1. 如图所示,A、B、C、D、E五个物体在水中处于不同状态,已知E的底面与容器底不紧密接触,请画出物体的受力示意图,并标注出物体所受的浮力与重力的大小关系。

答案
A:
受力示意图:物体A受竖直向下重力$G_A$,竖直向上浮力$F_{浮A}$,重力与浮力大小相等,即$F_{浮A}=G_A$,作用点都画在物体几何中心。
B:
受力示意图:物体B受竖直向下重力$G_B$,竖直向上浮力$F_{浮B}$,浮力大于重力,即$F_{浮B}> G_B$,作用点都画在物体几何中心。
C:
受力示意图:物体C受竖直向下重力$G_C$,竖直向上浮力$F_{浮C}$,重力与浮力大小相等,即$F_{浮C}=G_C$,作用点都画在物体几何中心。
D:
受力示意图:物体D受竖直向下重力$G_D$,竖直向上浮力$F_{浮D}$,重力大于浮力,即$F_{浮D}< G_D$,作用点都画在物体几何中心。
E:
受力示意图:物体E受竖直向下重力$G_E$,竖直向上浮力$F_{浮E}$,还受容器底竖直向上支持力$F_{支}$,重力等于浮力与支持力之和,即$G_E = F_{浮E}+F_{支}$,力的作用点都画在物体几何中心。
受力示意图:物体A受竖直向下重力$G_A$,竖直向上浮力$F_{浮A}$,重力与浮力大小相等,即$F_{浮A}=G_A$,作用点都画在物体几何中心。
B:
受力示意图:物体B受竖直向下重力$G_B$,竖直向上浮力$F_{浮B}$,浮力大于重力,即$F_{浮B}> G_B$,作用点都画在物体几何中心。
C:
受力示意图:物体C受竖直向下重力$G_C$,竖直向上浮力$F_{浮C}$,重力与浮力大小相等,即$F_{浮C}=G_C$,作用点都画在物体几何中心。
D:
受力示意图:物体D受竖直向下重力$G_D$,竖直向上浮力$F_{浮D}$,重力大于浮力,即$F_{浮D}< G_D$,作用点都画在物体几何中心。
E:
受力示意图:物体E受竖直向下重力$G_E$,竖直向上浮力$F_{浮E}$,还受容器底竖直向上支持力$F_{支}$,重力等于浮力与支持力之和,即$G_E = F_{浮E}+F_{支}$,力的作用点都画在物体几何中心。
解析
【解析】
分别对各物体受力分析:
1. 物体A漂浮:受竖直向下的重力$G_A$和竖直向上的浮力$F_{浮A}$,二力平衡,大小相等,作用点在物体几何中心。
2. 物体B上浮:受竖直向下的重力$G_B$和竖直向上的浮力$F_{浮B}$,浮力大于重力,作用点在物体几何中心。
3. 物体C悬浮:受竖直向下的重力$G_C$和竖直向上的浮力$F_{浮C}$,二力平衡,大小相等,作用点在物体几何中心。
4. 物体D下沉:受竖直向下的重力$G_D$和竖直向上的浮力$F_{浮D}$,重力大于浮力,作用点在物体几何中心。
5. 物体E沉底且底面不与容器底紧密接触:受竖直向下的重力$G_E$、竖直向上的浮力$F_{浮E}$和容器底竖直向上的支持力$F_{支}$,重力等于浮力与支持力之和,作用点在物体几何中心。
【答案】
A:受力示意图:过A的几何中心,分别画竖直向下的$G_A$和竖直向上的$F_{浮A}$,两线段长度相等,标注$F_{浮A}=G_A$;
B:受力示意图:过B的几何中心,分别画竖直向下的$G_B$和竖直向上的$F_{浮B}$,$F_{浮B}$的线段长度大于$G_B$,标注$F_{浮B}> G_B$;
C:受力示意图:过C的几何中心,分别画竖直向下的$G_C$和竖直向上的$F_{浮C}$,两线段长度相等,标注$F_{浮C}=G_C$;
D:受力示意图:过D的几何中心,分别画竖直向下的$G_D$和竖直向上的$F_{浮D}$,$G_D$的线段长度大于$F_{浮D}$,标注$F_{浮D}< G_D$;
E:受力示意图:过E的几何中心,画竖直向下的$G_E$、竖直向上的$F_{浮E}$和$F_{支}$,$G_E$的线段长度等于$F_{浮E}$与$F_{支}$的线段长度之和,标注$G_E = F_{浮E}+F_{支}$。
【知识点】
物体浮沉条件,受力示意图绘制,浮力受力分析
【点评】
本题通过不同浮沉状态的物体,考查对物体浮沉条件的理解及受力分析的能力,需结合物体运动状态判断力的大小关系,明确沉底且底面不密合的物体仍受浮力。
【难度系数】
0.7
分别对各物体受力分析:
1. 物体A漂浮:受竖直向下的重力$G_A$和竖直向上的浮力$F_{浮A}$,二力平衡,大小相等,作用点在物体几何中心。
2. 物体B上浮:受竖直向下的重力$G_B$和竖直向上的浮力$F_{浮B}$,浮力大于重力,作用点在物体几何中心。
3. 物体C悬浮:受竖直向下的重力$G_C$和竖直向上的浮力$F_{浮C}$,二力平衡,大小相等,作用点在物体几何中心。
4. 物体D下沉:受竖直向下的重力$G_D$和竖直向上的浮力$F_{浮D}$,重力大于浮力,作用点在物体几何中心。
5. 物体E沉底且底面不与容器底紧密接触:受竖直向下的重力$G_E$、竖直向上的浮力$F_{浮E}$和容器底竖直向上的支持力$F_{支}$,重力等于浮力与支持力之和,作用点在物体几何中心。
【答案】
A:受力示意图:过A的几何中心,分别画竖直向下的$G_A$和竖直向上的$F_{浮A}$,两线段长度相等,标注$F_{浮A}=G_A$;
B:受力示意图:过B的几何中心,分别画竖直向下的$G_B$和竖直向上的$F_{浮B}$,$F_{浮B}$的线段长度大于$G_B$,标注$F_{浮B}> G_B$;
C:受力示意图:过C的几何中心,分别画竖直向下的$G_C$和竖直向上的$F_{浮C}$,两线段长度相等,标注$F_{浮C}=G_C$;
D:受力示意图:过D的几何中心,分别画竖直向下的$G_D$和竖直向上的$F_{浮D}$,$G_D$的线段长度大于$F_{浮D}$,标注$F_{浮D}< G_D$;
E:受力示意图:过E的几何中心,画竖直向下的$G_E$、竖直向上的$F_{浮E}$和$F_{支}$,$G_E$的线段长度等于$F_{浮E}$与$F_{支}$的线段长度之和,标注$G_E = F_{浮E}+F_{支}$。
【知识点】
物体浮沉条件,受力示意图绘制,浮力受力分析
【点评】
本题通过不同浮沉状态的物体,考查对物体浮沉条件的理解及受力分析的能力,需结合物体运动状态判断力的大小关系,明确沉底且底面不密合的物体仍受浮力。
【难度系数】
0.7
2. 小红在思考物体浮沉条件时提出了自己的观点:“上浮物体所受的浮力一定大于下沉物体所受的浮力。”请你设计实验证明她的观点是错的,并将实验现象记录在下方。
答案
实验器材:弹簧测力计、体积较小的木块、体积较大的石块、盛有水的烧杯。
实验步骤:
1. 用弹簧测力计分别测出木块和石块的重力G木、G石;
2. 将木块放入水中,观察到木块上浮,漂浮在水面上,此时木块所受浮力F浮木=G木;
3. 用弹簧测力计吊着石块,将其完全浸没在水中,读出弹簧测力计的示数F拉,计算石块所受浮力F浮石=G石-F拉;
4. 比较F浮木和F浮石的大小。
实验现象:F浮木<F浮石,即上浮的木块所受浮力小于下沉的石块所受浮力。
结论:小红的观点错误。
实验步骤:
1. 用弹簧测力计分别测出木块和石块的重力G木、G石;
2. 将木块放入水中,观察到木块上浮,漂浮在水面上,此时木块所受浮力F浮木=G木;
3. 用弹簧测力计吊着石块,将其完全浸没在水中,读出弹簧测力计的示数F拉,计算石块所受浮力F浮石=G石-F拉;
4. 比较F浮木和F浮石的大小。
实验现象:F浮木<F浮石,即上浮的木块所受浮力小于下沉的石块所受浮力。
结论:小红的观点错误。
解析
【解析】
实验器材:弹簧测力计、体积较小的木块、体积较大的石块、盛有水的烧杯。
实验步骤:
1. 用弹簧测力计分别测出木块和石块的重力$G_{木}$、$G_{石}$;
2. 将木块放入水中,观察到木块上浮,最终漂浮在水面上,根据物体浮沉条件可知此时木块所受浮力$F_{浮木}=G_{木}$;
3. 用弹簧测力计吊着石块,将其完全浸没在水中,读出弹簧测力计的示数$F_{拉}$,根据称重法计算石块所受浮力$F_{浮石}=G_{石}-F_{拉}$;
4. 比较$F_{浮木}$和$F_{浮石}$的大小。
实验现象:$F_{浮木}<F_{浮石}$,即上浮的木块所受浮力小于下沉的石块所受浮力。
结论:小红的观点错误。
【答案】
实验器材:弹簧测力计、体积较小的木块、体积较大的石块、盛有水的烧杯。
实验步骤:
1. 用弹簧测力计分别测出木块和石块的重力$G_{木}$、$G_{石}$;
2. 将木块放入水中,观察到木块上浮,漂浮在水面上,此时木块所受浮力$F_{浮木}=G_{木}$;
3. 用弹簧测力计吊着石块,将其完全浸没在水中,读出弹簧测力计的示数$F_{拉}$,计算石块所受浮力$F_{浮石}=G_{石}-F_{拉}$;
4. 比较$F_{浮木}$和$F_{浮石}$的大小。
实验现象:$F_{浮木}<F_{浮石}$,即上浮的木块所受浮力小于下沉的石块所受浮力,证明小红的观点错误。
【知识点】
1. 物体浮沉条件
2. 浮力的测量与计算
【点评】
该实验通过选取体积不同的物体,结合浮沉条件和称重法测量并比较浮力大小,直观验证了小红观点的错误性,有助于加深对物体浮沉条件的理解,培养科学探究的思维与能力。
【难度系数】
0.6
实验器材:弹簧测力计、体积较小的木块、体积较大的石块、盛有水的烧杯。
实验步骤:
1. 用弹簧测力计分别测出木块和石块的重力$G_{木}$、$G_{石}$;
2. 将木块放入水中,观察到木块上浮,最终漂浮在水面上,根据物体浮沉条件可知此时木块所受浮力$F_{浮木}=G_{木}$;
3. 用弹簧测力计吊着石块,将其完全浸没在水中,读出弹簧测力计的示数$F_{拉}$,根据称重法计算石块所受浮力$F_{浮石}=G_{石}-F_{拉}$;
4. 比较$F_{浮木}$和$F_{浮石}$的大小。
实验现象:$F_{浮木}<F_{浮石}$,即上浮的木块所受浮力小于下沉的石块所受浮力。
结论:小红的观点错误。
【答案】
实验器材:弹簧测力计、体积较小的木块、体积较大的石块、盛有水的烧杯。
实验步骤:
1. 用弹簧测力计分别测出木块和石块的重力$G_{木}$、$G_{石}$;
2. 将木块放入水中,观察到木块上浮,漂浮在水面上,此时木块所受浮力$F_{浮木}=G_{木}$;
3. 用弹簧测力计吊着石块,将其完全浸没在水中,读出弹簧测力计的示数$F_{拉}$,计算石块所受浮力$F_{浮石}=G_{石}-F_{拉}$;
4. 比较$F_{浮木}$和$F_{浮石}$的大小。
实验现象:$F_{浮木}<F_{浮石}$,即上浮的木块所受浮力小于下沉的石块所受浮力,证明小红的观点错误。
【知识点】
1. 物体浮沉条件
2. 浮力的测量与计算
【点评】
该实验通过选取体积不同的物体,结合浮沉条件和称重法测量并比较浮力大小,直观验证了小红观点的错误性,有助于加深对物体浮沉条件的理解,培养科学探究的思维与能力。
【难度系数】
0.6
1. 小明用手将重1.5 N、体积为1.6×10⁻⁴ m³的苹果压入水中,直到苹果浸没,苹果浸没时受到的浮力大小为 N。松手后苹果最后静止,此时苹果受到的浮力大小为 N。g取10 N/kg。
答案
$1.6$;$1.5$
解析
(1)苹果浸没时排开水的体积:$V_{排} = V = 1.6 × 10^{-4}\mathrm{m}^3$,
根据$F_{浮} = \rho_{液}gV_{排}$($\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$,$g = 10N/kg$),可得苹果浸没时受到的浮力:
$F_{浮} = \rho_{水}gV_{排} = 1.0 × 10^{3}kg/m^{3} × 10N/kg× 1.6 × 10^{-4}m^{3} = 1.6N$;
(2)比较苹果受到的重力$G = 1.5N$和浮力$F_{浮} = 1.6N$的大小关系:$G< F_{浮}$,
根据物体的浮沉条件可知,松手后苹果将上浮,最终苹果会漂浮在液面上。
当苹果漂浮时,处于平衡状态,所受浮力和重力是一对平衡力,大小相等,方向相反。
所以苹果漂浮时受到的浮力$F_{浮}' = G = 1.5N$。
根据$F_{浮} = \rho_{液}gV_{排}$($\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$,$g = 10N/kg$),可得苹果浸没时受到的浮力:
$F_{浮} = \rho_{水}gV_{排} = 1.0 × 10^{3}kg/m^{3} × 10N/kg× 1.6 × 10^{-4}m^{3} = 1.6N$;
(2)比较苹果受到的重力$G = 1.5N$和浮力$F_{浮} = 1.6N$的大小关系:$G< F_{浮}$,
根据物体的浮沉条件可知,松手后苹果将上浮,最终苹果会漂浮在液面上。
当苹果漂浮时,处于平衡状态,所受浮力和重力是一对平衡力,大小相等,方向相反。
所以苹果漂浮时受到的浮力$F_{浮}' = G = 1.5N$。
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