C选项:
若,A放入水中后,A悬浮,木块仍漂浮
水受到容器底的支持力
=++
因为=F,水对容器底的压力不变,容器底受到水的压强p不变,深度h不变,即容器中水面高度不变。
D选项:
A放在木块上和悬挂在木块下面,两次比较,A和木块均漂浮
水受到容器底的支持力
=++
因为=F,水对容器底的压力不变,容器底受到水的压强p不变,深度h不变,即容器中水面高度不变。
【答案】BD
2.解题方法
(1)画出情境图,找出体积之间的关系。
(2)作出受力分析图,列出力的平衡式。
(3)结合已知条件利用公式列出方程或方程组,求解。
专题巩固
1.在柱状容器里注入适量的浓盐水,在盐水中放入一块冰,冰与盐水的质量相等,并始终漂浮在盐水面上。
当一半冰熔化之后,发现容器里的水面上升的高度为h,当剩余的冰全部熔化之后,水面将又会上升()
图17-6
A.hB.hC.hD.h
【答案】C
【解析】漂浮的物体质量是m,烧杯里的液体的质量是M,烧杯底面积为S,液体的密度是,则可以得出,图中液面下烧杯内的体积V=Sh=
推导过程如下:
由ρ=得,烧杯内液体的体积=
由阿基米德原理,=G,G=mg得
==
=+=。
设浓盐水的体积为,冰未熔化时排开盐水的体积与盐水的体积之和为,冰块全部熔化成水后的体积为,冰块和盐水的质量均为M
则在冰没有熔化时,=
在冰熔化一半时,
===+
在冰完全熔化后,
==
=Sh=-
=Sh′=-
所以Sh=2Sh′,h′=h。
2.如图17-7所示,水平桌面上放有一圆柱形容器,容器内有一个装有铝块的平底塑料盒漂浮在水面上,塑料盒底始终与容器底平行,且塑料盒的底面积等于圆柱形容器底面积的一半,将铝块取出后,塑料盒盒底距离容器底的高度变化量为Δh,容器中水面高度变化量为Δh′,推导Δh与Δh′之间的数量关系。
图17-7
【答案】Δh=Δh′
3.如图17-8甲所示,装有部分水的试管竖直漂浮在容器内的水面上,试管内水面与容器底部的距离为h,试管壁粗细均匀、厚度不计。
现将一物块完全浸没在该试管内的水中,发现试管内水面与容器底部的距离恰好仍为h,如图乙所示,若试管横截面积与容器横截面积之比为1∶5,则下列说法正确的是()
甲乙
图17-8
A.放入的物块密度为
B.放入的物块密度为
C.放入的物块密度为
D.小试管内水面变化与容器内水面变化的高度相等
【答案】B
【解析】设试管底面积为,容器底面积,物块浸没在该试管内的水中后,试管中水面上升的高度是,试管底部再下沉的深度,因试管下沉容器液面上升的高度,试管内物块体积,
,
试管增加的浮力,
容器底部增加的压力,
因为试管内放入物块后,试管处于漂浮状态,所以放入物块的重量等于试管增加的浮力等于容器底部增加的压力
依题意有,代入,得,
因试管内水面与容器底部的距离都为h,
所以,
=
则。
故选B。
4.器材:
底面积为S的圆柱形玻璃筒、小烧杯、适量的水、刻度尺。
请你利用所给的器材,测量一块铁矿石(可放入小烧杯中)的密度。
要求:
(1)写出实验步骤、需要测量的物理量;
(2)写出用已知量和测量量表示的铁矿石密度的表达式。
【答案】实验步骤:
①在圆柱形玻璃筒内放入适量水,将空的小烧杯放在水面上漂浮,用刻度尺测出玻璃筒中的水面高度。
②再将铁矿石放入烧杯中,漂浮在水面上,用刻度尺测出玻璃筒中的水面高度。
③将铁矿石从烧杯中取出,放入玻璃筒内的水中沉底,空的小烧杯仍漂浮在水面上,用刻度尺测出玻璃筒中的水面高度。
表达式ρ=。
5.如图17-9所示,将底面半径为2R的圆柱形薄壁容器(不计容器重)放在水平桌面上,把高为h、密度为ρ、半径为R的实心圆柱体木块竖直放在容器中,然后向容器内注水,则若使木块竖直漂浮,向容器中注入水的质量至少为多少?
图17-9
【答案】ρh
6.如图17-10所示,正方体木块漂浮在水面上,其总体积的露出水面,不可伸长的细绳处于松弛状态。
已知绳子能承受的最大拉力为5N,木块棱长为0.1m,容器底面积为0.02,容器底部有一阀门K。
求:
图17-10
(1)木块的密度;
(2)打开阀门使水缓慢流出,当细绳断裂前一瞬间关闭阀门,此时木块排开水的体积为多少?
(3)在细绳断开后木块再次漂浮时,容器底受到水的压强与断绳前的瞬间相比,容器底受到水的压强怎样变化?
改变了多少?
(g取10N/kg)
【解】
(1)因为木块漂浮,
所以,
因为g,g,
所以g,
因为木块总体积的露出水面,
所以=,
==;
(2)当细绳断裂时,,
设此时木块排开水的体积为,则:
g,
即:
×10N/kg+5×10N/kg
解得:
;
==,
Δh===0.025m,
×10N/kg×0.025m=250Pa,
即容器底受到水的压强增大了250Pa。
7.如图17-11甲所示,圆柱形平底容器置于水平桌面上,其底面积为500。
在容器内放入一个底面积为200、高为20cm的圆柱形物块,物块底部的中心通过一段细线与容器底部相连。
向容器内缓慢注入某种液体直至将其注满,如图乙所示。
已知在注入液体的过程中细线对物块的拉力F随液体深度h的变化关系图象如图丙所示。
若将细线剪断,当物块静止时,液体对容器底部的压强为多少?
(g取10N/kg)
甲乙丙
图17-11
【答案】4640【解析】圆柱形物块的体积V=200×20cm=4000=0.004;
由丙图象可以看出,液体深度由30cm到35cm,液面变化了5cm,拉力变化了8N,则浮力变化了8N,
,
所以==
物块浸没时受到的浮力为
×10N/kg×0.004=32N;
物块的重力为-F=32N-8N=24N;
将细线剪断,当物块静止时,物体漂浮,受到的浮力=G=24N;
此时排开液体的体积
==
排开水的体积减小了
=0.004;
水的深度减小Δh===0.02m
水的深度为h=0.6m-0.02m=0.58m;
当物块静止时,液体对容器底部的压强为×10N/kg×0.58m=4640Pa。
8.(2016和平区二模·25题·7分)如图17-12甲所示,底面积为S的圆柱形薄壁容器内装有密度为ρ的液体。
密度为、横截面积为、高度为的圆柱形物块由一段非弹性细线与天花板相连,且部分浸入液体中,细线刚好被拉直。
打开容器底部的抽液机匀速向外排液,若细线能承受的最大拉力为T,当细线上拉力为T时,停止排液。
请解答下列问题:
甲乙
图17-12
(1)细线刚好被拉直,物块浸入液体中的深度;
(2)推导出细线被拉断前,细线对木块拉力F与抽液机排出的液体质量m之间的关系式;
(3)在图乙中,定性画出物块所受浮力与抽液机排出的液体质量m变化关系的图象。
【解】
(1)细线刚好被拉直时物块漂浮(受力分析如图17-13所示)
图17-13
=G
,h=。
(2)细线被拉断前,受力分析如图17-14所示
图17-14
+F=G
Δh
抽液机排出的液体质量Δh
=。
(3)如图17-15所示。
图17-15
真题演练
1.(2003天津中考·14题·3分)将一个实心铁球A和一个密度小于水的木球B放在一个小盒中,再将小盒放在水槽中,漂浮在水面上。
那么下列说法中正确的是()
A.只将A从盒中拿出放到水槽的水中,水槽中水面高度不变
B.只将A从盒中拿出放到水槽的水中,水槽中水面高度下降
C.只将B从盒中拿出放到水槽的水中,水槽中水面高度下降
D.将两个小球都从盒中拿出放到水槽的水中,水槽中水面高度下降
【答案】BD
【解析】当2个球放在小盒里能漂浮水面上,那么它们受到的浮力等于它们的总重力,排开水的体积为V。
当把A球拿出放入水里,此时,A球必然下沉,所受浮力小于重力,根据阿基米德原理,排开水的体积变少,所以水位下降。
若把B球拿出放入水里,由于B球的密度小于水,最后将漂浮在水面上,所以浮力仍然等于重力,排开水的体积不变。
故选BD。
图17-16
2.(2000天津中考·33题·7分)在一圆柱形容器中盛有水,水面漂浮着一个小容器。
当将一个实心小塑料球放入小容器中后,大容器中的水面上升的高度是,如图17-16所示。
若把这个塑料球从小容器中拿出投入大容器的水中,液面降低了,求这个塑料小球的密度。
【解】设大容器的底面积为S,塑料球体积为,密度为,当把塑料球放入小容器中时,增加的排开水的体积为,则有:
①
②
当把塑料球从小容器中拿出放入水中后,塑料球排开水的体积为,则:
③
由①③可得
=
化简可得:
④
由②④可得
可得:
=。
3.(2002天津中考·34题·7分)如图17-17所示,底面积为的圆柱形容器内盛有适量的水,另一底面积为的圆柱体A有部分体积浸在水中,当圆柱体A相对于容器下降高度为h时(水没有溢出,圆柱体A也未全部没入水中),求圆柱体A所受水的浮力的增加量为多少?
图17-17
【解】圆柱体A原来排开水的体积为,则′,
圆柱体下降h后排开水的体积为,则
图17-18
(h+Δh)
排开水的体积的变化:
(h+Δh),
两液面的变化:
Δh==
解得:
Δh=h
·Δh=h
h。
4.(2015天津中考·25题·6分)底面积为的圆柱形薄壁容器内装有密度为的液体,横截面积为的圆柱形木块由一段弹性细线与容器底部相连,且部分浸入液体中,此时细线刚好伸直,如图17-19所示。
已知细线所能承受的最大拉力为T,现往容器中再缓慢注入密度为的液体,直到细线刚好被拉断为止。
请解答下列问题:
图17-19
(1)画出细线刚好伸直时,木块在竖直方向上的受力示意图;
(2)导出细线未拉断前,细线对木块拉力F与注入的液体质量m之间的关系式;
(3)求出细线刚好被拉断时与细线断后容器中液面恢复稳定时,容器底部所受液体压强的变化量。
【答案】
(1)如图17-20所示。
图17-20
(2)注入液体的质量为m时,细线对木块的拉力为F
=
F=m。
(3)当细线刚好被拉断时
=G+T
液面恢复稳定后
=G
=T
=T
Δp=。
5.(2016天津中考·25题·6分)现有一质地均匀密度为的实心圆柱体,底面积为、高为,将其中间挖去底面积为的小圆柱体,使其成为空心管,如图17-21甲所示。
先用硬塑料片将空心管底端管口密封(硬塑料片的体积和质量均不计)。
再将其底端向下竖直放在底面积为S的柱形平底容器底部,如图乙所示。
然后沿容器内壁缓慢注入密度为ρ的液体,在注入液体的过程中空心管始终保持竖直状态。
(1)当注入一定量的液体时,空心管对容器底的压力刚好为零,且空心管尚有部分露在液面外,求此时容器中液体的深度。
(2)去掉塑料片后,空心管仍竖直立在容器底部,管外液体可以进入管内,继续向容器中注入该液体。
若使空心管对容器底的压力最小,注入液体的总质量最少是多少?
甲乙
图17-21
【解】
(1)设液体深度为,由题意可知此时空心管刚好漂浮
=。
(2)若≥ρ,设液体深度为、质量为,由题意可知,若空心管对容器底的压力最小,此时空心管所受浮力最大,其应刚好被浸没,
=
若<ρ,设液体深度为、质量为,由题意可知此时空心管刚好漂浮
,=
=。