2020八年級(jí)物理下冊(cè) 第十章 浮力 10.3 物體的浮沉條件及應(yīng)用精講精練(含解析)(新版)新人教版
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1、專(zhuān)題10.3 物體的浮沉條件及應(yīng)用 課前預(yù)習(xí) 一、浮沉條件 上 浮 下 沉 懸 浮 漂 浮 沉 底 ___ F浮>G __ F?。糋 ____ F浮=G ___ F浮=G F浮+N=G 處于動(dòng)態(tài)(運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷改變),受非平衡力作用。 可以停留在液體的任何深度處。 是“上浮”過(guò)程的最終狀態(tài)。 是“下沉”過(guò)程的最終狀態(tài)。 處于靜態(tài),受平衡力作用。 二、浮力的應(yīng)用 1.密度計(jì):測(cè)量液體密度的儀器。密度計(jì)在不同的液體中所受的浮力____相等____。 2.輪船原理:物體漂浮條件的應(yīng)用。輪船在不同的液體中(
2、如:江水、海水)所受浮力____相等____。輪船排水量是指輪船排開(kāi)水的____質(zhì)量_____。 3.潛水艇的原理:是通過(guò)改變自身的____重力____來(lái)實(shí)現(xiàn)浮沉的。 4.氣球和飛艇的原理:是通過(guò)改變自身的____體積__來(lái)實(shí)現(xiàn)浮沉的。 知識(shí)點(diǎn)解讀與例題突破 知識(shí)點(diǎn)1:物體的浮沉條件 1.物體上浮、下沉是運(yùn)動(dòng)過(guò)程,此時(shí)物體受非平衡力作用。下沉的結(jié)果是沉到液體底部,上浮的結(jié)果是浮出液面,最后漂浮在液面。如表: 浮力與物重的關(guān)系 液體密度與物體密度 物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ρ液>ρ物 物體上浮 ρ液<ρ物 物體下沉 ρ液=ρ物 物體懸浮在液體中任何深度處 2
3、.漂浮與懸浮的共同點(diǎn)都是浮力等于重力,在平衡力的作用下靜止不動(dòng)。但漂浮是物體在液面的平衡狀態(tài),物體的一部分浸入液體中。懸浮是物體浸沒(méi)在液體內(nèi)部的平衡狀態(tài),整個(gè)物體浸沒(méi)在液體中。如表:
物體所處狀態(tài)
浮力與物重的關(guān)系
液體密度與物體密度的關(guān)系
F浮=G物
ρ液>ρ物
F浮=G物
ρ液=ρ物
F浮 4、的密度分別為ρ甲、ρ乙.則( ?。?
A.F甲<F乙 B.F甲>F乙 C.ρ甲>ρ乙 D.ρ甲<ρ乙
【答案】D
【解析】(1)同一密度計(jì)在兩種液體中都漂浮,所以受到的浮力都等于密度計(jì)受到的重力。
(2)由圖可以得出密度計(jì)排開(kāi)液體體積的大小關(guān)系,再根據(jù)阿基米德原理分析液體的密度大小關(guān)系。
AB、由于密度計(jì)兩次靜止時(shí)都處于漂浮,則F浮=G,
即密度計(jì)在兩種液體中受到的浮力都等于密度計(jì)受到的重力G.所以,F(xiàn)甲=F乙,故AB錯(cuò)誤;
CD、由圖知,密度計(jì)排開(kāi)液體的體積:V甲排>V乙排,
由F?。溅岩篻V排可知:ρ甲<ρ乙;故C錯(cuò)誤,D正確。
知識(shí)點(diǎn)2:物體的浮沉條件的應(yīng)用
1.輪 5、船:
(1)原理:把密度大于水的鋼鐵制成空心的輪船,使它排開(kāi)水的體積增大,從而來(lái)增大它所受的浮力,故輪船能漂浮在水面上。
(2)排水量:輪船滿(mǎn)載時(shí)排開(kāi)的水的質(zhì)量。
2.潛水艇:
原理:潛水艇體積一定,靠水艙充水、排水來(lái)改變重力,使重力小于、大于或等于浮力來(lái)實(shí)現(xiàn)上浮、下潛或懸浮的。
3.氣球和氣艇:
原理:氣球和飛艇體內(nèi)充有密度小于空氣的氣體(氫氣、氨氣、熱空氣)。
【例題2】北方人有吃餃子的習(xí)慣,剛包好的餃子,為什么放入水中會(huì)下沉,而過(guò)一會(huì)兒餃子會(huì)浮起來(lái)?
答案:剛剛包好的餃子,放入水中時(shí),由于餃子所受浮力小于重力,所以下沉;過(guò)一會(huì)兒,由于餃子受熱后內(nèi)部空氣膨脹,餃子的體積增大 6、,排開(kāi)水的體積也增大、浮力增大,當(dāng)餃子所受到的浮力大于重力時(shí),它會(huì)浮起來(lái)。
解析:此題通過(guò)煮水餃的過(guò)程及現(xiàn)象考查了物體的浮沉條件,物體在液體中的浮沉是由物體完全浸沒(méi)時(shí)浮力與重力的大小關(guān)系決定的。
物體的浮沉條件:上?。篎浮>G,懸浮:F浮=G,下沉:F浮<G;物體在液體中的浮沉最終是由物體完全浸沒(méi)時(shí)浮力與重力的大小關(guān)系決定的,根據(jù)浮沉條件判斷水餃在水中上浮和下沉的原因。
習(xí)題精練
一、選擇題
1.(2019山東臨沂)將兩個(gè)完全相同的小球分別放入裝有不同液體的甲、乙兩燒杯中,球靜止時(shí)兩燒杯液面相平,如圖所示。下列判斷正確的是( ?。?
A. 兩小球所受浮力大小相等 7、B. 乙燒杯中液體的密度大
C. 乙燒杯中小球排開(kāi)的液體質(zhì)量大 D. 甲燒杯底部受到液體的壓強(qiáng)小
【答案】A
【解析】A.因?yàn)槲矬w漂浮或懸浮時(shí),受到的浮力和自身的重力相等,所以同一只小球在兩杯中受到的浮力相等,都等于小球的重力,故A正確;
B.由圖可知,小球在甲、乙兩杯中分別處于漂浮和懸浮狀態(tài)。根據(jù)浮沉條件可知,ρ甲液>ρ球,ρ乙液=ρ球.所以ρ甲液>ρ乙液,故B錯(cuò)誤;
C.由于兩球漂浮或懸浮,排開(kāi)液體的重力等于球的重力,則小球排開(kāi)的液體質(zhì)量等于球的質(zhì)量,故C錯(cuò)誤;
D.由于兩杯中液面相平,所以根據(jù)p=ρ液gh可知,燒杯底受到液體的壓強(qiáng):p甲液>p乙液.故D錯(cuò)誤。
2.( 8、2019山東泰安)如圖所示,水平桌面上有甲、乙兩個(gè)相同容器,分別裝有密度為ρ1、ρ2的兩種不同液體,將兩個(gè)相同的小球分別放在兩容器中,小球靜止時(shí),兩容器液面相平,兩個(gè)小球受到的浮力分別為F1、F2,則下列判斷中( ?。?
①F1>F2
②ρ1>ρ2
③甲容器底部受到液體的壓強(qiáng)大于乙容器底部受到液體的壓強(qiáng)
④甲容器對(duì)桌面的壓力小于乙容器對(duì)桌面的壓力
A.只有②③正確 B.只有①②正確
C.只有③④正確 D.只有①③④正確
【答案】A
【解析】①因?yàn)槲矬w漂浮或懸浮時(shí),受到的浮力和自身的重力相等,所以?xún)蓚€(gè)相同的小球在兩杯中受到的浮力都等于小球的重力,則:F1=F2,故①錯(cuò)誤;
9、②由圖可知,小球在甲、乙兩杯中分別處于漂浮和懸浮狀態(tài),根據(jù)浮沉條件可知,ρ1>ρ球,ρ2=ρ球.所以ρ1>ρ2,故②正確;
③兩杯中液面相平,ρ1>ρ2,所以根據(jù)p=ρ液gh可知,燒杯底受到液體的壓強(qiáng):p1>p2,故③正確。
④由于兩球漂浮或懸浮,排開(kāi)液體的重力等于球的重力,則兩種情況下容器內(nèi)的總重力等于等高的液體產(chǎn)生的壓力,所以可以認(rèn)為甲杯內(nèi)液體的體積等于乙杯內(nèi)液體的體積,且ρ1>ρ2,由G=mg=ρVg可知,甲杯內(nèi)總重力較大,甲、乙兩燒杯相同,所以甲杯對(duì)桌面的壓力較大,故④錯(cuò)誤;
由此分析可知:只有②③正確。
3.(2019山東威海)一個(gè)質(zhì)量為80g的圓柱形瓶身的空玻璃瓶,內(nèi)裝10 10、cm高的水密封后放在水平地面上,如圖甲所示,再將玻璃瓶分別倒置在盛有水和某種未知液體的容器中,靜止后,瓶?jī)?nèi)、外液面的高度差如圖乙和圖丙所示(ρ水=1×103kg/m3,g=10Nkg,瓶壁厚度忽略不計(jì))。下列說(shuō)法正確的是( ?。?
A.玻璃瓶在水中受到的浮力小于在未知液體中受到的浮力
B.玻璃瓶底的面積為50cm2
C.未知液體的密度為0.75g/cm3
D.玻璃瓶在水中受到的浮力為4.8N
【答案】CD
【解析】
A.圖乙和丙中,玻璃瓶都處于漂浮狀態(tài),則F浮水=F浮液=G瓶總,故A錯(cuò)誤;
B.圖乙中玻璃瓶處于漂浮狀態(tài),浮力等于其總重力,
G杯=m杯g=0.08kg× 11、10N/kg=0.8N,
F浮水=G杯+G水,
ρ水gS(h1+h2)=G杯+ρ水gSh1,
ρ水gSh2=G杯,
玻璃瓶底面積S===4×10﹣3m2=40cm2,故B錯(cuò)誤;
C.設(shè)玻璃瓶的底面積為S,玻璃瓶在水中和在液體中受的浮力相等,
F浮水=F浮液,
ρ水gV排=ρ液gV排′,
ρ水g(V水+Sh2)=ρ液g(V水+Sh3),
因?yàn)樗捏w積V水=Sh1,圖中h1=0.10m,h2=0.02m,h3=0.06m,
解得:ρ液=0.75×103kg/m3=0.75g/cm3;故C正確;
D.玻璃瓶中水的體積V水=Sh1=4×10﹣3m2×0.10m=4×10﹣4m3, 12、
根據(jù)G=mg和ρ=可得:G水=ρ水V水g=1.0×103kg/m3×4×10﹣4m3×10N/kg═4N,
則F浮水=G杯+G水=0.8N+4N=4.8N,故D正確。
二、填空題
4.(2019湖北荊州)2018年10月20日,全球最大水陸兩棲飛機(jī)“鯤龍”AG600在湖北荊門(mén)成功實(shí)現(xiàn)水上首飛起降。若某次AG600漂浮停在水面上時(shí),飛機(jī)排開(kāi)水的體積為45m3,飛機(jī)底部距水面2m深處受到水的壓強(qiáng)為 Pa,飛機(jī)所受重力為 N.(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
【答案】2×104;4.5×105。
【解析】(1)飛機(jī)底部距水面2m深處受到水的壓強(qiáng):
13、p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×2m=2×104Pa;
(2)飛機(jī)漂浮停在水面上時(shí),由漂浮條件和阿基米德原理可得飛機(jī)所受重力:
G飛機(jī)=F?。溅阉甮V排=1.0×103kg/m3×10N/kg×45m3=4.5×105N。
5.(2019湖南懷化)一個(gè)重為0.5 N的木塊放入裝有水的燒杯中,木塊處于漂浮狀態(tài),則木塊受到的浮力是 N;若再沿?zé)谕鶡芯徛氐谷霛恹}水,則木塊受到的浮力將 (選填“變大”、“不變”或“變小”)
【答案】0.5;不變。
【解析】(1)將重為0.5N的木塊放入裝有水的燒杯中,靜止時(shí)木塊處于漂浮狀態(tài),所以木塊所受浮 14、力的大小為F=G=0.5N;
(2)木塊漂浮,所以木塊的密度小于水的密度,如果再沿?zé)谕鶡芯徛氐谷霛恹}水,木塊的密度不變,水的密度變大,所以,木塊仍然漂浮,所受浮力F=G=0.5N,所以浮力不變。
6.(2019福建?。┤鐖D,氣球下面用細(xì)線懸掛一石塊,它們恰好懸浮在水中。已知石塊與氣球的總重力為G總,則氣球受到的浮力F浮 G總(選填“>”“<”或“=”);若水溫升高,石塊將 ?。ㄟx填“上浮”“下沉”或“保持懸浮”)。
【答案】<;上浮。
【解析】(1)氣球下面用細(xì)線懸掛一石塊,它們恰好懸浮在水中。
則F浮氣球+F浮石塊=G總,
所以則氣球受到的浮力F浮氣球 15、<G總;
(2)水溫升高時(shí),氣球內(nèi)空氣的體積變大,排開(kāi)水的體積變大,
由F?。溅阉甐排g,
氣球受到的浮力將變大;
石塊受到的重力不變,
此時(shí)氣球和石塊受到的浮力大于自重,石塊將上浮。
7.(2019四川內(nèi)江)質(zhì)量為8kg的木塊漂浮在水面上,它受到的浮力大小為 N.浮力的方向是 。(g=10N/kg)
【答案】80;豎直向上。
【解析】木塊漂浮在水面上,則木塊受到浮力F浮=G=mg=8kg×10N/kg=80N;
浮力的方向是豎直向上的。
8.(2019四川達(dá)州)將密度為0.9×103kg/m3、體積為V的冰塊放入盛有適量水的圓柱形容器中(無(wú)水
溢出),冰塊靜止時(shí) 16、露出水面的體積V露= V,當(dāng)冰塊完仝熔化后(總質(zhì)量不變)容器中的水面
將 (選填“升高”、“降低”或“不變”)。
【答案】;不變。
【解析】由題意可知冰浮在水面上,則F?。紾冰,
由阿基米德原理和重力公式可得:ρ水gV排=ρ冰gV,
則V排==×V=V,
所以露出水面的體積:V露=V﹣V排=V﹣V=V;
當(dāng)冰塊完全熔化后,熔化為水的質(zhì)量和冰的質(zhì)量相同,即ρ水V冰化水=ρ冰V,
所以V冰化水==V,即熔化為水的體積與原來(lái)排開(kāi)水的體積相同,故液面高度不變。
9.(2019四川巴中)兩個(gè)完全相同容器內(nèi)分別盛滿(mǎn)不同的液體,現(xiàn)將兩個(gè)完全相同的小球輕輕放入容器中,小球靜止 17、后的狀態(tài)如圖所示,則液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)關(guān)系是p甲 p乙;兩小球所受的浮力關(guān)系是
F甲 F乙.(選填“>”、“<”或“=”)。
【答案】<;<。
【解析】由題意可知,兩個(gè)完全相同容器內(nèi)盛滿(mǎn)不同的液體時(shí),液體的深度相同,
由圖可知,兩個(gè)完全相同的小球輕輕放入容器中靜止后,甲中小球沉底,乙中小球漂浮,
因物體的密度大于液體的密度時(shí)下沉,物體的密度小于液體的密度,
所以,甲中液體的密度小于乙中液體的密度,
由p=ρgh可知,甲液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)小于乙液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng),即p甲<p乙;
因物體沉底時(shí)受到的浮力小于自身的重力,物體漂浮時(shí)受到的浮力和自身的重力相等,
所以,甲 18、中小球受到的浮力小于乙中小球受到的浮力,即F甲<F乙。
三、綜合應(yīng)用題
10.(2019貴州貴陽(yáng))小明運(yùn)用浮力相關(guān)知識(shí)制作了可以用來(lái)測(cè)量物體質(zhì)量的“浮力秤”其構(gòu)造如圖所示,在水平支架的左端固定刻度盤(pán),支架橫梁兩端各固定一個(gè)滑輪,將一根無(wú)彈性的細(xì)繩跨過(guò)兩個(gè)滑輪,細(xì)線的一端懸掛砰盤(pán),另一端連接裝有適量細(xì)沙的圓柱形浮筒(浮筒自重不計(jì)),在線的適當(dāng)位置固定一根大頭針作為指針,把浮筒浸入裝有適量水的水槽中,稱(chēng)量時(shí),把待測(cè)物體放入砰盤(pán)后,指針下降浮筒上升,靜止后,待測(cè)物體的質(zhì)量就可以通過(guò)指針在刻度盤(pán)上的位置反映出來(lái)。
請(qǐng)你回答下列問(wèn)題(不計(jì)細(xì)線、砰盤(pán)、指針的質(zhì)量以及線與滑輪的摩擦)
(1)為了 19、制作量程為1kg的浮力秤,向砰盤(pán)添加1kg的砝碼,逐漸向空浮筒內(nèi)加入細(xì)沙,當(dāng)浮筒的____(選填“上”或“下”)表面剛好與水面齊平并保持靜止時(shí),在刻度盤(pán)上將指針?biāo)傅奈恢脴?biāo)定為最大刻度線。
(2)取下砝碼,當(dāng)浮筒受到______力和______力是一對(duì)平衡力時(shí),浮筒能直立地浮在水面上靜止,此刻度所指的位置應(yīng)標(biāo)定為零刻度線,在均勻地標(biāo)定其余刻度線。
(3)若將質(zhì)量為m(m<1kg)的待測(cè)物體放在砰盤(pán)上,當(dāng)浮筒靜止時(shí)其下表面距離水面的距離是h,若細(xì)沙的質(zhì)量是M,浮筒的橫截面積是S,水的密度為ρ水,請(qǐng)寫(xiě)出待測(cè)物體質(zhì)量的表達(dá)式m=____________。
(4)若將原來(lái)的浮筒更換為長(zhǎng)度相同、橫 20、截面積更小的另一個(gè)浮筒,細(xì)沙的質(zhì)量和細(xì)線的長(zhǎng)度等不變,則重新標(biāo)定的刻度線與原來(lái)刻度線相比發(fā)生變化的是____________(選填“零刻度線上升”或“最大刻度線下降”),請(qǐng)你分析帶來(lái)這一變化的原因是:___________________________。
【答案】(1)下 (2)重 浮 (3)M-ρ水Sh (4)零刻度線上升 當(dāng)浮筒受至重力和浮力是一對(duì)平衡力時(shí),指針指的是零刻度線,根據(jù)題意,即是要使浮力不變,也就是在水中的V排不變,根據(jù)V=Sh可知,當(dāng)浮筒橫截面積變小,那h越大,也就是指針會(huì)上升。
【解析】(1)為了制作量程為1kg的浮力稱(chēng),向秤盤(pán)添加1kg的砝碼 21、,即最大質(zhì)量,此時(shí)細(xì)線對(duì)浮簡(jiǎn)的拉力最大,則浮內(nèi)加入細(xì)沙,則浮簡(jiǎn)浸在水中的深度最小,可為0;故當(dāng)浮簡(jiǎn)的下表面剛好與水面齊平并保持靜止時(shí),在刻度盤(pán)上將指針?biāo)傅奈恢脴?biāo)定為最大刻度線。
(2)取下砝碼,細(xì)線對(duì)浮筒的拉力為0,當(dāng)浮簡(jiǎn)受到重力和浮力是一對(duì)平衡力時(shí),浮簡(jiǎn)能直立地浮在水面上靜止,此刻度所指的位置應(yīng)標(biāo)定為零刻度線,在均勻地標(biāo)定其余刻度線;
(3)若將質(zhì)量為m(m<1kg)的待測(cè)物體放在秤盤(pán)上,重力為G=mg,對(duì)細(xì)線的拉力為T(mén)=mg,即線對(duì)簡(jiǎn)的拉力;若細(xì)沙的質(zhì)量是M,當(dāng)浮筒靜止時(shí)其下表面距離水面的距離是h,浮筒的橫截面積是S,水的密度為ρ水,根據(jù)阿基米德原理,則浮筒受到的浮力,F(xiàn)=ρ水gV=ρ水gSh,浮筒處于靜止?fàn)顟B(tài),根據(jù)力的平衡有:F+T=Mg,即ρ水gSh+mg=Mg,測(cè)物體質(zhì)量的表達(dá)式m=M-ρ水Sh;
(4)當(dāng)浮簡(jiǎn)受到的重力和浮力是一對(duì)平衡力時(shí),指針指的是零刻度線,根據(jù)題意,即是要使浮力不變,也就是在水的V排不變,根據(jù)V=Sh,當(dāng)浮筒橫截面積變小,h變大,也就是指針會(huì)上升。
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