专题26 压强、浮力综合分析和计算 试卷(教师版+学生版)
展开专题26 压强、浮力综合分析和计算
考点透视
压强与浮力综合在近几年中考中出现的频率越来越高,而不再是单纯的考查压强或浮力。压强与浮力的结合很好的浮力与压强知识,还能把压强与压力变化、浮力变化一起考查,涉及到物体密度、液体密度、物体的状态等知识,综合性强,难度大。
迷津点拨与点对点讲练
一、压强、浮力综合分析:
1、三个相同的容器中装有甲、乙、丙三种不同液体,相同物体A、B、C 放入后(液体不溢出),液面等高:
说明
浮力关系
FA
ρ甲<ρ乙<ρ丙
FA
液体对容器底的压强关系
p甲 h甲=h乙=h丙,ρ甲<ρ乙<ρ丙,所以p甲 液体对容器底的压力关系
F甲
F甲′
p甲′ S甲=S乙=S丙,F甲′
A.小球所受的浮力 F浮甲=F浮乙
【解析】根据图示可知,小球在甲、乙、丙三种液体中分别悬浮、沉底、漂浮,所以小球受到的浮力分别为F浮甲=G、ρ甲=ρ; F浮乙<G、ρ乙<ρ;F浮丙=G,ρ丙>ρ,同一实心小球,重力不变,密度不变,所以小球受到的浮力F浮甲=F浮丙>F浮乙,ρ乙<ρ甲<ρ丙,A、B错误;
三容器的液面等高,根据p=ρ液gh可知,液体对容器底的压强p乙 【点拨】同一个物体在不同液体中,物体越靠上,液体密度越大。
对点练:(2020河池)水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体,将两个不同材料制成的正方体A、B(VA<VB)分别放入两种液体中,静止后如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲液体的密度较大 B.甲液体对容器底的压力较小
C.甲液体中的物体所受的浮力较大 D.两种液体对容器底的压强相等
【答案】B。
【解析】由图可知,正方体A、B在甲、乙两种液体中均为漂浮,根据漂浮条件知,它们在甲、乙两种液体中受到的浮力相等,已知VA
说明
物体的密度关系
ρ甲>ρ乙>ρ丙
甲沉底,ρ甲>ρ液,乙悬浮ρ乙=ρ液,丙漂浮,ρ丙<ρ液,故ρ甲>ρ乙>ρ丙
物体排开液体体积关系
V排甲=V排乙>V排丙
由图可以读出
物体受到的浮力关系
F浮甲=F浮乙>F浮丙
ρ液相同,V排甲=V排乙>V排丙
物体质量关系
m甲>m乙>m丙
甲沉底,F浮甲
烧杯中的液体对烧杯底的压强关系
p甲=p乙=p丙
h甲=h乙=h丙,液体密度相同,
故p甲=p乙=p丙
烧杯中的液体对烧杯底的压力关系
F甲=F乙=F丙
p甲=p乙=p丙,S容相等,故F甲=F乙=F丙
烧杯中液体质量的关系
m甲液=m乙液
F甲′>F丙′=F乙′
m甲>m乙>m丙,m甲液=m乙液
烧杯底部对桌面的压强大小关系
p甲′>p丙′=p丙′
由于F甲′>F丙′=F乙′,S容相等,故
p甲′>p丙′=p丙′
例题2 (2021辽宁沈阳)甲、乙两个完全相同的烧杯,盛有同种液体,放在水平桌面上。如图所示,将体积相同的A、B两个实心小球分别放入甲、乙烧杯中,当小球静止时液面刚好相平。则下列判断正确的是( )
A.A、B两小球排开液体的质量相等
B.小球B的密度可能大于小球A的密度
C.甲杯对桌面的压强等于乙杯对桌面的压强
D.甲杯底受到的液体压强大于乙杯底所受液体压强
【答案】C。
【解析】因为是体积相同的A、B两个实心小球,从图中可知,A小球排开液体的体积更多,因是同种液体,由m=ρV可知,A小球排开液体的质量大于B小球排开液体的质量,A错误;
根据沉浮条件可知,A小球悬浮在液体中,则A球的密度等于液体的密度,B球漂浮在液体中,则B球的密度小于液体的密度,故B球的密度小于A球的密度,B错误;悬浮和漂浮的物体受到的浮力等于排开液体的重力等于小球的重力,且甲乙烧杯中液面相同,可知此时甲杯对桌面的压力等于乙杯对桌面的压力,由可知,此时甲杯对桌面的压强等于乙杯对桌面的压强,C正确;同种液体,液面相平,故液体深度相同,由p=ρgh可知,甲杯底受到的液体压强等于乙杯底所受液体压强,D错误。故选C。
【点拨】容器对桌面的压力:F=G剩液+G容+G物,当物体漂浮或悬浮时,F=G剩液+G容+G物= G剩液+G容+F浮=G剩液+G容+G排液=G容+G原液,即物体放入液体中后,容器对桌面的压力不变。
对点练:(2019鄂州)如图所示,放在水平桌面上的三个完全相同的容器内,装有适量的水,将A、B、C三个体积相同的正方体分别放入容器内,待正方体静止后,三个容器内水面高度相同。下列说法正确的是( )
A. 物体受到的浮力大小关系为FA>FB>FC
B. 三个物体的密度大小关系为ρA>ρB>ρC
C. 容器底部受到水的压力大小关系为F甲>F乙>F丙
D. 容器对桌面的压强大小关系为P甲=P乙=P丙
【答案】D。
【解析】由图可知,A、B、C三个正方体排开水的体积关系为VA排<VB排<VC排,根据F浮=ρ液gV排可知,浮力的大小关系为FA<FB<FC, A错误;由图可知,A和B处于漂浮,C处于悬浮,则由浮沉条件可知,GA=FA,GB=FB,GC=FC,由于FA<FB<FC,所以GA<GB<GC;由于正方体A、B、C的体积相同,所以根据可知,物体密度的大小关系为ρA<ρB<ρC,B错误;由图可知三个完全相同的容器内水的深度相同,由p=ρgh可知液体底部压强关系是p甲=p乙=p丙,三个容器的底面积相同,根据F=pS可求容器底部受到水的压力大小关系为F甲=F乙=F丙,C错误;因正方体分别处于漂浮或悬浮状态,则浮力等于自身重力,由阿基米德原理可知,物体受到的浮力等于排开液体的重力,即说明容器中正方体的重力等于正方体排开水的重力,即可以理解为,容器中正方体的重力补充了它排开的水的重力,能看出三个容器内总重力相等;由于容器相同,所以三个容器对桌面的压力关系为F甲=F乙=F丙,根据可知,容器对桌面的压强大小关系为p甲=p乙=p丙,故D正确。故选D。
3、不同容器底受到的压力、压强及对支持面的压力、压强的比较:
示意图
容器底受到液体的压强
p=ρ液gh
容器底受到液体的压力
F=pS=ρ液ghS=G柱
Sh
F=G液
Sh>V液
F>G液
对支持面的压力
F′=G液+G容
对支持面的压强
例题3(2021辽宁鞍山)(多选)将质量和底面积都相同的两个容器放在水平桌面上,向其内部分别注入甲、乙两种液体。将体积相同的两个实心物体M、N分别放入两种液体中,物体静止在如图所示的位置,此时两种液体对容器底部的压力相等。下列说法中正确的是( )
A.两物体的密度ρM>ρN
B.物体M下表面受到的液体压力大于N下表面受到的液体压力
C.若将乙液体倒入甲液体中,物体M将上浮
D.取出M、N后,两容器对桌面压强的变化量分别为Δp1、Δp2,则Δp1>Δp2
【答案】ABD。
【解析】由题意可知,两液体对容器底部的压力相等,且两容器的底面积相等,故由可知,两液体对容器底部的压强相等,由图中可知,乙中液体深度大于甲中液体深度,故由
p=ρgh可知,甲液体密度小于乙液体密度,且M在甲中悬浮而N在乙中漂浮,故由物体的浮沉条件可知,M的密度等于甲的密度,N的密度小于乙的密度,故可知,M的密度大于N的密度,A正确;由A中分析可知,M的密度大于N的密度,且两物体的体积相同,故由m=ρV可知,M的质量大于N的质量,由G=mg可知,M的重力大于N的重力,由受力分析可知,两物体所受浮力均等于自身重力,故可知M所受浮力大于N所受浮力,由浮力的产生条件可知,物体M下表面受到的液体压力大于N下表面受到的液体压力,B正确;若将乙液体倒入甲液体中,则混合后的液体密度小于甲液体的密度,则此时M的密度将大于混合液体的密度,故由物体的浮沉条件可知,物体M将下沉,C错误;由受力分析可知,取出M、N后,两容器对桌面压力的变化量等于M、N自身重力的大小,由B中分析可知,M的重力大于N的重力,故甲容器对桌面压力的变化量大于乙容器对桌面压力的变化量,且两容器的底面积相同,故由可知,甲容器对桌面压强的变化量大于乙容器对桌面压强的变化量,D正确。
故选ABD。
【点拨】对于密度的比较可以从浮沉状态判断;对于判断物体的浮沉状态除了比较物体的密度和液体的密度之外,还可以比较物体的重力和浮力的大小;液体的压强、压力先考虑压强,在考虑压力;对于固体间的压强、压力先从压力入手,在考虑压力变化;对于液体压强、压力的变化看液面的变化;对于固体的压力、压强变化看压力的变化量和面积的变化。
对点练:(2021湖南永州)如图所示,底面积相同的甲、乙两个容器放在水平桌面上,容器内的水面相平。现将a、b两个体积相同的实心物体分别放入甲、乙两个容器内,静止时a沉在甲容器底部,b悬浮在乙容器的水中。下列说法正确的是( )
A.a、b两物体的密度ρa=ρb
B.a、b两物体的质量ma<mb
C.a、b两物体所受的浮力Fa>Fb
D.放入a、b两物体后,甲、乙容器底部所受水的压强p甲>p乙
【答案】D。
【解析】a沉在甲容器底部,则ρa>ρ水,b悬浮在乙容器的水中,则ρb=ρ水,所以ρa>ρb,a和b体积相同,由m=ρV可知ma>mb,A、B错误;a沉在甲容器底部,b悬浮在水中,它们排开水的体积等于它自身的体积,它们的体积相同,所以它们排开水的体积相同,根据F浮=ρ水gV排可知它们的浮力相同,即Fa=Fb,C错误;放入a、b两物体后,它们排开水的体积相同,两个容器的底面积相同,甲容器口小,乙容器口大,所以甲容器中水面较高,根据p=ρgh可知甲容器底受到水的压强较大,即p甲>p乙,D正确。故选D。
二、压强、浮力综合计算:
1、当一个物体放入盛有液体的圆柱形容器中,物体会在液体在漂浮、悬浮、上浮、下沉或者沉底,会引起液面高低发生变化,从而使得容器底压强、压力发生变化,容器对桌面的压力、压强也跟着发生变化。(S表示容器的底面积)
漂浮
悬浮
上浮
下沉
沉底
V排与V物的关系
V物=V排+V露
V排=V物
ρ液与ρ物的关系
ρ液>ρ物
ρ液=ρ物
ρ液>ρ物
ρ液<ρ物
ρ液<ρ物
F浮与G物的关系
F浮=G物
F浮=G物
F浮>G物
F浮
F=F浮+G液
液体对容器底的压强
p=ρgh
=ρg()
p=ρgh=ρg()=ρg()
容器对桌面的压力
F′=G液+G物+G容
容器对桌面的压强
例题4 (2021广西玉林)如图甲所示,用弹簧测力计拉着一正方体物块处于静止状态,弹簧测力计的示数F为20N,物块的边长为0.1m。A、B两容器分别装有等高的水和酒精,容器液面高度比物块边长高,如图乙、丙所示。现将物块先后缓慢浸入 A、B两容器的液体中,当物块刚好浸没时,A、B两容器中弹簧测力计示数分别为F1和F2,且F1:F2=5:6 (g取10N/kg)求:
(1)物块的质量;
(2)物块浸没在水中时所受浮力大小;
(3)酒精的密度;
(4)已知A容器底面积为B容器底面积的2.5倍。若物块浸没到水中后,水面升高了2cm,此时水对容器底部的压强为1.7×103Pa,则物块浸没到酒精中时,酒精对B容器底部的压强。
【答案】(1)2kg (2)10N (3)0.8×103kg/m3 (4)1600Pa。
【解析】(1)物块的质量;
(2)物体的体积为V物=(0.1m)3=10-3m3,物块浸没在水中时所受浮力大小F浮A=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=10N;
(3)A中弹簧测力计的示数为F1=G物-F浮A=20N-10N=10N,根据且F1:F2=5:6,可知,
,可求出F2=12N,那么物体在酒精中的浮力为F浮B =G物-F2 =20N-12N=8N,那么酒精的密度为;
(4)水面升高了2cm,则A容器的底面积为,水对容器底部的压强为1.7×103Pa,说明此时的水面的高度为,则水面没有放物体前的高度为h0=hA-Δh=0.17m-0.02m=0.15m,B容器的底面积为,则物块浸没到酒精中时,酒精液面升高了,此时酒精液面的高度为hB=h0+Δh=0.15m+0.05m=0.2m,酒精对B容器底部的压强pB=ρ酒精ghB=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.2m=1600Pa。
【点拨】液体对容器底变化的压强Δp,关键求出液面的深度变化Δh,通常,变化的压强;由于物体间作用是相互的,所以物体放入液体中后,无论物体处于何种状态,容器对接触面的压力的增加量ΔF=G物或ΔF=G物-F浮。
对点练:(2021湖北武汉)如图所示,弹簧测力计下悬挂着不吸水的圆柱体,圆柱体质量为180g。不计厚度的平底容器置于水平桌面上,质量为100g,底面积为50cm2,高为8cm,容器内盛有质量为350g的水。当圆柱体浸入水中静止时,圆柱体未接触容器,弹簧测力计示数为1.4N,此时容器对水平桌面的压强是( )
A.7.8×102Pa B.8.0×102Pa C.9.8×102Pa D.1.18×103Pa
【答案】C。
【解析】圆柱体的重力G=m圆柱体g=0.18kg×10N/kg=1.8N,圆柱体浸入水中时,受到的浮力
F浮=G-F示=1.8N-1.4N=0.4N,此时,容器对水平桌面的压力F=F浮+G水+G容器=F浮+m水g+m容器g=0.4N+0.350kg×10N/kg+0.1kg×10N/kg=4.9N,对水平桌面的压强,C正确。故选C。
2、外力影响物体状态:
状态说明
绳子、弹簧或物体对物体的拉力阻碍了物体向上运动,使得物体静止
物体在测力计、绳子的拉力作用下,不再下沉,使得物体静止
B对A的压力使得物体A浸入体积增大,浮力增大
处理方法
对被研究的物体受力分析,根据平衡状态列平衡关系式
受力分析
平衡式
F浮=G+F拉
F浮=G-F拉
F浮=G+F压
技巧
增大的浮力等于拉力
增大的浮力等于压力
例题5 (2021四川攀枝花)如图,体积相同的两个物体A、B用不可伸长的细线系住,放入水中后,A刚好完全漫没入水中,细线被拉直。已知A重6N,B受到的浮力为8N,A、B密度之比为3:5,以下说法中不正确的是( )(ρ水=1.0×103kg/m3)
A.B受到的重力为10N B.细线对A的拉力为1N
C.A的密度为0.75×103kg/m3 D.B对容器底部的压力为零
【答案】B。
【解析】A重6N,B受到的浮力为8N,因为A、B体积相同,所以受到的浮力相同,A受的浮力FA=8N;A、B密度之比为3:5可知,,解得GB=10N,A正确;细线对A的拉力F=FA-GA=8N-6N=2N,B错误;A的体积,A的密度为,C正确;GB=10N,B受到的浮力为8N ,细线的拉力为2N,故B对容器底部的压力为0,D正确。故选B。
【点拨】对于两个物体(或物体的一部分)浸在液体中,有时可以两个物体看出一个“整体”,对其进行受力分析,往往可以快速求解一些问题,然后再利用“隔离法”对某一个物体进行分析,求解物体间(或绳子、弹簧等连接物)之间的力。
对点练:(2020贵港)如图甲所示,柱形薄壁容器的底面积为500cm2,内装深度大于10cm的某种液体。物体C是一个体积为1000cm3的均匀正方体,质量为600g,在液体中静止时,有体积露出液面。另有A、B两个实心长方体,其中A的重力为2N,B的重力为5.4N,体积为200cm3,底面积为50cm3。(g=10N/kg)求:
(1)物体C受到的重力是多少?
(2)液体的密度是多少?
(3)把A单独放在物体C上表面中心位置,物体C静止时如图乙所示。放置物体A前后,容器底受到液体压强的变化量是多少?(此过程中液体没有溢出)
(4)把B单独放在物体C上表面中心位置,当物体C静止时,物体B对物体C的压强是多少?
【答案】(1)6N (2)1×103kg/m3 (3)40Pa (4)800Pa。
【解析】(1)物体C的重力GC=mCg=0.6kg×10N/kg=6N;
(2)物体C在液体中静止时,有体积露出液面,处于漂浮状态,物体C受到的浮力F浮=
GC=6N,物体C排开液体的体积V排=VC-VC=VC=×1000cm3=600cm3,由阿基米德原理得到液体的密度;
(3)把A单独放在物体C上表面中心位置,物体C静止时,AC整体处于漂浮,C受到的浮力F浮′=GA+GC=2N+6N=8N,物体C排开液体的体积,液面升高的高度,容器底受到液体压强的变化量Δp=
ρgΔh=1×103kg/m3×10N/kg×0.4×10-2m=40Pa;
(4)把B单独放在物体C上表面中心位置,当物体C静止时,B、C整体处于漂浮状态,C受到的浮力F浮′′=GB+GC=5.4N+6N=11.4N,物体C排开液体的体积=11.4×10-4m3=1140cm3,物体C的体积VC=1000cm3,由于V排′′>V C,物体B浸入水中的体积V B 排=V排′′-VC=1140cm3-1000cm3=140cm3,物体B受到的浮力F浮B=ρgVB=1×103kg/m3×10
N/kg×140×10-6m3=1.4N,物体B对C的压力FB=GB-F浮B=5.4N-1.4N=4N,物体B对物体C的压强。
点对点提高训练
1、(2021福建)如图,将一边长为10 cm的正方体木块放入装有某液体的圆柱形容器中,木块静止时露出液面的高度为2 cm,液面比放入前升高1 cm,容器底部受到液体的压强变化了80 Pa,则木块底部受到液体压强为______Pa,木块受到的浮力为______N。
【答案】640 6.4。
【解析】木块放入液体后,液面升高的高度Δh=1cm=0.01m,容器底部受到液体的压强变化Δp=80Pa,由p=ρgh可知,液体密度,木块边长10cm,静止时露出液面的高度为2cm,所以木块底浸在液体中的深度h=10cm-2cm=8cm=0.08m,木块底部受到液体压强p=ρgh=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.08m=640Pa;木块排开的液体的体积V排=10cm×10cm×8cm=800cm3=8×10-4m3,木块受到的浮力F浮=ρ液gV排=0.8×103kg/m3×10N/kg×8×10-4m3=6.4N。
2、(2021广东)小明看到清淤作业人员正在将水塘底部的淤泥搬运到船上。他想:水面高度会变化吗?于是进行了探究:首先,将石块a和不吸水的木块b置于装有水的烧杯中,如图所示;然后,将石块a从水中拿出并轻轻放在木块b上,它们处于漂浮状态,则水面高度将( )
A.下降 B.上升 C.不变 D.无法判断
【答案】B。
【解析】有石块a和不吸水的木块b,石块a沉在水底,浮力小于重力,不吸水的木块b漂在水面,浮力等于重力,此时总浮力F1
3、(2021山东德州)水平桌面上有甲、乙两个相同容器,分别装有密度不同的食盐水,将两个完全相同的小球分别放入两容器中,小球静止时,两容器液面相平(如图所示),若甲、乙两容器中食盐水的密度分别为ρ1、ρ2,两小球在甲、乙两容器中受到的浮力分别为F1、F2。下列说法正确是( )
A.F1
B.甲容器底部受到食盐水的压强大于乙容器底部受到食盐水的压强
C.甲容器对桌面的压力大于乙容器对桌面的压力
D.若将乙容器中的食盐水及小球倒入甲容器中,充分混合后两小球均沉底
【答案】D。
【解析】由图知甲容器中小球沉底,乙容器中小球悬浮,所以F1
A.M受到的浮力大于N受到的浮力
B.甲液体的密度大于乙液体的密度
C.左侧容器对桌面的压强小于右侧容器对桌面的压强
D.若剪断细线,N静止时,乙液体对容器底的压强变大
【答案】ABD。
【解析】由题可知,GM=GN,M在甲液面漂浮,根据浮沉条件,FM浮=GM,N用细线吊着静止乙液体中(细线对N有拉力),所以FN浮+F拉= GN,则FM浮>FN浮,A正确;由A可知,FM浮>FN浮,即ρ甲gVM排>ρ乙gVN排,VM
5、(2021辽宁锦州)(多选)底面积不同的两个容器,放在水平桌面上。分别装入质量相等的甲、乙两种不同液体,液面相平(如图所示)。现有两个体积相同的不同小球A和B,A球放入甲液体中,B球放入乙液体中,两球均处于悬浮状态,液体均未溢出。下列说法中正确的是( )
A.甲液体的密度大于乙液体的密度
B.未放入小球时,甲液体对容器底的压强小于乙液体对容器底的压强
C.悬浮时小球A所受浮力大于小球B所受浮力
D.若把小球B放入甲液体中,静止时小球B所受浮力等于在乙液体中所受的浮力
【答案】ACD。
【解析】两个容器中分别装入质量相等的甲、乙两种不同液体,由图可知,液体的体积V甲
6、(2021四川眉山)放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器(容器质量不计)底面积为
,将一体积为的木块放入水中静止时,有体积露出水面,如图甲所示;用一根质量和体积不计的细线把容器底和木块底部中心连接起来,如图乙所示。下列说法中错误的是()( )
A.木块的密度为
B.木块漂浮时排开水的质量为
C.浸没水中时细线对木块的拉力为
D.甲、乙两图所示情况,容器对水平桌面的压强相等
【答案】C。
【解析】木块的浮力,木块的密度,A正确;木块漂浮时排开水的重力G排=F浮=1.6N,木块漂浮时排开水的质量为,B正确;浸没水中时,木块受到重力、浮力、拉力三个力平衡,细线对木块的拉力为0.6N,F=F浮′-G物=F浮′-F浮=1×103kg/m3×10N/kg×2×10-4m3-1.6N=0.4N,C错误;甲、乙两图所示情况,容器对水平桌面的压力都等于木块的重力加水的重力,容器底面积不变,故容器对水平桌面的压强相等,D正确。故选C。
7、(2021四川广安)如图所示,甲、乙、丙三个完全相同的烧杯中均装有适量的水,将质地均匀,且不吸水的a、b两实心体分别放入甲、乙烧杯中,当a、b静止时,a有五分之二的体积露出水面,b悬浮于水中,此时两烧杯液面刚好相平。若将b置于a上一起放入丙烧杯中,静止时a的上表面刚好与液面相平,整个过程中水均未溢出,下列说法正确的是( )
A.a的密度是0.4×103kg/m3 B.a、b的重力之比为5:3
C.a、b的体积之比为5:2 D. b的密度是0.8×103kg/m3
【答案】C。
【解析】由题意知,当a在甲烧杯中静止时,a有五分之二的体积露出水面,漂浮在水面上,根据阿基米德原理G=F浮=G排=ρ水gV排,可得ρagVa=ρ水gV排,因为a有五分之二的体积露出水面,则排开水的体积为,a的密度为ρa=0.6ρ水=0.6×103kg/m3,A错误;由图甲可得,由图乙可知Gb=ρ水gVb,由图乙可知Ga+Gb=ρ水gVa,通过上面三个式子联立可得Va:Vb=5:2,进而求得Ga:Gb=3:2,故B错误,C正确;因为b悬浮在水中,根据阿基米德原理G=F浮=G排=ρ水gV排,因为b完全浸没在水中,可得ρbgVb=ρ水gVb,则ρb=ρ水=1.0×103kg/m3,D错误。故选C。
8、(2021山东青岛)(多选)如图所示,底面积为S且粗细均匀的玻璃管、底厚且平,竖立于水中静止时,其浸入水中的深度为h1;若将玻璃管竖立于液体A中,静止时其浸入液体A中的深度为h2;再向玻璃管中放入一石块,静止时其浸入液体A中的深度为h3。下列说法正确的是( )
A.水和液体A的密度关系为ρ水>ρA B.玻璃管的重力为G0=ρ水gSh1
C.液体A的密度为 D.石块的重力为
【答案】BC。
【解析】由图可知,玻璃管在水中处于漂浮状态,浮力等于重力,即F浮=G0,又根据阿基米德原理,可知F浮=ρ水gV排=ρ水gSh1=G0,所以玻璃管的重力为G0=ρ水gSh1,B正确;玻璃管在液体A中也处于漂浮状态,浮力等于重力,即F浮A=ρAgV排=ρAgSh2=G0,所以ρ水gSh1=ρAgSh2,则,因为h1>h2,所以ρ水<ρA,故A错误,C正确;再向玻璃管中放入一石块,玻璃管的总重为G总=G0+G石,玻璃管在液体A中处于漂浮状态,浮力等于重力,即F浮′=ρAgSh3
=ρAgSh2+G石,则石块的重力为G石=ρAgSh3-ρAgSh2=ρAgS(h3-h2),D错误。故选BC。
9、(2021山东泰安)两个体积相同的实心正方体A和B,静止在水槽内如图所示位置。正方体A有的体积浸入水中,正方体A的下表面和正方体B的上表面所处的深度相同。设两正方体密度分别为ρA和ρB,所受浮力分别为FA和FB,所受重力分别为GA和GB,下表面所受水的压强分别为pA和pB,下列说法中( )
①ρA:ρB =4:5 ②pA:pB=4:9 ③FA:FB=1:1 ④GA:GB=5:4
A.只有①②正确 B.只有③④正确
C.只有②④正确 D.只有①②③正确
【答案】A。
【解析】因为正方体A和B体积相同,所以两个正方体边长相等,又因为正方体A有的体积浸入水中,所以A受到的浮力为,B全部浸入水中,所以B受到的浮力为FB=ρ水gV排=ρ水gVB,所以FA:FB=4:5,③错误;因为A自由漂浮在水中,所以A受到的浮力等于自身的重力,即GA=FA,B悬浮在水中,所以B受到的浮力也等于自身的重力GB=FB,所以GA:GB=FA:FB=4:5,④错误;根据密度计算公式可得,A的密度为,B因为悬浮在水中,所以密度等于水的密度,即ρB=ρ水,所以ρA:ρB =4:5,①正确;因为A有的体积浸入水中且正方体A的下表面和正方体B的上表面所处的深度相同,所以A和B浸入水中的深度之比为4:9,根据p=ρgh可得pA:pB=4:9,②正确。综上可知,①②正确,③④错误。故选A。
10、(2021四川南充)(多选)甲、乙两实心物体在水中的浮沉情况如图所示,它们的质量分别为m1、m2,体积分别为V1、V2,密度分别为ρ1、ρ2,所受浮力分别为F1、F2,下列说法正确的是( )
A.若m1>m2,则一定有F1>F2 B.若m1=m2,则一定有V1
【解析】甲在水中下沉到容器底部,由物体的浮沉条件,说明F1
【答案】0.71 8。
【解析】冰块悬浮于水中,由悬浮条件可知此时冰块和金属环受到的浮力F浮=G=0.71N;
[2]冰全部熔化成水后,体积减小了ΔV=SΔh=10cm2×0.7cm=7cm3,冰的体积减去熔化成水后的体积,就是水面下降的体积,即,,V冰-V冰=7cm3,V冰=70cm3,冰的质量m冰=ρ冰V冰=0.9g/cm3×70cm3=63g,冰块和金属环的总质量=0.071kg=71g,石块的质量
m石=m-m冰=71g-63g=8g。
12、(2021重庆)如图甲所示,质量分布均匀且不吸水的柱体A高70cm(ρA<ρ水)足够高的柱形容器B底面积为300cm2、装有10cm深的水若将A水平切去高度为h的部分,并将切去部分竖直缓慢放入B中,水的深度h水随切取高度h的变化关系如图乙所示。柱体A的密度是_______g/cm3;当切去的高度h为某一值时,A剩余部分对水平桌面的压强和水对容器底部的压强相等,然后向B中缓慢加水,当加入水的质量为2200g时,水中柱体仍保持直立,水对容器底的压强为_______Pa。
【答案】0.5 2.4×103。
【解析】由乙图可知,当h=30cm时,物体漂浮,且下底面刚好接触底部,故有h0SB=h1(SB-SA),
A的底面积为,又因为F浮=G且根据浮力公式可得F浮=ρ水gV排=ρ水gh1SA=G,由G=mg可得,A的质量为,故根据密度公式可得,柱体A的密度为;当h=15cm时,水对容器底部的压强为p=ρ水gh= 1×103kg/m3×10N/kg×0.15m=1.5×103Pa,压强为1.5×103Pa时,柱体的高度为,故切去的高度为h′′=h-h′=70cm-30cm=40cm,加水的体积为,由于物体A的底面积为SA=100cm2,若A漂浮,则液面的深度为,因为24cm>20cm,故A漂浮成立,所以水对容器底的压强为p=ρ水gh′′′= 1×103kg/m3×10N/kg×0.24m=2.4×103Pa。
13、(2020自贡)如图甲所示,水平桌面上放置底面积为100cm2、质量为500g的圆筒,筒内装有20cm深的某液体。弹簧测力计下悬挂底面积60cm2、高为10cm的圆柱体,从液面逐渐浸入直至完全浸没,弹簧测力计示数F随圆柱体浸入液体的深度h的变化关系如图乙所示。(可以忽略圆筒的厚度,过程中液体没有从筒中溢出),g取10N/kg,求:
(1)圆柱体完全浸没时受到液体的浮力是多少?
(2)筒内液体密度是多少?
(3)当圆柱体完全浸没时,圆筒对桌面的压强是多少?
【答案】(1)5.4N (2)0.9×103kg/m3 (3)2840Pa。
【解析】(1)由图像可知,当h=0时,此时测力计的示数等于圆柱体的重力,所以G=17.4N;当h≥10cm时,测力计的示数不变,说明此时浮力不变,圆柱体完全浸没,此时F=12N;所以F浮=G-F=17.4N-12N=5.4N;
(2)物体排开液体的体积V排=V物=60cm2×10cm×10-6m3=6×10-4m3,液体密度;
(3)液体的质量m液=ρ液V液=0.9×103kg/m3×100×20×10-6m3=1.8kg,将圆柱体、圆筒、液体看做一个整体,则其对桌面的压力F′=(m液+m筒)g+G物-F=(1.8kg+0.5kg)×10N/kg+17.4N
-12N=28.4N,圆筒对桌面的压强。
14、(2021山东潍坊)如图甲所示,原长x0=16cm的弹簧,下端固定在容器的底部,上端与一正方体相连,正方体重G=48N,向容器中慢慢注入某种液体,弹簧的长度x随液体深度h的变化关系如图乙所示,正方体有一半浸没在液体中时,弹簧恰好处于原长。在弹性限度内,弹簧的弹力F与其形变量Δx间的关系F=kΔx,忽略弹簧的质量和体积,g取10N/kg,求:
(1)k的值;
(2)正方体的密度;
(3)正方体上表面刚好与液面相平时,容器底部所受液体的压强。
【答案】(1)4.8N/cm (2)0.6×103kg/m3 (3)5.52×103Pa。
【解析】(1)由图,物体放在弹簧上时,弹簧长度为6cm,所以k为;
(2)由图,当液体深度h=26cm时,弹簧处于原长16cm,此时物体浸没的深度L=26cm-16cm
=10cm,因为此时有一半浸没,所以正方体棱长20cm,正方体体积V=(0.2m)3=8×10-3m3,正方体质量,正方体密度;
(3)浸没一半时,由阿基米德原理可得,解得ρ液=1.2×103kg/m3,液面与上表面平齐时,有F浮=G+F弹,即ρ液gV=G+ F弹,解得F弹=48N,所以弹簧形变量,液面总深度h总=x0+Δx1+a=16cm+10cm+20cm=46cm=0.46m,容器底部所受液体的压强p=ρ液gh总=1.2×103kg/m3×10N/kg×0.46m=5.52×103Pa。
15、(2020广西)如图甲所示,在物体A上放有底面积为1×10﹣2m2,质量为0.1kg的薄壁形容器,容器内装有深度为0.1m的某种液体时,液体对容器底部的压强为1000Pa。现用轻质细长硬杆连接长方体B,使其缓慢浸没于液体中(液体始终未溢出)。硬杆把物体B压在容器底部,且对B施加2N竖直向下的力时,容器对A的压强比未放入物体B时变化了600Pa,A上表面的受力面积为8×10﹣3m2。图24乙是液体对容器底部的压强p与物体B下表面浸入液体中深度H的图象。求:
(1)容器中液体的密度;
(2)B未浸入液体时,容器对A的压力;
(3)B浸没在液体中时受到的浮力;
(4)硬杆把物体B压在容器底部,且对B施加2N竖直向下的力时,容器对B的支持力。
【答案】(1) 1×103kg/m3 (2)11N (3)4.5N (4)0.3N。
【解析】(1)没有放物体B时,其液体对容器底部的压强为1000Pa,则根据液体压强的公式p=ρgh可知,液体的密度为;
(2)B未浸入液体时,液体的质量m=ρV=ρsh=1×103kg/m3×1×10-2m2×0.1m=1kg,B未浸入液体时,容器对A的压力F=G总=(m液+m容)g=(1kg+0.1kg)×10N/kg=11N;
(3)由乙图可知,当H=5cm时,即物体B的下表面对浸入液体中5cm,此时液体对容器底部的压强p=1300Pa,液体对容器底部的压强增大了Δp=1300Pa-1000Pa=300Pa,那么液体对容器底部的压力增大了ΔF=ΔpS容=300Pa×1×10-2m2,由于放入了B物体,液体对容器底部的压力增大了3N,即物体B对液体的压力为3N,那么液体对B的浮力为3N,根据浮力公式
F浮=ρgV排=ρgSBh=3N,则物体B的底面积为,如图所示,当H=7.5cm时,液体对容器底的压强不变,即浮力的大小不变,即物体B完全浸没,那么当物体B完全浸没的时候,物体B所受的浮力为F浮=ρgV排=ρgSBh=1×103kg/m3×10N/kg×6×10-3m2×0.075m=4.5N;
(4)没有放B物体时,容器对A的压强,则当对B施加2N竖直向下的力时,物体B浸入液体中,压强变大,容器对A的压强为p=1375Pa+600Pa=1975Pa;当对B施加2N竖直向下的力时,容器对A的压力为F=pS=1975Pa×8×10-3m2=15.8N,容器对A的压力增大了ΔF=15.8N-11N=4.8N,则物体B的重力和竖直向下的压力之和为4.8N,故B的重力的大小为GB=4.8N-2N=2.8N,对B受力分析,B受到了向下的重力,杆对B向下的2N的压力,还受到了支持力和浮力,故杯底对物体B的支持力为F=4.8N-4.5N=0.3N。
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