6. 小杰同学在游玩海底世界时,观察到鱼嘴里吐出的气泡上升时的情况如图
所示,对气泡上升时受到的浮力和气泡内气体压强分析正确的是 (
A.浮力不变,压强不变
B.浮力变小,压强变小
C.浮力变大,压强变大
D.浮力变大,压强变小
所示,对气泡上升时受到的浮力和气泡内气体压强分析正确的是 (
D
)A.浮力不变,压强不变
B.浮力变小,压强变小
C.浮力变大,压强变大
D.浮力变大,压强变小
答案
D
解析
【分析】
要解决这道题,我们可以分两步分析:首先分析气泡内气体的压强变化,再分析浮力的变化。
1. 压强分析:气泡上升时,所处的液体深度逐渐减小,根据液体压强的规律,深度越小,液体压强越小,气泡外部水的压强变小,气泡会因为内部压强大于外部压强而膨胀,因此气泡内的气体压强也会变小。
2. 浮力分析:浮力的大小与排开液体的体积有关,根据阿基米德原理,气泡膨胀后排开液体的体积变大,在液体密度不变的情况下,排开体积越大,浮力越大。结合这两点就能判断正确选项。
【解析】
1. 气泡内气体压强的变化:
气泡在上升过程中,所处的深度$ h $逐渐减小,由液体压强公式$ p = \rho_{液}gh $可知,水的密度$ \rho_{液} $不变,深度$ h $减小,气泡受到的水的压强变小。为了维持气泡内外压强的平衡,气泡会膨胀,因此气泡内的气体压强也变小。
2. 气泡浮力的变化:
根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $,水的密度$ \rho_{液} $不变,气泡上升时体积膨胀,排开水的体积$ V_{排} $变大,因此气泡受到的浮力变大。
综上,气泡上升时浮力变大,压强变小,对应选项D。
【答案】
D
【知识点】
液体压强的影响因素、阿基米德原理
【点评】
本题将物理知识与生活中的自然现象结合,考查液体压强和浮力的核心知识点,需要学生理解深度对液体压强的影响,以及排开液体体积对浮力的影响,理清压强变化与体积变化的关联是解题的关键。
【难度系数】
0.6
要解决这道题,我们可以分两步分析:首先分析气泡内气体的压强变化,再分析浮力的变化。
1. 压强分析:气泡上升时,所处的液体深度逐渐减小,根据液体压强的规律,深度越小,液体压强越小,气泡外部水的压强变小,气泡会因为内部压强大于外部压强而膨胀,因此气泡内的气体压强也会变小。
2. 浮力分析:浮力的大小与排开液体的体积有关,根据阿基米德原理,气泡膨胀后排开液体的体积变大,在液体密度不变的情况下,排开体积越大,浮力越大。结合这两点就能判断正确选项。
【解析】
1. 气泡内气体压强的变化:
气泡在上升过程中,所处的深度$ h $逐渐减小,由液体压强公式$ p = \rho_{液}gh $可知,水的密度$ \rho_{液} $不变,深度$ h $减小,气泡受到的水的压强变小。为了维持气泡内外压强的平衡,气泡会膨胀,因此气泡内的气体压强也变小。
2. 气泡浮力的变化:
根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $,水的密度$ \rho_{液} $不变,气泡上升时体积膨胀,排开水的体积$ V_{排} $变大,因此气泡受到的浮力变大。
综上,气泡上升时浮力变大,压强变小,对应选项D。
【答案】
D
【知识点】
液体压强的影响因素、阿基米德原理
【点评】
本题将物理知识与生活中的自然现象结合,考查液体压强和浮力的核心知识点,需要学生理解深度对液体压强的影响,以及排开液体体积对浮力的影响,理清压强变化与体积变化的关联是解题的关键。
【难度系数】
0.6
7. 四月春暖花开,正是踏青露营的好时候. 在公园里随风飘扬的气球成了大家营造氛围的“新宠”. 如图所示,上浮的氦气气球和下沉的空气气球的体积相同,若氦气气球受到的浮力为$F_1$、空气气球受到的浮力为$F_2$,则两者所受浮力的大小关系是
(
A.$F_1 > F_2$
B.$F_1 = F_2$
C.$F_1 < F_2$
D.无法判断
(
B
)A.$F_1 > F_2$
B.$F_1 = F_2$
C.$F_1 < F_2$
D.无法判断
答案
B
解析
【分析】
要判断两个气球所受浮力的大小关系,首先回忆阿基米德原理的内容:浸在气体中的物体受到的浮力等于它排开气体的重力,公式为$F_{浮}=\rho_{气}gV_{排}$。接下来分析题目条件:两个气球体积相同,且都在空气中,所以它们排开空气的体积$V_{排}$等于各自的体积,即$V_{排1}=V_{排2}$;空气的密度$\rho_{气}$相同,g为常量。据此可推导两者浮力的大小关系。
【解析】
根据阿基米德原理,浮力计算公式为:
$F_{浮}=\rho_{气}gV_{排}$
已知氦气气球和空气气球体积相同,且都浸没在空气中,因此它们排开空气的体积$V_{排1}=V_{排2}$;
空气的密度$\rho_{空气}$相同,g是常量;
将条件代入公式可得:$F_1=\rho_{空气}gV_{排}$,$F_2=\rho_{空气}gV_{排}$,所以$F_1=F_2$。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理;浮力计算
【点评】
本题考查阿基米德原理的应用,解题关键是明确影响浮力大小的因素是排开气体的密度和排开气体的体积,与气球内部气体无关,不要被“氦气球上浮、空气气球下沉”的现象干扰,抓住核心条件即可解答。
【难度系数】
0.8
要判断两个气球所受浮力的大小关系,首先回忆阿基米德原理的内容:浸在气体中的物体受到的浮力等于它排开气体的重力,公式为$F_{浮}=\rho_{气}gV_{排}$。接下来分析题目条件:两个气球体积相同,且都在空气中,所以它们排开空气的体积$V_{排}$等于各自的体积,即$V_{排1}=V_{排2}$;空气的密度$\rho_{气}$相同,g为常量。据此可推导两者浮力的大小关系。
【解析】
根据阿基米德原理,浮力计算公式为:
$F_{浮}=\rho_{气}gV_{排}$
已知氦气气球和空气气球体积相同,且都浸没在空气中,因此它们排开空气的体积$V_{排1}=V_{排2}$;
空气的密度$\rho_{空气}$相同,g是常量;
将条件代入公式可得:$F_1=\rho_{空气}gV_{排}$,$F_2=\rho_{空气}gV_{排}$,所以$F_1=F_2$。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理;浮力计算
【点评】
本题考查阿基米德原理的应用,解题关键是明确影响浮力大小的因素是排开气体的密度和排开气体的体积,与气球内部气体无关,不要被“氦气球上浮、空气气球下沉”的现象干扰,抓住核心条件即可解答。
【难度系数】
0.8
8. 如图所示,弹簧测力计下端悬挂一高度为$l$、质量为$m$的圆柱体,它在水中受到最大浮力为$\frac{mg}{2}$,圆柱体下表面刚刚与水面接触到全部浸没后,弹簧测力计示数$F_{\mathrm{拉}}$及圆柱体所受的浮力$F_{\mathrm{浮}}$分别与浸入水中深度$h$关系图象正确的是 (

A B
C D
A
)A B
C D
答案
A
解析
【分析】
要解决这道题,需分两个阶段分析圆柱体浸入水中的过程:
1. 第一阶段:圆柱体下表面刚接触水面到完全浸没(浸入深度$h$从$0$到$l$)。此时随着$h$增大,圆柱体排开水的体积逐渐变大,根据阿基米德原理,浮力会逐渐增大;而弹簧测力计示数$F_{\mathrm{拉}}=G-F_{\mathrm{浮}}$,重力$G=mg$不变,所以$F_{\mathrm{拉}}$会逐渐减小。
2. 第二阶段:圆柱体完全浸没后(浸入深度$h>l$)。此时排开水的体积不再变化,浮力保持最大值$\frac{mg}{2}$不变;对应的弹簧测力计示数也会保持$mg - \frac{mg}{2}=\frac{mg}{2}$不变。
需根据这两个阶段的变化规律,判断符合的图像。
【解析】
步骤1:分析浮力$F_{\mathrm{浮}}$与浸入深度$h$的关系
当$0≤ h≤ l$时,圆柱体排开水的体积$V_{\mathrm{排}}$随$h$增大而增大,由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排}}$可知,$F_{\mathrm{浮}}$随$h$的增大线性增大,直到$h=l$时,$F_{\mathrm{浮}}$达到最大值$\frac{mg}{2}$;
当$h>l$时,$V_{\mathrm{排}}$不变,所以$F_{\mathrm{浮}}$保持$\frac{mg}{2}$不变。因此$F_{\mathrm{浮}}$的图像是先上升后水平的线段。
步骤2:分析弹簧测力计示数$F_{\mathrm{拉}}$与浸入深度$h$的关系
圆柱体重力$G=mg$,根据受力平衡$F_{\mathrm{拉}}=G-F_{\mathrm{浮}}$;
当$0≤ h≤ l$时,$F_{\mathrm{浮}}$逐渐增大,所以$F_{\mathrm{拉}}$从$mg$逐渐减小到$\frac{mg}{2}$;
当$h>l$时,$F_{\mathrm{浮}}$不变,所以$F_{\mathrm{拉}}$保持$\frac{mg}{2}$不变。因此$F_{\mathrm{拉}}$的图像是先下降后水平的线段。
结合上述分析,只有选项A的图像符合这两个变化规律。
【答案】
A
【知识点】
阿基米德原理;受力平衡分析
【点评】
本题考查浮力与受力平衡的综合应用,关键是分阶段分析圆柱体浸入水中时排开液体体积的变化,进而判断浮力和拉力的变化规律,要求学生对阿基米德原理和受力平衡有清晰理解。
【难度系数】
0.6
要解决这道题,需分两个阶段分析圆柱体浸入水中的过程:
1. 第一阶段:圆柱体下表面刚接触水面到完全浸没(浸入深度$h$从$0$到$l$)。此时随着$h$增大,圆柱体排开水的体积逐渐变大,根据阿基米德原理,浮力会逐渐增大;而弹簧测力计示数$F_{\mathrm{拉}}=G-F_{\mathrm{浮}}$,重力$G=mg$不变,所以$F_{\mathrm{拉}}$会逐渐减小。
2. 第二阶段:圆柱体完全浸没后(浸入深度$h>l$)。此时排开水的体积不再变化,浮力保持最大值$\frac{mg}{2}$不变;对应的弹簧测力计示数也会保持$mg - \frac{mg}{2}=\frac{mg}{2}$不变。
需根据这两个阶段的变化规律,判断符合的图像。
【解析】
步骤1:分析浮力$F_{\mathrm{浮}}$与浸入深度$h$的关系
当$0≤ h≤ l$时,圆柱体排开水的体积$V_{\mathrm{排}}$随$h$增大而增大,由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排}}$可知,$F_{\mathrm{浮}}$随$h$的增大线性增大,直到$h=l$时,$F_{\mathrm{浮}}$达到最大值$\frac{mg}{2}$;
当$h>l$时,$V_{\mathrm{排}}$不变,所以$F_{\mathrm{浮}}$保持$\frac{mg}{2}$不变。因此$F_{\mathrm{浮}}$的图像是先上升后水平的线段。
步骤2:分析弹簧测力计示数$F_{\mathrm{拉}}$与浸入深度$h$的关系
圆柱体重力$G=mg$,根据受力平衡$F_{\mathrm{拉}}=G-F_{\mathrm{浮}}$;
当$0≤ h≤ l$时,$F_{\mathrm{浮}}$逐渐增大,所以$F_{\mathrm{拉}}$从$mg$逐渐减小到$\frac{mg}{2}$;
当$h>l$时,$F_{\mathrm{浮}}$不变,所以$F_{\mathrm{拉}}$保持$\frac{mg}{2}$不变。因此$F_{\mathrm{拉}}$的图像是先下降后水平的线段。
结合上述分析,只有选项A的图像符合这两个变化规律。
【答案】
A
【知识点】
阿基米德原理;受力平衡分析
【点评】
本题考查浮力与受力平衡的综合应用,关键是分阶段分析圆柱体浸入水中时排开液体体积的变化,进而判断浮力和拉力的变化规律,要求学生对阿基米德原理和受力平衡有清晰理解。
【难度系数】
0.6
9. 一长方体铝块,在水里慢慢下沉,下沉过程铝块上表面总保持水平. 当铝块上表面没入水面下沉到某位置时,上表面受到水的压力为$20\mathrm{ N}$,下表面受到水的压力为$30\mathrm{ N}$.当铝块再下沉到某位置时,上表面受到的水的压力增大为$25\mathrm{ N}$时,此时下表面受到水的压力是

(
A.$20\mathrm{ N}$
B.$25\mathrm{ N}$
C.$30\mathrm{ N}$
D.$35\mathrm{ N}$
(
D
)A.$20\mathrm{ N}$
B.$25\mathrm{ N}$
C.$30\mathrm{ N}$
D.$35\mathrm{ N}$
答案
D
解析
【分析】
首先,我们需要回忆浮力的本质:浮力是物体上下表面受到的液体压力差,即$F_{浮}=F_{下}-F_{上}$。解题思路分为三步:
1. 先根据第一次给出的上下表面压力,计算出铝块受到的浮力;
2. 分析铝块下沉过程中浮力的变化:由于铝块是长方体,完全浸没在水中后,排开水的体积不变,根据阿基米德原理,浮力大小保持不变;
3. 利用浮力不变的特点,结合第二次上表面的压力,计算出此时下表面的压力。
【解析】
1. 根据浮力的产生原因,浮力等于物体上下表面的液体压力差,公式为:
$F_{浮}=F_{下}-F_{上}$
2. 计算铝块受到的浮力:
当铝块第一次处于某位置时,$F_{下1}=30\mathrm{ N}$,$F_{上1}=20\mathrm{ N}$,代入公式得:
$F_{浮}=F_{下1}-F_{上1}=30\mathrm{ N}-20\mathrm{ N}=10\mathrm{ N}$
3. 分析浮力的变化:
铝块为长方体,在水中下沉且完全浸没后,排开水的体积$V_{排}$不变,水的密度$\rho_{水}$不变,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,可知铝块受到的浮力大小始终为$10\mathrm{ N}$,与下沉深度无关。
4. 计算第二次下表面受到的压力:
当铝块再下沉到某位置时,$F_{上2}=25\mathrm{ N}$,结合$F_{浮}=F_{下2}-F_{上2}$,变形得:
$F_{下2}=F_{浮}+F_{上2}=10\mathrm{ N}+25\mathrm{ N}=35\mathrm{ N}$
【答案】
D
【知识点】
浮力的产生原因,阿基米德原理
【点评】
本题核心是理解浮力的产生本质与阿基米德原理的应用,关键在于明确完全浸没的物体在同种液体中下沉时,排开液体体积不变,浮力大小不变,进而利用压力差公式求解下表面压力。
【难度系数】
0.6
首先,我们需要回忆浮力的本质:浮力是物体上下表面受到的液体压力差,即$F_{浮}=F_{下}-F_{上}$。解题思路分为三步:
1. 先根据第一次给出的上下表面压力,计算出铝块受到的浮力;
2. 分析铝块下沉过程中浮力的变化:由于铝块是长方体,完全浸没在水中后,排开水的体积不变,根据阿基米德原理,浮力大小保持不变;
3. 利用浮力不变的特点,结合第二次上表面的压力,计算出此时下表面的压力。
【解析】
1. 根据浮力的产生原因,浮力等于物体上下表面的液体压力差,公式为:
$F_{浮}=F_{下}-F_{上}$
2. 计算铝块受到的浮力:
当铝块第一次处于某位置时,$F_{下1}=30\mathrm{ N}$,$F_{上1}=20\mathrm{ N}$,代入公式得:
$F_{浮}=F_{下1}-F_{上1}=30\mathrm{ N}-20\mathrm{ N}=10\mathrm{ N}$
3. 分析浮力的变化:
铝块为长方体,在水中下沉且完全浸没后,排开水的体积$V_{排}$不变,水的密度$\rho_{水}$不变,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,可知铝块受到的浮力大小始终为$10\mathrm{ N}$,与下沉深度无关。
4. 计算第二次下表面受到的压力:
当铝块再下沉到某位置时,$F_{上2}=25\mathrm{ N}$,结合$F_{浮}=F_{下2}-F_{上2}$,变形得:
$F_{下2}=F_{浮}+F_{上2}=10\mathrm{ N}+25\mathrm{ N}=35\mathrm{ N}$
【答案】
D
【知识点】
浮力的产生原因,阿基米德原理
【点评】
本题核心是理解浮力的产生本质与阿基米德原理的应用,关键在于明确完全浸没的物体在同种液体中下沉时,排开液体体积不变,浮力大小不变,进而利用压力差公式求解下表面压力。
【难度系数】
0.6
10. 有质量相同的甲、乙两个实心球,其密度分别为水的密度的$2$倍和$5$倍,把它们分别挂在两个弹簧测力计的下端,然后将两球浸没在水中,此时两球所受浮力之比为
5:2
,两弹簧测力计的示数之比为5:8
.答案
5:2
5:8
5:8
解析
【分析】
要解决这道题,可分两步梳理思路:
1. 求浮力之比:根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,两球浸没时$V_{排}=V_{球}$。已知两球质量相同,由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$可得$V=\frac{m}{\rho}$,先通过密度关系求出两球体积比,再代入阿基米德原理即可得到浮力之比。
2. 求弹簧测力计示数之比:弹簧测力计示数等于球的重力减去浮力($F_{示}=G-F_{浮}$)。两球质量相同则重力相同,分别表示出两球的重力和浮力,计算出各自示数后求比值即可。
【解析】
设水的密度为$\rho_{水}$,甲、乙两球的质量均为$m$。
1. 计算两球的体积:
由$\rho=\frac{m}{V}$变形得$V=\frac{m}{\rho}$,已知$\rho_{甲}=2\rho_{水}$,$\rho_{乙}=5\rho_{水}$,则:
$V_{甲}=\frac{m}{\rho_{甲}}=\frac{m}{2\rho_{水}}$,$V_{乙}=\frac{m}{\rho_{乙}}=\frac{m}{5\rho_{水}}$。
2. 计算两球所受浮力之比:
两球浸没在水中,$V_{排}=V_{球}$,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$:
$F_{浮甲}=\rho_{水}gV_{甲}=\rho_{水}g×\frac{m}{2\rho_{水}}=\frac{mg}{2}$,
$F_{浮乙}=\rho_{水}gV_{乙}=\rho_{水}g×\frac{m}{5\rho_{水}}=\frac{mg}{5}$,
因此$\frac{F_{浮甲}}{F_{浮乙}}=\frac{\frac{mg}{2}}{\frac{mg}{5}}=\frac{5}{2}$。
3. 计算两弹簧测力计的示数之比:
两球重力$G_{甲}=G_{乙}=mg$,根据称重法$F_{示}=G-F_{浮}$:
$F_{示甲}=G_{甲}-F_{浮甲}=mg-\frac{mg}{2}=\frac{mg}{2}$,
$F_{示乙}=G_{乙}-F_{浮乙}=mg-\frac{mg}{5}=\frac{4mg}{5}$,
因此$\frac{F_{示甲}}{F_{示乙}}=\frac{\frac{mg}{2}}{\frac{4mg}{5}}=\frac{5}{8}$。
【答案】
$5:2$;$5:8$
【知识点】
阿基米德原理;称重法测浮力;密度公式应用
【点评】
本题综合考查密度、浮力相关公式的应用,核心是利用“质量相同”的条件,结合密度公式推导体积关系,再通过阿基米德原理和称重法逐步计算比值,需熟练掌握公式的变形与综合运用。
【难度系数】
0.6
要解决这道题,可分两步梳理思路:
1. 求浮力之比:根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,两球浸没时$V_{排}=V_{球}$。已知两球质量相同,由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$可得$V=\frac{m}{\rho}$,先通过密度关系求出两球体积比,再代入阿基米德原理即可得到浮力之比。
2. 求弹簧测力计示数之比:弹簧测力计示数等于球的重力减去浮力($F_{示}=G-F_{浮}$)。两球质量相同则重力相同,分别表示出两球的重力和浮力,计算出各自示数后求比值即可。
【解析】
设水的密度为$\rho_{水}$,甲、乙两球的质量均为$m$。
1. 计算两球的体积:
由$\rho=\frac{m}{V}$变形得$V=\frac{m}{\rho}$,已知$\rho_{甲}=2\rho_{水}$,$\rho_{乙}=5\rho_{水}$,则:
$V_{甲}=\frac{m}{\rho_{甲}}=\frac{m}{2\rho_{水}}$,$V_{乙}=\frac{m}{\rho_{乙}}=\frac{m}{5\rho_{水}}$。
2. 计算两球所受浮力之比:
两球浸没在水中,$V_{排}=V_{球}$,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$:
$F_{浮甲}=\rho_{水}gV_{甲}=\rho_{水}g×\frac{m}{2\rho_{水}}=\frac{mg}{2}$,
$F_{浮乙}=\rho_{水}gV_{乙}=\rho_{水}g×\frac{m}{5\rho_{水}}=\frac{mg}{5}$,
因此$\frac{F_{浮甲}}{F_{浮乙}}=\frac{\frac{mg}{2}}{\frac{mg}{5}}=\frac{5}{2}$。
3. 计算两弹簧测力计的示数之比:
两球重力$G_{甲}=G_{乙}=mg$,根据称重法$F_{示}=G-F_{浮}$:
$F_{示甲}=G_{甲}-F_{浮甲}=mg-\frac{mg}{2}=\frac{mg}{2}$,
$F_{示乙}=G_{乙}-F_{浮乙}=mg-\frac{mg}{5}=\frac{4mg}{5}$,
因此$\frac{F_{示甲}}{F_{示乙}}=\frac{\frac{mg}{2}}{\frac{4mg}{5}}=\frac{5}{8}$。
【答案】
$5:2$;$5:8$
【知识点】
阿基米德原理;称重法测浮力;密度公式应用
【点评】
本题综合考查密度、浮力相关公式的应用,核心是利用“质量相同”的条件,结合密度公式推导体积关系,再通过阿基米德原理和称重法逐步计算比值,需熟练掌握公式的变形与综合运用。
【难度系数】
0.6
11. 弹簧测力计吊着物块在空气中称时示数为$1.6\mathrm{ N}$,当把物块总体积的一半浸入水中称时示数为$0.6\mathrm{ N}$,则物体受到的浮力为
$10\mathrm{ N/kg}$)
1
$\mathrm{N}$,物块的密度为0.8×10³
$\mathrm{kg/m}^3$. 当把物块总体积的五分之四浸入水中称时示数为0
$\mathrm{N}$. 物块排开水的质量为0.16
$\mathrm{kg}$.($g$取$10\mathrm{ N/kg}$)
答案
1
$0.8×10^{3}$
0
0.16
$0.8×10^{3}$
0
0.16
解析
【分析】
1. 求物体一半浸入水中时的浮力:可直接利用称重法公式$F_{浮}=G-F_{示}$计算,其中空气中的示数为物体重力,部分浸入时的示数为拉力;
2. 求物块密度:先根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,结合一半体积浸入的条件求出物体总体积;再由$G=mg$算出物体质量,最后用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算密度;
3. 求五分之四浸入水中时的示数:先计算该情况下的浮力,对比浮力与物体重力的大小,若浮力等于重力,弹簧测力计示数为0;
4. 求排开水的质量:根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,结合此时浮力等于重力的关系,即可求出排开水的质量。
【解析】
1. 计算物体一半浸入水中时的浮力:
已知物体在空气中的重力$G=1.6\mathrm{ N}$,一半体积浸入水中时测力计示数$F_{示1}=0.6\mathrm{ N}$,根据称重法:
$F_{浮1}=G-F_{示1}=1.6\mathrm{ N}-0.6\mathrm{ N}=1\mathrm{ N}$
2. 计算物块的密度:
由阿基米德原理$F_{浮1}=\rho_{水}gV_{排1}$,且$V_{排1}=\frac{1}{2}V$,可得物体总体积:
$V=2V_{排1}=\frac{2F_{浮1}}{\rho_{水}g}=\frac{2×1\mathrm{ N}}{1.0×10^{3}\mathrm{ kg/m}^3×10\mathrm{ N/kg}}=2×10^{-4}\mathrm{ m}^3$
物体的质量:
$m=\frac{G}{g}=\frac{1.6\mathrm{ N}}{10\mathrm{ N/kg}}=0.16\mathrm{ kg}$
则物块的密度:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.16\mathrm{ kg}}{2×10^{-4}\mathrm{ m}^3}=0.8×10^{3}\mathrm{ kg/m}^3$
3. 计算总体积五分之四浸入水中时的示数:
此时排开水的体积$V_{排2}=\frac{4}{5}V$,根据阿基米德原理,浮力:
$F_{浮2}=\rho_{水}gV_{排2}=1.0×10^{3}\mathrm{ kg/m}^3×10\mathrm{ N/kg}×\frac{4}{5}×2×10^{-4}\mathrm{ m}^3=1.6\mathrm{ N}$
因为$F_{浮2}=G=1.6\mathrm{ N}$,所以弹簧测力计示数:
$F_{示2}=G-F_{浮2}=1.6\mathrm{ N}-1.6\mathrm{ N}=0\mathrm{ N}$
4. 计算物块排开水的质量:
根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,此时$F_{浮}=G=1.6\mathrm{ N}$,则:
$m_{排}=\frac{G_{排}}{g}=\frac{1.6\mathrm{ N}}{10\mathrm{ N/kg}}=0.16\mathrm{ kg}$
【答案】
1;$0.8×10^{3}$;0;0.16
【知识点】
称重法测浮力;阿基米德原理;密度公式应用
【点评】
本题是浮力的综合计算题,综合考查了称重法、阿基米德原理及密度公式的应用,解题关键是通过部分浸入时的浮力求出物体总体积,进而判断物体浸入五分之四时的受力状态,需灵活运用相关公式分析计算。
【难度系数】
0.6
1. 求物体一半浸入水中时的浮力:可直接利用称重法公式$F_{浮}=G-F_{示}$计算,其中空气中的示数为物体重力,部分浸入时的示数为拉力;
2. 求物块密度:先根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,结合一半体积浸入的条件求出物体总体积;再由$G=mg$算出物体质量,最后用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算密度;
3. 求五分之四浸入水中时的示数:先计算该情况下的浮力,对比浮力与物体重力的大小,若浮力等于重力,弹簧测力计示数为0;
4. 求排开水的质量:根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,结合此时浮力等于重力的关系,即可求出排开水的质量。
【解析】
1. 计算物体一半浸入水中时的浮力:
已知物体在空气中的重力$G=1.6\mathrm{ N}$,一半体积浸入水中时测力计示数$F_{示1}=0.6\mathrm{ N}$,根据称重法:
$F_{浮1}=G-F_{示1}=1.6\mathrm{ N}-0.6\mathrm{ N}=1\mathrm{ N}$
2. 计算物块的密度:
由阿基米德原理$F_{浮1}=\rho_{水}gV_{排1}$,且$V_{排1}=\frac{1}{2}V$,可得物体总体积:
$V=2V_{排1}=\frac{2F_{浮1}}{\rho_{水}g}=\frac{2×1\mathrm{ N}}{1.0×10^{3}\mathrm{ kg/m}^3×10\mathrm{ N/kg}}=2×10^{-4}\mathrm{ m}^3$
物体的质量:
$m=\frac{G}{g}=\frac{1.6\mathrm{ N}}{10\mathrm{ N/kg}}=0.16\mathrm{ kg}$
则物块的密度:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.16\mathrm{ kg}}{2×10^{-4}\mathrm{ m}^3}=0.8×10^{3}\mathrm{ kg/m}^3$
3. 计算总体积五分之四浸入水中时的示数:
此时排开水的体积$V_{排2}=\frac{4}{5}V$,根据阿基米德原理,浮力:
$F_{浮2}=\rho_{水}gV_{排2}=1.0×10^{3}\mathrm{ kg/m}^3×10\mathrm{ N/kg}×\frac{4}{5}×2×10^{-4}\mathrm{ m}^3=1.6\mathrm{ N}$
因为$F_{浮2}=G=1.6\mathrm{ N}$,所以弹簧测力计示数:
$F_{示2}=G-F_{浮2}=1.6\mathrm{ N}-1.6\mathrm{ N}=0\mathrm{ N}$
4. 计算物块排开水的质量:
根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,此时$F_{浮}=G=1.6\mathrm{ N}$,则:
$m_{排}=\frac{G_{排}}{g}=\frac{1.6\mathrm{ N}}{10\mathrm{ N/kg}}=0.16\mathrm{ kg}$
【答案】
1;$0.8×10^{3}$;0;0.16
【知识点】
称重法测浮力;阿基米德原理;密度公式应用
【点评】
本题是浮力的综合计算题,综合考查了称重法、阿基米德原理及密度公式的应用,解题关键是通过部分浸入时的浮力求出物体总体积,进而判断物体浸入五分之四时的受力状态,需灵活运用相关公式分析计算。
【难度系数】
0.6
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