5. 如图所示,将一体积为$10\ \mathrm{cm}^{3}$的质量分布均匀的正方体木块轻轻放入一盛满某种液体的溢水杯中,溢出液体的质量为8 g;若将木块从中间锯掉一半,再将剩余部分轻轻放入装满该液体的溢水杯中,则该液体会溢出(

A.3 g
B.4 g
C.5 g
D.6 g
B
)A.3 g
B.4 g
C.5 g
D.6 g
答案
5. B
解析
【分析】
解题思路梳理:首先观察题图可知木块初始处于漂浮状态,第一步结合漂浮条件和阿基米德原理,可直接得到木块的总质量等于最初溢出液体的质量;第二步明确均匀木块锯掉一半后,密度不变,剩余部分的密度仍然小于液体密度,因此放入液体后依旧漂浮;第三步再次利用漂浮时浮力等于物体重力、也等于排开液体重力的规律,就能推出剩余木块排开液体的质量等于剩余木块自身的质量,也就是原木块质量的一半,直接得到溢出液体的质量。全程不需要额外计算木块和液体的密度,简化推导过程。
【解析】
解:
1. 初始状态下木块漂浮在液面,根据物体漂浮条件:木块受到的浮力等于自身重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{木}}$。
根据阿基米德原理:浮力等于排开液体的重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g$。
联立两式可得$G_{\mathrm{木}}=G_{\mathrm{排}}$,约去g后得到木块总质量$m_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{排}}=8\ \mathrm{g}$。
2. 由于木块质量分布均匀,锯掉一半后,剩余木块的质量$m'_{\mathrm{木}}=\frac{1}{2}m_{\mathrm{木}}=4\ \mathrm{g}$,木块密度不变,仍然小于该液体的密度,因此剩余部分放入液体后依然处于漂浮状态。
3. 对剩余木块再次应用漂浮条件和阿基米德原理:$F'_{\mathrm{浮}}=G'_{\mathrm{木}}=G'_{\mathrm{排}}$,约去g后可得此时排开液体的质量$m'_{\mathrm{排}}=m'_{\mathrm{木}}=4\ \mathrm{g}$,即溢出液体的质量为4g。
因此答案选B。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理,物体漂浮条件
【点评】
本题是浮力模块的基础应用题,核心考察漂浮条件和阿基米德原理的联动应用,不需要额外求解木块和液体的密度,利用“漂浮物体的质量等于排开液体的质量”的推论就能快速解题,避免复杂计算,同时也能加深学生对漂浮规律的理解。
【难度系数】
0.8
解题思路梳理:首先观察题图可知木块初始处于漂浮状态,第一步结合漂浮条件和阿基米德原理,可直接得到木块的总质量等于最初溢出液体的质量;第二步明确均匀木块锯掉一半后,密度不变,剩余部分的密度仍然小于液体密度,因此放入液体后依旧漂浮;第三步再次利用漂浮时浮力等于物体重力、也等于排开液体重力的规律,就能推出剩余木块排开液体的质量等于剩余木块自身的质量,也就是原木块质量的一半,直接得到溢出液体的质量。全程不需要额外计算木块和液体的密度,简化推导过程。
【解析】
解:
1. 初始状态下木块漂浮在液面,根据物体漂浮条件:木块受到的浮力等于自身重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{木}}$。
根据阿基米德原理:浮力等于排开液体的重力,即$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g$。
联立两式可得$G_{\mathrm{木}}=G_{\mathrm{排}}$,约去g后得到木块总质量$m_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{排}}=8\ \mathrm{g}$。
2. 由于木块质量分布均匀,锯掉一半后,剩余木块的质量$m'_{\mathrm{木}}=\frac{1}{2}m_{\mathrm{木}}=4\ \mathrm{g}$,木块密度不变,仍然小于该液体的密度,因此剩余部分放入液体后依然处于漂浮状态。
3. 对剩余木块再次应用漂浮条件和阿基米德原理:$F'_{\mathrm{浮}}=G'_{\mathrm{木}}=G'_{\mathrm{排}}$,约去g后可得此时排开液体的质量$m'_{\mathrm{排}}=m'_{\mathrm{木}}=4\ \mathrm{g}$,即溢出液体的质量为4g。
因此答案选B。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理,物体漂浮条件
【点评】
本题是浮力模块的基础应用题,核心考察漂浮条件和阿基米德原理的联动应用,不需要额外求解木块和液体的密度,利用“漂浮物体的质量等于排开液体的质量”的推论就能快速解题,避免复杂计算,同时也能加深学生对漂浮规律的理解。
【难度系数】
0.8
6. 暑假期间学校加大力度进行防溺水宣传教育。小明从物理学的角度分析,人体的密度与水的密度相近,不会游泳的人溺水时可以采用一些自救的措施。以下方法正确的是(
A.急速大口呼气
B.将手在水面上方挥舞示意
C.拼命挣扎
D.手脚平静放在水下,口鼻露出水面
D
)A.急速大口呼气
B.将手在水面上方挥舞示意
C.拼命挣扎
D.手脚平静放在水下,口鼻露出水面
答案
6. D
解析
【分析】
这道题结合防溺水自救场景考查浮力相关知识,解题思路是先明确核心逻辑:人体密度和水相近时,要让口鼻露出水面实现自救,需要保证足够大的排开水的体积,从而获得足够的浮力支撑人体,再逐个分析每个操作对排开水体积、浮力的影响,排除会减小浮力、使人更容易下沉的错误操作,最终选出合理的自救方式。
【解析】
我们结合阿基米德原理$F_浮=\rho_水gV_排$逐一分析选项:
选项A:急速大口呼气会使人体肺部收缩,整体体积减小,排开水的体积$V_排$变小,受到的浮力减小,人会更容易下沉,该方法错误。
选项B:将手在水面上方挥舞,原本浸在水中的手离开水面,会让整体排开水的体积$V_排$减小,浮力变小,人会向下沉,该方法错误。
选项C:拼命挣扎会无规律打乱身体姿态,很容易让口鼻浸入水中,同时挣扎过程中频繁将肢体抬出水面,持续减小排开水的体积,进一步减小浮力,加速下沉,该方法错误。
选项D:手脚平静放在水下,能保证尽可能大的排开水的体积,获得足够的浮力,由于人体密度和水相近,调整姿态后完全可以让口鼻露出水面,实现漂浮等待救援,该方法正确。
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理,物体浮沉条件
【点评】
本题将物理浮力知识和防溺水安全教育结合,既考查了基础浮力规律的应用,也传递了实用的自救常识,解题时抓住“浮力大小和排开水的体积正相关”这个核心,就能快速判断各个操作的合理性。
【难度系数】
0.9
这道题结合防溺水自救场景考查浮力相关知识,解题思路是先明确核心逻辑:人体密度和水相近时,要让口鼻露出水面实现自救,需要保证足够大的排开水的体积,从而获得足够的浮力支撑人体,再逐个分析每个操作对排开水体积、浮力的影响,排除会减小浮力、使人更容易下沉的错误操作,最终选出合理的自救方式。
【解析】
我们结合阿基米德原理$F_浮=\rho_水gV_排$逐一分析选项:
选项A:急速大口呼气会使人体肺部收缩,整体体积减小,排开水的体积$V_排$变小,受到的浮力减小,人会更容易下沉,该方法错误。
选项B:将手在水面上方挥舞,原本浸在水中的手离开水面,会让整体排开水的体积$V_排$减小,浮力变小,人会向下沉,该方法错误。
选项C:拼命挣扎会无规律打乱身体姿态,很容易让口鼻浸入水中,同时挣扎过程中频繁将肢体抬出水面,持续减小排开水的体积,进一步减小浮力,加速下沉,该方法错误。
选项D:手脚平静放在水下,能保证尽可能大的排开水的体积,获得足够的浮力,由于人体密度和水相近,调整姿态后完全可以让口鼻露出水面,实现漂浮等待救援,该方法正确。
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理,物体浮沉条件
【点评】
本题将物理浮力知识和防溺水安全教育结合,既考查了基础浮力规律的应用,也传递了实用的自救常识,解题时抓住“浮力大小和排开水的体积正相关”这个核心,就能快速判断各个操作的合理性。
【难度系数】
0.9
7. 有一不吸水的木球,其质量为10 g,体积为$20\ \mathrm{cm}^{3}$,先把它轻轻放入盛满水的溢水杯中,当木球静止时,溢出水的质量为10 g;把它取出擦干,再轻轻放入盛满煤油的溢水杯中,当木球静止时,溢出煤油的质量是(煤油的密度是$0.8\ \mathrm{g/cm}^{3}$)(
A.5 g
B.8 g
C.10 g
D.16 g
C
)A.5 g
B.8 g
C.10 g
D.16 g
答案
7. C
解析
【分析】
这道题的核心解题思路是先判断木球在不同液体中的浮沉状态,不能直接默认木球完全浸没在煤油中计算排开液体质量。首先第一步先计算木球自身的平均密度,再将其和水、煤油的密度做对比,确定木球在煤油中是漂浮状态;接下来结合漂浮条件:漂浮时物体受到的浮力等于自身总重力,再搭配阿基米德原理(浮力等于排开液体的重力),就能推导出排开煤油的质量等于木球自身的质量,最终得到结果。
【解析】
1. 计算木球的密度:
已知木球质量$m_{\mathrm{木}}=10\ \mathrm{g}$,体积$V_{\mathrm{木}}=20\ \mathrm{cm}^3$,根据密度公式:
$\rho_{\mathrm{木}}=\frac{m_{\mathrm{木}}}{V_{\mathrm{木}}}=\frac{10\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=0.5\ \mathrm{g/cm}^3$
2. 判断浮沉状态:
已知水的密度为$1\ \mathrm{g/cm}^3$,煤油密度为$0.8\ \mathrm{g/cm}^3$,可得$\rho_{\mathrm{木}}<\rho_{\mathrm{煤油}}<\rho_{\mathrm{水}}$,因此木球在水和煤油中静止时都处于漂浮状态。
3. 结合浮力规律推导:
根据漂浮条件,木球在煤油中受到的浮力等于自身重力:$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{木}}g$
根据阿基米德原理,浮力等于排开煤油的重力:$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排煤油}}=m_{\mathrm{排煤油}}g$
联立两式可得:$m_{\mathrm{排煤油}}g=m_{\mathrm{木}}g$,即$m_{\mathrm{排煤油}}=m_{\mathrm{木}}=10\ \mathrm{g}$,也就是溢出煤油的质量为10g。
【答案】
C
【知识点】
浮沉条件应用,阿基米德原理,密度计算
【点评】
本题的易错点是很多同学跳过浮沉状态判断,要么直接默认木球浸没在煤油中用木球体积乘煤油密度得到16g,要么直接套用排水体积10cm³乘煤油密度得到8g,误选错误选项。解题的关键是牢记浮力类问题优先判断物体的浮沉状态,再选择对应的规律计算,避免主观假设物体的浸没情况。
【难度系数】
0.6
这道题的核心解题思路是先判断木球在不同液体中的浮沉状态,不能直接默认木球完全浸没在煤油中计算排开液体质量。首先第一步先计算木球自身的平均密度,再将其和水、煤油的密度做对比,确定木球在煤油中是漂浮状态;接下来结合漂浮条件:漂浮时物体受到的浮力等于自身总重力,再搭配阿基米德原理(浮力等于排开液体的重力),就能推导出排开煤油的质量等于木球自身的质量,最终得到结果。
【解析】
1. 计算木球的密度:
已知木球质量$m_{\mathrm{木}}=10\ \mathrm{g}$,体积$V_{\mathrm{木}}=20\ \mathrm{cm}^3$,根据密度公式:
$\rho_{\mathrm{木}}=\frac{m_{\mathrm{木}}}{V_{\mathrm{木}}}=\frac{10\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=0.5\ \mathrm{g/cm}^3$
2. 判断浮沉状态:
已知水的密度为$1\ \mathrm{g/cm}^3$,煤油密度为$0.8\ \mathrm{g/cm}^3$,可得$\rho_{\mathrm{木}}<\rho_{\mathrm{煤油}}<\rho_{\mathrm{水}}$,因此木球在水和煤油中静止时都处于漂浮状态。
3. 结合浮力规律推导:
根据漂浮条件,木球在煤油中受到的浮力等于自身重力:$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{木}}g$
根据阿基米德原理,浮力等于排开煤油的重力:$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排煤油}}=m_{\mathrm{排煤油}}g$
联立两式可得:$m_{\mathrm{排煤油}}g=m_{\mathrm{木}}g$,即$m_{\mathrm{排煤油}}=m_{\mathrm{木}}=10\ \mathrm{g}$,也就是溢出煤油的质量为10g。
【答案】
C
【知识点】
浮沉条件应用,阿基米德原理,密度计算
【点评】
本题的易错点是很多同学跳过浮沉状态判断,要么直接默认木球浸没在煤油中用木球体积乘煤油密度得到16g,要么直接套用排水体积10cm³乘煤油密度得到8g,误选错误选项。解题的关键是牢记浮力类问题优先判断物体的浮沉状态,再选择对应的规律计算,避免主观假设物体的浸没情况。
【难度系数】
0.6
8. 将两个物体分别挂在两个弹簧测力计下,再将它们同时浸没在水中,发现两个弹簧测力计示数的变化量相等,则两个物体一定有相同的(
A.质量
B.密度
C.体积
D.形状
C
)A.质量
B.密度
C.体积
D.形状
答案
8. C
解析
【分析】
我们可以按三步思路逐步推导:第一步先明确弹簧测力计示数变化量的物理含义:物体浸入水中前弹簧测力计测物体重力G,示数为G;物体浸没在水中后,弹簧测力计示数F=G-F浮,因此示数的变化量ΔF=G-F=F浮,也就是示数变化量等于物体受到的浮力。第二步,题目说明两个弹簧测力计示数变化量相等,说明两个物体浸没在水中时受到的浮力大小相等。第三步结合阿基米德原理F浮=ρ液gV排,两个物体都浸没在水中,液体都是水,ρ水和g都是定值,浮力相等则V排相等;又因为完全浸没时V排=V物,因此两个物体的体积一定相等。最后逐一排除其余选项:物体重力G=F浮+F示,两个物体浸没后弹簧测力计的最终示数未知,因此重力、质量都不一定相等;密度ρ=m/V,质量未知因此密度也不一定相等;浮力大小和物体形状无关,形状也没有必然相等的关系,最终选出正确选项。
【解析】
1. 明确示数变化量的物理意义:
根据称重法测浮力的公式,物体浸没在水中时满足$F_{\mathrm{浮}} = G - F_{\mathrm{示}}$,因此弹簧测力计的示数变化量$\Delta F = G - F_{\mathrm{示}} = F_{\mathrm{浮}}$,即两个物体浸没在水中受到的浮力大小相等。
2. 结合阿基米德原理推导:
阿基米德原理表达式为$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排}}$,两个物体同时浸没在水中,$\rho_{\mathrm{水}}$、$g$均为定值,当浮力相等时,两个物体排开水的体积$V_{\mathrm{排}}$相等。
3. 结合浸没条件推导:
物体完全浸没在水中时,排开水的体积等于物体自身的体积,即$V_{\mathrm{物}}=V_{\mathrm{排}}$,因此两个物体的体积一定相等。
4. 排除错误选项:
A选项质量:$G=F_{\mathrm{浮}}+F_{\mathrm{示}}$,两个物体浸没后的弹簧测力计最终示数$F_{\mathrm{示}}$未知,重力无法确定,由$m=G/g$可知质量也无法确定,错误;
B选项密度:$\rho=m/V$,物体质量m未知,密度无法确定,错误;
D选项形状:浮力大小与物体形状无关,两个物体形状没有必然相等的关系,错误。
综上,答案选C。
【答案】
C
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理
【点评】
本题是浮力模块的基础概念题,核心考察学生对弹簧测力计示数变化量物理本质的理解,容易出现的误区是误将示数变化量和物体重力直接绑定,忽略称重法的推导逻辑,整体侧重检验阿基米德原理在浸没场景下的基础应用能力。
【难度系数】
0.8
我们可以按三步思路逐步推导:第一步先明确弹簧测力计示数变化量的物理含义:物体浸入水中前弹簧测力计测物体重力G,示数为G;物体浸没在水中后,弹簧测力计示数F=G-F浮,因此示数的变化量ΔF=G-F=F浮,也就是示数变化量等于物体受到的浮力。第二步,题目说明两个弹簧测力计示数变化量相等,说明两个物体浸没在水中时受到的浮力大小相等。第三步结合阿基米德原理F浮=ρ液gV排,两个物体都浸没在水中,液体都是水,ρ水和g都是定值,浮力相等则V排相等;又因为完全浸没时V排=V物,因此两个物体的体积一定相等。最后逐一排除其余选项:物体重力G=F浮+F示,两个物体浸没后弹簧测力计的最终示数未知,因此重力、质量都不一定相等;密度ρ=m/V,质量未知因此密度也不一定相等;浮力大小和物体形状无关,形状也没有必然相等的关系,最终选出正确选项。
【解析】
1. 明确示数变化量的物理意义:
根据称重法测浮力的公式,物体浸没在水中时满足$F_{\mathrm{浮}} = G - F_{\mathrm{示}}$,因此弹簧测力计的示数变化量$\Delta F = G - F_{\mathrm{示}} = F_{\mathrm{浮}}$,即两个物体浸没在水中受到的浮力大小相等。
2. 结合阿基米德原理推导:
阿基米德原理表达式为$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排}}$,两个物体同时浸没在水中,$\rho_{\mathrm{水}}$、$g$均为定值,当浮力相等时,两个物体排开水的体积$V_{\mathrm{排}}$相等。
3. 结合浸没条件推导:
物体完全浸没在水中时,排开水的体积等于物体自身的体积,即$V_{\mathrm{物}}=V_{\mathrm{排}}$,因此两个物体的体积一定相等。
4. 排除错误选项:
A选项质量:$G=F_{\mathrm{浮}}+F_{\mathrm{示}}$,两个物体浸没后的弹簧测力计最终示数$F_{\mathrm{示}}$未知,重力无法确定,由$m=G/g$可知质量也无法确定,错误;
B选项密度:$\rho=m/V$,物体质量m未知,密度无法确定,错误;
D选项形状:浮力大小与物体形状无关,两个物体形状没有必然相等的关系,错误。
综上,答案选C。
【答案】
C
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理
【点评】
本题是浮力模块的基础概念题,核心考察学生对弹簧测力计示数变化量物理本质的理解,容易出现的误区是误将示数变化量和物体重力直接绑定,忽略称重法的推导逻辑,整体侧重检验阿基米德原理在浸没场景下的基础应用能力。
【难度系数】
0.8
9. 把一铁块挂在弹簧测力计下,若把它分别浸没在盐水、水和酒精中,则弹簧测力计读数最大的是($\rho_{盐水}>\rho_{水}>\rho_{酒精}$)(
A.在水中
B.在酒精中
C.在盐水中
D.一样大
B
)A.在水中
B.在酒精中
C.在盐水中
D.一样大
答案
9. B
解析
【分析】
我们可以按清晰的两步思路来解题:第一步,先明确铁块浸没在三种液体中时,排开液体的体积等于铁块自身的体积,铁块体积是固定值,所以三次实验的排液体积完全相等。第二步,弹簧测力计的示数等于铁块的重力减去铁块受到的浮力,铁块重力是定值,因此浮力越小,弹簧测力计的读数就越大。接下来结合阿基米德原理,在排液体积相同时浮力和液体密度正相关,结合题目给出的三种液体密度关系,就能直接判断出浮力最小的液体,对应的弹簧测力计示数就是最大的。
【解析】
1. 铁块浸没在盐水、水、酒精中时,排开液体的体积满足:$V_{排盐水}=V_{排水}=V_{排酒精}=V_{铁}$,三次排开液体的体积完全相等。
2. 根据称重法测浮力的公式:$F_{示} = G_{铁} - F_{浮}$,铁块的重力$G_{铁}$是固定值,因此铁块受到的浮力$F_{浮}$越小,弹簧测力计的示数$F_{示}$就越大。
3. 根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在$V_{排}$相同的情况下,液体密度$\rho_{液}$越小,物体受到的浮力$F_{浮}$越小。已知题目给出$\rho_{盐水}>\rho_{水}>\rho_{酒精}$,因此铁块在酒精中受到的浮力最小。
4. 代入称重法公式可得,铁块浸没在酒精中时,弹簧测力计的读数最大。
【答案】
B
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理
【点评】
本题属于浮力模块的基础常规题,核心考察控制变量法的应用,解题关键是抓住“浸没时排开液体体积等于物体自身体积”这个不变量,仅通过液体密度的大小关系就能快速推导结果,整体没有复杂的变形计算,易错点较少。
【难度系数】
0.8
我们可以按清晰的两步思路来解题:第一步,先明确铁块浸没在三种液体中时,排开液体的体积等于铁块自身的体积,铁块体积是固定值,所以三次实验的排液体积完全相等。第二步,弹簧测力计的示数等于铁块的重力减去铁块受到的浮力,铁块重力是定值,因此浮力越小,弹簧测力计的读数就越大。接下来结合阿基米德原理,在排液体积相同时浮力和液体密度正相关,结合题目给出的三种液体密度关系,就能直接判断出浮力最小的液体,对应的弹簧测力计示数就是最大的。
【解析】
1. 铁块浸没在盐水、水、酒精中时,排开液体的体积满足:$V_{排盐水}=V_{排水}=V_{排酒精}=V_{铁}$,三次排开液体的体积完全相等。
2. 根据称重法测浮力的公式:$F_{示} = G_{铁} - F_{浮}$,铁块的重力$G_{铁}$是固定值,因此铁块受到的浮力$F_{浮}$越小,弹簧测力计的示数$F_{示}$就越大。
3. 根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在$V_{排}$相同的情况下,液体密度$\rho_{液}$越小,物体受到的浮力$F_{浮}$越小。已知题目给出$\rho_{盐水}>\rho_{水}>\rho_{酒精}$,因此铁块在酒精中受到的浮力最小。
4. 代入称重法公式可得,铁块浸没在酒精中时,弹簧测力计的读数最大。
【答案】
B
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理
【点评】
本题属于浮力模块的基础常规题,核心考察控制变量法的应用,解题关键是抓住“浸没时排开液体体积等于物体自身体积”这个不变量,仅通过液体密度的大小关系就能快速推导结果,整体没有复杂的变形计算,易错点较少。
【难度系数】
0.8
10. 如图所示,用弹簧测力计悬挂着圆柱体缓慢浸入水中,从圆柱体的底部接触水面开始到完全没入水中(但未接触容器底部)的过程中,能正确表示弹簧测力计的示数$F$与圆柱体浸入水中深度$h$的关系图像是(



C
)答案
10. C
解析
【分析】
解题思路:我们可以结合称重法测浮力的规律,分两个阶段推导弹簧测力计示数的变化:
1. 首先明确核心关系:称重法测浮力的公式为弹簧测力计拉力$F = G - F_{浮}$,其中G是圆柱体的重力,固定不变,因此F的变化完全由浮力$F_{浮}$的变化决定。
2. 第一阶段:从圆柱体底部接触水面到刚好完全浸没的过程:随着浸入深度h不断增大,圆柱体排开水的体积$V_{排}$随h同步增大,根据阿基米德原理,浮力会随h增大而变大,因此拉力F会随h的增大逐渐减小。
3. 第二阶段:圆柱体完全浸没后继续向下浸入(未接触容器底)的过程:此时圆柱体排开水的体积等于自身体积,不再随h增大而变化,因此浮力保持恒定,对应的弹簧测力计拉力F也不再改变。
综上F随h的变化规律是先逐渐减小,之后保持不变,符合该特征的图像就是正确答案。
【解析】
解:根据称重法测浮力可得弹簧测力计的示数满足:
$F = G - F_{浮}$
① 圆柱体未完全浸没时:浸入深度h增大,排开水的体积$V_{排}$随h增大而增大,由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$可知,浮力逐渐增大,因此弹簧测力计的示数F随h的增大而减小;
② 圆柱体完全浸没后:继续增大浸入深度h,排开水的体积等于圆柱体自身的体积,不再发生变化,因此浮力保持不变,弹簧测力计的示数F也不再变化。
因此弹簧测力计的示数F随浸入深度h的变化规律是先减小、后保持恒定,对应正确图像为选项C。
【答案】C
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理
【点评】
本题是浮力动态变化的基础图像题,核心是分阶段分析排开液体体积的变化,部分同学容易忽略完全浸没后浮力不再变化的特点,误选持续下降的图像,解题时要注意把浸入过程拆分为“未完全浸没”和“完全浸没后”两个阶段分别推导物理量的变化规律。
【难度系数】0.7
解题思路:我们可以结合称重法测浮力的规律,分两个阶段推导弹簧测力计示数的变化:
1. 首先明确核心关系:称重法测浮力的公式为弹簧测力计拉力$F = G - F_{浮}$,其中G是圆柱体的重力,固定不变,因此F的变化完全由浮力$F_{浮}$的变化决定。
2. 第一阶段:从圆柱体底部接触水面到刚好完全浸没的过程:随着浸入深度h不断增大,圆柱体排开水的体积$V_{排}$随h同步增大,根据阿基米德原理,浮力会随h增大而变大,因此拉力F会随h的增大逐渐减小。
3. 第二阶段:圆柱体完全浸没后继续向下浸入(未接触容器底)的过程:此时圆柱体排开水的体积等于自身体积,不再随h增大而变化,因此浮力保持恒定,对应的弹簧测力计拉力F也不再改变。
综上F随h的变化规律是先逐渐减小,之后保持不变,符合该特征的图像就是正确答案。
【解析】
解:根据称重法测浮力可得弹簧测力计的示数满足:
$F = G - F_{浮}$
① 圆柱体未完全浸没时:浸入深度h增大,排开水的体积$V_{排}$随h增大而增大,由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$可知,浮力逐渐增大,因此弹簧测力计的示数F随h的增大而减小;
② 圆柱体完全浸没后:继续增大浸入深度h,排开水的体积等于圆柱体自身的体积,不再发生变化,因此浮力保持不变,弹簧测力计的示数F也不再变化。
因此弹簧测力计的示数F随浸入深度h的变化规律是先减小、后保持恒定,对应正确图像为选项C。
【答案】C
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理
【点评】
本题是浮力动态变化的基础图像题,核心是分阶段分析排开液体体积的变化,部分同学容易忽略完全浸没后浮力不再变化的特点,误选持续下降的图像,解题时要注意把浸入过程拆分为“未完全浸没”和“完全浸没后”两个阶段分别推导物理量的变化规律。
【难度系数】0.7
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