專題二 密度浮力壓強(qiáng)探究（原卷版）

專題二密度浮力壓強(qiáng)探究[考點(diǎn)導(dǎo)航]密度??浮力??壓強(qiáng)??[密度]如圖所示為新型材料“氣凝膠”，它作為世界最輕的固體，是一種多孔狀、類似海綿結(jié)構(gòu)的二氧化硅固體。這種材料密度僅約為3.6kg/m3。它看似脆弱不堪，其實(shí)非常堅(jiān)固耐用。氣凝膠對(duì)汽油等有機(jī)溶劑具有超快、超強(qiáng)的吸附力，它的吸收量是本身質(zhì)量的250倍左右，最高可達(dá)900倍?！皣?guó)際”空間站、美國(guó)“火星探路者”探測(cè)器上，都用到了氣凝膠材料。（1）從上述介紹中，請(qǐng)列舉關(guān)于氣凝膠的一點(diǎn)物理性質(zhì)。（2）若將氣凝膠壓縮至很小體積之后它能迅速?gòu)?fù)原，此現(xiàn)象（選填“能”或“不能”）說(shuō)明分子間有空隙。（3）若某海域發(fā)生10.8t的原油泄漏事故，則理論上一次性吸收這些原油需要?dú)饽z的體積是m3（取氣凝膠的吸收量為本身質(zhì)量的600倍）。（4）某大型飛機(jī)采用現(xiàn)在盛行的超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼制造（質(zhì)量為1.58×103t），若采用氣凝膠代替鋼材來(lái)制造一架同樣大小的飛機(jī)，則只需氣凝膠的質(zhì)量為多少？（鋼的密度為7.9×103kg/m3）小科進(jìn)行測(cè)量大米密度的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。①小科想用托盤天平稱取5g大米（如圖甲），稱量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)天平指針偏向右邊，接下來(lái)小科應(yīng)如何操作？。②由于米粒間存在較大間隙，按圖乙的方式用量筒直接測(cè)量大米體積，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的體積值。③由于大米吸水膨脹，小科想用排空氣法來(lái)測(cè)量大米的體積。他設(shè)想將大米與空氣密封在一個(gè)注射器內(nèi)，只要測(cè)出注射器內(nèi)空氣和大米的總體積及空氣的體積，其差值就是大米的體積。但如何測(cè)出空氣的體積呢？小科查閱資料得知，溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量氣體的體積與其壓強(qiáng)的乘積是定值。于是進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：稱取5g大米并裝入注射器內(nèi)（如圖丙），從注射器的刻度上讀出大米和空氣的總體積，通過(guò)壓強(qiáng)傳感器（氣壓計(jì)）測(cè)出此時(shí)注射器內(nèi)空氣壓強(qiáng)為p；而后將注射器內(nèi)的空氣緩慢壓縮，當(dāng)空氣壓強(qiáng)增大為2p時(shí)，再讀出此時(shí)的總體積（壓縮過(guò)程中大米的體積、空氣的溫度均不變）。整理相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如表：注射器內(nèi)空氣壓強(qiáng)注射器內(nèi)空氣和大米的總體積壓縮前p23mL壓縮后2p13mL④由實(shí)驗(yàn)測(cè)得大米的密度為g/cm3。（計(jì)算結(jié)果精確到0.01）[浮力]如圖甲所示，在容器底部固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧上方連有正方體木塊A，容器側(cè)面的底部有一個(gè)由閥門B控制的出水口，此時(shí)木塊A剛好完全浸沒(méi)在水中，接著打開(kāi)閥門B，緩慢放水，直至木塊A完全離開(kāi)水面時(shí)，再關(guān)閉閥門B，這個(gè)過(guò)程中，彈簧彈力F與木塊露出水面的體積V的關(guān)系如圖乙所示。已知ρ水＝1.0×103kg/m3，ρ木＝0.7×103kg/m3，木塊體積為V0，不計(jì)彈簧所受浮力，則下列說(shuō)法正確的是（）A．C點(diǎn)彈簧處于原長(zhǎng) B．CD段彈簧被壓縮 C．D點(diǎn)的橫坐標(biāo)d的值為0.3V0 D．點(diǎn)C與點(diǎn)E的縱坐標(biāo)c、e的絕對(duì)值之比為2：3為證明空氣浮力的存在，科學(xué)興趣小組利用自行車氣嘴、礦泉水瓶、細(xì)繩、氣球等器材進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：步驟一：在礦泉水瓶蓋和底部上各鉆一個(gè)小孔，將兩個(gè)自行車氣嘴分別固定在瓶蓋和底部，將氣球用細(xì)繩與底部的氣嘴綁緊，如圖甲所示。打開(kāi)瓶蓋，使瓶?jī)?nèi)外氣壓一致，再擰緊瓶蓋不漏氣。步驟二：關(guān)閉氣嘴2，打開(kāi)氣嘴1；用氣泵向礦泉水瓶充入氣體，待手壓瓶子感覺(jué)較硬時(shí)停止充氣；用天平稱出整個(gè)裝置的質(zhì)量為m1。步驟三：關(guān)閉氣嘴1，打開(kāi)氣嘴2；讓瓶?jī)?nèi)的高壓氣體進(jìn)入氣球，至氣球停止脹大；稱出整個(gè)裝置的質(zhì)量為m2。步驟四：比較m1與m2的大小。（1）實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性是本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，寫出一種檢查圖甲裝置氣密性的方法：。（2）本實(shí)驗(yàn)?zāi)茯?yàn)證氣球在空氣中受到浮力，其依據(jù)是m1m2。（3）實(shí)驗(yàn)中，小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)氣球與氣嘴2之間漏氣，于是設(shè)計(jì)了如圖乙所示的改進(jìn)型實(shí)驗(yàn)裝置：將一空心金屬球與配重通過(guò)細(xì)線懸掛在定滑輪上，調(diào)節(jié)配重質(zhì)量使二者保持靜止，用氣泵往密閉玻璃容器內(nèi)緩慢壓入空氣，觀察到現(xiàn)象，說(shuō)明金屬球受到空氣浮力的作用。近幾年縣、市均開(kāi)展自制潛水艇比賽，某小組同學(xué)開(kāi)展了自制潛水艇項(xiàng)目，過(guò)程如下：【產(chǎn)品設(shè)計(jì)】圖甲為某小組自制的潛水艇，由生活艙和水艙構(gòu)成，生活艙體積大于水艙體積。其材質(zhì)為硬質(zhì)塑料瓶，塑料瓶厚度不計(jì)，兩個(gè)艙之間密封不連通，水艙與200毫升的注射器通過(guò)塑料軟管相連，移動(dòng)注射器活塞可以實(shí)現(xiàn)潛水器的浮沉?！井a(chǎn)品調(diào)試】任務(wù)一：如圖乙所示，潛水艇完成從水面A位置下潛到B位置并穩(wěn)定停留；任務(wù)二：能從水底上浮到B位置并穩(wěn)定停留；任務(wù)三：完成從水底打撈一個(gè)重物（重0.3牛，體積為10厘米3）到B位置并穩(wěn)定停留。（1）小明關(guān)閉進(jìn)出水口將自制潛水器浸沒(méi)在水中，當(dāng)觀察到現(xiàn)象，則氣密性良好。（2）完成任務(wù)二上浮過(guò)程，對(duì)注射器活塞的操作是：。（3）已知完成任務(wù)二時(shí)注射器活塞穩(wěn)定在刻度a毫升。完成任務(wù)三時(shí)（用體積和質(zhì)量均忽略不計(jì)的細(xì)線系住重物打撈），注射器活塞需要穩(wěn)定在哪個(gè)刻度？（提示：結(jié)果用含a的代數(shù)式表示；注射器內(nèi)氣壓始終等于外界大氣壓；水的密度為1克/厘米3）如圖甲所示，水平放置的方形容器里有一個(gè)重為8N、邊長(zhǎng)為10cm的立方體物塊M，M與容器底部不密合。以5mL/s的恒定水流向容器內(nèi)注水，容器中水的深度隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。請(qǐng)解答下列問(wèn)題：（1）當(dāng)t＝140s時(shí)，物塊M在水中處于（填“沉底”“懸浮”或“漂浮”）狀態(tài)。（2）當(dāng)t＝140s時(shí)，水對(duì)容器底部的壓力大小是多少？（3）圖乙中a的值是多少？[壓強(qiáng)]如圖甲所示，長(zhǎng)木板重10N，長(zhǎng)木板底面積為100cm2，現(xiàn)將其底面積50cm2與水平桌面接觸，木板靜止時(shí)對(duì)桌面的壓強(qiáng)為Pa；在水平外力作用下推動(dòng)木板緩慢向左運(yùn)動(dòng)，直至木板全部移到桌面上，在這個(gè)過(guò)程中，木板所受摩擦力的大?。ㄟx填“變大”“變小”或“不變”）。小明做了圖乙的探索，長(zhǎng)木板長(zhǎng)度為L(zhǎng)，將該長(zhǎng)木板的0.2L長(zhǎng)度伸出桌子邊緣，用豎直向下的力F0壓長(zhǎng)木板的一端，當(dāng)F0＝時(shí)，長(zhǎng)木板剛好會(huì)被翹起。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)發(fā)生的車禍中有超過(guò)四分之一是超速引起的！為此，杭州市近年來(lái)加大了道路限速監(jiān)控管理。一種是“定點(diǎn)測(cè)速”，即監(jiān)測(cè)汽車在某點(diǎn)的車速；另一種是“區(qū)間測(cè)速”，就是測(cè)算出汽車在某一區(qū)間行駛的平均速度。如果超過(guò)了該路段的最高限速，即被判為超速。若監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B相距25km，全程限速120km/h，一輛轎車質(zhì)量為1.8噸，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B的速度分別為100km/h和110km/h，通過(guò)兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間如圖所示。（1）采用“定點(diǎn)測(cè)速”，該轎車通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A、B時(shí)被判超速。（填“會(huì)”或“不會(huì)”）（2）采用“區(qū)間測(cè)速”，這輛轎車在該路段被判超速。（選填“會(huì)”或“不會(huì)”）（3）該汽車的燃料是汽油，在熱機(jī)工作過(guò)程中做功沖程是將能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（4）已知車內(nèi)人員質(zhì)量為200千克，每個(gè)輪胎與地面的接觸面積為250cm2，當(dāng)車子靜止在路面上時(shí)，對(duì)路面的壓強(qiáng)為。

[猜押題專練]一．選擇題（共7小題）1．共享單車給市民帶來(lái)很多的方便。下列關(guān)于共享單車說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．單車的速度逐漸減小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化，受到了非平衡力的作用 B．共享單車車座做得扁而平，來(lái)增大受力面積，以減小它對(duì)身體的壓強(qiáng) C．騎共享單車上坡時(shí)，需要用力踩上幾腳來(lái)加速，便于獲得更大的慣性，有利于上坡 D．共享單車的車把套花紋，是為了增大接觸面粗糙程度，從而增大摩擦力2．如圖所示，置于水平桌面上的一個(gè)密閉的圓錐形容器內(nèi)裝滿了重力為G的某種液體。已知：圓錐形容器的容積公式為V＝πR2h/3，其中，R、h分別為容器的底面半徑和高。則容器內(nèi)的液體對(duì)容器側(cè)面的壓力大小為（）A．1G B．2G C．3G D．03．將一個(gè)重為G的雞蛋放進(jìn)盛有稀鹽水的燒杯中，雞蛋恰好懸?。ㄈ鐖D甲）。向鹽水中繼續(xù)加入食鹽，從雞蛋漸漸浮起到露出水面直至靜止的整個(gè)過(guò)程中（如圖乙），下列判斷錯(cuò)誤的是（）A．雞蛋最后靜止時(shí)所受的浮力大小等于G B．雞蛋受到的浮力一直增大 C．容器底部受到的液體壓強(qiáng)先增大后減小 D．使?jié)撍暮５咨细〉姆椒ㄅc圖中使雞蛋上浮的方法不同4．完全相同的甲、乙兩個(gè)容器內(nèi)都裝滿水。靜止于水中的A、B兩個(gè)實(shí)心小球體積相同、材料不同，其中A球沉底，B球漂浮，如圖所示。則下列說(shuō)法正確的是（）A．兩個(gè)小球的密度相同 B．兩個(gè)小球所受浮力相同 C．水對(duì)兩個(gè)燒杯底部壓強(qiáng)相同 D．兩個(gè)燒杯對(duì)桌面壓力相同5．在平整地面上有一層厚度均勻的積雪，小明用力向下踩，形成了一個(gè)下凹的腳印，如圖所示。腳印下的雪由于受外力擠壓可近似看成冰層，利用冰的密度，只要測(cè)量下列哪組物理量，就可以估測(cè)出積雪的密度？（）A．積雪的厚度和腳印的深度 B．積雪的厚度和腳印的面積 C．冰層的厚度和腳印的面積 D．腳印的深度和腳印的面積6．某興趣小組利用天平和量杯測(cè)量液體的密度，他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出如圖圖像，則下列說(shuō)法正確的是（）A．液體甲的密度小于液體乙的密度 B．液體乙的密度是1.0×103千克/米3 C．當(dāng)體積為60厘米3時(shí)，液體甲的質(zhì)量為80克 D．當(dāng)質(zhì)量相同時(shí)，液體甲與液體乙的體積比是4：57．下列對(duì)于ρ=mA．密度是物質(zhì)的特性，只與物質(zhì)的種類有關(guān) B．密度表示單位體積某物質(zhì)的質(zhì)量 C．密度與質(zhì)量成正比 D．密度與體積成反比二．填空題（共3小題）8．如圖甲所示是某種升降電梯的簡(jiǎn)化模型，它由轎廂、配重、電動(dòng)機(jī)、鋼絲繩、定滑輪等部件組成，其中轎廂的質(zhì)量為800千克。某次電梯搭載一位質(zhì)量為60千克的乘客上樓，電梯上升的速度與時(shí)間關(guān)系及電動(dòng)機(jī)輸出功率與時(shí)間關(guān)系如圖乙所示（鋼絲繩重力及摩擦忽略不計(jì)）。（1）當(dāng)該乘客站立在靜止的轎廂內(nèi)時(shí)，雙腳的受力面積為300厘米2，則乘客對(duì)轎廂的壓強(qiáng)為帕。（2）該電梯的配重為牛。9．排氣閥是供暖設(shè)備中的重要部件，它能及時(shí)排出管內(nèi)熱水汽化產(chǎn)生的氣體，使水正常流動(dòng)，從而保證供暖效果。排氣閥工作原理如圖所示：水中氣體在流動(dòng)過(guò)程中，積聚于封閉的排氣閥內(nèi)，使閥內(nèi)氣壓變大，浮筒隨水面一起下降，此時(shí)閥內(nèi)氣體排出使氣壓變小，從而浮筒上升，堵桿重新堵住排氣孔。（1）水管內(nèi)的水流速度至少達(dá)到0.25米/秒才能攜帶氣泡流動(dòng)。若水管總長(zhǎng)為60米，要使水流能攜帶氣泡流動(dòng)，則水從水管起始端流到終端最多要多少時(shí)間？（2）排氣閥中的浮筒和堵桿總質(zhì)量為0.02千克，計(jì)算排氣閥排氣時(shí)浮筒浸在水中的體積。（水的密度取1.0×103千克/米3）10．倫敦奧運(yùn)會(huì)2012年7月27日21時(shí)開(kāi)幕，在奧運(yùn)會(huì)上獎(jiǎng)牌是對(duì)運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)的肯定，倫敦奧運(yùn)會(huì)上，金牌創(chuàng)歷屆奧運(yùn)會(huì)中的金牌中幾個(gè)之最，金牌總重最大，由于金銀價(jià)格走高，所以價(jià)值最高，但是含金量最低，金牌直徑85毫米、厚度7毫米；重量達(dá)到410克。所含黃金僅為6克，92.5%都是銀合金，還摻有一些銅。銀牌93%是白銀；其余為銅。銅牌幾乎都是銅。倫敦奧運(yùn)會(huì)的金牌體積厘米3，含金量，金牌的合金的密度克/厘米3。三．實(shí)驗(yàn)探究題（共2小題）11．某項(xiàng)目化學(xué)習(xí)小組同學(xué)制作“浮漂器”，成功地驗(yàn)證了阿基米德定律?！具x材制作】選取溢水杯、泡沫塊、托盤和粗鐵絲、細(xì)鐵絲等材料制作成“浮漂器”。“浮漂器”的支撐桿由粗鐵絲制成，下托盤由細(xì)鐵絲制成。【驗(yàn)證步驟】①將“浮漂器”置于裝有適量水的溢水杯，取一小石塊放在上托盤，在支撐桿上標(biāo)出水位刻度線；②將小石塊改放在下托盤，往上托盤加砝碼，同時(shí)用空燒杯接收溢出的水，直到水位刻度線與水面相平；③取下砝碼，把燒杯中的水全部倒入上托盤?！窘Y(jié)果分析】由步驟①②得出石塊所受浮力F?。紾砝碼，由步驟②③得出燒杯中水的重力G排＝G砝碼。因此，F(xiàn)?。紾排，即石塊所受浮力等于其所排開(kāi)的水受到的重力，從而驗(yàn)證了阿基米德原理。（1）泡沫塊是制作“浮漂器”的關(guān)鍵要素之一，利用其與密度計(jì)相同的原理：在液體中處于狀態(tài)（F?。紾總）。（2）步驟①中將“浮漂器”置于溢水杯，判斷杯中水為“適量”的依據(jù)是。（3）完成步驟②③后，該組同學(xué)得出結(jié)論：燒杯中所收集水的重力等于砝碼的總重力，即G排＝G砝碼。推測(cè)其觀察到的現(xiàn)象為：。12．小東想測(cè)量家里食用油的密度，可手中的實(shí)驗(yàn)器材只有：直刻度尺（測(cè)量范圍0﹣60cm）、3根細(xì)線、兩個(gè)燒杯、水和食用油、兩個(gè)小石塊、