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专题03压强和浮力问题

•知己知彼

一、压强

i.定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。;物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量;公

式p=ES其中各量的单位分别是:p-帕斯卡(Pa);Ft牛顿(N)S:米z(加2)。

2.使用该公式计算压强时,关键是找出压力/(一般R=G=%g)和受力面积S(受力面积要注意两

物体的接触部分)。

3.特例:对于放在桌子上的直柱体(如:圆柱体、正方体、长放体等)对桌面的压强p=pg〃

二、液体的压强

1.液柱体积片5〃;质量m=pV=pSh

2.液片受到的压力:F=G=mg=pShg.

3.液片受到的压强:p=F/S=pgh

4.液体压强公式2=/>g〃说明:/、公式适用的条件为:液体;B、公式中物理量的单位为:p:

Pa;g:N/kg;h:m;C、从公式中看出:液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关,而

与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。著名的帕斯卡破桶实验充分说

明这一点。

三、浮力

对阿基米德原理的理解(尸浮=G^或/浮=/>海g嗯卜)

1.原理中“浸入液体里的物体”指两种情况。

2.能区分G物与G排;吸与吸;p物与外的意义。

3.明确此公式的适用条件:既用于液体也适用于气体。

4.由此式理解决定浮力大小的因素。即:物体浸在液体中所受浮力的大小跟液体(气体)的密度和物

体排开液体(气体)的体积有关,而跟物体本身的体积、密度、形状以及物体浸没在液体(气体)中

的深度等无关。因此,在用b浮=0泄g/排计算或比较浮力大小时,关键是分析液体的密度所和

排开液体的体积修排的大小。

5.判断物体的浮沉条件及浮沉的应用

物体的浮沉条件(浸没在液体里的物体若只受重力和浮力的作用,由力运动的关系可知:)

当尸浮>G物("液>"物)时,物体上浮—>•漂浮(尸浮=6物)。

当尸浮=G物(〃液=2物)时,物体悬浮。

当F浮vG物("液V"物)时,物体下沆一>•沉底(尸浮+尸支=3物)。

1.(2023•福建)小华利用氮气球与探空仪了解空气状况。如图甲所示,质量为0.4kg的探空仪静止

在水平桌面上,与桌面接触面积为0.02m2。在室内测试时,将探空仪固定在充有氯气的气球上,

释放后氢气球恰好能携带探空仪悬浮在空中,如图乙所示。已知球壳质量为0.23kg,球内氢气的

密度为017kg/m3,室内空气的密度为1.22kg/m3。求:

(1)探空仪所受的重力。

(2)探空仪对水平桌面的压强。

(3)悬浮时氨气球的体积(计算浮力时,不计探空仪的体积和球壳的厚度)。

甲乙

2.(2023•济南)一箱某品牌酱油放在水平地面上,如图所示。其包装箱上标识的相关名词含义如下:

“规格”是每瓶内酱油的体积X包装箱内酱油的瓶数;“净重”是包装箱内所装酱油的总质量;“毛

重”是包装箱及其内部所有物品的总质量;“体积”是包装箱的长度又宽度X高度。请根据包装

箱上标识的内容,取:g=10N/kg,通过计算回答:

(1)该箱内所装酱油的密度是多少?

(2)这箱酱油对地面的压强是多少?

3.(2023•泰安)某同学受“怀丙打捞铁牛”故事的启发,设计了如下“打捞”过程:如图甲,金属

块A部分陷入淤泥内,轻质小船装有18N的沙石,细绳将金属块A和小船紧连,细绳对小船的

拉力为2N,水面与船的上沿相平;将小船内所有沙石清除后,金属块A被拉出淤泥静止在水中,

如图乙所示。己知金属块A的体积为2X104m3,p水=1.0X103kg/m3,g取10N/kg,小船的质量

忽略不计,细绳的质量和体积忽略不计。

甲乙

(1)甲图中,金属块A上表面距离水面50cm,求金属块A上表面受到的水的压强;

2

(2)乙图中,小船有g体积露出水面,求金属块A的密度。

4.(2023•内蒙古)如图所示,物块A重为3N,将物块A总体积的三分之二浸在足够深的水中静止

时,弹簧测力计的示数F=0.5N。p水=1.0Xl()3kg/m3,g=10N/kg。求:

(1)物块A的体积;

(2)若将物块A从弹簧测力计上取下放入水中,物块A静止时所受浮力的大小。

5.(2023•青岛)“国之重器”中的起重船在我国很多伟大的工程中发挥着重要作用。起重船的工作

就是将重物起吊移至指定位置。如图甲所示,一艘起重船自身质量mi=10000t,要吊装的重物质

量m2=1000t。(取g=10N/kg,p水=LOXICPkg/mS)

(1)起重船带着重物一起漂浮在水面上时,排开水的体积是多少?

(2)起重机将该重物匀速提升了30m,它的电动机所做的功是7.5X10町,则起重机的机械效率

是多少?

(3)为了防止起重船吊装重物时发生倾斜,在起重船的船体两侧建造了由许多小舱室组成的水

舱。起重船吊起重物后,就通过抽水机将一侧水舱里的水抽向另一侧水舱来保持起重船平衡,示

意图如图乙所不。

小海设计了一种用力传感器感知抽水量的长方体水舱模型,其底面积为2m2,示意图如图丙所示,

其中A是固定的力传感器,能够显示B对它的压力或拉力的大小;B是质量和体积均可忽略的细

直杆,B的上端固定在A上,下端固定在物体C上;物体C是质量为20kg、高度为2m的圆柱

体。水舱中装有4.2m3的水,抽水机将水抽出的过程中,力传感器示数F的大小随抽出水的体积

V变化的图象如图丁所示。当力传感器示数为0时,剩余的水对舱底的压强是多少?

6.(2023•攀枝花)如图所示,甲、乙两容器放置在同一水平桌面上,容器中装有一定量的水,且容

器甲中的液面低于容器乙中的液面;容器乙底部有一阀门S,打开后能够将容器乙中的水全部放

出。体积相同的小球A、B用不可伸长的轻质细绳通过两滑轮连接后,分别置于甲、乙容器中。

小球A沉在容器甲的底部,小球B有一半浸在水中,此时轻绳刚好伸直,对小球的拉力为零。现

打开阀门S,使容器乙中的水缓慢减少,当小球B露出水面部分的体积为其总体积的五分之四时,

小球A开始上浮。连接小球A、B的轻绳始终处于竖直状态,忽略细绳与滑轮之间的摩擦,容器

乙中的水足够深,求:

(1)小球A、B的质量之比;

(2)小球A能露出水面部分的体积与其总体积之比的最大值。

7.(2023•聊城)如图所示,是某项目研究小组设计的一自动加水装置,将一重为12N,底面积为1

XKT2m2的圆柱体放在水箱底部。从进水口注入水,随着水面升高,圆柱体竖直上浮。当水面上

升到传感器底端P时,由传感器控制进水口开关停止注水,此时传感器底端P对圆柱体有20N的

竖直向下的压力。g取10N/kg,p水=1.0XICpkg/m3。求:

(1)水箱内无水时,圆柱体对水箱底部的压强;

(2)圆柱体刚好浮起时浸入水中的体积;

8.(2023•安徽)“浮沉子”最早是由科学家笛卡尔设计的。小华用大塑料瓶(大瓶)和开口小玻璃

瓶(小瓶)制作了图1所示的“浮沉子”;装有适量水的小瓶开口朝下漂浮在大瓶内的水面上,

拧紧大瓶的瓶盖使其密封,两瓶内均有少量空气。将小瓶视为圆柱形容器,底面积为S,忽略其

壁厚(即忽略小瓶自身的体积)。当小瓶漂浮时,简化的模型如图2所示,小瓶内空气柱的高度

为h,手握大瓶施加适当的压力,使小瓶下沉并恰好悬浮在图3所示的位置。将倒置的小瓶和小

瓶内的空气看成一个整体A,A的质量为m,水的密度为p水,g为已知量,求:

(1)图2中A所受浮力的大小;

(2)图2中A排开水的体积;

(3)图2和图3中小瓶内空气的密度之比。

图1图2图3

*

9.(2023•南充模拟)底面积为150cm2、重3N、盛水4cm深且足够高的薄壁柱形容器置于水平桌面

上,如图所示,将底面积为50cm2、质量为450g、密度为0.9g/cm3的不吸水圆柱保用轻质细线挂

在测力计下,由图示位置缓慢向下浸入水中,直至测力计示数为0后,只取走测力计,再打开阀

门K向外放水。求:

(1)圆柱体的体积。

(2)圆柱体下降过程中,当其浸入水中的深度为4cm时,测力计的示数。

(3)当放水至容器对桌面的压强为800Pa时,水对容器底的压强。

10.(2023・莱西市一模)如图甲所示,弹簧测力计下端悬挂着一个实心圆柱体Q,圆柱体Q浸没在

盛水的大水槽中,现将测力计缓缓提升,直到圆柱体Q全部露出水面一段距离,在该过程中弹簧

测力计的示数F随圆柱体上升高度h的关系如图乙所示,水槽内水面的变化忽略不计。求:

(1)圆柱体浸没时受到的浮力。

(2)圆柱体的底面积。

(3)将物块P与圆柱体Q用细线连接放入水槽内,二者恰好悬浮,如图丙所示:如果物块P的

体积为400cm3,求物块P的密度。

11.(2023•武侯区校级三模)五一劳动节期间,小陈同学借助压力传感开关设计了一款向水箱注水

的自动控制简易装置。装置示意图如图所示。其外壳是敞口的长方体容器,容器底面积So=6义

IO-2m2,距容器底面ho处固定一支撑板,圆柱体放在支撑板的正中央。长方体的左下角有智能注

水口,水能够匀速注入长方体容器内部,当圆柱体刚好浮起时才会离开支撑板。随着液面升高,

圆柱体竖直上浮,当液面刚好上升到与压力传感器底面相平时,停止注水,此时压力传感器对圆

柱体有28N的竖直向下的压力,注水体积为2X10「2m3。已知ho=O.lm,圆柱体底面积S=2X

W2m2,圆柱体重12N,支撑板的厚度不计,g取10N/kg。求:

(1)当圆柱体刚好浮起时,注入水的体积;

(2)当圆柱体仍在支撑板上时,圆柱体上表面到压力传感器的距离;

(3)当水刚好到达支撑板时,继续注水的体积为V,直至液面刚好上升到压力传感器时停止注

水,这段过程中容器底受到的压强p与注水体积V(单位cnP)的函数关系式。

12.(2023•沙坪坝区校级一模)水箱是生活中常用的供水工具,如图所示是该模型的示意图,储水

箱主要由一个重为10N,底面积是200cm2,高度为32cm(溢水口到桶底)的圆柱形金属水桶、

一个压力传感开关和两个体积相同的实心圆柱体A、B组成,其中圆柱体A、B通过细线1与压

力传感开关相连。已知加水前水箱的水桶内储水高度为15cm,圆柱体B恰好一半浸在水中,此

时压力传感器受到细线1竖直向下的拉力达到6.5N,水泵接受到信号从进水口开始向桶内加水,

已知实心圆柱体A、B的重力分别为GA=2N、GB=7N,它们的底面积都是50cm2。

(1)水泵向桶内加水前,水桶底部受到水的压强是多少?

(2)B浸入一半时,排开液体的体积是多少?

(3)若细线2长5cm,当加水至细线1对A的拉力为IN时,细线1末端的拉力传感器突然失

控,导致A、B平稳下落(不考虑水波动),试求A、B稳定后容器对桌面的压强。

13.(2023•蜀山区二模)如图所示,将质量为320g,底面积为20cm2,高20cm的长方体木块放入

一薄壁容器中,向容器内慢慢加水,当长方体一半浸入水中时停止加水。求:

(1)长方体木块此时受到的浮力;

(2)木块此时对容器底部的压强;

(3)继续向容器内加水,当木块对容器底部压力为0时,求此时木块排开液体的重力。

14.(2023•东平县模拟)“夏宝西瓜”味道甜美,是运城人夏天喜欢的水果。爱动脑筋的小明同学学

完浮力后想知道西瓜在水中的浮沉,于是取一个体积约为3.1X103cm3,重力为30N的西瓜进行

验证。(g=10N/kg,p水=1XKpkg/m,)

(1)请通过计算说明西瓜浸没在水中后的浮沉?

(2)求出西瓜静止时所受的浮力?

15.(2023•虹口区一模)底面积为2X102m2的薄壁圆柱形容器中装满水,水对容器底部的压强p

水为1960帕。

①求水的深度h水;

②求水对容器底部的压力F水;

③将物体甲浸没在水中,分别记录放入甲前后容器对水平桌面的压强pi、pf;然后将水换为某

种液体并装满容器,分别记录放入甲前后容器对水平桌面的压强P2、P2',如下表所示:

序号液体种类容器对桌面的压强

放入甲前P(帕)放入甲后p'(帕)

1水24503430

2某种液体28423724

(a)小明根据上述信息,求出了容器重力G客,过程如下:

根据△p=竽=下瓮而Ap=p2-p1=2842帕-2450帕=392帕

所以6容=AF=ApS=392帕X2X10-2米2=734牛

请判断:小明的计算是否正确?若正确说明理由,若不正确求出G容;

(b)求甲的密度p甲。

16.(2023•港南区三模)如图甲所示,高为25cm的轻质方形容器B水平放置,内有一个密度为0.6g/cm3、

边长为10cm的实心正方体A,A下表面中央与容器B的底部用一根长10cm的细绳相连(细绳

质量、体积忽略不计)。向容器内缓慢加入lOOOcnP某液体,A漂浮于液面,此时液面深度为10cm;

用6N竖直向下的力作用在A上,使其恰好完全浸没,如图乙所示。求:

(1)实心正方体A的重力;

(2)液体的密度;

(3)A恰好浸没时容器对桌面的压强大小;

(4)撤去6N压力后,继续向容器内加入该液体,假设继续加入液体的体积为Ven?,求该容器

底部受到的液体压强p随V变化的函数关系表达式。

17.(2023•青秀区校级一模)如图(a)所示,轻质薄壁圆柱形容器甲置于水平地

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