塑料瓶的体积是cm3。
(2)同学们根据生活经验提出了如下三种猜想,并举出了相应的实例
猜想一,浮力的大小与物体的密度有关,实例:
铁块可以在水中下沉,木头可以浮在水面上;
猜想二,浮力的大小与液体的密度有关,实例:
鸡蛋可以在水中下沉,在盐水中可以浮起来;
猜想三,浮力的大小与浸入液体的深度有关,实例:
在游泳池里,人越往下蹲感觉到水向上托自己的力越大;
为了验证以上猜想是否正确,同学们选择了装入细沙的塑料瓶和其他实验器材进行探究,实验过程如图乙所示。
①根据实验步骤d和(填序号),可以确定猜想二是正确的;
②根据实验步骤c和d可以验证猜想三是(选填“正确”或“错误”);对该猜想对应的实例,合理的解释是。
③要验证猜想一是否正确,可以在塑料瓶中后再进行探究。
④同学们讨论认为,猜想一和猜想二中的实例反应了物体的浮与沉可能与密度有关,要选用一个能漂浮在图e中盐水上的物体时,物体的密度应小于g/cm3(计算结果保留1位小数)。
15