8. 小艾同学按如图所示的步骤,探究了“浮力大小与哪些因素有关”,据图回答相关问题。

(1)如图A所示,物体所受的重力为N。
(2)通过比较步骤A、B、C、D,可以得出结论:同种液体中,物体受到的浮力大小与有关。
(3)通过比较步骤A、D、E,可以得出结论:浮力大小与物体浸没在液体中的深度。
(4)通过比较步骤A、B、F,(填“可以”或“不可以”)得出浮力大小与液体密度有关。
(5)仔细分析实验数据可知物体体积为$\mathrm{cm}^3$,图F中弹簧测力计示数是N($\rho_{酒精}=0.8\ \mathrm{g/cm}^3$)。
(1)如图A所示,物体所受的重力为N。
(2)通过比较步骤A、B、C、D,可以得出结论:同种液体中,物体受到的浮力大小与有关。
(3)通过比较步骤A、D、E,可以得出结论:浮力大小与物体浸没在液体中的深度。
(4)通过比较步骤A、B、F,(填“可以”或“不可以”)得出浮力大小与液体密度有关。
(5)仔细分析实验数据可知物体体积为$\mathrm{cm}^3$,图F中弹簧测力计示数是N($\rho_{酒精}=0.8\ \mathrm{g/cm}^3$)。
答案
解:
(1) 由图A弹簧测力计刻度可知,物体所受的重力为$\boldsymbol{4}$N。
(2) 同种液体中,物体受到的浮力大小与$\boldsymbol{物体排开液体的体积}$有关。
(3) 浮力大小与物体浸没在液体中的深度$\boldsymbol{无关}$。
(4) $\boldsymbol{不可以}$。
(5) 物体完全浸没在水中时,受到的浮力:
$F_{\mathrm{浮水}}=G-F_D=4\ \mathrm{N}-3\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$
根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$,物体体积等于浸没时排开水的体积:
$V=V_{\mathrm{排}}=\dfrac{F_{\mathrm{浮水}}}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\dfrac{1\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=100\ \mathrm{cm}^3$
物体浸没在酒精中时,受到的浮力:
$F_{\mathrm{浮酒精}}=\rho_{\mathrm{酒精}}gV=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=0.8\ \mathrm{N}$
图F中弹簧测力计示数:
$F_F=G-F_{\mathrm{浮酒精}}=4\ \mathrm{N}-0.8\ \mathrm{N}=3.2\ \mathrm{N}$
所以物体体积为$\boldsymbol{100}$ $\mathrm{cm}^3$,图F中弹簧测力计示数是$\boldsymbol{3.2}$N。
(1) 由图A弹簧测力计刻度可知,物体所受的重力为$\boldsymbol{4}$N。
(2) 同种液体中,物体受到的浮力大小与$\boldsymbol{物体排开液体的体积}$有关。
(3) 浮力大小与物体浸没在液体中的深度$\boldsymbol{无关}$。
(4) $\boldsymbol{不可以}$。
(5) 物体完全浸没在水中时,受到的浮力:
$F_{\mathrm{浮水}}=G-F_D=4\ \mathrm{N}-3\ \mathrm{N}=1\ \mathrm{N}$
根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$,物体体积等于浸没时排开水的体积:
$V=V_{\mathrm{排}}=\dfrac{F_{\mathrm{浮水}}}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\dfrac{1\ \mathrm{N}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=100\ \mathrm{cm}^3$
物体浸没在酒精中时,受到的浮力:
$F_{\mathrm{浮酒精}}=\rho_{\mathrm{酒精}}gV=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×1×10^{-4}\ \mathrm{m}^3=0.8\ \mathrm{N}$
图F中弹簧测力计示数:
$F_F=G-F_{\mathrm{浮酒精}}=4\ \mathrm{N}-0.8\ \mathrm{N}=3.2\ \mathrm{N}$
所以物体体积为$\boldsymbol{100}$ $\mathrm{cm}^3$,图F中弹簧测力计示数是$\boldsymbol{3.2}$N。
9. 2024年5月,完全由我国自主设计、建造的首艘弹射型航空母舰福建舰顺利完成首次海试。若福建舰静止在海面时排开海水的体积为$8× 10^{4}\ \mathrm{m}^3$,其水平甲板上停放着一辆我国自主研发的飞机牵引车,该牵引车重$5.6× 10^{4}\ \mathrm{N}$,其车轮与水平甲板的接触总面积为$0.4\ \mathrm{m}^2$,海水密度取$1.0× 10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$。
(1)求距离海面4 m深处舰身受到海水的压强。
(2)求牵引车对航母的压强。
(3)求航母此时所受的浮力大小。
(1)求距离海面4 m深处舰身受到海水的压强。
(2)求牵引车对航母的压强。
(3)求航母此时所受的浮力大小。
答案
解:
(1) 由液体压强公式可得,距离海面4 m深处舰身受到海水的压强:
$p = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 4\ \mathrm{m} = 4× 10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) 牵引车对水平航母甲板的压力等于自身重力:
$F = G = 5.6× 10^4\ \mathrm{N}$
牵引车对航母的压强:
$p' = \frac{F}{S} = \frac{5.6× 10^4\ \mathrm{N}}{0.4\ \mathrm{m^2}} = 1.4× 10^5\ \mathrm{Pa}$
(3) 由阿基米德原理可得,航母此时所受的浮力:
$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}} = 1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 8× 10^4\ \mathrm{m^3} = 8× 10^8\ \mathrm{N}$
答:(1)距离海面4 m深处舰身受到海水的压强为$4× 10^4\ \mathrm{Pa}$;(2)牵引车对航母的压强为$1.4× 10^5\ \mathrm{Pa}$;(3)航母此时所受的浮力为$8× 10^8\ \mathrm{N}$。
(1) 由液体压强公式可得,距离海面4 m深处舰身受到海水的压强:
$p = \rho_{\mathrm{海水}}gh = 1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 4\ \mathrm{m} = 4× 10^4\ \mathrm{Pa}$
(2) 牵引车对水平航母甲板的压力等于自身重力:
$F = G = 5.6× 10^4\ \mathrm{N}$
牵引车对航母的压强:
$p' = \frac{F}{S} = \frac{5.6× 10^4\ \mathrm{N}}{0.4\ \mathrm{m^2}} = 1.4× 10^5\ \mathrm{Pa}$
(3) 由阿基米德原理可得,航母此时所受的浮力:
$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{海水}}gV_{\mathrm{排}} = 1.0× 10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 10\ \mathrm{N/kg} × 8× 10^4\ \mathrm{m^3} = 8× 10^8\ \mathrm{N}$
答:(1)距离海面4 m深处舰身受到海水的压强为$4× 10^4\ \mathrm{Pa}$;(2)牵引车对航母的压强为$1.4× 10^5\ \mathrm{Pa}$;(3)航母此时所受的浮力为$8× 10^8\ \mathrm{N}$。
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