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文档简介
2023年浙江省中考专项训练——14浮力的大小计算、浮力的应用一.选择题(共5小题)1.(2022•宁波校级一模)如图所示,港珠澳大桥于2018年10月24日通车,是中国境内一座连接香港、珠海和澳门的桥隧工程。它由桥梁和海底隧道组成,隧道由空心沉管连接而成。建造隧道时,先将沉管两段密封,如同一个巨大的长方体空心箱子,然后让其漂浮在海面上,再用船将密封沉管拖到预定海面上,向其内部灌水使之沉入海底。设一节密封长方形沉管的长、宽、高分别是180m、35m、10m,总质量为6×107kg(海水密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg),下列说法中正确的是()A.若将一节沉管密封后浸没在海水中受到的浮力为6.3×108N B.密封沉管灌水下沉过程中沉管受到的浮力一直变小 C.密封沉管灌水前漂浮在海面上受到的浮力6×107N D.密封沉管灌水下沉过程中上表面受到海水的压强变小2.(2021•临海市二模)底面积为100cm2的烧杯中装有适量水。当金属块浸没在水中静止时,如图甲所示,弹簧测力计的示数F1=3.4N,水对杯底的压强为p1;当金属块总体积的14露出水面静止时,如图乙所示,弹簧测力计的示数为F2,水对杯底的压强为p2;若p1、p2A.金属块的体积V是2×10﹣3m3 B.弹簧测力计的示数F2是5.4N C.金属块的密度是2.7×103kg/m3 D.金属块受到的重力是6.8N3.(2021•慈溪市模拟)弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯(可看成柱形)上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中,如图甲;图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像,则下列说法错误的是()A.物体的体积是400cm3 B.物体的密度是2.25×103kg/m3 C.物体刚浸没时下表面受到水的压力是4N D.物体完全浸没后与最初时相比,烧杯底部受到水的压力增大了5N4.(2023•宁波一模)如图甲所示,一个鸡蛋漂浮在盐水中;向盐水中缓慢加入蒸馏水,直到鸡蛋恰好浸没(如图乙所示);此过程中()A.鸡蛋排开液体的体积保持不变 B.鸡蛋受到的浮力逐渐增大 C.盐水对烧杯底部的压强逐渐增大 D.烧杯对水平桌面的压力保持不变5.(2023•西湖区模拟)如图甲所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上方连有正方体木块A,容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口,此时木块A刚好完全浸没在水中,接着打开阀门B,缓慢放水,直至木块A完全离开水面时,再关闭阀门B,这个过程中,弹簧弹力F与木块露出水面的体积V的关系如图乙所示。已知ρ水=1.0×103kg/m3,ρ木=0.7×103kg/m3,木块体积为V0,不计弹簧所受浮力,则下列说法正确的是()A.C点弹簧处于原长 B.CD段弹簧被压缩 C.D点的横坐标d的值为0.3V0 D.点C与点E的纵坐标c、e的绝对值之比为2:3二.填空题(共4小题)6.(2022•温州模拟)有一质量m=0.1kg,容积V=1×10﹣3m3,横截面积S=2.5×10﹣3m2的圆筒形薄壁容器B(壁厚忽略不计),现注入体积为13V的某种液体A后,将其封闭放入水中,且保持竖直漂浮状态,如图甲所示,此时水对容器底部的压强p=2.8×103(1)液体A的密度;(2)若要使容器B恰好竖直悬浮在水中(如图乙所示)注入液体A的体积是多少?7.(2023•宁波模拟)有甲、乙、丙三个物体,其密度分别为ρ甲=0.35g/cm3,ρ乙=1.05g/cm3,ρ丙=2.25g/cm3。现将它们放在密度为1.05g/cm3的饱和食盐水中,如图所示是这三个物体在食盐水中的四个可能位置。在这四个可能位置中,丙物体处于位置;若在食盐水中加些食盐,三个物体中浮力不变的物体有。8.(2022•鹿城区校级三模)公园里有一艘游船乙被风吹到了湖中央,管理员乘坐另一艘游船甲,将绳子套在乙船上,然后站在甲船上用力拉绳子,将两船连接到一起(如图所示),随后开动甲船将乙船带回岸边。根据上述信息回答问题:(1)管理员拉动绳子,甲、乙两船会运动,这说明力的作用效果之一是。(2)甲、乙两船质量都是200千克,人的质量是50千克,则甲船比乙船排开水的体积要多m3。9.(2022•云和县模拟)在研究物体浮沉条件的实验中,将一只鸡蛋浸没在水中,向水中缓慢加盐,直至盐不能再溶解为止,鸡蛋受到浮力F随盐水密度变化的规律如图所示(ρA=ρ水)。(1)当盐水的密度为图中A点对应的密度时,鸡蛋处于(选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”)状态。(2)鸡蛋的重力大小是。三.实验探究题(共3小题)10.(2023•宁波模拟)小京为了证明“浸没在水中的物体所受的浮力大小与水的深度有关”的观点是错误的,他利用符合实验要求的弹簧测力计、刻度尺、烧杯、水和金属块等器材进行实验。(1)以下是他的部分实验步骤,请帮他补充完整。①将金属块悬挂在弹簧测力计下,测量金属块受到的重力G并记录。②在烧杯中装入适量的水,,静止时记录弹簧测力计的示数F,用刻度尺测量烧杯中水的深度h并记录。③,静止时记录弹簧测力计的示数F,用刻度尺测量烧杯中水的深度h并记录。④用公式计算金属块所受浮力F浮1、F浮2并记录。(2)由水的深度变化时,F浮1F浮2(选填“=”或“≠”),就可以证明这种观点是错误的。11.(2023•温州一模)为证明空气浮力的存在,科学兴趣小组利用自行车气嘴、矿泉水瓶、细绳、气球等器材进行了如下实验:步骤一:在矿泉水瓶盖和底部上各钻一个小孔,将两个自行车气嘴分别固定在瓶盖和底部,将气球用细绳与底部的气嘴绑紧,如图甲所示。打开瓶盖,使瓶内外气压一致,再拧紧瓶盖不漏气。步骤二:关闭气嘴2,打开气嘴1;用气泵向矿泉水瓶充入气体,待手压瓶子感觉较硬时停止充气;用天平称出整个装置的质量为m1。步骤三:关闭气嘴1,打开气嘴2;让瓶内的高压气体进入气球,至气球停止胀大;称出整个装置的质量为m2。步骤四:比较m1与m2的大小。(1)实验装置的气密性是本实验成功的关键,写出一种检查图甲装置气密性的方法:。(2)本实验能验证气球在空气中受到浮力,其依据是m1m2。(3)实验中,小组同学发现气球与气嘴2之间漏气,于是设计了如图乙所示的改进型实验装置:将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上,调节配重质量使二者保持静止,用气泵往密闭玻璃容器内缓慢压入空气,观察到现象,说明金属球受到空气浮力的作用。12.(2021•宁波模拟)在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,某小组同学用如图所示的装置,将同一物体分别逐渐浸入到水和酒精中,为了便于操作和准确收集数据,用升降台调节溢水杯的高度来控制物体排开液体的体积。他们观察并记录了弹簧测力计的示数及排开液体的体积。实验数据记录在下表中。液体种类实验序号物体重力G物(N)弹簧测力计示数F(N)物体受到浮力F浮(N)排开液体体积V排(cm3)水ρ水=1.0g/cm3121.55021.01.010030.51.5150酒精ρ酒精=0.8g/cm3421.60.45051.20.810060.81.2150(1)分析表中数据,实验所用物体的重力为N,第一次实验中物体所受的浮力F浮=N。(2)分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可初步得出结论:当液体的种类相同时,排开液体的体积越,浸在液体中的物体受到的浮力越大;分析比较实验序号可初步得出结论:当排开液体的体积相同时,液体的密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。(3)请你计算出第一次实验中物体排开水受到的重力G排=N.通过比较每次实验中物体受到的浮力和它排开液体的重力的关系,还可以验证原理。(4)本实验在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验,其目的是为了。(选填字母序号A.寻找普遍规律B.取平均值减小误差)。四.计算题(共3小题)13.(2023•宁海县模拟)如图甲所示为一根原长为5cm的弹簧,每受到1N的力伸长1cm。在一只轻薄塑料袋中装满质量为0.2kg的水,将袋中的空气全部排出,用细线把袋口扎紧,挂在弹簧下面,如图乙所示,水袋的竖直高度为h厘米。(1)求水的体积和受到的重力;(2)将水袋体积的四分之一浸入水中稳定后,水袋受到的浮力为N;(3)将弹簧悬挂的水袋置于圆柱体容器的水面上方此时水面刚接触水袋,如图丙所示。向容器中加水至恰好淹没水袋(假设容器足够高,水没有溢出),此时水位相比加水前上升的高度为厘米。A.hB.h+2C.2D.由水袋的具体形状确定14.(2022•西湖区模拟)铝膜气球深受小朋友们的喜爱,如图所示。爱观察的小金发现,下雨的时候铝膜气球飞不起来,这是为什么呢?已知某铝膜气球充满氦气后的总质量为30克,体积为0.05立方米。(空气密度为1.29kg/m3)(1)小金买了两个完全相同的未充气的铝膜气球,分别往里面充满了氦气和空气,则两个气球受到的浮力(选填“氦气球大”或“空气球大”或“一样大”)。(2)计算该铝膜气球充满氦气时,受到的浮力大小。(3)小金查阅资料发现,气球飞不起来是因为沾上太多的水。气球充满氦气时,要确保气球仍能飞起,沾上水的质量不能超过多少?15.(2022•临平区模拟)2021年7月,河南省郑州市连遭暴雨袭击引发全民关注,造成了重大的人员伤亡和经济损失。救援队通常利用冲锋舟转移民众至安全地区,如图所示。已知某一型号冲锋舟的质量为300千克,最大排水体积为1.2米3,试回答以下问题:(河水的密度为1.0×103千克/米3)(1)洪水是我国危害最大的自然灾害之一,以下关于洪水的说法错误的是。A.持续性暴雨和台风是引发洪水的主要自然因素B.破坏植被会使洪水的危害性增大C.人类活动不会对洪水造成影响(2)一艘上述型号的空冲锋舟漂浮在水上时受到的浮力多大?(3)假设一个成年人的质量为60千克,为了保证安全,该冲锋舟最多能载多少个成年人?五.解答题(共5小题)16.(2023•北仑区模拟)有一足够大的水池,在其水平池底竖直放置一段圆木。圆木可近似看作一个圆柱体,底面积0.8m2,高5m,密度0.7×103kg/m3.(g=10N/kg)(1)未向水池内注水时,圆木对池底的压力和压强分别为多大?(2)向水池内缓慢注水,在水位到达1m时圆木受到水的浮力和圆木对池底的压力分别为多大?(3)当向水池内注水深度达到4m时,圆木受到的浮力又为多大?17.(2022•鹿城区一模)跳水馆池水深度要适当,水过浅会发生危险,水过深则造成浪费。某科研小组想研究某高度跳台水池中水的合理深度,用仿真人体模型进行“模拟跳水”测试,将人体模型从距水面6米处静止释放,观察其触底情况。已知该人体模型重600牛,体积为0.059m3。(不考虑空气阻力)(1)仿真人体模型入水后会受到浮力,其最大值是牛。(2)由于人体模型入水后受到的浮力与其重力大小相当,粗略测算时视为抵消,若剩下的平均阻力为其重力的1.5倍,则本次测试中池水至少多深才能保证人体模型不触池底?(3)图甲是跳水运动员入水前的示意图,t1是人起跳的瞬间,t2为腾空至最高点的瞬间,t3是即将入水的瞬间。图乙要描述t1~t3之间速度变化的大致图像,请结合所学知识将其补充完整。18.(2023•宁波模拟)有个足够大的水池,在其水平池底以不同的方式放置一个木块,木块规格为lm×lm×2m,密度为0.6×103kg/m3。(1)如图,甲、乙两种放置方式,往水池内加水,木块漂浮时,木块排开水的体积甲乙(填“<”“=”或“>”)。(2)木块的重力是多少牛?(3)当水池内注水深度达到0.8m时,求两种不同的放置方式木块所受的浮力F1和F2。19.(2023•温州模拟)近几年县、市均开展自制潜水艇比赛,某小组同学开展了自制潜水艇项目,过程如下:【产品设计】图甲为某小组自制的潜水艇,由生活舱和水舱构成,生活舱体积大于水舱体积。其材质为硬质塑料瓶,塑料瓶厚度不计,两个舱之间密封不连通,水舱与200毫升的注射器通过塑料软管相连,移动注射器活塞可以实现潜水器的浮沉。【产品调试】任务一:如图乙所示,潜水艇完成从水面A位置下潜到B位置并稳定停留;任务二:能从水底上浮到B位置并稳定停留;任务三:完成从水底打捞一个重物(重0.3牛,体积为10厘米3)到B位置并稳定停留。(1)小明关闭进出水口将自制潜水器浸没在水中,当观察到现象,则气密性良好。(2)完成任务二上浮过程,对注射器活塞的操作是:。(3)已知完成任务二时注射器活塞稳定在刻度a毫升。完成任务三时(用体积和质量均忽略不计的细线系住重物打捞),注射器活塞需要稳定在哪个刻度?(提示:结果用含a的代数式表示;注射器内气压始终等于外界大气压;水的密度为1克/厘米3)20.(2023•龙湾区模拟)如图甲是一款无人水下航行器,其内部装有控制系统、推进系统、摄像模块、电池模块,总质量为8千克,采用全封闭结构。它的底部还有一个活塞式浮力系统调节装置(如图乙),活塞位置可上下调节,从而改变航行器排开水的体积,以实现航行器在水中的上下运动或停留。某次测试时,航行器竖直上升并停留在水中的某个位置,该过程中速度随时间的变化关系如图丙所示。(1)航行器在测试过程中停留在水中的某个位置时排开水的体积是多少?(2)航行器在水中匀速上升这段时间内克服重力做功多少焦?(3)当航行器在水下运动时,会受到水的阻力。根据丙图分析,航行器在第9秒时受到的浮力与重力的大小关系如何,请作出判断并说明理由。。
2023年浙江省中考专项训练——14浮力的大小计算、浮力的应用参考答案与试题解析一.选择题(共5小题)1.(2022•宁波校级一模)如图所示,港珠澳大桥于2018年10月24日通车,是中国境内一座连接香港、珠海和澳门的桥隧工程。它由桥梁和海底隧道组成,隧道由空心沉管连接而成。建造隧道时,先将沉管两段密封,如同一个巨大的长方体空心箱子,然后让其漂浮在海面上,再用船将密封沉管拖到预定海面上,向其内部灌水使之沉入海底。设一节密封长方形沉管的长、宽、高分别是180m、35m、10m,总质量为6×107kg(海水密度取1.0×103kg/m3,g取10N/kg),下列说法中正确的是()A.若将一节沉管密封后浸没在海水中受到的浮力为6.3×108N B.密封沉管灌水下沉过程中沉管受到的浮力一直变小 C.密封沉管灌水前漂浮在海面上受到的浮力6×107N D.密封沉管灌水下沉过程中上表面受到海水的压强变小【解答】解:A、沉管密封后浸没在海水中,则V排=V=180m×35m×10m=6.3×104m3,一节沉管密封后浸没在海水中受到的浮力为F浮=ρ液gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×6.3×104m3=6.3×108N,故A正确;B、密封沉管灌水下沉过程中,在沉管没浸没之前,排开水的体积在变大,浸没后,排开水的体积不变,故沉管下沉过程中沉管受到的浮力先变大后不变,故B错误;C、密封沉管灌水前漂浮在海面上受到的浮力,F浮=G=mg=6×107kg×10N/kg=6×108N,故C错误;D、密封沉管灌水下沉过程中上表面所处深度不断变大,根据p=ρgh知,受到海水的压强变大,故D错误。故选:A。2.(2021•临海市二模)底面积为100cm2的烧杯中装有适量水。当金属块浸没在水中静止时,如图甲所示,弹簧测力计的示数F1=3.4N,水对杯底的压强为p1;当金属块总体积的14露出水面静止时,如图乙所示,弹簧测力计的示数为F2,水对杯底的压强为p2;若p1、p2A.金属块的体积V是2×10﹣3m3 B.弹簧测力计的示数F2是5.4N C.金属块的密度是2.7×103kg/m3 D.金属块受到的重力是6.8N【解答】解:A、由p=ρgh可知,水面降低的高度:Δh=Δpρ水金属块14体积排开水的体积:ΔV水=SΔh=100×10﹣4m2×5×10﹣3m=5×10﹣5m3因为ΔV水=14V所以V金=4×5×10﹣5m3=2×10﹣4m3,故A错误;D、甲图金属块完全浸没在水中,受到的浮力F浮=ρ水gV金=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣4m3=2N,根据称重法F浮=G﹣F示可知,金属块的重力:G=F浮+F1=2N+3.4N=5.4N,故D错误;B、图乙中金属块浸入水中的体积V排=(1−14)V金=3根据F浮=ρ水gV排可知,乙图中受到的浮力为:F浮′=34F浮根据称重法F浮=G﹣F示可知,乙图中弹簧测力计示数为:F2=G﹣F浮′=5.4N﹣1.5N=3.9N,故B错误;C、由G=mg可知,金属块的质量:m=G金属块的密度为:ρ=mV=0.54kg2×1故选:C。3.(2021•慈溪市模拟)弹簧测力计下挂一长方体物体,将物体从盛有适量水的烧杯(可看成柱形)上方离水面某一高度处缓缓下降,然后将其逐渐浸入水中,如图甲;图乙是弹簧测力计示数F与物体下降高度h变化关系的图像,则下列说法错误的是()A.物体的体积是400cm3 B.物体的密度是2.25×103kg/m3 C.物体刚浸没时下表面受到水的压力是4N D.物体完全浸没后与最初时相比,烧杯底部受到水的压力增大了5N【解答】解:A、由图象知,当物体未浸入水中时,弹簧测力计的示数为9N,则物体重力G=9N;当物体完全浸没时,拉力F=5N,则该物体受到的最大浮力:F浮=G﹣F=9N﹣5N=4N;物体的体积:V=VB、由G=mg可得,物体的质量:m=G物体的密度:ρ=mV=0.9kg4×1C、物体刚浸没时上表面受到水的压力为0N,物体受到的浮力F浮=F下﹣F上=4N,物体下表面受到的液体压力:F下=F浮=4N,故C正确;D、物体完全浸没后与最初时相比,由于力的作用是相互的,所以烧杯底部增大的压力等于物体受到的浮力,即压力增大了4N,故D错误。故选:D。4.(2023•宁波一模)如图甲所示,一个鸡蛋漂浮在盐水中;向盐水中缓慢加入蒸馏水,直到鸡蛋恰好浸没(如图乙所示);此过程中()A.鸡蛋排开液体的体积保持不变 B.鸡蛋受到的浮力逐渐增大 C.盐水对烧杯底部的压强逐渐增大 D.烧杯对水平桌面的压力保持不变【解答】解:A、由图可知,鸡蛋排开液体的体积变大,故A错误;B、由甲、乙两图中鸡蛋分别处于漂浮和悬浮状态可知,鸡蛋均处于平衡状态,F浮=G鸡蛋,所以鸡蛋受到的浮力不变,故B错误;CD、向盐水中缓慢加入蒸馏水,烧杯中盐水的总重力变大,则烧杯对水平桌面的压力变大,由p=FS可知,烧杯对水平桌面的压强变大,由图可知烧杯是规则容器,由于盐水对烧杯底部的压力大小等于盐水和鸡蛋的总重力,根据p故选:C。5.(2023•西湖区模拟)如图甲所示,在容器底部固定一轻质弹簧,弹簧上方连有正方体木块A,容器侧面的底部有一个由阀门B控制的出水口,此时木块A刚好完全浸没在水中,接着打开阀门B,缓慢放水,直至木块A完全离开水面时,再关闭阀门B,这个过程中,弹簧弹力F与木块露出水面的体积V的关系如图乙所示。已知ρ水=1.0×103kg/m3,ρ木=0.7×103kg/m3,木块体积为V0,不计弹簧所受浮力,则下列说法正确的是()A.C点弹簧处于原长 B.CD段弹簧被压缩 C.D点的横坐标d的值为0.3V0 D.点C与点E的纵坐标c、e的绝对值之比为2:3【解答】解:A、由图乙可知,C点木块A刚好完全浸没在水中,因为ρ水>ρ木,所以此时木块所受的浮力大于木块的重力,即F浮>G木,则弹簧对木块有竖直向下的拉力,弹簧被拉伸,处于伸长状态,故A错误;B、在D点时,弹簧弹力F=0N,弹簧处于原长,所以CD段弹簧被拉伸,故B错误;C、在D点时,弹簧弹力F=0N,弹簧处于原长,此时木块漂浮在水面上,F浮=G木,即ρ水gV排=ρ木gV0,ρ水g(V0﹣V)=ρ木gV0,则木块露出水面的体积:V=(1−ρ木ρ水)V0=(1−0.7×1即D点的横坐标d的值为0.3V0,故C正确;D、在C点木块完全浸没时,木块排开水的体积V排=V0,此时弹簧弹力F=F浮﹣G木=ρ水gV0﹣ρ木gV0=(ρ水﹣ρ木)gV0;在E点木块A完全离开水面时,弹簧被压缩,此时弹簧弹力等于木块的重力,即F′=G木=ρ木gV0,则FF'即点C与点E的纵坐标c、e的绝对值之比为3:7,故D错误。故选:C。二.填空题(共4小题)6.(2022•温州模拟)有一质量m=0.1kg,容积V=1×10﹣3m3,横截面积S=2.5×10﹣3m2的圆筒形薄壁容器B(壁厚忽略不计),现注入体积为13V的某种液体A后,将其封闭放入水中,且保持竖直漂浮状态,如图甲所示,此时水对容器底部的压强p=2.8×103(1)液体A的密度;(2)若要使容器B恰好竖直悬浮在水中(如图乙所示)注入液体A的体积是多少?【解答】解:(1)由p=FS可得,F浮=F向上=p向上S=2.8×103Pa×2.5×10﹣3m容器B漂浮,则F浮=G总=GA+G筒=(mA+m筒)g,即7N=(mA+0.1kg)×10N/kg,解得,mA=0.6kg,液体A的密度:ρA=mA13V(2)容器B悬浮,则F浮'=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m同时有:F浮'=G总'=GA'+G解得,mA由ρ=mVA=mA'ρ液答:(1)液体A的密度为1.8×103kg/m3;(2)若要使容器B恰好竖直悬浮在水中,注入液体A的体积是5×10﹣4m3。7.(2023•宁波模拟)有甲、乙、丙三个物体,其密度分别为ρ甲=0.35g/cm3,ρ乙=1.05g/cm3,ρ丙=2.25g/cm3。现将它们放在密度为1.05g/cm3的饱和食盐水中,如图所示是这三个物体在食盐水中的四个可能位置。在这四个可能位置中,丙物体处于位置4;若在食盐水中加些食盐,三个物体中浮力不变的物体有甲、乙、丙。【解答】解:由题意知,ρ甲=0.35g/cm3<ρ液=1.05g/cm3,故甲物体一定漂浮,其应该处于位置1;ρ乙=1.05g/cm3=ρ液=1.05g/cm3,两者密度相等,故乙物体应该悬浮,其应该处于位置2或3或4(当4对容器底没有压力时);ρ丙=2.25g/cm3>ρ液=1.05g/cm3,所以丙物体会下沉,处于位置4(对容器底部有压力);因为容器中是饱和食盐水,若在食盐水中加些食盐,食盐水的密度不会改变,三个物体所受的浮力均不变。故答案为:4;甲、乙、丙。8.(2022•鹿城区校级三模)公园里有一艘游船乙被风吹到了湖中央,管理员乘坐另一艘游船甲,将绳子套在乙船上,然后站在甲船上用力拉绳子,将两船连接到一起(如图所示),随后开动甲船将乙船带回岸边。根据上述信息回答问题:(1)管理员拉动绳子,甲、乙两船会运动,这说明力的作用效果之一是力可以改变物体的运动状态。(2)甲、乙两船质量都是200千克,人的质量是50千克,则甲船比乙船排开水的体积要多0.05m3。【解答】解:(1)管理员拉动绳子,甲、乙两船会运动,这说明力的作用效果之一是力可以改变物体的运动状态;(2)甲、乙两船都漂浮在水面上,受到的浮力等于自身的重力,根据物体的浮沉条件可知两船受到的浮力之差等于人的重力,即ΔF浮=G人,则甲船与乙船排开水的体积之差为:ΔV=ΔF浮故答案为:(1)力可以改变物体的运动状态;(2)0.05。9.(2022•云和县模拟)在研究物体浮沉条件的实验中,将一只鸡蛋浸没在水中,向水中缓慢加盐,直至盐不能再溶解为止,鸡蛋受到浮力F随盐水密度变化的规律如图所示(ρA=ρ水)。(1)当盐水的密度为图中A点对应的密度时,鸡蛋处于沉底(选填“漂浮”“悬浮”或“沉底”)状态。(2)鸡蛋的重力大小是F0。【解答】解:(1)由图可知:当盐水的密度小于ρB时,鸡蛋受到的浮力随着盐水的密度的增大而变大,但还没有达到浮力的最大值,则鸡蛋受到浮力小于鸡蛋受到的重力,所以当盐水的密度为图中A点对应的密度时,鸡蛋处于沉底状态;(2)当盐水的密度等于ρB时,鸡蛋受到浮力最大,由于盐水的密度再增大,而浮力保持不变,所以根据F浮=ρ液V排g可知,V排是减小,会小于鸡蛋的体积,即鸡蛋开始处于漂浮状态;由此可知:当盐水的密度等于ρB时,鸡蛋处于悬浮状态;则鸡蛋重力G=F0。故答案为:(1)沉底;(2)F0。三.实验探究题(共3小题)10.(2023•宁波模拟)小京为了证明“浸没在水中的物体所受的浮力大小与水的深度有关”的观点是错误的,他利用符合实验要求的弹簧测力计、刻度尺、烧杯、水和金属块等器材进行实验。(1)以下是他的部分实验步骤,请帮他补充完整。①将金属块悬挂在弹簧测力计下,测量金属块受到的重力G并记录。②在烧杯中装入适量的水,将金属块浸没在水中且不接触烧杯,静止时记录弹簧测力计的示数F,用刻度尺测量烧杯中水的深度h并记录。③向烧杯中加水,将金属块浸没在水中且不接触烧杯,静止时记录弹簧测力计的示数F,用刻度尺测量烧杯中水的深度h并记录。④用公式F浮=G﹣F计算金属块所受浮力F浮1、F浮2并记录。(2)由水的深度变化时,F浮1=F浮2(选填“=”或“≠”),就可以证明这种观点是错误的。【解答】解:(1)实验步骤:①将金属块悬挂在弹簧测力计下,测量金属块受到的重力G并记录。②在烧杯中装入适量的水,将金属块浸没在水中且不接触烧杯,静止时记录弹簧测力计的示数F,用刻度尺测量烧杯中水的深度h并记录。③向烧杯中加水,静止时记录弹簧测力计的示数F,用刻度尺测量烧杯中水的深度h并记录。④用公式F浮=G﹣F计算金属块所受浮力F浮1、F浮2并记录。(2)通过上述实验,由水的深度变化时,F浮1=F浮2,就可以证明浸没在水中的物体所受的浮力大小与水的深度有关”的观点是错误的。故答案为:(1)②将金属块浸没在水中且不接触烧杯;③向烧杯中加水,将金属块浸没在水中且不接触烧杯;④F浮=G﹣F;(2)=。11.(2023•温州一模)为证明空气浮力的存在,科学兴趣小组利用自行车气嘴、矿泉水瓶、细绳、气球等器材进行了如下实验:步骤一:在矿泉水瓶盖和底部上各钻一个小孔,将两个自行车气嘴分别固定在瓶盖和底部,将气球用细绳与底部的气嘴绑紧,如图甲所示。打开瓶盖,使瓶内外气压一致,再拧紧瓶盖不漏气。步骤二:关闭气嘴2,打开气嘴1;用气泵向矿泉水瓶充入气体,待手压瓶子感觉较硬时停止充气;用天平称出整个装置的质量为m1。步骤三:关闭气嘴1,打开气嘴2;让瓶内的高压气体进入气球,至气球停止胀大;称出整个装置的质量为m2。步骤四:比较m1与m2的大小。(1)实验装置的气密性是本实验成功的关键,写出一种检查图甲装置气密性的方法:用天平称出整个装置的质量为m1保持不变。(2)本实验能验证气球在空气中受到浮力,其依据是m1>m2。(3)实验中,小组同学发现气球与气嘴2之间漏气,于是设计了如图乙所示的改进型实验装置:将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上,调节配重质量使二者保持静止,用气泵往密闭玻璃容器内缓慢压入空气,观察到金属球会上升,配重下降现象,说明金属球受到空气浮力的作用。【解答】解:(1)若本实验装置的气密性良好,则用天平称出整个装置的质量为m1保持不变;(2)在步骤三中:关闭气嘴1,打开气嘴2;让瓶内的高压气体进入气球,至气球停止胀大,则气球受到的浮力变大,称出整个装置的质量为m2。本实验能验证气球在空气中受到浮力,其依据是m1>m2;(3)如图乙所示的改进型实验装置:将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上,调节配重质量使二者保持静止,空心金属球与的体积明显大于配重的体积,用气泵往密闭玻璃容器内缓慢压入空气,金属球受到空气浮力的作用(比配重受到的浮力大),故观察到金属球会上升,配重下降现象,说明金属球受到空气浮力的作用。故答案为:(1)用天平称出整个装置的质量为m1保持不变;(2)>;(3)金属球会上升,配重下降。12.(2021•宁波模拟)在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中,某小组同学用如图所示的装置,将同一物体分别逐渐浸入到水和酒精中,为了便于操作和准确收集数据,用升降台调节溢水杯的高度来控制物体排开液体的体积。他们观察并记录了弹簧测力计的示数及排开液体的体积。实验数据记录在下表中。液体种类实验序号物体重力G物(N)弹簧测力计示数F(N)物体受到浮力F浮(N)排开液体体积V排(cm3)水ρ水=1.0g/cm3121.55021.01.010030.51.5150酒精ρ酒精=0.8g/cm3421.60.45051.20.810060.81.2150(1)分析表中数据,实验所用物体的重力为2N,第一次实验中物体所受的浮力F浮=0.5N。(2)分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可初步得出结论:当液体的种类相同时,排开液体的体积越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大;分析比较实验序号1、4(或2、5或3、6)可初步得出结论:当排开液体的体积相同时,液体的密度越大,浸在液体中的物体受到的浮力越大。(3)请你计算出第一次实验中物体排开水受到的重力G排=0.5N.通过比较每次实验中物体受到的浮力和它排开液体的重力的关系,还可以验证阿基米德原理。(4)本实验在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验,其目的是为了A。(选填字母序号A.寻找普遍规律B.取平均值减小误差)。【解答】解:(1)分析表中数据可知,实验所用物体的重力为2N;第一次实验中物体所受的浮力F浮=G﹣F′=2N﹣1.5N=0.5N。(2)①分析比较实验序号1、2和3(或4、5和6)可知,液体的密度相同,物体浸入液体中的体积越大,弹簧测力计的示数越小,即所受的浮力变大;故可得结论:当液体的种类相同时,排开液体的体积越大浸在液体中的物体受到的浮力越大。②在探究浮力的大小与液体密度的关系时,应控制排开液体的体积不变,改变液体的密度;结合表格可知1、4或者2、5或者3、6符合。(3)第一次实验中物体排开水受到的重力:G排=m排g=ρV排g=1.0×103kg/m3×50×10﹣6m3×10N/kg=0.5N,因F浮=G排=0.5N,所以可以验证阿基米德原理。(4)在探究“浮力的大小与哪些因素”有关时,选用了不同液体并进行了多次实验的目的是减小偶然性,使实验得出的实验规律更具有普遍性,所以本实验的目的是寻找普遍规律,故A正确。故答案为:(1)2;0.5;(2)大;1、4(或2、5或3、6);(3)0.5;阿基米德;(4)A。四.计算题(共3小题)13.(2023•宁海县模拟)如图甲所示为一根原长为5cm的弹簧,每受到1N的力伸长1cm。在一只轻薄塑料袋中装满质量为0.2kg的水,将袋中的空气全部排出,用细线把袋口扎紧,挂在弹簧下面,如图乙所示,水袋的竖直高度为h厘米。(1)求水的体积和受到的重力;(2)将水袋体积的四分之一浸入水中稳定后,水袋受到的浮力为0.5N;(3)将弹簧悬挂的水袋置于圆柱体容器的水面上方此时水面刚接触水袋,如图丙所示。向容器中加水至恰好淹没水袋(假设容器足够高,水没有溢出),此时水位相比加水前上升的高度为B厘米。A.hB.h+2C.2D.由水袋的具体形状确定【解答】解:(1)根据密度公式ρ=mV水=m水ρ水=水受到的重力:G=mg=0.2kg×10N/kg=2N;(2)将水袋体积的四分之一浸入水中稳定后,则排开水的体积:V排=14V水=14×2×10﹣4m3水袋受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣5m3=0.5N;(3)如图丙:水面刚接触水袋,弹簧测力计测量的是水的重力;则示数为2N,根据弹簧每受到1N的力伸长1cm可知此时弹簧伸长2cm;在塑料袋慢慢浸入水的过程中(袋内水面与烧杯中的水面相平之前),F浮=ρ水gV排,塑料袋排开水的体积增大,水对塑料袋的浮力F浮增大;则弹簧测力计的示数:F′=G﹣F浮,G不变,水对塑料袋的浮力F浮增大,弹簧测力计的示数将变小;当袋内水面与烧杯中的水面相平时,排开水的体积等于袋内水的体积,即:V排=V水,排开水的重力等于袋内水的重力,即:F浮′=G排=G水,此时测力计的示数为零,则此时弹簧的伸长量为0cm;所以,水位相比加水前上升的高度为:h+2cm,故选:B。答:(1)水的体积为2×10﹣4m3;受到的重力为2N;(2)0.5;(3)B。14.(2022•西湖区模拟)铝膜气球深受小朋友们的喜爱,如图所示。爱观察的小金发现,下雨的时候铝膜气球飞不起来,这是为什么呢?已知某铝膜气球充满氦气后的总质量为30克,体积为0.05立方米。(空气密度为1.29kg/m3)(1)小金买了两个完全相同的未充气的铝膜气球,分别往里面充满了氦气和空气,则两个气球受到的浮力一样大(选填“氦气球大”或“空气球大”或“一样大”)。(2)计算该铝膜气球充满氦气时,受到的浮力大小。(3)小金查阅资料发现,气球飞不起来是因为沾上太多的水。气球充满氦气时,要确保气球仍能飞起,沾上水的质量不能超过多少?【解答】解:(1)由F浮=ρ气gV排可知,两只气球充满气后的体积相同,排开空气的体积相同,因此受到的浮力相等;(2)铝膜气球受到的浮力:F浮=ρ气gV排=ρ气gV=1.29kg/m3×10N/kg×0.05m3=0.645N;(3)当气球刚好能飞起时,受到的总重力和浮力是一对平衡力,因此气球和沾水的总重力:G总=F浮=0.645N,由G=mg可知,气球和沾水的总质量:m总=G则沾上水的质量:m水=m总﹣m球=64.5g﹣30g=34.5g。答:(1)一样大;(2)该铝膜气球充满氦气时,受到的浮力为0.645N;(3)气球充满氦气时,要确保气球仍能飞起,沾上水的质量不能超过34.5g。15.(2022•临平区模拟)2021年7月,河南省郑州市连遭暴雨袭击引发全民关注,造成了重大的人员伤亡和经济损失。救援队通常利用冲锋舟转移民众至安全地区,如图所示。已知某一型号冲锋舟的质量为300千克,最大排水体积为1.2米3,试回答以下问题:(河水的密度为1.0×103千克/米3)(1)洪水是我国危害最大的自然灾害之一,以下关于洪水的说法错误的是C。A.持续性暴雨和台风是引发洪水的主要自然因素B.破坏植被会使洪水的危害性增大C.人类活动不会对洪水造成影响(2)一艘上述型号的空冲锋舟漂浮在水上时受到的浮力多大?(3)假设一个成年人的质量为60千克,为了保证安全,该冲锋舟最多能载多少个成年人?【解答】解:(1)A、台风会引起大风和降雨,所以持续性暴雨和台风是引发洪水的主要自然因素,故A正确;B、破坏植被会使土地沙化、土壤疏松,所以洪水的危害性增大,故B正确;C、人类活动,如乱砍乱伐会引起破坏植被、土地沙化、土壤疏松,会对洪水造成影响,故C错误;故选:C;(2)冲锋舟空载时所受的浮力:F浮=G=mg=300kg×10N/kg=3000N;(3)冲锋舟满载时所受的浮力:F浮′=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.2m3=12000N;一个人的重力为:G人=m人g=60kg×10N/kg=600N;,冲锋舟满载时,应满足:F'浮=G+nG人,所以最多能承载的人数:n=F答:(1)C;(2)一艘上述型号的空冲锋舟漂浮在水上时受到的浮力为3000N;(3)该冲锋舟最多能载15个成年人。五.解答题(共5小题)16.(2023•北仑区模拟)有一足够大的水池,在其水平池底竖直放置一段圆木。圆木可近似看作一个圆柱体,底面积0.8m2,高5m,密度0.7×103kg/m3.(g=10N/kg)(1)未向水池内注水时,圆木对池底的压力和压强分别为多大?(2)向水池内缓慢注水,在水位到达1m时圆木受到水的浮力和圆木对池底的压力分别为多大?(3)当向水池内注水深度达到4m时,圆木受到的浮力又为多大?【解答】解:(1)圆木的体积:V=0.8m2×5m=4m3,由ρ=mV得圆木的质量m=ρ木V=0.7×103kg/m3×4m3=2.8×10圆木重力:G=mg=2.8×103kg×10N/kg=2.8×104N,未向水池内注水时,圆木对池底的压力:F=G=2.8×104N,圆木对池底的压强:p=FS=(2)水位达到1m时,V排1=0.8m2×1m=0.8m3,圆木受到的浮力:F浮1=ρ水V排g=1×103kg/m3×0.8m3×10N/kg=8×103N,圆木对池底的压力:F压=G﹣F浮=2.8×104N﹣8×103N=2×104N;(3)当圆木对池底的压力为0时,F浮2=G=2.8×104N,即F浮2=ρ水V排2g=1×103kg/m3×0.8m2×h2×10N/kg=2.8×104N,解得水深h2=3.5m,当水位达到4m时,圆木静止时漂浮在水面上,圆木受到的浮力:F浮3=G=2.8×104N。答:(1)未向水池内注水时,圆木对池底的压力和压强分别为2.8×104N、3.5×104Pa;(2)向水池内缓慢注水,在水位到达1m时圆木受到水的浮力和圆木对池底的压力分别为8×103N、2×104N;(3)当向水池内注水深度达到4m时,圆木受到的浮力又为2.8×104N。17.(2022•鹿城区一模)跳水馆池水深度要适当,水过浅会发生危险,水过深则造成浪费。某科研小组想研究某高度跳台水池中水的合理深度,用仿真人体模型进行“模拟跳水”测试,将人体模型从距水面6米处静止释放,观察其触底情况。已知该人体模型重600牛,体积为0.059m3。(不考虑空气阻力)(1)仿真人体模型入水后会受到浮力,其最大值是590牛。(2)由于人体模型入水后受到的浮力与其重力大小相当,粗略测算时视为抵消,若剩下的平均阻力为其重力的1.5倍,则本次测试中池水至少多深才能保证人体模型不触池底?(3)图甲是跳水运动员入水前的示意图,t1是人起跳的瞬间,t2为腾空至最高点的瞬间,t3是即将入水的瞬间。图乙要描述t1~t3之间速度变化的大致图像,请结合所学知识将其补充完整。【解答】解:(1)由浮力公式F浮=ρ水gV排可得浮力的最大值是:F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.059m3=590N;(2)由机械能守恒定律知,动能的大小就是重力势能的减小量,入水后,依据题意,人体模型受到的浮力与其重力大小相当,视为抵消,仅受向上的阻力为1.5mg,由动能定理可得:mgh=1.5mgdmin,可得池水深度至少是:dmin=ℎ(3)t2为腾空至最高点的瞬间,此时速度并不为0,t2~t3期间,运动员向下做加速运动,因为运动员仅受重力,故合外力不变,加速度不变,故斜率不变。如图所示:故答案为:(1)590;(2)本次测试中池水至少4m深才能保证人体模型不触池底;(3)见解答图。18.(2023•宁波模拟)有个足够大的水池,在其水平池底以不同的方式放置一个木块,木块规格为lm×lm×2m,密度为0.6×103kg/m3。(1)如图,甲、乙两种放置方式,往水池内加水,木块漂浮时,木块排开水的体积甲=乙(填“<”“=”或“>”)。(2)木块的重力是多少牛?(3)当水池内注水深度达到0.8m时,求两种不同的放置方式木块所受的浮力F1和F2。【解答】解:(1)物体漂浮时,浮力等于重力,因此两种放置方式木块受到的浮力相等,由F浮=ρ水gV排可知,木块排开水的体积相等;(2)由ρ=mV可知,木块的质量:m=ρV=0.6×103kg/m木块的重力:G=mg=1200kg×10N/kg=1.2×104N;(3)由F浮=G可得,ρ水gV排=ρ木gV,则:V排所以当木块漂浮时,木块浸入水中的
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