第12課時(shí)浮力及其應(yīng)用一、選擇題1.2018·臨沂 2018年4月20日,我國(guó)最先進(jìn)的自主潛水器“潛龍三號(hào)”(如圖12-18所示)成功首潛。潛水器在水面下勻速下潛過(guò)程中()圖12-18A.受到的重力小于浮力B.上、下表面受到的壓力差變大C.受到的壓強(qiáng)變大,浮力變大D.受到的壓強(qiáng)變大,浮力不變2.2018·海南如圖12-19所示,兩只相同的氣球,分別充入氫氣和空氣,充氣后體積相同,放飛氣球時(shí)只有氫氣氣球升上空中。若它們?cè)诳諝庵惺艿降母×Ψ謩e為F氫和F空,則下列說(shuō)法中正確的是()圖12-19A.F氫>F空B.F氫=F空C.F氫<F空D.條件不足,無(wú)法比較3.2018·煙臺(tái)一重為G的熱氣球勻速上升時(shí),它受到的浮力為F,受到的空氣阻力為f,下列關(guān)系正確的是()A.F>G-fB.F=G+fC.F<G+fD.F=G-f4.如圖12-20所示,一質(zhì)地均勻的圓柱形平底玻璃杯,置于水平桌面中央,杯內(nèi)水中漂浮著一冰塊,關(guān)于冰熔化前后比較,下列說(shuō)法正確的是()圖12-20A.玻璃杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)增加B.容器內(nèi)液體的密度減小C.玻璃杯中液面的高度升高D.液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)不變5.2018·荊門水上救援往往需要打撈沉沒的貨物,我們將該情景簡(jiǎn)化為如圖12-21所示的物理過(guò)程,假設(shè)物體浸沒在水深h=0.5 m的容器底部(非密合),現(xiàn)利用彈簧測(cè)力計(jì)將物體從水中勻速提出,當(dāng)物體有一半體積露出水面時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為3 N,當(dāng)物體全部離開水面后,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為5 N,已知水的密度水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。則()圖12-21A.物體在水面下上升的過(guò)程中所受浮力逐漸減小B.物體在容器底部時(shí),受到的浮力為2 NC.物體在容器底部時(shí),水對(duì)其底部的壓強(qiáng)為5×104 PaD.物體的密度為1.25×103 kg/m36.2018·重慶B卷水平桌面上的薄壁圓柱形容器中盛有某種液體,容器底面積為80 cm2,用細(xì)線拴著體積為100 cm3的金屬球沉入容器底,它對(duì)容器底的壓力為1.9 N,這時(shí)液體深度為10 cm,如圖12-22所示?，F(xiàn)將金屬球從液體中取出,液體對(duì)容器底的壓強(qiáng)改變了100 Pa,從容器中取出金屬球時(shí),表面所沾液體與細(xì)線的體積均不計(jì)。則下列判斷正確的是(g取10 N/kg)()圖12-22A.金屬球在液體中所受浮力大小為1 NB.容器中液體所受重力大小為6.4 NC.取出金屬球后,容器對(duì)桌面的壓強(qiáng)減小了100 PaD.金屬球的密度為2.7×103 kg/m37.2018·淄博如圖12-23所示,水平桌面上有兩個(gè)完全相同的溢水杯甲和乙,杯中裝滿了水,將兩個(gè)體積相同、材料不同的實(shí)心小球A和B分別放入溢水杯中。則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()圖12-23A.小球A的質(zhì)量小于小球B的質(zhì)量B.小球A受到的浮力等于小球B受到的浮力C.甲杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)等于乙杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)D.水對(duì)甲杯底的壓強(qiáng)等于水對(duì)乙杯底的壓強(qiáng)8.2018·眉山如圖12-24所示,放在水平桌面上的三個(gè)完全相同的容器內(nèi),裝有適量的水,將A、B、C三個(gè)體積相同的正方體分別放入容器內(nèi),待正方體靜止后,三個(gè)容器內(nèi)水面高度相同。下列說(shuō)法正確的是()圖12-24A.物體受到的浮力大小關(guān)系為FA>FB>FCB.物體密度的大小關(guān)系是A>B>CC.容器對(duì)桌面的壓力大小關(guān)系為F甲=F乙=F丙D.容器底部受到水的壓強(qiáng)大小關(guān)系為p甲>p乙>p丙二、實(shí)驗(yàn)題9.2018·黔東南、黔西南、黔南 2017年5月30日,“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器在世界最深處的馬里亞納海溝下潛,最大潛深6699 m。在同一深度處液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小(選填“相同”或“不同”),潛水器在海面下下潛過(guò)程中浮力(選填“變大”“不變”或“變小”),下潛到水下6000 m時(shí),受到海水的壓強(qiáng)為Pa。(海水密度取=1.0×103 kg/m3,且保持不變,g取10 N/kg) 10.2018·南京如圖12-25所示,水平桌面上兩個(gè)相同的玻璃缸裝滿了水,水中分別漂浮著大、小兩只玩具鴨。甲、乙兩圖中水對(duì)缸底的壓強(qiáng)分別為p1和p2,缸對(duì)桌面的壓強(qiáng)分別為p1'和p2',兩只玩具鴨受到的浮力分別為F1和F2,則它們的大小關(guān)系為p1p2,p1'p2',F1F2,若圖乙中小玩具鴨的質(zhì)量為15 g,它排開水的體積是cm3。 圖12-2511.2018·恩施改編將體積相等的松木(木=0.5 g/cm3)和石蠟(蠟=0.9 g/cm3)分別放入裝滿水的杯中,松手靜止后,松木受到的浮力F1和石蠟受到的浮力F2的大小關(guān)系為F1F2。此時(shí)它們露出水面的體積比V木露V蠟露=。如果用手將松木和石蠟全部按到水下,此時(shí)松木受到的浮力石蠟受到的浮力。手對(duì)松木的壓力手對(duì)石蠟的壓力(均選填“>”“<”或“=”)。 12.2018·十堰將一底面積為0.01 m2的長(zhǎng)方體木塊用細(xì)線系在一個(gè)空容器的底部,然后向容器中緩慢加水直到木塊上表面與液面相平,如圖12-26甲所示,在這個(gè)過(guò)程中,木塊底部受到水的壓強(qiáng)隨容器中水的深度的變化圖像如圖乙所示,則木塊所受到的最大浮力為N,木塊重力為N,細(xì)線對(duì)木塊的最大拉力為N。(g取10 N/kg) 圖12-2613.2018·廣西四市聯(lián)考如圖12-27所示,桌子上有一個(gè)底面積為2×10-2 m2、內(nèi)部盛有某液體的圓柱形容器,物塊A(不吸液體)漂浮在液面上,則A的密度(選填“大于”“小于”或“等于”)液體的密度。若A的密度為0.5×103 kg/m3,體積為4×10-4 m3,則A的質(zhì)量為kg。現(xiàn)用力壓A,使其緩慢向下運(yùn)動(dòng),直到恰好浸沒在液體中(液體未溢出),此時(shí)液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)增大了80 Pa,則該液體的密度為kg/m3。(g取10 N/kg) 圖12-2714.2018·重慶A卷水平升降臺(tái)面上有一個(gè)足夠深、底面積為40 cm2的柱形容器,容器中水深20 cm,則水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為Pa?，F(xiàn)將底面積為10 cm2,高20 cm的圓柱體A懸掛在固定的彈簧測(cè)力計(jì)下端,使A浸入水中,穩(wěn)定后,A的下表面距水面4 cm,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0.8 N,如圖12-28所示,然后使升降臺(tái)上升7 cm,再次穩(wěn)定后,A所受的浮力為N。(已知彈簧受到的拉力每減小1 N,彈簧的長(zhǎng)度就縮短1 cm) 圖12-2815.2018·廣西北部灣在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中,提出如下猜想:猜想1:浮力的大小可能與液體的密度有關(guān);猜想2:浮力的大小可能與物體的重力有關(guān);猜想3:浮力的大小可能與物體的形狀有關(guān);猜想4:浮力的大小可能與排開液體的體積有關(guān)。(1)如圖12-29甲所示,用手把飲料罐按入水中,飲料料罐浸入水中越深,手會(huì)感到越吃力。這個(gè)事實(shí)可以支持以上猜想(選填序號(hào))。 圖12-29(2)為了探究猜想1和猜想2,運(yùn)用了體積相同的A、B、C三個(gè)圓柱體,測(cè)得重力分別為4 N、4.5 N和5 N。然后進(jìn)行如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)。在序號(hào)a的實(shí)驗(yàn)中物所受的浮力為N。 比較序號(hào)、e的三次實(shí)驗(yàn),可得出初步結(jié)論:浮力大小與液體密度有關(guān)。 進(jìn)一步分析可知:液體的密度越大,物體所受的浮力越。 比較序號(hào)a、b、c的三次實(shí)驗(yàn),可得出結(jié)論:浮力的大小與物體的重力關(guān)。 (3)為了探究猜想3,小明用兩塊相同的橡皮泥分別捏成圓錐體和圓柱體進(jìn)行如圖12-30所示的實(shí)驗(yàn)、由此小明得出的結(jié)論是:浮力的大小與物體的形狀有關(guān)。小珍認(rèn)為這結(jié)論不可靠,主要原因是。 圖12-30三、計(jì)算題16.2018·濱州圖12-31甲是一盛有水的圓柱形容器,現(xiàn)置于水面桌面上,容器內(nèi)水深為0.3 m,容器的底面積為0.04 m2,圖乙是一質(zhì)量均勻的塑料球,密度為0.2×103 kg/m3。(g取10 N/kg)(1)求容器中水的質(zhì)量。(2)求距容器底部0.1 m處的A點(diǎn)受到的水的壓強(qiáng)大小。(3)把塑料球放入該容器中,用了16 N的力恰好使其完全浸沒在水中(如圖所示),求塑料球的重力。圖12-3117.如圖12-32所示,用細(xì)線將正方體A和物體B相連放入水中,兩物體靜止后恰好懸浮,此時(shí)A上表面到水面的距離為0.12 m。已知A的體積為1.0×10-3 m3,所受重力為8 N。B的體積為0.5×10-3 m3,水的密度=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。求:圖12-32(1)A上表面所受水的壓強(qiáng)。(2)B所受重力的大小。(3)細(xì)線對(duì)B的拉力的大小。18.2018·安徽重為200 N的方形玻璃槽,底面積為0.4 m2,放在水平臺(tái)面上,向槽中加水至水深0.3 m。(已知水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg,玻璃槽的側(cè)壁厚度不計(jì))(1)求水對(duì)槽底部的壓強(qiáng)和槽底對(duì)水平臺(tái)面的壓強(qiáng)。(2)將邊長(zhǎng)為20 cm的正方體物塊輕輕放入水中,如圖12-33乙所示,當(dāng)其靜止時(shí),測(cè)出該物塊露出水面的高度為5 cm,求該物塊的密度。(3)如圖丙所示,用力F垂直向下作用在物塊的上表面,使物塊露出水面的高度為2 cm并保持靜止,求此時(shí)力F的大小。圖12-3319.2018·樂山在彈簧測(cè)力計(jì)下懸掛一個(gè)金屬零件,示數(shù)是2.7 N。當(dāng)把零件浸沒在水中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是1.7 N?，F(xiàn)把該零件浸沒在某種液體中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是1.9 N。求:(g取10 N/kg)(1)該零件浸沒在水中時(shí)受到的浮力F浮。(2)該金屬零件的密度金。(3)該液體的密度液。參考答案1.D2.B3.B4.D5.D解析 浮力的大小與液體的密度和物體排開液體的體積有關(guān),物體在水面下上升的過(guò)程中,水的密度不變,排開水的體積不變,所以所受浮力大小不變,故A錯(cuò)誤。當(dāng)物體離開水面后,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)即為物體重力,則根據(jù)題中數(shù)據(jù)可知,物體的重力G=5 N,當(dāng)物體有一半體積露出水面時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F示=3 N,則此時(shí)物體受到的浮力F浮=G-F示=5 N-3 N=2 N,故物體在容器底部時(shí),受到的浮力F浮'=2F浮=2×2 N=4 N,故B錯(cuò)誤。物體在容器底部時(shí),水對(duì)其底部的壓強(qiáng)為p=水gh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.5 m=5×103 Pa,故C錯(cuò)誤。根據(jù)F浮=液gV排可得,物體的體積V=V排=F浮'水g=4N1×103kg/m3×10N/kg=4×10-4 m3,則物體的密度=mV=GgV=GVg=5N4×10-4m3×10N/kg=1.25×103 kg/m3,故D正確。6.D7.B8.C9.相同不變6×10710.=>15解析 甲、乙兩個(gè)完全相同的玻璃缸裝滿了水,玩具鴨放入后水的深度h仍然相同,根據(jù)p=gh可知,水對(duì)缸底的壓強(qiáng)相等,即p1=p2。因完全相同的甲、乙兩個(gè)玻璃缸裝滿水時(shí),水的質(zhì)量相等,甲、乙兩個(gè)玻璃缸裝滿水時(shí)對(duì)桌面的壓力相等;由于玩具鴨都漂浮,根據(jù)漂浮條件和阿基米德原理可知G物=F浮=G排,即玩具鴨的重力與溢出水的重力相等,所以漂浮著玩具鴨時(shí)的玻璃缸甲、乙對(duì)桌面的壓力仍然相等;由于玻璃缸完全相同(底面積相同),則由p=FS可知,此時(shí)缸對(duì)桌面的壓強(qiáng)相等,即p1'=p2'。根據(jù)圖示可知,甲缸中玩具鴨排開水的體積大,根據(jù)阿基米德原理可知,甲缸中鴨子受到的浮力大,即F1>F2;若圖乙中小玩具鴨的質(zhì)量為15 g,則G排=F浮=G物,即m排g=m物g,所以m排=m物=15 g,則排開水的體積V排=m排水=15g1g/cm3=15 cm3。11.<51=>解析 體積相等的松木和石蠟,在水中靜止后均漂浮,漂浮時(shí)受到的浮力都等于自身的重力,松木密度小,則質(zhì)量較小,故松木受到的浮力小。松木漂浮時(shí),有F浮=G木,即木gV=水gV排木,V露木=V-V排木=水-木水·V。同理,V露蠟=V-V排蠟=水-蠟水·V。V露木:V露蠟=(水-木)(水-蠟)=51。因?yàn)樗赡竞褪烍w積相等,根據(jù)阿基米德原理可知,當(dāng)松木和石蠟全部浸入水中時(shí),它們所受的浮力相等。對(duì)物體進(jìn)行受力分析,則有F壓=F浮-G,因?yàn)楦×ο嗟?石蠟的密度更大,所以石蠟的重力大,由此得出手對(duì)松木的壓力大。12.1596解析 根據(jù)圖乙可知,木塊剛漂浮時(shí),木塊浸入水中的深度為L(zhǎng)1=9 cm;水的深度為9 cm到16 cm時(shí),木塊一直處于漂浮,浸入水中的深度不變;當(dāng)水面的高度為16 cm時(shí),細(xì)線剛好拉緊,線的拉力為零;當(dāng)木塊上表面與水面相平時(shí),此時(shí)水面的高度為22 cm;所以木塊全部浸沒時(shí)木塊底部受到的壓強(qiáng)最大,由圖乙可知,此時(shí)壓強(qiáng)為1500 Pa,則木塊受到的最大浮力F浮大=1500 Pa×0.01 m2=15 N。由圖乙可知,木塊剛剛漂浮時(shí)木塊底部受到水的壓強(qiáng)為900 Pa,此時(shí)木塊的重力與水向上的壓力(浮力)平衡,所以木塊重力G=F向上=p向上S=900 Pa×0.01 m2=9 N。當(dāng)木塊上表面與液面相平時(shí),木塊受到的浮力最大,由力的平衡條件可得,此時(shí)細(xì)線對(duì)木塊的拉力最大,F拉大=F浮大-G=15 N-9 N=6 N。13.小于 0.2 0.9×103解析 已知物塊A(不吸液體)漂浮在液面上,則物體A所受浮力等于其重力,即F浮=G,可得液gV排=AgVA,因?yàn)閂排<VA,則可知液>A。由=mV可得,A的質(zhì)量mA=AVA=0.5×103 kg/m3×4×10-4 m3=0.2 kg。物體A漂浮在液面上,則F浮=G,即液gV排=AgVA,則V排=AVA液,現(xiàn)用力壓A,使其緩慢向下運(yùn)動(dòng),則液面上升的高度h=VA-V排S=VA-AVA液S,此時(shí)液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)增大了80 Pa,則p=液gh=液g×VA-AVA液S,代入數(shù)據(jù)可得80 Pa=液×10 N/kg×4×10-4m3-0.5×103kg/m3×4×10-4m3液2×10-2m2,解得液=0.9×103 kg/m3。14.2×103 1.2 15.(1)4(2)1ad大無(wú)(3)沒有控制排開液體的體積相同16.解:(1)容器中水的體積V=Sh=0.04 m2×0.3 m=0.012 m3,則容器中水的質(zhì)量為m=水V=1.0×103 kg/m3×0.012 m3=12 kg。(2)A點(diǎn)到液面的距離h'=0.3 m-0.1 m=0.2 m,則A點(diǎn)處受到水的壓強(qiáng)p=水gh'=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.2 m=2×103 Pa。(3)塑料球受到的重力G球=m球g=球V球g,塑料球浸沒在水中時(shí),排開水的體積為V排=V球,受到的浮力為F浮=水gV球,對(duì)塑料球在豎直方向上進(jìn)行受力分析,可知F浮=G球+F壓,即水gV球=球V球g+F壓,則V球=F壓(水-球)g=16N(1×103kg/m3-0.2×103kg/m3)×10N/kg=2×10-3 m3,塑料球的重力G球=球V球g=0.2×103 kg/m3×2×10-3 m3×10 N/kg=4 N。17.解:(1)由題意可知,A上表面所受水的壓強(qiáng)為p=gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.12 m=1.2×103 Pa。(2)由題意可知,A和B受到的總浮力為F浮=g(VA+VB)=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×(1.0×10-3 m3+0.5×10-3 m3)=15 N,由于A和B一起懸浮在水中,所以F浮=GA+GB,則B受到的重力大小為GB=F浮-GA=15 N-8 N=7 N。(3)由題意可知,B受到的浮力大小為F浮B=gVB=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.5×10-3 m3=5 N,由題意可知,此時(shí)B受到豎直向下的重力、豎直向上的浮力和豎直向上的拉力的作用而處于靜止?fàn)顟B(tài),所以細(xì)線對(duì)B的拉力大小為F=GB-F浮B=7 N-5 N=2 N。18.解:(1)水對(duì)玻璃槽底部的壓強(qiáng)p水=水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.3 m=3×103 Pa;槽底對(duì)水平臺(tái)的壓強(qiáng)p槽=F壓S=G總S=G槽+水ShgS=200N+1.0×103kg/m3×0.4m2×0.3m×10N/kg0.4m2=3.5×103 Pa。(2)因?yàn)槲飰K漂浮,所以F浮=G物,即水gV排=物gV物,又因?yàn)槲矬w邊長(zhǎng)為20 cm,露出水面的高度為5 cm,所以V排V物=S物h浸S物h物=h浸h物=20cm-5cm20cm=34,聯(lián)立解得物=34水=34×1×103 kg/m3=0.75×103 kg/m3。(3)因?yàn)槲矬w邊長(zhǎng)為20 cm,此時(shí)露出水面的高度為2 cm,所以V排'=S物h浸'=0.2 m×0.2 m×(0.2 m-0.02 m)=7.2×10-3 m3,此時(shí)受到水的浮力F'浮=水gV排'=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×7.2×10-3 m3=72 N,V物=(0.2 m)3=8×10-3 m3,G物=物gV物=0.75×103 kg/m3×10 N/kg×8×10-3 m3=60 N。此時(shí)物體受力平衡,所以F+G物=F'浮,則F=F'浮-G物=72 N-60 N=12 N。19.解:(1)浸沒在水中時(shí)受到的浮力F浮=G-F=2.7 N-1.7 N=1 N。(2)金屬零件的體積V金=V排=F浮水g=1N1.0×103kg/m3×10N/kg=1×10-4 m3,金屬零件的密度金=mV金=GV金g=2.7N1×10-4m3×10N/kg=2.7×103 kg/m3。(3)在該液體中所受浮力F浮'=G-F'=2.7 N-1.9 N=0.8 N,該液體的密度液=F浮'gV排=0.8N10N/kg×1×10-4m3=0.8×103 kg/m3。10