3. 中国航母“妈妈”—$901$ 型综合补给舰排水量达到 $50\ 000\ \mathrm{t}$,这艘补给舰在海面满载航行时受到的浮力是
5×10⁸
$\mathrm{N}$,为航母补给后,补给舰所受浮力将变小
,舰体浸入海水中的体积将变小
.($g$ 取 $10\ \mathrm{N/kg}$)答案
$5×10^{8}$
变小
变小
变小
变小
解析
【分析】
首先,补给舰满载航行时漂浮在海面,根据物体的漂浮条件,漂浮时浮力等于自身重力,所以先通过$G=mg$计算出补给舰的总重力,即可得到浮力;为航母补给后,补给舰的总质量减小,总重力随之减小,由于仍处于漂浮状态,浮力始终等于重力,因此浮力会变小;再根据阿基米德原理$F_浮=ρ_液gV_排$,海水密度不变,浮力变小则排开海水的体积(即舰体浸入海水中的体积)也会变小。
【解析】
1. 计算满载时受到的浮力:
补给舰满载时的质量$m=50000\ \mathrm{t}=5×10^7\ \mathrm{kg}$,
根据重力公式$G=mg$,可得总重力:
$G=5×10^7\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5×10^8\ \mathrm{N}$,
因为补给舰漂浮在海面上,根据漂浮条件$F_浮=G$,所以满载时受到的浮力$F_浮=5×10^8\ \mathrm{N}$。
2. 补给后浮力的变化:
为航母补给后,补给舰的总质量减小,总重力$G'$变小,由于补给舰仍漂浮,浮力等于重力,即$F_浮'=G'$,所以补给舰所受浮力将变小。
3. 舰体浸入海水体积的变化:
根据阿基米德原理$F_浮=ρ_{海水}gV_排$,变形可得$V_排=\frac{F_浮}{ρ_{海水}g}$,海水密度$ρ_{海水}$不变,$g$为定值,浮力$F_浮$变小,因此$V_排$变小,即舰体浸入海水中的体积将变小。
【答案】
$5×10^{8}$;变小;变小
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题考查漂浮条件与阿基米德原理的综合应用,核心是理解漂浮物体的浮力与重力的关系,以及浮力变化对排开液体体积的影响,属于力学基础题型,需要熟练掌握相关公式和规律的应用。
【难度系数】
0.8
首先,补给舰满载航行时漂浮在海面,根据物体的漂浮条件,漂浮时浮力等于自身重力,所以先通过$G=mg$计算出补给舰的总重力,即可得到浮力;为航母补给后,补给舰的总质量减小,总重力随之减小,由于仍处于漂浮状态,浮力始终等于重力,因此浮力会变小;再根据阿基米德原理$F_浮=ρ_液gV_排$,海水密度不变,浮力变小则排开海水的体积(即舰体浸入海水中的体积)也会变小。
【解析】
1. 计算满载时受到的浮力:
补给舰满载时的质量$m=50000\ \mathrm{t}=5×10^7\ \mathrm{kg}$,
根据重力公式$G=mg$,可得总重力:
$G=5×10^7\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=5×10^8\ \mathrm{N}$,
因为补给舰漂浮在海面上,根据漂浮条件$F_浮=G$,所以满载时受到的浮力$F_浮=5×10^8\ \mathrm{N}$。
2. 补给后浮力的变化:
为航母补给后,补给舰的总质量减小,总重力$G'$变小,由于补给舰仍漂浮,浮力等于重力,即$F_浮'=G'$,所以补给舰所受浮力将变小。
3. 舰体浸入海水体积的变化:
根据阿基米德原理$F_浮=ρ_{海水}gV_排$,变形可得$V_排=\frac{F_浮}{ρ_{海水}g}$,海水密度$ρ_{海水}$不变,$g$为定值,浮力$F_浮$变小,因此$V_排$变小,即舰体浸入海水中的体积将变小。
【答案】
$5×10^{8}$;变小;变小
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题考查漂浮条件与阿基米德原理的综合应用,核心是理解漂浮物体的浮力与重力的关系,以及浮力变化对排开液体体积的影响,属于力学基础题型,需要熟练掌握相关公式和规律的应用。
【难度系数】
0.8
4. 小明把盛有热水的烧杯放水平桌面上,将干红枣放入烧杯中,漂浮在水面,如图甲所示;由于不断吸水,红枣过一段时间后静止在水中,如图乙所示;再过一段时间后就沉到杯底,如图丙所示. 甲图中红枣的重力

等于
排开热水的重力,甲图中烧杯对桌面的压强等于
丙图中烧杯对桌面的压强,甲图中液面高度大于
丙图中液面高度.(不考虑蒸发的影响,均选填“大于”“等于”或“小于”).答案
等于
等于
大于
等于
大于
解析
【分析】
1. 第一个空:先根据漂浮条件得出红枣重力与浮力的关系,再结合阿基米德原理,即可判断红枣重力和排开热水重力的关系。
2. 第二个空:烧杯对桌面的压力等于烧杯、水和红枣的总重力,分析甲、丙两图中总重力的变化,再结合压强公式$p=\frac{F}{S}$判断压强关系。
3. 第三个空:对比甲图红枣漂浮时的排开体积和丙图红枣沉底时的排开体积,同时考虑红枣吸水导致烧杯内水的体积变化,进而判断液面高度关系。
【解析】
1. 甲图中红枣漂浮在水面,根据物体漂浮条件可知,红枣受到的浮力$F_{浮}$等于自身重力$G_{枣}$;再根据阿基米德原理,浮力$F_{浮}$等于排开液体的重力$G_{排}$,因此$G_{枣}=G_{排}$,即红枣的重力等于排开热水的重力。
2. 烧杯对桌面的压力等于烧杯、热水和红枣的总重力。不考虑蒸发的影响,甲图和丙图中,红枣吸水只是水从烧杯转移到红枣内部,总质量不变,总重力也不变;且烧杯的底面积$S$不变,根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,可知甲图中烧杯对桌面的压强等于丙图中烧杯对桌面的压强。
3. 甲图中红枣漂浮,排开水的体积$V_{排甲}$满足$F_{浮甲}=G_{枣1}=\rho_{水}gV_{排甲}$;丙图中红枣沉底,红枣吸水后重力变大,且烧杯内的水因被红枣吸收而减少,此时红枣排开的水的体积为自身的体积$V_{枣}$,由于$V_{排甲}>V_{枣}$,且被吸收的水原本在液面中,所以甲图中液面高度大于丙图中液面高度。
【答案】
等于;等于;大于
【知识点】
阿基米德原理;固体压强;物体浮沉条件
【点评】
本题综合考查了物体浮沉条件、阿基米德原理和固体压强的相关知识,解题的关键是理清不同状态下总重力、排开液体体积的变化规律。
【难度系数】
0.6
1. 第一个空:先根据漂浮条件得出红枣重力与浮力的关系,再结合阿基米德原理,即可判断红枣重力和排开热水重力的关系。
2. 第二个空:烧杯对桌面的压力等于烧杯、水和红枣的总重力,分析甲、丙两图中总重力的变化,再结合压强公式$p=\frac{F}{S}$判断压强关系。
3. 第三个空:对比甲图红枣漂浮时的排开体积和丙图红枣沉底时的排开体积,同时考虑红枣吸水导致烧杯内水的体积变化,进而判断液面高度关系。
【解析】
1. 甲图中红枣漂浮在水面,根据物体漂浮条件可知,红枣受到的浮力$F_{浮}$等于自身重力$G_{枣}$;再根据阿基米德原理,浮力$F_{浮}$等于排开液体的重力$G_{排}$,因此$G_{枣}=G_{排}$,即红枣的重力等于排开热水的重力。
2. 烧杯对桌面的压力等于烧杯、热水和红枣的总重力。不考虑蒸发的影响,甲图和丙图中,红枣吸水只是水从烧杯转移到红枣内部,总质量不变,总重力也不变;且烧杯的底面积$S$不变,根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,可知甲图中烧杯对桌面的压强等于丙图中烧杯对桌面的压强。
3. 甲图中红枣漂浮,排开水的体积$V_{排甲}$满足$F_{浮甲}=G_{枣1}=\rho_{水}gV_{排甲}$;丙图中红枣沉底,红枣吸水后重力变大,且烧杯内的水因被红枣吸收而减少,此时红枣排开的水的体积为自身的体积$V_{枣}$,由于$V_{排甲}>V_{枣}$,且被吸收的水原本在液面中,所以甲图中液面高度大于丙图中液面高度。
【答案】
等于;等于;大于
【知识点】
阿基米德原理;固体压强;物体浮沉条件
【点评】
本题综合考查了物体浮沉条件、阿基米德原理和固体压强的相关知识,解题的关键是理清不同状态下总重力、排开液体体积的变化规律。
【难度系数】
0.6
5. 放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器,底面积为 $1 × 10^{-2}\ \mathrm{m}^2$,将一体积为 $5 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^3$ 的木块用细线与容器底相连浸没在水中,如图甲所示. 现剪断细线后,木块上浮,静止时木块有 $\frac{1}{5}$ 体积露出水面,如图乙所示. 木块的密度为

0.8×10³
$\mathrm{kg/m}^3$,甲、乙两图中水对容器底的压强变化了100
$\mathrm{Pa}$.答案
$0.8×10^{3}$
100
100
解析
【分析】
1. 求木块密度:剪断细线后木块静止漂浮,根据漂浮条件可知浮力等于重力,结合阿基米德原理和重力公式,联立等式即可推导求出木块的密度。
2. 求水对容器底的压强变化:先计算甲、乙两图中木块排开水的体积差,结合容器底面积算出水面下降的高度,再利用液体压强公式计算压强变化量。
【解析】
(1)计算木块的密度
剪断细线后木块静止时处于漂浮状态,根据漂浮条件:
$F_{浮}=G_{木}$
根据阿基米德原理,此时木块受到的浮力:$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,其中$V_{排}=(1-\frac{1}{5})V_{木}=\frac{4}{5}V_{木}$
木块的重力:$G_{木}=m_{木}g=\rho_{木}V_{木}g$
将上述两式代入漂浮条件等式:
$\rho_{水}g×\frac{4}{5}V_{木}=\rho_{木}V_{木}g$
约去$g$和$V_{木}$,解得:
$\rho_{木}=\frac{4}{5}\rho_{水}=\frac{4}{5}×1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3=0.8×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$
(2)计算水对容器底的压强变化量
甲图中木块排开水的体积:$V_{排甲}=V_{木}=5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
乙图中木块排开水的体积:$V_{排乙}=\frac{4}{5}V_{木}=\frac{4}{5}×5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=4×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
排开水的体积变化量:
$\Delta V_{排}=V_{排甲}-V_{排乙}=5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3-4×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
水面下降的高度:
$\Delta h=\frac{\Delta V_{排}}{S}=\frac{1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}{1×10^{-2}\ \mathrm{m}^2}=0.01\ \mathrm{m}$
根据液体压强公式,水对容器底的压强变化量:
$\Delta p=\rho_{水}g\Delta h=1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.01\ \mathrm{m}=100\ \mathrm{Pa}$
【答案】
$0.8×10^{3}$;100
【知识点】
物体漂浮条件;阿基米德原理;液体压强计算
【点评】
本题综合考查浮力与压强的相关计算,关键是理清漂浮状态下的力的关系,以及排液体积变化与液面高度变化的联系,需要学生具备一定的公式推导和计算能力。
【难度系数】
0.6
1. 求木块密度:剪断细线后木块静止漂浮,根据漂浮条件可知浮力等于重力,结合阿基米德原理和重力公式,联立等式即可推导求出木块的密度。
2. 求水对容器底的压强变化:先计算甲、乙两图中木块排开水的体积差,结合容器底面积算出水面下降的高度,再利用液体压强公式计算压强变化量。
【解析】
(1)计算木块的密度
剪断细线后木块静止时处于漂浮状态,根据漂浮条件:
$F_{浮}=G_{木}$
根据阿基米德原理,此时木块受到的浮力:$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,其中$V_{排}=(1-\frac{1}{5})V_{木}=\frac{4}{5}V_{木}$
木块的重力:$G_{木}=m_{木}g=\rho_{木}V_{木}g$
将上述两式代入漂浮条件等式:
$\rho_{水}g×\frac{4}{5}V_{木}=\rho_{木}V_{木}g$
约去$g$和$V_{木}$,解得:
$\rho_{木}=\frac{4}{5}\rho_{水}=\frac{4}{5}×1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3=0.8×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$
(2)计算水对容器底的压强变化量
甲图中木块排开水的体积:$V_{排甲}=V_{木}=5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
乙图中木块排开水的体积:$V_{排乙}=\frac{4}{5}V_{木}=\frac{4}{5}×5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=4×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
排开水的体积变化量:
$\Delta V_{排}=V_{排甲}-V_{排乙}=5×10^{-4}\ \mathrm{m}^3-4×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
水面下降的高度:
$\Delta h=\frac{\Delta V_{排}}{S}=\frac{1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3}{1×10^{-2}\ \mathrm{m}^2}=0.01\ \mathrm{m}$
根据液体压强公式,水对容器底的压强变化量:
$\Delta p=\rho_{水}g\Delta h=1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×0.01\ \mathrm{m}=100\ \mathrm{Pa}$
【答案】
$0.8×10^{3}$;100
【知识点】
物体漂浮条件;阿基米德原理;液体压强计算
【点评】
本题综合考查浮力与压强的相关计算,关键是理清漂浮状态下的力的关系,以及排液体积变化与液面高度变化的联系,需要学生具备一定的公式推导和计算能力。
【难度系数】
0.6
6. 宋朝的怀丙利用浮船打捞铁牛,展现了我国古人的智慧. 如图为打捞过程示意图,先将陷在河底的铁牛和装满泥沙的船用绳索系在一起,再把船上的泥沙铲走,铁牛就被拉起,然后把船划到岸边,解开绳索卸下铁牛,就可将铁牛拖上岸. 船在图中甲、乙、丙三个位置时,船所受浮力为 $F_{甲}$、$F_{乙}$、$F_{丙}$,下列判断正确的是 (

A.$F_{甲} = F_{乙} = F_{丙}$
B.$F_{甲} > F_{乙} > F_{丙}$
C.$F_{甲} = F_{乙} > F_{丙}$
D.$F_{甲} < F_{乙} < F_{丙}$
B
)A.$F_{甲} = F_{乙} = F_{丙}$
B.$F_{甲} > F_{乙} > F_{丙}$
C.$F_{甲} = F_{乙} > F_{丙}$
D.$F_{甲} < F_{乙} < F_{丙}$
答案
B
解析
【分析】
要判断船在三个位置的浮力大小,可结合阿基米德原理和物体的受力分析来思考:
1. 首先回忆相关原理:漂浮的物体所受浮力等于自身总重力;根据阿基米德原理,浮力大小与排开液体的体积有关,在液体密度相同时,排开液体体积越大,浮力越大。
2. 观察图示:甲位置船装满泥沙且系着铁牛,船排开水的体积最大;乙位置铲走部分泥沙,铁牛被拉起,船排开水的体积次之;丙位置卸下铁牛,船排开水的体积最小。
3. 结合阿基米德原理即可判断三个位置的浮力大小关系。
【解析】
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,水的密度$\rho_{水}$和常量$g$不变,浮力大小与船排开水的体积$V_{排}$成正比。
由图可知,船在甲、乙、丙三个位置时,排开水的体积关系为$V_{排甲}>V_{排乙}>V_{排丙}$,代入公式可得:
$F_{甲}=\rho_{水}gV_{排甲}$,$F_{乙}=\rho_{水}gV_{排乙}$,$F_{丙}=\rho_{水}gV_{排丙}$,
因此$F_{甲} > F_{乙} > F_{丙}$。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理;物体漂浮条件
【点评】
本题结合古代科技实例考查浮力大小比较,解题关键是通过图示判断船排开水的体积关系,利用阿基米德原理分析浮力,也可通过整体受力分析结合漂浮条件验证,体现了物理知识在实际中的应用。
【难度系数】
0.6
要判断船在三个位置的浮力大小,可结合阿基米德原理和物体的受力分析来思考:
1. 首先回忆相关原理:漂浮的物体所受浮力等于自身总重力;根据阿基米德原理,浮力大小与排开液体的体积有关,在液体密度相同时,排开液体体积越大,浮力越大。
2. 观察图示:甲位置船装满泥沙且系着铁牛,船排开水的体积最大;乙位置铲走部分泥沙,铁牛被拉起,船排开水的体积次之;丙位置卸下铁牛,船排开水的体积最小。
3. 结合阿基米德原理即可判断三个位置的浮力大小关系。
【解析】
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,水的密度$\rho_{水}$和常量$g$不变,浮力大小与船排开水的体积$V_{排}$成正比。
由图可知,船在甲、乙、丙三个位置时,排开水的体积关系为$V_{排甲}>V_{排乙}>V_{排丙}$,代入公式可得:
$F_{甲}=\rho_{水}gV_{排甲}$,$F_{乙}=\rho_{水}gV_{排乙}$,$F_{丙}=\rho_{水}gV_{排丙}$,
因此$F_{甲} > F_{乙} > F_{丙}$。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理;物体漂浮条件
【点评】
本题结合古代科技实例考查浮力大小比较,解题关键是通过图示判断船排开水的体积关系,利用阿基米德原理分析浮力,也可通过整体受力分析结合漂浮条件验证,体现了物理知识在实际中的应用。
【难度系数】
0.6
7. 水平地面上有底面积为 $400\ \mathrm{cm}^2$、不计质量的薄壁盛水柱形容器,内有质量分布均匀的小球 A 和正方体物块 B 通过细线连接,A、B 所处状态如图所示. 已知物块 B 的质量为 $600\ \mathrm{g}$、边长为 $10\ \mathrm{cm}$,小球 A 的质量为 $1200\ \mathrm{g}$.计算可得出 (

A.绳子受到的拉力为 $16\ \mathrm{N}$
B.小球 A 的密度为 $2\ \mathrm{g/cm}^3$
C.剪断绳子,待物块静止后水对容器压力变化了 $4\ \mathrm{N}$
D.剪断绳子,待物块静止后水平地面受到的压强变化了 $100\ \mathrm{Pa}$
C
)A.绳子受到的拉力为 $16\ \mathrm{N}$
B.小球 A 的密度为 $2\ \mathrm{g/cm}^3$
C.剪断绳子,待物块静止后水对容器压力变化了 $4\ \mathrm{N}$
D.剪断绳子,待物块静止后水平地面受到的压强变化了 $100\ \mathrm{Pa}$
答案
C
解析
【分析】
要解决本题,需对每个选项逐一分析,利用受力平衡、阿基米德原理、压强公式等知识:
1. 分析绳子拉力:先对物块B受力分析,B浸没时受浮力、重力和绳子拉力,根据平衡条件计算拉力;
2. 分析小球A的密度:对A受力分析,结合平衡条件求出A的浮力,再用阿基米德原理求出A的体积,最后计算密度;
3. 分析水对容器压力变化:剪断绳子后B漂浮,浮力变化量等于压力变化量,利用浮力变化计算压力变化;
4. 分析地面压强变化:地面受到的压力等于容器、水和物体总重力,剪断绳子前后总重力不变,故压强变化为0。
【解析】
已知:$m_B=600\ \mathrm{g}=0.6\ \mathrm{kg}$,$L_B=10\ \mathrm{cm}$,$m_A=1200\ \mathrm{g}=1.2\ \mathrm{kg}$,$S=400\ \mathrm{cm}^2=0.04\ \mathrm{m}^2$,$\rho_{水}=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$,$g=10\ \mathrm{N/kg}$。
选项A:绳子受到的拉力
物块B的体积:$V_B=(L_B)^3=(0.1\ \mathrm{m})^3=1×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$
B浸没时的浮力:$F_{浮B}=\rho_{水}gV_B=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=10\ \mathrm{N}$
B的重力:$G_B=m_Bg=0.6\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=6\ \mathrm{N}$
B静止时受力平衡,浮力向上,重力和绳子拉力向下,故$F_{浮B}=G_B+F_{拉}$,则绳子拉力:
$F_{拉}=F_{浮B}-G_B=10\ \mathrm{N}-6\ \mathrm{N}=4\ \mathrm{N}$,A错误。
选项B:小球A的密度
对A受力分析,A受重力、浮力和绳子拉力(与B受到的拉力为相互作用力,大小相等),平衡时$G_A=F_{浮A}+F_{拉}$
A的重力:$G_A=m_Ag=1.2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=12\ \mathrm{N}$
A的浮力:$F_{浮A}=G_A-F_{拉}=12\ \mathrm{N}-4\ \mathrm{N}=8\ \mathrm{N}$
由阿基米德原理$F_{浮A}=\rho_{水}gV_A$,得A的体积:
$V_A=\frac{F_{浮A}}{\rho_{水}g}=\frac{8\ \mathrm{N}}{1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=8×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=800\ \mathrm{cm}^3$
A的密度:$\rho_A=\frac{m_A}{V_A}=\frac{1200\ \mathrm{g}}{800\ \mathrm{cm}^3}=1.5\ \mathrm{g/cm}^3$,B错误。
选项C:剪断绳子后水对容器压力变化
剪断绳子后,B漂浮,此时$F_{浮B}'=G_B=6\ \mathrm{N}$
浮力变化量:$\Delta F_{浮}=F_{浮B}-F_{浮B}'=10\ \mathrm{N}-6\ \mathrm{N}=4\ \mathrm{N}$
柱形容器中,水对容器底部的压力等于水的重力加上物体受到的浮力(物体对水的反作用力等于浮力),故压力变化量等于浮力变化量,即$\Delta F=\Delta F_{浮}=4\ \mathrm{N}$,C正确。
选项D:剪断绳子后水平地面受到的压强变化
水平地面受到的压力等于容器、水、A和B的总重力,剪断绳子前后总重力不变,故压力不变。由$p=\frac{F}{S}$可知,压强变化量为0,D错误。
【答案】
C
【知识点】
受力平衡分析;阿基米德原理;压强公式应用
【点评】
本题综合考查受力分析、浮力和压强的相关知识,关键是明确柱形容器中压力与浮力的关系,以及地面压力与总重力的关系,需要学生具备较强的综合分析能力。
【难度系数】
0.6
要解决本题,需对每个选项逐一分析,利用受力平衡、阿基米德原理、压强公式等知识:
1. 分析绳子拉力:先对物块B受力分析,B浸没时受浮力、重力和绳子拉力,根据平衡条件计算拉力;
2. 分析小球A的密度:对A受力分析,结合平衡条件求出A的浮力,再用阿基米德原理求出A的体积,最后计算密度;
3. 分析水对容器压力变化:剪断绳子后B漂浮,浮力变化量等于压力变化量,利用浮力变化计算压力变化;
4. 分析地面压强变化:地面受到的压力等于容器、水和物体总重力,剪断绳子前后总重力不变,故压强变化为0。
【解析】
已知:$m_B=600\ \mathrm{g}=0.6\ \mathrm{kg}$,$L_B=10\ \mathrm{cm}$,$m_A=1200\ \mathrm{g}=1.2\ \mathrm{kg}$,$S=400\ \mathrm{cm}^2=0.04\ \mathrm{m}^2$,$\rho_{水}=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$,$g=10\ \mathrm{N/kg}$。
选项A:绳子受到的拉力
物块B的体积:$V_B=(L_B)^3=(0.1\ \mathrm{m})^3=1×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$
B浸没时的浮力:$F_{浮B}=\rho_{水}gV_B=1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=10\ \mathrm{N}$
B的重力:$G_B=m_Bg=0.6\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=6\ \mathrm{N}$
B静止时受力平衡,浮力向上,重力和绳子拉力向下,故$F_{浮B}=G_B+F_{拉}$,则绳子拉力:
$F_{拉}=F_{浮B}-G_B=10\ \mathrm{N}-6\ \mathrm{N}=4\ \mathrm{N}$,A错误。
选项B:小球A的密度
对A受力分析,A受重力、浮力和绳子拉力(与B受到的拉力为相互作用力,大小相等),平衡时$G_A=F_{浮A}+F_{拉}$
A的重力:$G_A=m_Ag=1.2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=12\ \mathrm{N}$
A的浮力:$F_{浮A}=G_A-F_{拉}=12\ \mathrm{N}-4\ \mathrm{N}=8\ \mathrm{N}$
由阿基米德原理$F_{浮A}=\rho_{水}gV_A$,得A的体积:
$V_A=\frac{F_{浮A}}{\rho_{水}g}=\frac{8\ \mathrm{N}}{1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=8×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=800\ \mathrm{cm}^3$
A的密度:$\rho_A=\frac{m_A}{V_A}=\frac{1200\ \mathrm{g}}{800\ \mathrm{cm}^3}=1.5\ \mathrm{g/cm}^3$,B错误。
选项C:剪断绳子后水对容器压力变化
剪断绳子后,B漂浮,此时$F_{浮B}'=G_B=6\ \mathrm{N}$
浮力变化量:$\Delta F_{浮}=F_{浮B}-F_{浮B}'=10\ \mathrm{N}-6\ \mathrm{N}=4\ \mathrm{N}$
柱形容器中,水对容器底部的压力等于水的重力加上物体受到的浮力(物体对水的反作用力等于浮力),故压力变化量等于浮力变化量,即$\Delta F=\Delta F_{浮}=4\ \mathrm{N}$,C正确。
选项D:剪断绳子后水平地面受到的压强变化
水平地面受到的压力等于容器、水、A和B的总重力,剪断绳子前后总重力不变,故压力不变。由$p=\frac{F}{S}$可知,压强变化量为0,D错误。
【答案】
C
【知识点】
受力平衡分析;阿基米德原理;压强公式应用
【点评】
本题综合考查受力分析、浮力和压强的相关知识,关键是明确柱形容器中压力与浮力的关系,以及地面压力与总重力的关系,需要学生具备较强的综合分析能力。
【难度系数】
0.6
登录