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第十章浮力第1節(jié)浮力知識(shí)點(diǎn)1:浮力1.生活中的浮力現(xiàn)象天鵝、帆船、遼寧艦都能夠漂浮在水面上,說明水對(duì)它們有一個(gè)向上托的力;熱氣球能夠飄浮在空中,說明空氣對(duì)熱氣球也有一個(gè)向上托的力。2.浮力定義∶浸在液體(或氣體)中的物體受到向上的力,這個(gè)力叫做浮力。理解:對(duì)"浸在"的理解"浸在"包括"部分浸入"和"全部浸入(即浸沒)"兩種情況。也就是說,不管是在液體表面漂浮的物體,還是在液體內(nèi)部懸浮或者沉底的物體,都受到浮力的作用。3.認(rèn)識(shí)浮力(1)浮力的方向∶豎直向上。無論液體如何放置,浸入液體中的物體形狀如何,物體是否運(yùn)動(dòng),物體處于漂浮、懸浮、還是沉底狀態(tài),浮力的方向總是豎直向上的,與重力的方向相反。(2)浮力的施力物體∶液體(或氣體)。(3)浮力的受力物體:浸在液體(或氣體)中的物體。4.測(cè)量浮力大小的簡(jiǎn)便方法——稱重法測(cè)量步驟∶(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出物體在空氣中所受的重力G;(2)把物體浸在液體中,讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F;(3)浸在液體中的物體所受浮力的大小為F浮=GF。理解:稱重法測(cè)浮力原理如圖所示,對(duì)浸在液體中的物體受力分析∶物體受豎直向下的重力G、豎直向上的浮力F浮、彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)它豎直向上的拉力F,在這三個(gè)力的作用下,物體處于靜止?fàn)顟B(tài),因此有G=F浮+F,變形得F浮=GF。5.浮力產(chǎn)生的原因∶浸沒在液體中的物體,受到液體對(duì)它向上和向下的壓力不同。以水中的長(zhǎng)方體為例,如圖所示,長(zhǎng)方體的六個(gè)面分別受到水對(duì)它的壓強(qiáng)和壓力前后兩個(gè)面(或左右兩個(gè)面)∶中心點(diǎn)在水中的深度相同,壓強(qiáng)相同,根據(jù)F=pS,前后兩個(gè)面(或左右兩個(gè)面)受到水對(duì)它的壓力大小相同、方向相反,為一對(duì)平衡力,合力為零。上下兩個(gè)面∶上表面所處深度小于下表面所處深度,因此上表面受到的壓強(qiáng)小于下表面受到的壓強(qiáng),水對(duì)上表面的壓力小于水對(duì)下表面的壓力,即F向下<F向上,因此長(zhǎng)方體受到向上的浮力∶F浮=F向上F向下。6.浮力大小的另一種計(jì)算方法——壓力差法以上圖為例(長(zhǎng)方體上下表面的面積均為S)∶長(zhǎng)方體的下表面受到的力∶F向上=p向上S=ρ液gh2S;長(zhǎng)方體的上表面受到的力∶F向下=p向下S=ρ液gh1S;長(zhǎng)方體受到的浮力∶F浮=F向上F向下=ρ液gh2Sρ液gh1S=ρ液gS(h2h1)。理解:兩種特殊情況下的浮力1.物體漂浮時(shí)的浮力(圖甲)∶物體漂浮時(shí),上表面不受液體的壓力,因此浮力F浮=F向上。2.不受浮力的情況(圖乙)∶浸在液體中的物體不一定都受到浮力的作用,當(dāng)物體的下表面與容器底部(或河床等)緊密貼合時(shí),液體對(duì)它沒有向上的壓力,即F向上=0N,這時(shí)物體不受浮力的作用,如插入河床中的木樁、橋墩等。知識(shí)點(diǎn)2:決定浮力大小的因素決定浮力大小的因素∶(1)物體浸在液體中的體積∶液體密度相同時(shí),物體浸在液體中的體積越大,物體所受的浮力就越大。(2)液體密度∶物體浸在液體中的體積相同時(shí),液體的密度越大,物體所受的浮力就越大。綜上,物體排開液體的體積越大、液體的密度越大,物體受到的浮力就越大。應(yīng)用1對(duì)浮力的理解例1:下列關(guān)于浮力的說法中,正確的是()A.在液體中下沉的物體不受浮力B.浮力的方向總是豎直向下C.浮力的施力物體是氣體或液體D.漂浮的物體比沉底的物體受到的浮力大【答案】C【詳解】A.浸在液體或氣體里的物體受到液體或氣體豎直向上托的浮力,在液體中下沉的物體也受浮力,故A錯(cuò)誤;B.浮力的方向與重力的方向相反,總是豎直向上,故B錯(cuò)誤;C.浸在液體中的物體受到浮力的施力物體是液體,浸在氣體中的物體受到浮力的施力物體是氣體,故C正確;D.漂在水面的物體如果排開液體的體積比沉在水底的物體排開液體的體積小,根據(jù)可知,漂在水面的物體比沉在水底的物體受到的浮力小,故D錯(cuò)誤。故選C。應(yīng)用2稱重法測(cè)浮力例2:如圖,把小石塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)上,示數(shù)為2.5N,再將石塊浸沒在鹽水中,示數(shù)變?yōu)?.5N,利用以上信息做出的判斷錯(cuò)誤的是()A.石塊重2.5N B.石塊受到的浮力為1NC.石塊受到的拉力為1.5N D.石塊受到的浮力為1.5N【答案】D【詳解】A.由圖甲可知,彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)石塊的拉力等于石塊的重力,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.5N,因此石塊重2.5N,故A正確,A不符合題意;C.由乙圖可知,石塊浸在水中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.5N,說明石塊受到彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為1.5N,故C正確,C不符合題意;BD.由圖甲可知,石塊重2.5N,由乙圖可知,石塊浸在水中時(shí),受到彈簧測(cè)力計(jì)的拉力為1.5N,根據(jù)稱重法可知,石塊受到的浮力為故B正確,B不符合題意;D錯(cuò)誤,D符合題意。故選D。應(yīng)用3浮力產(chǎn)生原因的應(yīng)用例3:如圖所示,水對(duì)物體向上、向下的壓力分別為F2=20N和F1=5N,物體受到的浮力大小為______,方向?yàn)開_____,施力物體是______?!敬鸢浮?/p>
15N
豎直向上
水【詳解】[1]浮力產(chǎn)生的原因是物體受到的向上和向下的壓力差,所以物體受到的浮力為F浮=F2﹣F1=20N﹣5N=15N[2][3]由于豎直向上的壓力大于豎直向下的壓力,所以浮力方向豎直向上,其施力物體是水。應(yīng)用4影響浮力大小因素的辨析例4:關(guān)于圖中所示實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.可以探究浮力的大小是否跟物體的密度有關(guān)B.可以探究浮力的大小是否跟液體的密度有關(guān)C.可以探究浮力的大小是否跟物體浸沒的深度有關(guān)D.可以探究浮力的大小是否跟物體浸在液體中的體積有關(guān)【答案】D【詳解】AB.探究浮力的大小是否跟物體的密度有關(guān),要控制排開液體的體積和密度相同,只改變物體(液體)的密度大小,只有一個(gè)物體(一種液體),故AB錯(cuò)誤;C.探究浮力的大小是否跟物體浸沒的深度有關(guān),要控制排開液體的體積和密度相同,改變深度大小,由圖知,由于液體深度小,故無法完成,故C錯(cuò)誤;D.探究浮力的大小是否跟物體浸在液體中的體積有關(guān),控制液體的密度相同,改變物體浸在液體的體積不同,由稱重法可知浮力大小,故D正確。故選D。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn):探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄扛×Υ笮∨c物體浸沒在液化中的深度的關(guān)系探究浮力大小與物體浸在液體中的體積的關(guān)系探究浮力大小與液體的密度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)圖示控制變量物體浸入液體中的體積相同,液體密度相同,物體所處深度不同液體密度相同,物體浸入液體的體積不同物體浸在液體中的體積相同,液體密度不同實(shí)驗(yàn)操作(1)測(cè)出物體的重力G;(2)將物體浸沒在同一液體中不同深度,分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1,F(xiàn)2(1)測(cè)出物體的重力G:(2)將物體浸在同一液體中,改變物體浸入液體的體積,分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1、F2(1)測(cè)出物體的重力G;(2)將物體浸沒在不同液體中,并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象乙、丙兩種情況,彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)相同,即F1=F2乙、丙兩種情況,彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不同,且F1>F2乙、丙兩種情況,彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)不同,且F1>F2實(shí)驗(yàn)分析根據(jù)F浮=GF可知,兩種情況下物體所受浮力相等根據(jù)F浮=GF可知,兩種情況下物體所受浮力不相等,且F浮1<F浮2根據(jù)F浮=GF可知,兩種情況下物體所受浮力不相等,且F浮1<F浮2實(shí)驗(yàn)結(jié)論浮力大小跟物體浸沒在液體中的深度無關(guān)浮力大小跟物體浸在液體中的體積(排開液體的體積)有關(guān),液體密度相同時(shí),物體浸在液體中的體積越大,物體所受的浮力越大浮力大小跟液體的密度有關(guān),物體浸在液體中的體積(排開液體的體積)相同時(shí),液體的密度越大,物體所受的浮力就越大注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)時(shí),容器內(nèi)的液體體積要適量,以能浸沒物體又不溢出液體為準(zhǔn);(2)在探究過程中,要沿豎直方向拉彈簧測(cè)力計(jì),并且物體不能與容器的底部和側(cè)壁接觸;(3)讀數(shù)時(shí),等彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定后再讀物理方法:控制變量法對(duì)于多因素(多變量)的問題,常常采用控制變量法,把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題,分別加以研究,最后再綜合解決。由于影響浮力大小的因素不止一個(gè),所以探究影響浮力大小的因素時(shí)用的是"控制變量法"。重點(diǎn):(1)浮力的影響因素∶物體在液體中所受浮力的大小只與物體浸在液體中的體積和液體的密度有關(guān),物體浸在液體中的體積越大、液體的密度越大,物體所受的浮力就越大。(2)實(shí)驗(yàn)原理∶F浮=GF。針對(duì)練習(xí):探究影浮力大小的因素“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時(shí),同學(xué)們先提出了如下的猜想:猜想A:可能與物體浸沒在液體中的深度有關(guān)。猜想B:可能與液體的密度有關(guān)。猜想C:可能與物體浸在液體中的體積有關(guān)。為了驗(yàn)證上述猜想,同學(xué)們利用一個(gè)物體、彈簧測(cè)力計(jì)、水、鹽水和細(xì)線,做了如圖所示的實(shí)驗(yàn)。(1)通過實(shí)驗(yàn)a和c,可知物體浸沒在水中時(shí)受到的浮力大小是___________N。(2)通過分析比較acd實(shí)驗(yàn),可以驗(yàn)證猜想___________(填“A”“B”或“C”)是錯(cuò)誤的。(3)通過分析比較ade實(shí)驗(yàn),可以驗(yàn)證猜想___________(填“A”“B”或“C”)是正確的。(4)通過分析比較___________三次實(shí)驗(yàn)可以得出液體密度相同時(shí),排開液體的體積越大浮力越大的結(jié)論。(5)該實(shí)驗(yàn)探究主要運(yùn)用的科學(xué)探究方法是_____,鹽水的密度是____kg/m3。【答案】
2
A
B
abc
控制變量法
1.2×103【詳解】(1)[1]由圖a可知,物體的重力為8N,由圖a和c可知物體完全浸沒在水中,根據(jù)稱重法測(cè)浮力可得,物體浸在水中受到的浮力為F浮=GF=8N6N=2N(2)[2]根據(jù)acd可知,液體的密度相同,排開液體的體積相同,深度不同,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)相同,浮力相同,說明浮力的大小不會(huì)隨著深度的增加而改變,即浮力與深度無關(guān),故猜想A錯(cuò)誤。(3)[3]根據(jù)ade可知,排開液體的體積相同,液體的密度不相同,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不同,浮力不同,說明物體在水中和在鹽水中受到的浮力是不同的,即浮力與液體密度有關(guān),故B猜想正確。(4)[4]要探究浮力與排開液體體積的關(guān)系,需要控制液體密度相同時(shí),改變排開液體的體積,圖abc符合題意。(5)[5]當(dāng)研究一個(gè)物理量同時(shí)與多個(gè)因素有關(guān)時(shí),則采用控制變量法,把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題。每一次只改變其中的某一個(gè)因素,而控制其余幾個(gè)因素不變,從而研究被改變的這個(gè)因素對(duì)事物影響,分別加以研究,最后再綜合解決。故本實(shí)驗(yàn)采用了控制變量法。[6]根據(jù)F浮=ρ水gV排物體的體積由圖ac可知,物體浸沒在鹽水中受到的浮力為所以鹽水的密度為易錯(cuò)點(diǎn)錯(cuò)認(rèn)為浸入液體中的物體一定受浮力?例1:如圖所示,A、B是自由移動(dòng)的物體,C、D是容器自身凸起的一部分,現(xiàn)往容器里注入一些水,則______受浮力,______不受浮力,______受到水的壓強(qiáng)最大?!敬鸢浮?/p>
ABC
D
D【詳解】[1]由圖知道,水對(duì)A、C物體上、下表面產(chǎn)生了壓力差,故A、C受浮力的作用;B物體上表面沒有受到水的壓力,但下表面受到水的壓力,因此水對(duì)B物體上、下表面產(chǎn)生了向上的壓力差,故B物體一定受浮力的作用。[2]D物體上表面受到水的壓力,但下表面沒有受到水的壓力,因此水對(duì)D物體上、下表面沒有產(chǎn)生向上的壓力差,故D物體一定不受浮力的作用。[3]液體的密度相同,D所處的深度最大,根據(jù)p=ρgh知道,D受到水的壓強(qiáng)最大。突破1:稱重法、壓力差法求浮力例1:如圖,彈簧測(cè)力計(jì)豎直懸掛著物體A靜止在空中時(shí)示數(shù)為8N,A浸在水中靜止時(shí)彈簺測(cè)力計(jì)示數(shù)為7N。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可知物體A的質(zhì)量為___________kg,圖所示物體A浸入水中所受的浮力為___________N。(g=10N/kg)【答案】
0.8
1【詳解】[1]物體掛在測(cè)力計(jì)下靜止時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù)為8N,說明物體的重力為8N,則物體的質(zhì)量為[2]物體受到的浮力為【針對(duì)訓(xùn)練1】用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛一實(shí)心物塊,物塊下表面與水面剛好接觸,如圖甲所示。由此處勻速下放物塊,直至浸沒于水中并繼續(xù)勻速下放(物塊始終未與容器接觸)。物塊下放過程中,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)下與物塊下表面浸入水中的深度h的關(guān)系如圖乙所示。(已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)求:(1)物塊重力;(2)物塊完全浸沒在水中時(shí)受到的浮力;(3)物塊剛好浸沒時(shí),水對(duì)物塊下表面的壓強(qiáng)?!敬鸢浮浚?)8N;(2)4N;(3)400Pa【詳解】解(1)由圖像可知,彈簧測(cè)力計(jì)的最大示數(shù),此時(shí)物塊未浸入水中,物塊重力等于最大示數(shù),即G=F最大=8N(2)由圖像可知,物塊浸沒在水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為4N,由稱重法可知,物塊完全浸沒在水中時(shí)受到的浮力(3)由圖像可知,實(shí)心物塊剛浸沒時(shí)下表面所處的深度h=4cm=0.04m則實(shí)心物塊剛浸沒時(shí)下表面受到的液體壓強(qiáng)答:(1)物塊重力為8N。(2)物塊完全浸沒在水中時(shí)受到的浮力為4N。(3)物塊剛好浸沒時(shí),水對(duì)物塊下表面的壓強(qiáng)為400Pa。突破2:浮力大小與哪些因素有關(guān)例2:小明用彈簧測(cè)力計(jì)、正方體物塊、兩個(gè)相同的圓柱形容器等,對(duì)浸在液體中的物體所受浮力進(jìn)行了探究,其裝置和彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖所示。(?。?)分析甲、乙、丙圖的實(shí)驗(yàn),說明浮力的大小與___________有關(guān);比較甲、丁、戊圖的實(shí)驗(yàn),說明浮力的大小與___________有關(guān);(2)為了探究浮力大小與物體浸沒在液體中的深度是否有關(guān),可比較甲、___________和丁三圖的實(shí)驗(yàn),并得出當(dāng)物體完全浸沒于液體中,浮力大小與物體浸入液體的深度___________;當(dāng)物塊浸沒在水中時(shí),受到的浮力是___________N;(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知,物塊的密度是___________kg/m3,鹽水的密度是___________kg/m3;(4)若圖丙中容器底面積為100cm2,物塊浸沒后水未溢出,則放入物塊前、后比較,水對(duì)容器底部壓強(qiáng)增加___________Pa。【答案】
物體排開液體的體積
排開液體的密度
丙
無關(guān)
4
1.25×103
1.1×103
400【詳解】(1)[1]由圖甲、乙、丙所示實(shí)驗(yàn)可知,物體排開液體的密度相同而排開液體的體積不同,物體受到的浮力不同,由此可知,浮力大小與物體排開液體的體積有關(guān)。[2]由丁、戊中,排開液體的體積相同,排開液體的密度不同,測(cè)力計(jì)示數(shù)不同,由稱重法測(cè)浮力,受到的浮力不同,所以,分析圖甲、丁、戊實(shí)驗(yàn),說明浮力的大小與排開液體的密度有關(guān)。(2)[3]為了探究浮力大小與物體浸沒在液體中的深度是否關(guān)系,需要控制液體的密度相同,排開的液體的體積相同,所以,可比較甲、丙、丁三圖的實(shí)驗(yàn)。[4]觀察丙、丁兩圖可知,物體完全浸沒于液體中,排開液體的體積不變,物體在水中的深度增加,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不變,受到的浮力不變,說明浸沒在液體中的物體所受浮力與浸沒的深度無關(guān)。[5]物體的重力為,浸沒在水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為,正方體受到的浮力是(3)[6][7]正方體在水中受到的浮力由可得,正方體的體積為正方體的質(zhì)量為正方體的密度為由甲、戊實(shí)驗(yàn),正方體浸沒在鹽水中受到的浮力由阿基米德原理可知,鹽水的密度是(4)[8]由得,水增加的深度為放入正方體后水對(duì)容器底部增加的壓強(qiáng)為【針對(duì)訓(xùn)練2】探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)情形如圖所示,其中所用金屬塊a和塑料塊b的密度不同,但重力均為1.6N。下列分析正確的是()A.金屬塊a浸沒在水中,受到浮力的大小必為0.3NB.利用甲、乙可以得出同一物體浸入水中深度越深,所受浮力越小的結(jié)論C.利用乙、丙可以得出在同種液體中,物體密度越大所受浮力越大的結(jié)論D.利用丙、丁可以初步得出同一物體浸沒在密度越大的液體中所受浮力越大的結(jié)論【答案】D【詳解】A.金屬塊a浸沒在水中,受到的浮力為F?。紾﹣F拉=1.6N﹣1N=0.6N故A錯(cuò)誤;B.根據(jù)F?。紾﹣F拉可知:金屬a在甲中受到的浮力為F浮=G﹣F拉=1.6N1.3N=0.3N所以利用甲、乙可以得出同一物體浸入水中排開液體體積越大,所受浮力越大的結(jié)論,故B錯(cuò)誤;C.乙和丙中,a和b的體積不同,沒有控制體積相同,所以利用乙、丙不可以得出在同種液體中,物體密度越大所受浮力越大的結(jié)論,故C錯(cuò)誤;D.根據(jù)F?。紾﹣F拉可知:塑料塊b在水中受到的浮力大,所以利用丙、丁可以初步得出同一物體浸沒在密度越大的液體中所受浮力越大的結(jié)論,故D正確。故選D。1.下面物體中不受浮力作用的是()A.遨游的“天宮號(hào)”空間站B.升空的“圓夢(mèng)號(hào)”飛艇C.航行的“遼寧號(hào)”航母D.下潛的“蛟龍?zhí)枴睗撍鳌敬鸢浮緼【詳解】A.遨游的“天宮號(hào)”空間站在太空中處于失重狀態(tài),沒有受到浮力,故A符合題意;B.升空的“圓夢(mèng)號(hào)”飛艇中充入比空氣密度小的稀有氣體,受到空氣的浮力,故B不符合題意;C.航行的“遼寧號(hào)”航母漂浮在海面上,受到海水的浮力,故C不符合題意;D.下潛的“蛟龍?zhí)枴睗撍鹘]在海水中,受到海水的浮力,故D不符合題意。故選A。2.將一杯水放在水平臺(tái)秤上,臺(tái)秤示數(shù)為900g;彈簧測(cè)力計(jì)下懸掛質(zhì)量為500g的物體A浸在水中保持靜止(如圖),臺(tái)秤示數(shù)為1100g(g取10N/kg),則此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為()A.2N B.3N C.6N D.14N【答案】B【詳解】由題意知,A浸在水中后,臺(tái)秤示數(shù)增加量m=m2m1=1100g900g=200g=0.2kg即A對(duì)臺(tái)秤的壓力為F=mg=0.2kg×10N/kg=2NA浸在水中受到的浮力F浮=F=2NA的重力G=mAg=0.5kg×10N/kg=5NA浸在水中,受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力和彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的作用處于靜止,所以此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F示=GF浮=5N2N=3N故ACD不符合題意,B符合題意。故選B。3.如圖所示A、B兩物體都浸沒于液體中,A與容器側(cè)壁緊密接觸,B與容器底緊密接觸。則下列說法正確的是()A.A和B都受到浮力 B.A受到浮力,B不受到浮力C.A和B都不受到浮力 D.A不受到浮力,B受到浮力【答案】B【詳解】浮力產(chǎn)生的原因是物體上下表面所受到的壓力差,由題意知,A與容器壁緊密接觸,上下表面有壓力差,A受到浮力;B與容器底緊密接觸,上下表面沒有壓力差,所以B不受浮力作用。故B正確,ACD錯(cuò)誤。故選B。4.建設(shè)橋梁的過程中,要向水中沉放大量的施工構(gòu)件。如圖甲所示,假設(shè)一正方體構(gòu)件從江面被勻速吊入江水中,在沉入過程中,其下表面到水面的距離h逐漸增大,構(gòu)件所受浮力F1、鋼繩拉力F2隨h的變化如圖乙所示(??水=1×103kg/m3)。下列判斷正確的是()A.構(gòu)件的邊長(zhǎng)為4m B.構(gòu)件的密度為3×103kg/m3C.構(gòu)件所受的最大浮力為1.6×105N D.構(gòu)件所受的重力為2×105N【答案】B【詳解】A.由圖乙可知,當(dāng)下表面到水面的距離達(dá)到2m后,浮力、拉力不再發(fā)生變化,這表明當(dāng)下表面到水面的距離為2m時(shí),構(gòu)件恰好完全浸沒,所以構(gòu)件的長(zhǎng)度為2m,故A錯(cuò)誤;BCD.由題意可得,構(gòu)件浸入水中的過程中,排開水的體積變大,構(gòu)件受到的浮力變大,拉力變小,當(dāng)構(gòu)件完全浸沒在水中時(shí),浮力最大,此時(shí)拉力最小,由圖乙可得,拉力最小為1.6×105N,因?yàn)闃?gòu)件的體積為V=2m×2m×2m=8m3所以構(gòu)件完全浸沒時(shí),所受浮力為F1=ρ水gV排=ρ水gV=1×103kg/m3×10N/kg×8m3=8×104N又因?yàn)闃?gòu)件從江面被勻速吊入江水中,處于平衡狀態(tài),對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析可得,構(gòu)件受到重力、拉力和浮力,且重力等于拉力與浮力的和,所以可得構(gòu)件所受重力為G=F1+F2=1.6×105N+8×104N=2.4×105N所以構(gòu)件的質(zhì)量為所以構(gòu)件的密度為故B正確,CD錯(cuò)誤。故選B。5.盛有水的圓柱形容器置于水平桌面上,容器底面積S=100cm2,如圖甲所示,容器對(duì)桌面的壓力為N1,容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)為p1=1000Pa;如圖乙所示,再用細(xì)線系一金屬球,將金屬球浸沒在水中,容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)為p2=1200Pa;如圖丙所示,將細(xì)線剪斷,金屬球沉到容器底部,金屬球?qū)θ萜鞯撞康膲毫镹2=3.4N;(g取10N/kg)下列選項(xiàng)中正確的是(
)A.容器對(duì)桌面的壓力N1為12NB.金屬球受到的浮力為10NC.金屬球的質(zhì)量為5.4kgD.金屬球的密度為2.7×103kg/m3【答案】D【詳解】A.由題意可知,容器底面積S=100cm2=1×102m2容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)為p1=1000Pa,根據(jù)得容器對(duì)桌面的壓力為即N1=10N,故A錯(cuò)誤;B.如圖乙所示,將金屬球浸沒在水中,容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)為P2=1200Pa,容器底面積S=100cm2=1×102m2根據(jù)可得此時(shí)容器對(duì)桌面的壓力為乙圖和甲圖比較,乙中桌面受到壓力的增加量等于小球排開水的重力,即小球受到的浮力,所以金屬球受到的浮力為故B錯(cuò)誤;C.如圖丙所示,金屬球沉到容器底部,金屬球?qū)θ萜鞯撞康膲毫镹2=3.4N,受到的浮力F浮=2N,根據(jù)二力平衡可知,小球的重力為根據(jù)可知金屬球的質(zhì)量為故C錯(cuò)誤;D.由B、C解析可知,金屬球受到的浮力F浮=2N,金屬球的質(zhì)量為m=0.54kg,根據(jù)可知金屬球的體積為則金屬球的密度為故D正確。故選D。6.如圖所示是“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)情景。實(shí)驗(yàn)甲、丙和丁中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)分別為4.0N、2.8N和2.5N。若鹽水的密度為1.2×103kg/m3,則下列結(jié)論正確的是()①物體A的密度為4×103kg/m3②實(shí)驗(yàn)乙中,物體A受到的拉力為3N③實(shí)驗(yàn)丙中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)比乙中小0.5N④實(shí)驗(yàn)丁中,容器底部受到的壓力大于0.3NA.只有①②③ B.只有①②④ C.只有①③④ D.只有②③④【答案】B【詳解】①實(shí)驗(yàn)甲、丙中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)分別為4.0N、2.8N,物體A全部浸沒,由F?。紾F拉可得,ρ鹽水gV排=GF拉解得物體A的質(zhì)量物體A的密度故①正確;②物體A在水中受到的浮力F浮水=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣4m3=1N在乙中物體A受到的拉力F=GF浮水=4N1N=3N故②正確;③在實(shí)驗(yàn)丙中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F丙拉=2.8N,在乙中物體A受到的拉力F=3N,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)比乙中小F1=3N2.8N=0.2N故③錯(cuò)誤;④由甲、丙可得浮力為F浮鹽水=GF丙拉=4N2.8N=1.2N根據(jù)實(shí)驗(yàn)丁中物體A對(duì)燒杯底部的壓力等于支持力,為F=GF浮F丁拉=4N1.2N2.5N=0.3N容器底部也受到鹽水對(duì)它的壓力,故壓力大于0.3N,故④正確。故ACD錯(cuò)誤,B正確。故選B。7.如圖所示,將盛有適量水的容器放在水平桌面上,然后把系在彈簧測(cè)力計(jì)下的鐵塊慢慢地浸入水中(水未溢出),觀察鐵塊從剛開始浸入水中到浸沒在水中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并對(duì)一些物理量做出了如下判斷:①鐵塊受到的浮力變大;②彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大;③桌面受到容器的壓力變大:④水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)變大,其中正確的是()A.①④ B.②③ C.①③④ D.①②④【答案】C【詳解】①據(jù)題意可知,鐵塊剛開始浸入水中到完全浸沒在水中,鐵塊排開液體的體積越來越大,因此受到的浮力變大,①正確;②由F=GF浮可知,由于鐵塊受到的浮力變大,所以測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小,②錯(cuò)誤;③整個(gè)過程中,鐵塊受到的浮力變大,根據(jù)力的作用的相互性,鐵塊會(huì)給水向下的壓力,所以容器對(duì)桌面的壓力變大,③正確;④鐵塊剛開始浸入水中到完全浸沒在水中,鐵塊排開液體的體積越來越大,水的深度越來越大,由p=ρgh可知,水對(duì)容器底的壓強(qiáng)變大,④正確;由上分析可知,②錯(cuò)誤,①③④正確。故選C。8.一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)下掛了一個(gè)圓柱體,將圓柱體從盛水的燒杯上方離水面某一高度處緩慢下降,然后將圓柱體逐漸浸入水中。整個(gè)過程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關(guān)系的圖像如圖所示,(g取10N/kg)下列說法正確的是()A.當(dāng)圓柱體剛好全部浸沒時(shí),下表面受到水的壓強(qiáng)為700PaB.圓柱體受到的重力是8NC.圓柱體受到的最大浮力是4ND.圓柱體的密度是1.5×103kg/m3【答案】D【詳解】A.如圖,當(dāng)h=3cm時(shí),下表面剛剛接觸水面,當(dāng)h=7cm時(shí),物體剛好浸沒,則物體的高度為此時(shí)下表面所受水的壓強(qiáng)為故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;B.在h在0~3cm時(shí),物體懸掛在空中,其彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為物重,故物體的重力為12N,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;C.當(dāng)h=7cm時(shí),此時(shí)物體剛好全部浸沒,浮力最大,最大浮力為故浮力為8N,C選項(xiàng)錯(cuò)誤;D.根據(jù)浮力公式可以求物體的體積:物體的質(zhì)量為物體的密度為故D選項(xiàng)正確。故選D。9.測(cè)量金屬小球沒入水中受到的浮力。在空氣中將小球掛在已調(diào)零的彈簧測(cè)力計(jì)上,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為3.6N;手提彈簧測(cè)力計(jì)使小球浸沒在水中,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖所示,則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是______N;金屬小球受到的浮力是______N?!敬鸢浮?/p>
3
0.6【詳解】[1]由圖可知,彈簧測(cè)力計(jì)指針指在3的位置,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為3N。[2]金屬小球的重力G=3.6N,把金屬小球浸沒在水里時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是F示=3N,金屬小球所受浮力為F浮=GF示=3.6N3N=0.6N10.如圖所示,邊長(zhǎng)為0.1m的正方體木塊放入盛有水的水槽內(nèi),待木塊靜止時(shí),其下表面受到水向上的壓力是6N,則下表面受到水的壓強(qiáng)是______Pa,木塊受到水的浮力是______N?!敬鸢浮?/p>
600
6【詳解】[1]正方體木塊的底面積為S=0.1m×0.1m=0.01m2下表面受到水的壓強(qiáng)為[2]根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知,木塊受到水的浮力F?。紽=6N11.如圖所示,放在斜面上的水杯中漂浮著一個(gè)小球,請(qǐng)?jiān)趫D中畫出小球的受力示意圖?!敬鸢浮俊驹斀狻啃∏蛱幱谄顟B(tài),受浮力和重力,浮力和重力是一對(duì)平衡力,從小球重心開始,分別沿豎直向下和豎直向上的方向畫一條有向線段,并分別在線段末尾標(biāo)上字母,注意兩條線段長(zhǎng)度要相等,如圖所示:12.如圖所示,若不計(jì)水的阻力,請(qǐng)畫出潛水艇在水中加速下沉?xí)r所受力的示意圖。(O為力的作用點(diǎn))【答案】【詳解】不計(jì)水的阻力,潛水艇在水中受豎直向上的浮力及豎直向下的重力,因?yàn)闈撍г谒屑铀傧鲁?,浮力要小于重力,故浮力線段的長(zhǎng)度應(yīng)小于重力線段的長(zhǎng)度,作用點(diǎn)都畫在重心處,如圖所示:13.小明用裝有沙子的帶蓋塑料瓶探究浮力的影響因素。(1)小明依次做了如下實(shí)驗(yàn):①根據(jù)A、C的結(jié)果,可得該塑料瓶浸沒在水中受到的浮力是________N;②根據(jù)A與幾次實(shí)驗(yàn),可得:浮力大小與排開液體體積有關(guān),根據(jù)A、C、D的結(jié)果,可得:浮力大小與________有關(guān);③可以計(jì)算出鹽水的密度為________kg/m3;④為驗(yàn)證浮力和物體的密度是否有關(guān),小明將瓶子中的沙子倒掉一些相當(dāng)于減小物體密度.接著他仿照步驟D進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)小于1.7N,便認(rèn)為浮力和物體的密度有關(guān),小明在該實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中存在的問題是________不同;(2)如圖所示是小明利用不同的粗細(xì)均勻吸管制成的密度計(jì)豎直漂浮在水中時(shí)的情形,其中密度計(jì)________(選填“①”“②”或“③”)在測(cè)量其他液體密度時(shí)結(jié)果更精確?!敬鸢浮?/p>
1
液體密度
1.1×103
物體的重力
②【詳解】(1)[1]根據(jù)A、C兩圖所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可知物體此時(shí)所受的浮力F浮水=GF拉=2.8N1.8N=1N[2]根據(jù)A、C、D的可知,液體密度不同,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不同,即浮力大小不同,可以得到的結(jié)論是浮力大小
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