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人教版八年級(jí)下冊(cè)10.2 阿基米德原理精品鞏固練習(xí)
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這是一份人教版八年級(jí)下冊(cè)10.2 阿基米德原理精品鞏固練習(xí),文件包含102阿基米德原理同步基礎(chǔ)練習(xí)解析版docx、102阿基米德原理同步基礎(chǔ)練習(xí)原卷版docx等2份試卷配套教學(xué)資源,其中試卷共109頁(yè), 歡迎下載使用。
?人教版 八年級(jí)物理下冊(cè) 第10章《浮力》
第2節(jié) 阿基米德原理
(同步基礎(chǔ)練習(xí))
姓名: 學(xué)校: 老師:
題型
選擇題
填空題
作圖題
實(shí)驗(yàn)題
計(jì)算題
總計(jì)
題數(shù)
20
10
0
10
10
50
一、選擇題(共20小題):
1.沉船打撈人員完成水下打撈任務(wù)后,不斷上升且未出水面的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(?。?br />
A.所受浮力變大,壓強(qiáng)變大B.所受浮力變大,壓強(qiáng)變小
C.所受浮力不變,壓強(qiáng)變小D.所受浮力不變,壓強(qiáng)不變
【答案】C
【解析】打撈人員在水面下作業(yè),浸沒在水中,利用阿基米德原理分析所受浮力的情況;
利用液體壓強(qiáng)公式分析他不斷上升且未出水面的過(guò)程中壓強(qiáng)的變化.
解:(1)由于打撈人員在水面下,故他浸沒在水中,由阿基米德原理F浮力=ρ液gV排可知,密度不變、排開液體的體積不變,故所受浮力不變;故AB錯(cuò)誤;
(2)當(dāng)他不斷上升且未出水面的過(guò)程中,浮力雖然不變,但深度減小,由p=ρgh知道,壓強(qiáng)p減小,故C正確,D錯(cuò)誤。
故選:C。
2.下列有關(guān)浮力的說(shuō)法正確的是( )
A.物體的密度越大,受到浮力一定越大B.物體的體積越大,受到的浮力一定越大
C.物體浸沒水中越深,受到的浮力越大D.物體排開水的體積越大,受到的浮力越大
【答案】D
【解析】由公式F?。溅岩篻V排可知,浸在液體中的物體受到的浮力與液體的密度和排開液體的體積有關(guān),與物體的密度、物體的體積等因素?zé)o關(guān)。
解:AB、由公式F?。溅岩篻V排可知,浸在液體中的物體受到的浮力與液體的密度和排開液體的體積有關(guān),與物體的密度、物體的體積等因素?zé)o關(guān);物體的體積越大,其排開液體的體積不一定越大,受到的浮力不一定越大,故AB錯(cuò)誤;
C、物體浸沒水中,排開水的體積就不變,受到浮力一定,與浸沒的深度無(wú)關(guān);故C錯(cuò)誤;
D、物體排開水的體積越大,由公式F浮=ρ液gV排可知,受到的浮力越大,故D正確。
故選:D。
3.如圖所示,把錐體浸沒在水中,當(dāng)錐尖朝上和朝下時(shí),錐體所受浮力( ?。?br />
A.錐尖朝上時(shí)大 B.錐尖朝下時(shí)大
C.一樣大 D.一樣大,且等于零
【答案】C
【解析】由題知,把錐體浸沒在水中,當(dāng)錐尖朝上和朝下時(shí)排開水的體積大小是相等的,根據(jù)阿基米德原理得出受到的浮力大小關(guān)系。
解:由圖知,把錐體浸沒在水中,當(dāng)錐尖朝上和朝下時(shí)排開水的體積是相等的,
∵F?。溅阉甐排g,∴錐體受到的浮力是相等的。
故選:C。
4.將三個(gè)體積相同、材料不同的實(shí)心小球甲、乙、丙放入盛水的容器中,靜止時(shí)情形如圖所示,則三個(gè)小球所受浮力大小關(guān)系正確的是( ?。?br />
A.F甲=F乙>F丙 B.F甲>F乙>F丙
C.F甲<F乙<F丙 D.F甲<F乙=F丙
【答案】D
【解析】三個(gè)小球的體積相同,根據(jù)圖示得出三個(gè)小球排開液體體積的大小關(guān)系,根據(jù)阿基米德原理得出受到浮力的大小關(guān)系。
解:三個(gè)小球的體積相同,由圖知,三個(gè)球排開水的體積:V甲排<V乙排=V丙排,
由于三個(gè)球都浸在水中,則根據(jù)F浮=ρ水gV排可知,三個(gè)球受到的浮力關(guān)系為F甲<F乙=F丙。
故選:D。
5.浸沒在水中質(zhì)量相等的實(shí)心鋁球和銅球(已知ρ鋁<ρ銅),它們所受浮力的大小關(guān)系為( ?。?br />
A.銅球大 B.鋁球大 C.大小相等 D.無(wú)法確定
【答案】B
【解析】①質(zhì)量相同的不同物質(zhì),體積大小用公式V=mρ比較;
②浸沒在液體中的物體,受到的浮力用公式F浮=ρ液gV排比較大小。
解:①ρ=mV,且m銅=m鋁,ρ銅>ρ鋁,由公式V=mρ知,V銅<V鋁;
②當(dāng)兩個(gè)金屬球浸沒在水中時(shí),排開水的體積等于各自的體積,
由公式F?。溅岩篻V排比較知:鋁球受到的浮力較大。
故選:B。
6.如圖所示,水沸騰時(shí),內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量氣泡,在水中不斷上升、變大。對(duì)于氣泡所受壓強(qiáng)和浮力的變化情況(氣泡未露出液面時(shí))。下列說(shuō)法正確的是( )
A.壓強(qiáng)變小,浮力變小 B.壓強(qiáng)變小,浮力變大
C.壓強(qiáng)變大,浮力不變 D.壓強(qiáng)不變,浮力不變
【答案】B
【解析】氣泡在上升過(guò)程中,體積會(huì)逐漸變大即排開液體的體積變大,所處的深度變??;根據(jù)公式p=ρgh可知?dú)馀菟軌簭?qiáng)的變化,根據(jù)公式F?。溅裧V排可知?dú)馀菟芨×Φ拇笮∽兓?br />
解:氣泡在上升過(guò)程中,所處的深度變小,由p=ρgh得,氣泡受到的壓強(qiáng)在不斷變??;
體積會(huì)逐漸變大,氣泡排開液體的體積變大,由公式F浮=ρgV排得,氣泡受到的浮力在不斷變大。故選:B。
7.水平面上有兩個(gè)相同的溢水杯,分別裝滿不同的液體,將同一個(gè)小球A分別放入溢水杯中靜止時(shí)(如圖所示),從甲杯中溢出了0.6N的液體,從乙杯中溢出了0.4N的液體。下列說(shuō)法不正確的是( ?。?br />
A.小球A在甲杯中受到的浮力大于在乙杯中受到的浮力
B.小球A的重力等于0.6N,在乙杯中受到的浮力等于0.4N
C.甲杯液體的密度大于乙杯液體的密度
D.小球A放入前,液體對(duì)甲杯底的壓強(qiáng)等于液體對(duì)乙杯底的壓強(qiáng)
【答案】D
【解析】(1)根據(jù)阿基米德原理可知小球在甲乙兩杯中受到的浮力;
(2)根據(jù)阿基米德原理可知小球在甲乙兩杯中受到的浮力,根據(jù)物體漂浮條件可得物體的重力;
(3)根據(jù)物體浮沉條件得出兩種液體的密度關(guān)系;
(4)根據(jù)p=ρgh分析杯底受到的壓強(qiáng)大小。
解:A、根據(jù)阿基米德原理,物體在液體中受到的浮力大小等于其排開液體的重力,由于甲杯中溢出的液體重力是0.6N,乙杯中溢出的液體重力是0.4N,故小球A在甲杯中受到的浮力大于在乙杯中受到的浮力,故A正確;
B.根據(jù)物體在液體中的沉浮條件可知,小球A在甲杯中漂浮,其重力等于浮力,即0.6N,在乙杯中沉底,受到的浮力等于0.4N,故B正確;
C.根據(jù)物體在液體中的沉浮條件可知,物體在乙液體中沉底,則物體密度大于液體乙的密度,而物體在甲液體中漂浮,則物體的密度小于液體甲的密度,故甲杯液體的密度大于乙杯液體的密度,故C正確;
D.根據(jù)液體壓強(qiáng)公式p=ρgh知,小球A放入前,兩個(gè)相同的溢水杯液位高度相同,因?yàn)榧妆后w的密度大于乙杯液體的密度,故液體對(duì)甲杯底的壓強(qiáng)大于液體對(duì)乙杯底的壓強(qiáng),故D錯(cuò)誤。
故選:D。
8.下列A、B、C、D四幅圖是“驗(yàn)證阿基米德原理”的過(guò)程情景,以下步驟正確的是( )
A.實(shí)驗(yàn)中的所用金屬塊的重力為1N
B.在情景圖B中存在的錯(cuò)誤是溢水杯未注滿水
C.糾正錯(cuò)誤后,繼續(xù)實(shí)驗(yàn),在情景C中,金屬塊受到的浮力為3N
D.金屬塊排開的水所受的重力G排等于2N
【答案】B
【解析】(1)金屬塊在空中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為金屬塊的重力;
(2)要測(cè)金屬塊浸沒時(shí)排開水的重力,應(yīng)在溢水杯內(nèi)裝滿水;
(3)讀出金屬塊浸沒時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),根據(jù)稱重法求出金屬塊受到的浮力;
(4)讀出空桶的重力、溢出水和桶的總重力,二者的差值即為金屬塊排開水的重力。
解:A.由圖B可知,實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為所用金屬塊的重力,即金屬塊G=4N,故A錯(cuò)誤;
B.要測(cè)金屬塊浸沒時(shí)排開水的重力,應(yīng)在情景圖B中的溢水杯內(nèi)裝滿水,故B正確;
C.由情景C可知,金屬塊浸沒時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為3N,則金屬塊受到的浮力F?。紾﹣F拉=4N﹣3N=1N,故C錯(cuò)誤;
D.由圖A可知,空桶的重力G桶=1N,由圖D可知,金屬塊排開水和桶的總重力G總=2N,則金屬塊排開的水所受的重力G排=G總﹣G桶=2N﹣1N=1N,故D錯(cuò)誤。
故選:B。
9.用圖中實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證阿基米德原理,當(dāng)物塊浸入溢水杯時(shí),水會(huì)流入空桶中。下列說(shuō)法正確的是( ?。?br />
A.實(shí)驗(yàn)前溢水杯未裝滿水,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響
B.物塊從接觸液面至浸入水中任一位置,兩側(cè)彈簧秤變化量總相等
C.物塊浸入水中越深,左側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)越大
D.通過(guò)計(jì)算可知實(shí)驗(yàn)所用物塊的密度為1.5×103千克/米3
【答案】B
【解析】(1)用溢水法收集物體排開的水,將溢水杯裝滿水,然后將物體浸入水中,用其他容器(需先測(cè)出其重力)接住溢出的水,然后再測(cè)出裝有溢出的水的容器的總重力,兩者之差就是物體排開水的重力;根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算F浮與G排并進(jìn)行比較。
(2)根據(jù)阿基米德原理即可判斷;
(3)物塊完全浸沒水中前,排開水的體積增大,溢出去的增多;
(4)由左側(cè)圖可知物塊的重力,計(jì)算出質(zhì)量;由有圖可知物塊浸沒水中后的重力G′,根據(jù)F浮=G﹣G′計(jì)算出浮力,根據(jù)阿基米德原理計(jì)算出V排,即物體的體積,最后根據(jù)密度公式計(jì)算出物體的密度。
解:A、物體放入水中前,溢水杯應(yīng)該是滿水的,否則小桶內(nèi)所盛的水將小于物體排開水的體積。所以應(yīng)該在溢水杯中倒?jié)M水;故A錯(cuò)誤;
B、根據(jù)稱重法可知:左邊的彈簧秤示數(shù)F=G﹣F?。粍t彈簧秤變化量△F=F浮;
右邊的彈簧秤示數(shù)F′=G桶+G排;則彈簧秤變化量△F′=G排;
根據(jù)阿基米德原理可知:F?。紾排;所以物塊從接觸液面至浸入水中任一位置,兩側(cè)彈簧秤變化量總相等;故B正確;
C、左側(cè)實(shí)驗(yàn)中,在物塊完全浸沒水中前,隨著物塊浸入水中深度的增加,排開水的體積增大,溢出去的水增多,故彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大;物塊完全浸沒水中,排開水的體積不變,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不再變化;故C錯(cuò)誤;
D、由測(cè)力計(jì)的示數(shù)可知,物體的重力G=2N,物體的質(zhì)量m=Gg=2N10N/kg=0.2kg;
物體浸沒水中后的浮力F浮=G﹣G′=2N﹣1N=1N,
由阿基米德原理F?。溅阉甮V排可得,物體的體積V=V排=F浮ρ水g=1N1.0×103kg/m3×10N/kg=1×10﹣4m3,
物體的密度ρ=mV=0.2kg1×10-4m3=2×103kg/m3;故D錯(cuò)誤。
故選:B。
10.如圖所示,水平桌面上放置一個(gè)電子秤,電子秤上有一盛水的溢水杯,杯內(nèi)水面跟溢水口相平.現(xiàn)用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛一個(gè)圓柱體鋁塊,將鋁塊緩緩地浸入水中,直到鋁塊完全浸沒在水中為止,整個(gè)過(guò)程鋁塊未接觸杯底和側(cè)壁.則從鋁塊下表面開始接觸水面到上表面剛沒入水中的過(guò)程中( ?。?br />
A.測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小,電子秤的示數(shù)變大
B.測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小,電子秤的示數(shù)不變
C.測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大,電子秤的示數(shù)變小
D.測(cè)力計(jì)的示數(shù)變大,電子秤的示數(shù)不變
【答案】B
【解析】(1)從鋁塊下表面開始接觸水面到上表面剛沒入水中的過(guò)程中,排開水的體積變大,鋁塊受到的浮力變大,根據(jù)F=G﹣F浮可得測(cè)力計(jì)的示數(shù)變??;
(2)根據(jù)阿基米德原理可知,浸入液體中的物體受到的浮力的大小等于其排開的液體受到的重力,鋁塊受到的浮力等于排開的水重,根據(jù)力的作用是相互的,鋁塊給杯底一個(gè)壓力,大小等于浮力。
解:根據(jù)阿基米德原理可知,浸入液體中的物體受到的浮力的大小等于其排開的液體受到的重力,從鋁塊下表面開始接觸水面到上表面剛沒入水中的過(guò)程中,整個(gè)過(guò)程鋁塊未接觸杯底和側(cè)壁,排開水的體積變大,根據(jù)F=G﹣F浮可得測(cè)力計(jì)的示數(shù)變?。还蔆D錯(cuò)誤;
根據(jù)阿基米德原理可知鋁塊受到的浮力等于排開的水重,鋁塊對(duì)水的壓力大小與浮力相等,根據(jù)力的作用是相互的,鋁塊給杯底一個(gè)壓力,大小等于浮力,由于溢水杯中裝滿水,從鋁塊下表面開始接觸水面到上表面剛沒入水中的過(guò)程中,所以溢水杯對(duì)電子秤的壓力不變,即電子秤示數(shù)不變;故A錯(cuò)誤,B正確。
故選:B。
11.如圖所示,水平桌面上放置一個(gè)電子秤,電子秤上有一盛水的溢水杯,杯內(nèi)水面跟溢水口相平?,F(xiàn)用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛一個(gè)圓柱體鋁塊,將鋁塊緩慢地浸入水中,直到鋁塊完全浸沒在水中為止,整個(gè)過(guò)程鋁塊未接觸杯底和側(cè)壁。則從鋁塊下表面開始接觸水面到上表面剛沒入水中的過(guò)程中( ?。?br />
A.溢水杯底所受水的壓力不變,電子秤的示數(shù)不變
B.溢水杯底所受水的壓力變小,電子秤的示數(shù)變小
C.溢水杯底所受水的壓力不變,電子秤的示數(shù)變小
D.溢水杯底所受水的壓力變大,電子秤的示數(shù)變大
【答案】A
【解析】因溢水杯中裝滿水,將鋁塊緩慢地浸入水中直至上表面剛沒入水中的過(guò)程中,溢水杯內(nèi)水的深度不變,根據(jù)p=ρ液gh分析溢水杯底所受水的壓強(qiáng)變化,根據(jù)p=FS的變形式F=pS可知溢水杯底所受水的壓力變化;鋁塊對(duì)水的壓力和水對(duì)鋁塊的浮力是一對(duì)相互作用力,二力大小相等,根據(jù)阿基米德原理得出鋁塊對(duì)水的壓力和溢出水的重力關(guān)系,從而判斷電子秤示數(shù)的變化。
解:因溢水杯中裝滿水,將鋁塊緩慢地浸入水中直至上表面剛沒入水中的過(guò)程中,溢水杯內(nèi)水的深度不變,
所以,由p=ρ水gh可知,溢水杯底所受水的壓強(qiáng)不變,
由p=FS的變形式F=pS可知,溢水杯底所受水的壓力不變,故BD錯(cuò)誤;
又因鋁塊對(duì)水的壓力和水對(duì)鋁塊的浮力是一對(duì)相互作用力,二力大小相等,即F壓=F浮,
所以,由阿基米德原理F?。紾排可知,F(xiàn)壓=G排,即鋁塊對(duì)水的壓力等于溢出水的重力,
所以,溢水杯對(duì)電子秤的壓力不變,電子秤的示數(shù)不變,故A正確、C錯(cuò)誤。
故選:A。
12.有一個(gè)實(shí)心球形物體,用彈簧測(cè)力計(jì)在空氣中稱重時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù)為15N;當(dāng)把物體一半體積浸入水中時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù)為9N.把物體從彈簧測(cè)力計(jì)上取下投入水中靜止時(shí),物體受到的浮力是( ?。?br />
A.5N B.7N C.9N D.12N
【答案】D
【解析】根據(jù)稱重法計(jì)算出物體浸沒水中一半體積的浮力,然后根據(jù)阿基米德原理得出物體全部浸沒水中受到的浮力,進(jìn)一步驗(yàn)證物體靜止在水中的狀態(tài)以及受到浮力的大小。
解:把物體一半體積浸入水中時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù)為9N,則浮力:F?。紾﹣F=15N﹣9N=6N;
由F?。溅阉甮V排可知,物體全部浸沒水中時(shí)浮力:F浮′=2F?。?×6N=12N,此時(shí)浮力小于重力,所以物體投入水中靜止時(shí),將沉入容器底,因此物體受到的浮力為12N。
故選:D。
13.如圖所示,Q為銅制零件,其上部為邊長(zhǎng)L=0.2m的立方體,下部為邊長(zhǎng)l=0.1m的立方體。Q的下表面與容器底部粘合,且水面恰好與Q上表面相平,則零件所受的浮力為(g取10N/kg)( ?。?br />
A.20 N B.60N C.80N D.0N
【答案】B
【解析】知道浮力的產(chǎn)生是上下表面的壓強(qiáng)差,那么下部立方體由于與與容器底部粘合,水沒有產(chǎn)生向上的壓力;上部立方體的下表面積的一部分受到壓力,則求出受力面積,利用p=ρgh求出下表面的壓強(qiáng),然后利用F=pS即可求得立方體受到水對(duì)它的浮力大小。
解:因?yàn)橄虏苛⒎襟w由于與容器底部粘合,所以水沒有產(chǎn)生向上的壓力;
因?yàn)樯喜苛⒎襟w的下表面積的一部分(與水接觸)受到向上的壓力,
所以S=L2﹣l2=(0.2m)2﹣(0.1m)2=0.03m2,
上部立方體的下表面的壓強(qiáng):p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2000pa,
浮力的產(chǎn)生是上下表面的壓力差,
F?。絧S=2000Pa×0.03m2=60N。
故選:B。
14.圖甲中圓柱形容器裝有適量的水,當(dāng)水溫從0℃升到15℃時(shí),水的密度ρ和水溫t關(guān)系如圖乙所示,此過(guò)程水的質(zhì)量不變,不考慮圓柱形容器的熱脹冷縮,如圖丙,把測(cè)力計(jì)下懸掛的實(shí)心金屬塊M(體積不變)浸沒在水中,M處于靜止?fàn)顟B(tài),下列選項(xiàng)中能正確反映測(cè)力計(jì)示數(shù)F和水溫t關(guān)系的是( ?。?br />
【答案】C
【解析】由圖象知水溫從0℃升到15℃時(shí),水的密度先變大再變?。?br />
根據(jù)F?。溅岩篻V排分析出浮力的變化,再根據(jù)稱量法F?。紾﹣F分析彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化。
解:由圖乙可知,當(dāng)水溫從0℃升到15℃時(shí),水的密度ρ先變大后變?。粚?shí)心金屬塊M(體積不變)浸沒在水中時(shí),根據(jù)F?。溅岩篻V排可知,金屬塊受到的浮力先變大后變?。唤饘賶KM受到本身重力、水對(duì)它的浮力、彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)它的拉力三個(gè)力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F即彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)它的拉力,三者之間關(guān)系F?。紾﹣F,由于水的密度ρ受水溫影響,金屬塊在水中浸沒時(shí)受到的浮力先變大后變小,所以測(cè)力計(jì)示數(shù)F先變小后變大,故C正確,ABD錯(cuò)誤。
故選:C。
15.一彈簧測(cè)力計(jì)下掛一圓柱體,將圓柱體從盛水的燒杯上方離水面某一高度處緩慢下降,然后將圓柱體逐漸浸入水中。如圖是整個(gè)過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關(guān)系的圖像。下列說(shuō)法正確的是( ?。?br />
A.圓柱體的密度是2.0×103kg/m3
B.圓柱體的體積為8×10﹣4m3
C.圓柱體受到的重力是8N
D.圓柱體受到的最大浮力是4N
【答案】B
【解析】為了便于分析,給線段標(biāo)上A、B、C、D四個(gè)點(diǎn),如下圖,根據(jù)圖像分析如下:
(1)由圖可知AB段圓柱體未浸入液體,測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為圓柱體的重力,所以從圖中可讀出圓柱體的重力大??;
(2)由圖像CD段可知物體完全浸沒后排開水的體積不再改變,受到的浮力不再改變,為最大值;
(3)由題意可知圖中CD段是圓柱體完全浸入水后的情況,由圖可知圓柱體完全浸入水后測(cè)力計(jì)對(duì)圓柱體的拉力為4N,再利用力的平衡條件求出圓柱體受到的浮力,利用阿基米德原理求得圓柱體的體積,利用密度公式求得圓柱體的密度。
解:如圖所示
(1)由圖像可知,當(dāng)h=0時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為12N,此時(shí)圓柱體處于空氣中,
根據(jù)二力平衡條件可知,G=F拉=12N,故C錯(cuò)誤;
(2)圖像中CD段是圓柱體完全浸沒在水中的情況,此時(shí)圓柱體受到的拉力F=4N,
則圓柱體受到的最大浮力:F浮=G﹣F=12N﹣4N=8N,故D錯(cuò)誤;
又因?yàn)镕?。溅阉甮V排,
所以物體的體積為:V物=V排=F浮ρ水g=8N1.0×103kg/m3×10N/kg=8×10﹣4m3,故B正確;
由公式G=mg可求出物體的質(zhì)量m=Gg=12N10N/kg=1.2kg,
則圓柱體密度:ρ物=mV物=1.2kg8×10-4m3=1.5×103kg/m3,故A錯(cuò)誤。
故選:B。
16.如圖甲所示圓柱在彈簧測(cè)力計(jì)的作用下從酒精液面上方以恒定的速度下降,直至全部沒入酒精中。圖乙所示是彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F隨圓柱下降高度h變化的圖像,ρ酒精=0.8×103kg/m3,若不計(jì)液體的阻力,不考慮液面的變化,則下列結(jié)論正確的是( ?。?br />
A.圓柱體的底面積為125cm2
B.圓柱體所受最大浮力為9N
C.當(dāng)圓柱下降10cm后剪斷細(xì)繩則圓柱最終會(huì)漂浮
D.圓柱體的密度為2.25×103kg/m3
【答案】A
【解析】為了便于分析,給線段標(biāo)上A、B、C、D四個(gè)點(diǎn),如下圖,根據(jù)圖像分析如下:
(1)由圖可知AB段圓柱體未浸入液體,測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為圓柱體的重力,所以從圖中可讀出圓柱體的重力大小。
由圖像CD段可知圓柱體完全浸沒后排開酒精的體積不再改變,受到的浮力不再改變,為最大值;
由題意可知圖中CD段是圓柱體完全浸入酒精后的情況,由圖可知圓柱體完全浸入酒精后測(cè)力計(jì)對(duì)圓柱體的拉力為5N,再利用力的平衡條件求出圓柱體受到的浮力,利用阿基米德原理求得圓柱體的體積,根據(jù)圖知圓柱體的高度,根據(jù)V=Sh算出圓柱體的底面積;利用密度公式求得圓柱體的密度;
(2)由圖知當(dāng)圓柱體下降8cm時(shí)剛好浸沒水中,根據(jù)浮力與重力的關(guān)系判斷出當(dāng)圓柱體下降10cm后,剪斷細(xì)繩圓柱體的浮沉情況。
解:(1)由圖像可知,當(dāng)h=0時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為9N,此時(shí)圓柱體處于空氣中,根據(jù)二力平衡條件可知,G=F拉=9N;
由圖像的CD段可知,圓柱體完全浸沒后排開酒精的體積不再改變,受到的浮力不再改變,則圓柱體受到的最大浮力F?。紾﹣F=9N﹣5N=4N,故B錯(cuò)誤;
圓柱體浸沒后受到的浮力F?。?N,
由F?。溅丫凭玤V排可得,圓柱體的體積:V=V排=F浮ρ酒精g=4N0.8×103kg/m3×10N/kg=5×10﹣4m3,
由圖可知,當(dāng)圓柱體下降4cm時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)才開始減小,說(shuō)明圓柱體從4cm開始進(jìn)入酒精中,8cm后,隨著深度的增加,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不再變化,則物體8cm時(shí)圓柱體剛好完全浸沒,所以物體的高度為8cm﹣4cm=4cm,
根據(jù)V=Sh可得圓柱體的底面積為:
S=Vh=5×10-4m34×10-2m=1.25×10﹣2m2=125cm2,故A正確;
由G=mg可得圓柱體的質(zhì)量:m=Gg=9N10N/kg=0.9kg,
則圓柱體的密度:ρ物=mV=0.9kg5×10-4m3=1.8×103kg/m3,故D錯(cuò)誤;
(2)由圖知當(dāng)圓柱體下降8cm時(shí)剛好浸沒水中,當(dāng)圓柱體下降10cm時(shí),剪斷細(xì)繩,由于圓柱體的浮力小于重力,所以圓柱體會(huì)下沉,故C錯(cuò)誤。
故選:A。
17.如圖,彈簧測(cè)力計(jì)下掛有一個(gè)圓柱體,把它從盛水的燒杯中緩慢提升,直到全部露出水面,已知容器底面積為400cm2,如圖甲所示.該過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F隨圓柱體上升高度h的關(guān)系如圖乙所示.下列說(shuō)法正確的是( )
A.圓柱體的高是5cm
B.圓柱體的密度是2×103kg/m3
C.圓柱體受到的最大浮力為10N
D.圓柱體的橫截面積為100cm2
【答案】D
【解析】由圖象知圓柱體浸沒在水中和離開水面彈簧測(cè)力計(jì)的拉力,求出圓柱體的重力和最大浮力,由重力公式求出圓柱體的質(zhì)量,由阿基米德原理求出物體浸沒時(shí)排開水的體積(物體的體積),根據(jù)密度公式求出圓柱體的密度,根據(jù)圖象求出從圓柱體剛出水面到完全離開時(shí)圓柱體上升的高度,根據(jù)“圖2和圖3中 紅線上方的水和圓柱體的體積之和是相等的”求出圓柱體的高度,最后根據(jù)體積公式求出圓柱體的橫截面積.
解:由圖象知,圓柱體的重力:G=10N,
圓柱體的質(zhì)量:m=Gg=10N10N/kg=1kg,
圓柱體浸沒在水中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為6N,
則圓柱體受到的最大浮力為:F?。紾﹣F=10N﹣6N=4N,故C錯(cuò)誤.
圓柱體的體積:V=V排=F浮ρ水g=4N1.0×103kg/m3×10N/kg=4×10﹣4m3=400cm3,
圓柱體的密度:ρ=mV=1kg4×10-4m3=2.5×103kg/m3,故B錯(cuò)誤.
由題中圖象結(jié)合下圖可知,從圖1到圖2圓柱體上升的高度為2cm;從圖2到圖3(即從圓柱體剛出水面到完全離開),圓柱體上升的高度h=5cm﹣2cm=3cm,
如上圖,圖2和圖3中 紅線上方的水和圓柱體的體積之和是相等的,
設(shè)圓柱體的高度為h物,故S容h物=S容h+V,
400cm2×h物=400cm2×3cm+400cm3,
解得圓柱體的高度為:h物=4cm,故A錯(cuò)誤.
圓柱體的橫截面積為:S物=Vh物=400cm34cm=100cm2,故D正確.
故選:D。
18.如圖所示,圓柱形容器裝有適量的水,將密度為2.5g/cm3,體積為40cm3的物體M用一細(xì)繩提起,使物體M的體積剛好有一半露出液面且保持靜止時(shí),磅砰示數(shù)為70g,如圖甲所示。接下來(lái)將物體M放入水中,如圖乙所示,磅秤示數(shù)將變化80g。下列判斷錯(cuò)誤的是( ?。?br />
A.兩次臺(tái)秤示數(shù)的變化等于物體 M 兩次所受浮力的變化
B.圖甲中物體 M 下表面受到的液體壓力為0.2N
C.圖乙中物體 M 對(duì)容器底部的壓力為0.6N
D.圖乙中磅秤的示數(shù)為150g
【答案】A
【解析】(1)第一次物體有一半露出液面,通過(guò)磅秤測(cè)得總質(zhì)量為70g,容器對(duì)磅秤的壓力F1=G杯+G水+F??;第二次物體沉底,沒有了拉力,磅秤示數(shù)變大,示數(shù)為70g+80g=150g;此時(shí)容器對(duì)磅秤的壓力F2=G杯+G水+GM;兩個(gè)式子相減得出兩次臺(tái)秤示數(shù)的變化為GM﹣F?。?.8N,并不是物體兩次所受浮力的變化;
(2)利用密度公式求出物體M的質(zhì)量,再利用G=mg求出M的重力,利用(1)中的關(guān)系式GM﹣F浮=0.8N求出圖甲中物體M受到的浮力,根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知F下表面﹣F上表面=F浮可得B下表面受到的液體壓力;
(3)在乙圖中物體全部浸沒,物體 M 對(duì)容器底部的壓力等于物體M的重力減去浮力。
解:(1)第一次物體有一半露出液面,通過(guò)磅秤測(cè)得總質(zhì)量m1=70g=0.07kg,
則容器對(duì)磅秤的壓力:F1=G杯+G水+F?。絤1g=0.07kg×10N/kg=0.7N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
第二次物體沉底,沒有了拉力,磅秤示數(shù)變大,此時(shí)的示數(shù)m2=70g+80g=150g=0.15kg,故D正確;
此時(shí)容器對(duì)磅秤的壓力:F2=G杯+G水+GM=m2g=0.15kg×10N/kg=1.5N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由②﹣①得:
GM﹣F?。?.8N,﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
可見,兩次臺(tái)秤示數(shù)的變化并不是物體兩次所受浮力的變化,故A錯(cuò)誤;
(2)物體M的質(zhì)量:mM=ρMV=2.5g/cm3×40cm3=100g=0.1kg,
物體M的重力:GM=mMg=0.1kg×10N/kg=1N,
由③可得,圖甲中物體M受到的浮力:
F?。紾M﹣0.8N=1N﹣0.8N=0.2N,
根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知F下表面﹣F上表面=F浮,當(dāng)B一半浸入液體中時(shí),B下表面受到的液體壓力:
F下表面=F?。?.2N,故B正確;
(3)在乙圖中物體全部浸沒,物體M 對(duì)容器底部的壓力等于物體M的重力減去浮力,
F壓=GM﹣F浮′=GM﹣2F?。?N﹣2×0.2N=0.6N,故C正確;
故選:A。
19.如圖所示,水池底部的排水口用重為1N、面積為20cm2的塞子塞住,放水至虛線處。圖甲中,如用彈簧測(cè)力計(jì)向上逐漸用力拉塞子,當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為6N時(shí),塞子恰好被拔出。圖乙中,如用空心密閉塑料瓶(不計(jì)重力)代替彈簧測(cè)力計(jì),同樣使池中水位達(dá)到相同位置時(shí)恰好將塞子拔出。下列結(jié)論正確的是( ?。?br />
A.圖甲中未拉彈簧測(cè)力計(jì)之前,塞子受到浮力為1N
B.塞子未拔出前,甲圖中水池的水深最大可達(dá)30cm
C.甲、乙兩圖中在塞子未拔出前,水池底受到水的壓強(qiáng)都為2500Pa
D.圖乙中塑料瓶排開水的體積不少于500cm3才能將塞子拔出
【答案】C
【解析】(1)浸在液體中的物體,受到液體向上和向下的壓力差,這個(gè)壓力差是物體受到的浮力;
(2)對(duì)塞子進(jìn)行受力分析,得出水對(duì)塞子的壓力,再計(jì)算出壓強(qiáng),利用液體壓強(qiáng)的公式再計(jì)算水深;
(3)塑料瓶受到三個(gè)力的作用:重力、拉力、浮力,當(dāng)拉力為6N時(shí),能把塞子拔起,據(jù)此求出塑料瓶受到的浮力,再利用阿基米德原理求塑料瓶排開水的體積。
解:(1)由甲可知,塞子的下表面沒有浸在水中,所以未拉彈簧測(cè)力計(jì)之前,塞子受到浮力為0,故A錯(cuò)誤;
(2)水對(duì)塞子的壓力F=F拉﹣G塞=6N﹣1N=5N;
壓強(qiáng)為:p=FS=5N20×10-4m2=2500Pa,故C正確;
(3)由p=ρgh得;池中的水深為h=pρg=2500Pa1×103kg/m3×10N/kg=0.25m=25cm,故B錯(cuò)誤;
(4)空心密閉塑料瓶(不計(jì)重力)代替彈簧測(cè)力計(jì),同樣使池中水位達(dá)到相同位置時(shí)恰好將塞子拔出,則塑料瓶受到的浮力F?。紽拉=6N;
根據(jù)F?。溅阉甮V排可知塑料瓶排開水的體積為:
V排=F浮ρ水g=6N1×103kg/m3×10N/kg=6×10﹣4m3=600cm3,故D錯(cuò)誤。
故選:C。
20.如圖所示,圓柱形容器甲、乙中分別裝有水和某種液體,將體積為200cm3的物體A放入水中時(shí),A對(duì)容器底部的壓力與其重力之比為5:6;將體積相同的物體B放入液體中時(shí),液體對(duì)容器底部的壓力變化了3N;A對(duì)容器底部的壓力與B對(duì)容器底部的壓力之比為2:1。下列說(shuō)法正確的是( ?。é阉?.0×103kg/m3,g=10N/kg)
A.物體A的重力為6N
B.A物體對(duì)容器底部的壓力為5N
C.液體的密度為1.2×103kg/m3
D.物體B的密度為4×103kg/m3
【答案】D
【解析】(1)根據(jù)G=mg=ρVg表示出物體A的重力,根據(jù)阿基米德原理F?。溅岩篻V排表示出物體A受到的浮力,物體A對(duì)容器底部的壓力等于自身的重力減去受到的浮力,然后表示出物體A對(duì)容器底部的壓力與其重力之比即可求出物體A的密度,進(jìn)一步求出物體A的重力和物體A對(duì)容器底部的壓力;
(2)將物體B放入液體中時(shí),根據(jù)V=Sh表示出液體上升的高度,根據(jù)p=ρ液gh表示出液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)變化量,利用F=pS表示出液體對(duì)容器底部的壓力變化量即可求出液體的密度;
(3)A對(duì)容器底部的壓力與B對(duì)容器底部的壓力之比為2:1,據(jù)此求出B對(duì)容器底部的壓力,而B對(duì)容器底部的壓力等于自身的重力減去受到的浮力,根據(jù)G=mg=ρVg和F?。溅岩篻V排得出表達(dá)式即可求出物體B的密度。
解:AB.物體A的重力GA=mAg=ρAVAg,物體A受到的浮力F浮A=ρ水gV排=ρ水gVA,
則物體A對(duì)容器底部的壓力FA=GA﹣F浮A=ρAVAg﹣ρ水gVA=(ρA﹣ρ水)gVA,
物體A對(duì)容器底部的壓力與其重力之比FAGA=(ρA-ρ水)gVAρAVAg=ρA-ρ水ρA=56,
解得:ρA=6ρ水=6×1.0×103kg/m3=6×103kg/m3,
物體A的重力GA=mAg=ρAVAg=6×103kg/m3×200×10﹣6m3×10N/kg=12N,故A錯(cuò)誤;
物體A對(duì)容器底部的壓力FA=(ρA﹣ρ水)gVA=(6×103kg/m3﹣1.0×103kg/m3)×10N/kg×200×10﹣6m3=10N,故B錯(cuò)誤;
C.將物體B放入液體中時(shí),液體上升的高度△h=V排S乙=VBS乙,
液體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)變化量△p=ρ液g△h=ρ液g×VBS乙,
由p=FS可得,液體對(duì)容器底部的壓力變化量△F=△pS乙=ρ液g×VBS乙×S乙=ρ液gVB,
則ρ液=△FgVB=3N10N/kg×200×10-6m3=1.5×103kg/m3,故C錯(cuò)誤;
D.因A對(duì)容器底部的壓力與B對(duì)容器底部的壓力之比為2:1,
所以,B對(duì)容器底部的壓力FB=12FA=12×10N=5N,
由FB=GB﹣F浮B=ρBVBg﹣ρ液gVB=(ρB﹣ρ液)gVB可得,物體B的密度:
ρB=FBgVB+ρ液=5N10N/kg×200×10-6m3+1.5×103kg/m3=4×103kg/m3,故D正確。
故選:D。
二、填空題(共10小題):
21.一個(gè)鋁塊一半浸入水中時(shí),排開的水重為2N,則此鋁塊受到的浮力為 N,當(dāng)它全部浸沒入水中后受到的浮力為 N。
【答案】2;4。
【解析】根據(jù)阿基米德原理及計(jì)算浮力的公式F?。溅岩篻V排進(jìn)行解答。
解:由題意可知,一個(gè)鋁塊一半浸入水中時(shí),排開的水重為2N,
由阿基米德原理可知,此鋁塊受到的浮力F?。紾排=2N,
當(dāng)它全部浸沒入水中后,排開水的體積變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,
由F?。溅岩篻V排可知,鋁塊受到的浮力為原來(lái)的2倍,即F浮′=2F?。?×2N=4N。
故答案為:2;4。
22.如圖,一只重為20N的天鵝在平靜的水面上游動(dòng),它受到的浮力是 N,它身體浸入水中的體積是 m3。(g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg/m3)
【答案】20;2×10﹣3。
【解析】天鵝在平靜的水面上游動(dòng)時(shí)處于漂浮狀態(tài),受到的浮力和自身的重力相等,根據(jù)F浮=ρ液gV排求出天鵝身體浸入水中的體積。
解:因天鵝在平靜的水面上游動(dòng)時(shí)處于漂浮狀態(tài),
所以,天鵝受到的浮力F浮=G=20N,
由F?。溅岩篻V排可得,天鵝身體浸入水中的體積:
V排=F浮ρ水g=20N1.0×103kg/m3×10N/kg=2×10﹣3m3。
故答案為:20;2×10﹣3。
23.金屬塊重10N,掛在彈簧測(cè)力計(jì)上,當(dāng)它全部放在水中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為8N,如圖所示,此時(shí)金屬塊受到的浮力是 N。如金屬塊有一半體積露出水面,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是 N。
【答案】2;9。
【解析】物體受到的浮力等于重力與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)之差,浮力方向豎直向上;由阿基米德原理可知,物體受到的浮力等于物體排開液體的重力;根據(jù)浮力公式分析答題。
解:金屬塊受到的浮力等于重力與拉力差,即F?。紾﹣F=10N﹣8N=2N。
由阿基米德原理可知,金屬塊排開的水重是2N。
如金屬塊有一半體積露出水面,則金屬塊排開水的體積為金屬塊體積的一半,
由浮力公式F?。溅裧V排可知,金屬塊受到的浮力變?yōu)樵瓉?lái)的一半,
即F浮′=12F浮=12×2N=1N。
∴彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′=G﹣F浮′=10N﹣1N=9N。
故答案為:2;9。
24.將一邊長(zhǎng)是10厘米的實(shí)心立方體木塊輕輕地放入盛滿水的大燒杯內(nèi),如圖,待木塊靜止時(shí),從杯中溢出600克水,則木塊受到的浮力是 ,木塊的密度是 。木塊下表面受到的壓強(qiáng)為 。
【答案】6N;0.6×103kg/m3;600Pa。
【解析】(1)知道溢出水(木塊排開水)的體積,利用密度公式和重力公式求木塊排開水的重力,再根據(jù)阿基米德原理求木塊受到的浮力;
(2)知道正方體的邊長(zhǎng)求出木塊的體積;根據(jù)漂浮條件求出木塊重,再利用密度公式和重力公式求出木塊的質(zhì)量;最后利用密度公式求木塊的密度;
(3)已知木塊漂浮,木塊下表面受到水的壓力等于浮力,再利用p=FS可求得木塊下表面受到水的壓強(qiáng)。
解:(1)木塊受到的浮力:F?。紾排=m排g=0.6kg×10N/kg=6N;
(2)木塊的體積:V木=(0.1m)3=1×10﹣3m3,
木塊漂浮,
G木=F?。?N,
G木=m木g=ρ木V木g,
木塊的密度:ρ木=m木V木=G木gV木=G木gV木=6N10N/kg×1×10-3m3=0.6×103kg/m3;
(3)木塊的底面積為S=a2=(0.1m)2=0.01m2,
木塊漂浮,木塊下表面受到水的壓力F=F?。?N,
下表面受到水的壓強(qiáng)p=FS=6N0.01m2=600Pa。
故答案為:6N;0.6×103kg/m3;600Pa。
25.如圖甲為盛水的燒杯,上方有彈簧測(cè)力計(jì)懸掛的圓柱體,將圓柱體緩慢下降,直至將圓柱體全部浸入水中,整個(gè)過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關(guān)系的圖象如圖乙所示。分析圖象可知圓柱體受到的重力是 N,圓柱體的高度是 cm,圓柱體的體積是 m3。(g取10N/kg)
【答案】9;4;6×10﹣4。
【解析】(1)圓柱體未浸入液體中時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為圓柱體的重力,從圖中直接讀出圓柱體的重力;
(2)根據(jù)圖象判定圓柱體的高度;
(3)圓柱體完全浸沒時(shí)排開水的體積不變,根據(jù)圖象讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),根據(jù)稱重法求出受到的浮力,根據(jù)阿基米德原理求出圓柱體排開水的體積即為圓柱體的體積;
解:(1)由圖象可知,當(dāng)h=0時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為9N,此時(shí)圓柱體處于空氣中,根據(jù)二力平衡條件可知,G=F=9N;
(2)由圖可知,在4cm時(shí),浮力開始變化,圓柱體開始接觸水面;8cm后,浮力不在變化,說(shuō)明圓柱體剛好浸入水中,所以圓柱體的高度為8cm﹣4cm=4cm;
(3)由圖象可知,h=8cm后,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′=3N不變,此時(shí)圓柱體浸沒在水中,
則圓柱體受到的浮力:F?。紾﹣F=9N﹣3N=6N,
由F?。溅裧V排可得,物體的體積:V=V排=V物=F浮ρ水g=6N1×103kg/m3×10N/kg=6×10﹣4m3。
故答案為:9;4;6×10﹣4。
26.如圖所示,重為5N的木塊A,在水中處于靜止?fàn)顟B(tài),此時(shí)繩子的拉力為3N,若繩子突然斷了,木塊A在沒有露出水面之前,所受浮力的大小是 N,木塊的體積是 cm3,木塊的密度是 kg/m3(g取10N/kg)。
【答案】8;800;0.625×103。
【解析】對(duì)圖中靜止的木塊進(jìn)行受力分析,木塊處于平衡狀態(tài),受到的力為平衡力,根據(jù)力的平衡條件得出等式即可求出木塊手動(dòng)的浮力;根據(jù)阿基米德原理表示出木塊排開水的體積即為木塊的體積,根據(jù)ρ=mV=GgV求出木塊的密度。
解:對(duì)圖中靜止的木塊進(jìn)行受力分析可知,受到豎直向上的浮力,豎直向下繩子的拉力和重力,
由力的平衡條件可得,木塊受到的浮力:F?。紾+F拉=5N+3N=8N,
因木塊浸沒水中時(shí),排開水的體積和自身的體積相等,
所以,由F浮=ρgV排可得,木塊的體積:
V=V排=F浮ρ水g=8N1.0×103kg/m3×10N/kg=8×10﹣4m3=800cm3,
則木塊的密度:ρ=mV=GgV=5N10N/kg×8×10-4m3=0.625×103kg/m3。
故答案為:8;800;0.625×103。
27.如圖所示,小球從水里上浮直至漂浮在水面上。小球在A位置時(shí)受到的浮力為FA,水對(duì)杯底壓強(qiáng)為pA;在B位置時(shí)受到的浮力為FB,水對(duì)杯底的壓強(qiáng)為pB.則是它們的大小關(guān)系是FA FB(選填“<”、“>”或“=”,下同),小強(qiáng)可以通過(guò)觀察得到pA pB。
【答案】>;>。
【解析】(1)由圖可知乒乓球在A、B位置時(shí),排開水的體積大小,然后根據(jù)阿基米德原理判斷浮力大?。?br />
(2)由于乒乓球從水里上浮直至漂浮在水面上,排開水的體積減小,水面下降,則根據(jù)p=ρgh即可判斷水對(duì)杯底壓強(qiáng)大小關(guān)系。
解:(1)由圖可知:乒乓球在A位置時(shí)是浸沒,V排A=V球,在B位置時(shí)是漂浮,V排B<V球,
所以V排A>V排B,
由F浮=ρgV排可知:FA>FB。
(2)由于從水里上浮直至漂浮在水面上,排開水的體積減小,水面下降,則hA>hB,
根據(jù)p=ρgh可知:pA>pB。
故答案為:>;>。
28.小明有一個(gè)不吸水的工藝品,底座為質(zhì)地均勻的柱形木塊A,木塊上粘有合金塊B.他將工藝品豎直放置在水中(如圖甲),靜止時(shí)木塊浸入水中的深度為h1;按圖乙豎直放置,靜止時(shí)木塊浸入水中的深度為h2,工藝品所受浮力與甲圖相比 ?。ㄟx填“變大”“變小”或“不變”)。因粘合處松開導(dǎo)致合金塊沉底,若不計(jì)粘合材料的影響,合金的密度為水的n倍,當(dāng)木塊在水中豎直靜止時(shí)浸入的深度h3= ?。ㄓ胔1、h2、n表示)。
【答案】不變;(1﹣n)h1+nh2。
【解析】由圖可知,甲、乙兩種情況下工藝品均處于漂浮狀態(tài),根據(jù)物體漂浮條件結(jié)合工藝品的重力不變得出受到的浮力關(guān)系,根據(jù)阿基米德原理可知兩種情況下排開水的體積關(guān)系,據(jù)此得出等式即可求出合金的體積,根據(jù)G=mg=ρVg求出合金部分的重力,根據(jù)工藝品受到的浮力等于木塊A和合金B(yǎng)的重力之和得出等式即可求出木塊A的重力,粘合處松開后合金塊沉底、木塊處于漂浮狀態(tài),根據(jù)物體浮沉條件和阿基米德原理得出等式即可求出木塊在水中豎直靜止時(shí)浸入的深度。
解:設(shè)柱形木塊A的底面積為S,
因物體漂浮時(shí)受到的浮力和自身的重力相等,且工藝品的總重力不變,
所以,工藝品所受浮力與甲圖相比不變,
由F浮=ρgV排可得,兩種情況下工藝品排開水的體積相等,即Sh1=Sh2+VB,
則合金的體積:VB=S(h1﹣h2),
合金部分的重力:GB=mBg=ρBVBg=nρ水S(h1﹣h2)g,
因工藝品受到的浮力等于木塊A和合金B(yǎng)的重力之和,
所以,ρ水gV排=GA+GB,
則木塊A的重力:GA=ρ水gV排﹣GB=ρ水gSh1﹣nρ水S(h1﹣h2)g=(1﹣n)ρ水gSh1+nρ水gSh2,
因粘合處松開后合金塊沉底,則木塊處于漂浮狀態(tài),
所以,GA=ρ水gV排A=ρ水gSh3,
則h3=GAρ水gS=(1-n)ρ水gSh1+nρ水gSh2ρ水gS=(1﹣n)h1+nh2。
故答案為:不變;(1﹣n)h1+nh2。
29.一個(gè)豎直放置在水平桌面上的圓柱形容器內(nèi)裝有適量的水,現(xiàn)將掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的金屬塊A浸沒在水中(未與容器底和壁接觸),金屬塊A靜止時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1,如圖甲所示;將木塊B(B外包有一層體積和質(zhì)量均不計(jì)的防水膜)放入水中,如圖乙所示,靜止后木塊B露出水面的體積與浸在水中的體積之比為2:3;然后將掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的金屬塊A放在木塊B上面,使木塊B剛好浸沒在水中,如圖丙所示,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2;已知金屬塊A的體積與木塊B的體積之比為9:10,則木塊B的密度為 kg/m3,金屬塊A的體積為VA= ?。ㄕ?qǐng)用字母F1、F2、g、ρ水表示)。
【答案】0.6×103;9(F2-F1)5ρ水g。
【解析】(1)木塊B在水中處于漂浮,根據(jù)漂浮體積和阿基米德原理即可求出木塊B的密度:
(2)分三種情況:將金屬塊A浸沒在液體中、將木塊B放入該液體中、把金屬塊A放在木塊B上進(jìn)行受力分析,利用稱重法測(cè)浮力、漂浮條件、阿基米德原理列方程聯(lián)立方程組求金屬塊A的體積。
解:(1)木塊B在水中處于漂浮,已知靜止后木塊B露出水面的體積與浸在水中的體積之比為2:3;則:V排:VB=3:5;
木塊受到的浮力:FB=GB,即:ρ水VB排g=ρBVBg;
所以,ρB=VB排VBρ水=35ρ水=35×1.0×103kg/m3=0.6×103kg/m3;
(2)將金屬塊A浸沒在水中受到的浮力:FA=GA﹣F1=ρVAg,
則:GA=F1+ρ水VAg﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
將木塊B放入水中,木塊漂浮,木塊受到的浮力:
FB=GB=mBg=ρBVBg=35ρ水VBg﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
把金屬塊A放在木塊B上,把AB當(dāng)做一個(gè)整體分析,
FB′+F2=ρ水V排′g+F2=ρ水VBg+F2=GA+GB ﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
①②③結(jié)合得出:
ρ水VBg+F2=ρ水VAg+F1+35ρ水VBg,
即:25ρ水VBg=ρ水VAg+F1﹣F2,
已知:VA:VB=9:10,
所以,25ρ水×109VAg=ρ水VAg+F1﹣F2,
則:VA=9(F2-F1)5ρ水g。
故答案為:0.6×103;9(F2-F1)5ρ水g。
30.如圖甲所示,A、B為不同材料制成的體積相同的實(shí)心正方體,浸沒在盛有水的薄壁圓柱形容器中,容器底面積是正方體下表面積的4倍。開始時(shí)刻,A的上表面剛好與水面相平,B在容器底部(未與容器底部緊密接觸),A、B之間的繩子繃直,現(xiàn)在沿豎直方向緩慢勻速拉動(dòng)繩子,A上端繩子的拉力是F,F(xiàn)隨A上升的距離h變化的圖象如圖乙所示,除了連接A、B間的繩子承受拉力有一定限度外,其它繩子不會(huì)被拉斷,繩的質(zhì)量和體積忽略不計(jì),則正方體A的體積為 cm3;整個(gè)過(guò)程中水對(duì)容器底部壓強(qiáng)的最小值是 Pa。
【答案】1×103;2.2×103。
【解析】(1)由圖乙中AB段可知,此過(guò)程是物體A出水面的過(guò)程,根據(jù)稱重法求出A受到的浮力,利用FA=ρ水gV排求得A物體的體積相同;
(2)已知A、B兩物體的體積相同,物體A、B浸沒時(shí)受到的浮力相等;
由題意和圖乙可知:在B點(diǎn)和E點(diǎn)時(shí)繩端的拉力,聯(lián)立兩個(gè)等式即可求得B的重力;
由圖乙可以看出從B到C的過(guò)程中拉力的大小不變,由此可知,B點(diǎn)是物體A的下表面剛好離開水面的時(shí)候,C點(diǎn)是B的上表面剛好到達(dá)水面的時(shí)候。所以,根據(jù)C點(diǎn)A上升的距離h和物體B的邊長(zhǎng)可知此時(shí)水的深度;然后再根據(jù)從C處到D處時(shí)物體B受到的浮力求出物體B在D處時(shí)浸沒的體積,即可求出根據(jù)物體B的體積變化,根據(jù)容器的底面積求出從C處到D處時(shí)液面下降的高度,最后即可得出水的最小深度,利用p=gh即可求出對(duì)容器底部壓強(qiáng)的最小值。
解:(1)由圖乙AB段可知,此過(guò)程是物體A出水面的過(guò)程,BC段中物體B處于浸沒狀態(tài),CD段此過(guò)程是物體B出水面的過(guò)程,
根據(jù)稱重法可知:
在A點(diǎn)時(shí),(GA+GB)﹣(FA浮+FB?。紽A=25N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
在B點(diǎn)時(shí),(GA+GB)﹣FB?。紽B=35N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
根據(jù)①②可得:FA浮=10N,
根據(jù)F浮=ρ液gV排可得:
物體A的體積VA=VA排=FA浮ρ水g=10N1.0×103kg/m3×10N/kg=1×10﹣3m3=1×103cm3;
(2)因?yàn)槲矬w上升時(shí)在C、D間的距離小于A、B間的距離,說(shuō)明在D點(diǎn)時(shí)物體A、B間的繩子斷了。
E點(diǎn)是繩子斷了之后,此時(shí)繩端的拉力FE=GA,
則:GA=FE=25N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
因?yàn)锳、B兩物體的體積相同,所以物體A、B浸沒時(shí)受到的浮力相等,
即:FB?。紽A?。?0N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣④
由②③④可得:GB=20N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑤
由圖乙可以看出從B到C的過(guò)程中拉力的大小不變,由此可知,B點(diǎn)是物體A的下表面剛好離開水面的時(shí)候,C點(diǎn)是物體B的上表面剛好到達(dá)水面的時(shí)候。
據(jù)此可知:此時(shí)水的深度h′=13.5cm+10cm=23.5cm=0.235m;
由于在D處時(shí)物體B受到的浮力為FB浮′,
在D點(diǎn)時(shí),(GA+GB)﹣FB浮′=FD=41N﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣⑥
由③⑤⑥可得:FB浮′=4N,
則VB排′=FB浮'ρ水g=4N1.0×103kg/m3×10N/kg=4×10﹣4m3,
正方體的邊長(zhǎng)L=3VA=31×10-3m3=0.1m,
根據(jù)已知可得:
容器內(nèi)部底面枳S容=4S正=4L2=4×(0.1m)2=4×10﹣2m2,
VB露=VB﹣VB排′=1×10﹣3m3﹣4×10﹣4m3=6×10﹣4m3,
從C處到D處時(shí)液面下降的高度△h=VB露S容=6×10-4m34×10-2m2=0.015m,
水的最小深度h最?。絟′﹣△h=0.235m﹣0.015m=0.22m,
水對(duì)容器底部最小壓強(qiáng)p最?。溅阉甮h最?。?.0×103kg/m3×10N/kg×0.22m=2.2×103Pa。
故答案為:1×103;2.2×103。
三、實(shí)驗(yàn)探究題(共10小題):
31.如圖所示是小芳同學(xué)探究“阿基米德原理”的實(shí)驗(yàn),其中桶A為圓柱形。
(1)正確的操作順序最佳是 。
A.乙丙甲丁B.乙甲丙丁C.甲丁乙丙D.乙丙丁甲
(2)將空桶A輕放入盛滿水的溢水杯中,用桶B接住溢出的水,如圖丙所示。則空桶A受到的浮力為 N
(3)測(cè)出桶B和溢出水的總重力,如圖丁所示,則桶A排開水的重力 ?。ㄟx填“大于”、“小于”或“等于”)桶A受到的浮力。
(4)在實(shí)驗(yàn)中,排除測(cè)量誤差因素的影響,小芳若發(fā)現(xiàn)桶A排開水的重力明顯小于所受的浮力,造成這種結(jié)果的原因可能是: 。
(5)接著小芳同學(xué)往桶A中加入沙子進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到4組數(shù)據(jù),表格如下,其中有明顯錯(cuò)誤的是第 次,實(shí)驗(yàn)中,隨著加入沙子越多,桶A浸入水中就越 (選填“深”或“淺”)。
次數(shù)
1
2
3
4
桶A與沙子的總重力/N
2.4
2.8
3.2
3.4
桶B與水的總重力/N
4.0
4.4
4.6
5.0
(6)分析以上探究過(guò)程可以得到的結(jié)論是:浸在液體中的物體受到向上的浮力,浮力大小等于該物體 。
(7)小芳同學(xué)進(jìn)一步探究,她將裝有適量沙子的桶A分別放入水中和另一未知液體中,桶A浸入水中的深度為h1,浸入另一液體中的深度為h2,設(shè)水的密度為ρ水,則另一液體的密度表達(dá)式為?。ㄓ妙}中所給和所測(cè)物理量的字母表示)。
【答案】(1)B; (2)2; (3)等于; (4)溢水杯中沒裝滿水; (5)3,深;(6)排開液體所受的重力;(7)ρ液=ρ水h1h2。
【解析】(1)驗(yàn)證阿基米德原理時(shí),為了減小誤差應(yīng)先測(cè)量空桶重力和物體的重力;
(2)稱重法測(cè)浮力F?。紾A﹣F拉;
(3)阿基米德原理F?。紾排;
(4)桶A排開水的重力明顯小于所受的浮力,要么桶A的重力偏大,要么G排偏小,排除桶A的重力偏大,只能是G排偏小;
(5)由第3行數(shù)據(jù)和圖中數(shù)據(jù)求得每次排開水的重力,只有第三次數(shù)據(jù)排開水的重力不等于桶A和沙子總重力;
由數(shù)據(jù)可知,桶和沙子一直處于漂浮狀態(tài),沙子越多則越重,排開水越多,桶A浸入水中深度就越深。
(6)阿基米德原理F?。紾排;
(7)因裝有沙子的桶A在水中和在液體中都處于漂浮狀態(tài),所以兩次受到的浮力相等,都為桶A和沙子的總重力,結(jié)合阿基米德原理可推出另一液體的密度表達(dá)式。
解:(1)要探究阿基米德原理,即要探究F浮和G排 的關(guān)系,根據(jù)圖示可知,該實(shí)驗(yàn)中是用漂浮條件測(cè)出小桶A受到的浮力,即F浮=GA,需要測(cè)小桶A的重力;而測(cè)排開水的重力時(shí),根據(jù)G排=G總﹣G桶B,需要測(cè)出小桶B的重力、小桶B與溢出水的總重力,即先測(cè)G桶B再測(cè)G總;
考慮到實(shí)驗(yàn)操作的方便性,應(yīng)先測(cè)小桶B的重力,并把它放在溢水杯的正下方,再測(cè)小桶A的重力,測(cè)完之后再將小桶A放入溢水杯中處于漂浮狀態(tài),最后測(cè)小桶B與溢出水的總重力,所以合理的順序?yàn)橐壹妆。蔬xB;
(2)由圖甲知,空桶A的重力為2N,圖丙中空桶A在溢水杯中處于漂浮狀態(tài),
則空桶A受到的浮力:F?。紾A=2N;
(3)由圖乙知,空桶B的重力為1.6N,圖丁中桶B和溢出水的總重力為3.6N,
桶A排開水的重力:G排=G總﹣G桶B=3.6N﹣1.6N=2N,
所以比較可知F?。紾排,即桶A排開水的重力等于桶A受到的浮力;
(4)桶A排開水的重力明顯小于所受的浮力,G排偏小,說(shuō)明收集到的水較少,可能是溢水杯中沒裝滿水,物體開始進(jìn)入水中時(shí)排開的水沒有溢出來(lái);
(5)往桶A中加入沙子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),裝有沙子的桶A在水中仍然處于漂浮狀態(tài),則排開水的重力等于桶A受到的浮力,也等于桶A和沙子受到的總重力,第三組數(shù)據(jù)中G排=G總B﹣G桶B=4.6N﹣1.6N=3N,不等于桶A與沙子的總重力3.2N,則該組數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的;
沙子越多則越重,排開水的體積越多,桶A浸入水中深度就越深。
(6)由以上探究過(guò)程可以得到的結(jié)論是:浸在液體中的物體受到向上的浮力,浮力大小等于該物體排開液體所受的重力;
(7)設(shè)桶A的橫截面積為S,已知桶A浸入水中的深度為h1,浸入另一液體中的深度為h2,
則桶A和沙子在水中受到的浮力F浮水=ρ水gV排水=ρ水gSh1,
桶A和沙子在液體中受到的浮力F浮液=ρ液gV排液=ρ液gSh2,
因裝有沙子的桶A在水中和在液體中都處于漂浮狀態(tài),所以兩次受到的浮力相等,
即ρ水gSh1=ρ液gSh2,解得ρ液=ρ水h1h2;
故答案為:(1)B; (2)2; (3)等于; (4)溢水杯中沒裝滿水; (5)3,深;(6)排開液體所受的重力;(7)ρ液=ρ水h1h2。
32.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置“驗(yàn)證阿基米德原理”。(ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)如圖所示,在物塊從接觸水面到剛好浸沒水中的過(guò)程中,左邊彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) ,物塊受到水的浮力 ,水對(duì)溢水杯底部的壓強(qiáng) ;(均選填“變大”、“變小”或“不變”)
(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所測(cè)的物理量可列等式 ?。ㄓ米帜副硎荆?,從而驗(yàn)證了阿基米德原理;
(3)由實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)可知,物塊浸沒在水中受到的浮力為 N,物塊的體積為 cm3,物塊的密度為 kg/m3;
(4)同學(xué)們用酒精代替水繼續(xù)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此時(shí)的F3變大,說(shuō)明浮力的大小與 有關(guān);用酒精繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的目的是 ?。ㄟx填“減小誤差”或“尋找普遍規(guī)律”).
【答案】(1)變??;變大;不變;(2)F1﹣F3=F4﹣F2;(3)0.5;50;4×103;(4)液體的密度;尋找普遍規(guī)律。
【解析】(1)在物塊從接觸水面到剛好浸沒水中的過(guò)程中,排開水的體積變大,由F?。溅岩篻V排判斷浮力的變化,由稱量法F=G﹣F浮可判斷出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化;
由p=ρgh判斷水對(duì)溢水杯底壓強(qiáng)的變化;
(2)由稱重法F?。紽1﹣F3算出物塊在水中受到的浮力;物塊排開的水所受重力等于桶和水的重力與空桶的重力之差,根據(jù)浮力與排開液體的重力從而驗(yàn)證了阿基米德原理;
(3)根據(jù)阿基米德原理F?。溅岩篻V排算出物塊的體積,由密度公式算出物塊的密度;
(4)改變液體的密度,根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化判斷出浮力的變化,進(jìn)而得出結(jié)論;為了使實(shí)驗(yàn)具有普遍性,換其他液體繼續(xù)實(shí)驗(yàn).
解:(1)在物塊從接觸水面到剛好浸沒水中的過(guò)程中,排開水的體積變大,由F?。溅岩篻V排可知物塊受到的浮力變大,由F=G﹣F浮可知,左邊彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變??;
在物塊從接觸水面到剛好浸沒水中的過(guò)程中,因水的深度不變,由p=ρgh可知,水對(duì)溢水杯底的壓強(qiáng)保持不變;
(2)由稱重法可知,物塊在水中受到的浮力:
F浮=F1﹣F3=2N﹣1.5N=0.5N
物塊排開的水所受重力等于桶和水的重力與空桶的重力之差,
即:G排=F4﹣F2=0.7N﹣0.2N=0.5N
則有:F浮=G排=0.5N,
故F1﹣F3=F4﹣F2,從而驗(yàn)證了阿基米德原理;
(3)由(2)可知物塊浸沒在水中受到的浮力為0.5N,
根據(jù)阿基米德原理F?。溅岩篻V排知,物塊的體積:
V=V排=F浮ρ水g=0.5N1.0×103kg/m3×10N/kg=5×10﹣5m3=50cm3
物塊的密度為:
ρ=mV=GgV=2N10N/kg×5×10-5m3=4×103kg/m3;
(4)酒精代替水繼續(xù)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此時(shí)的F3變大,由稱重法可知浮力變小,排開液體的體積相同,液體的密度不同,浮力不同,說(shuō)明浮力的大小與液體的密度有關(guān).
為了使實(shí)驗(yàn)具有普遍性,用酒精繼續(xù)實(shí)驗(yàn).
故答案為:(1)變小;變大;不變;(2)F1﹣F3=F4﹣F2;(3)0.5;50;4×103;(4)液體的密度;尋找普遍規(guī)律。
33.為了直觀驗(yàn)證阿基米德原理,小明改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置,如圖所示,把彈簧測(cè)力計(jì)上端固定在鐵架臺(tái)上,用粗鐵絲做一個(gè)框,掛在彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤上,在粗鐵絲框上端懸吊一個(gè)金屬塊,下面放一小杯。鐵架臺(tái)的支架上放置一只溢水杯,溢水杯跟金屬塊、粗鐵絲框、小杯都不接觸。
(1)首先平穩(wěn)緩慢地抬高放有溢水杯的支架,使金屬塊完全浸沒入水中,但不與溢水杯底部接觸,(如圖甲→乙→丙),在此過(guò)程中,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù):F甲 F丙(填“>”、“=”或“<”)。
(2)然后再平穩(wěn)緩慢地降低溢水杯支架,使金屬塊完全離開水面(如圖丁),可以計(jì)算出圖丙中金屬塊所受到的浮力約為 牛,此時(shí)浮力的測(cè)量數(shù)值將比真實(shí)數(shù)值 (填“偏大”或“偏小”),原因是 。
【答案】(1)=;(2)1.2;偏大;金屬塊完全離開水面時(shí)要帶出一些小水滴,使重力G測(cè)的數(shù)值偏大。
【解析】(1)根據(jù)F?。紾﹣F示和阿基米德原理可得出結(jié)論;
(2)根據(jù)F?。紾﹣F示可求浮力;金屬塊完全離開水面時(shí)要帶一些小水滴,使重力G偏大。
解:(1)平穩(wěn)緩慢地抬高溢水杯支架,使金屬塊完全浸沒入水中(如圖甲→乙→丙),圖甲中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為金屬塊、粗鐵絲框、小杯的總重力,
圖乙、丙中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為金屬塊對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力、粗鐵絲框、小杯和溢出水的重力之和,
由于金屬塊對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力等于金屬塊的重力與金屬塊受到的浮力之差,根據(jù)阿基米德原理可知:金屬塊受到的浮力等于排開液體所受的重力,
所以,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)保持不變,即:F甲=F丙;
(2)由圖丙、丁可知,彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0.2N,圖丁G=4.4N,圖丙F示=3.2N,
圖丙中金屬塊所受到的浮力約為:F?。紾﹣F示=4.4N﹣3.2N=1.2N;
金屬塊完全離開水面時(shí)要帶出一些小水滴,使重力G測(cè)的數(shù)值偏大,根據(jù)F?。紾﹣F示可知,此時(shí)浮力的測(cè)量數(shù)值比真實(shí)數(shù)值將偏大。
故答案為:(1)=;(2)1.2;偏大;金屬塊完全離開水面時(shí)要帶出一些小水滴,使重力G測(cè)的數(shù)值偏大。
34.學(xué)完浮力后,小林同學(xué)對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)進(jìn)行了歸納整合,并利用熟悉的器材做了個(gè)小實(shí)驗(yàn):
①準(zhǔn)備一個(gè)帶蓋子的空玻璃瓶,將瓶蓋蓋緊后浸沒在水中,放手后玻璃瓶上浮;將一個(gè)鐵塊裝入玻璃瓶?jī)?nèi)并蓋緊蓋子,放入水中放手后發(fā)現(xiàn)玻璃瓶下沉;
②用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出空玻璃瓶的重力如圖甲所示;
③將裝鐵塊的玻璃瓶掛在彈簧測(cè)力計(jì)上,保持玻璃瓶豎直,然后從圖乙所示位置慢慢浸入水中,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F與玻璃瓶下表面浸入水中深度h的關(guān)系圖象如圖丙所示。
(1)根據(jù)圖丙可以判斷浸沒在液體中的物體所受浮力大小與 有關(guān),而與 無(wú)關(guān)。
(2)結(jié)合甲圖和丙圖,可以得出鐵塊的重力大小為 N;裝鐵塊的玻璃瓶完全浸沒后受到的浮力大小為 N。
(3)小林看到玻璃瓶上標(biāo)有100mL的字樣,于是在裝有鐵塊的玻璃瓶?jī)?nèi)裝滿水并蓋上瓶蓋,再用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出總重力,如圖丁所示,此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為3.1N,由此可以得出鐵塊的體積為 cm3,鐵塊的密度為 kg/m3
【答案】(1)物體排開液體的體積;浸沒的深度;(2)0.8;1.6;(3)10;8×103。
【解析】(1)根據(jù)浮力大小的影響因素分析解答;
(2)根據(jù)圖象分析解答即可;分析圖象,由根據(jù)F?。紾﹣F求浮力大??;
(3)由圖甲知,瓶子重力,從而計(jì)算鐵塊重力,計(jì)算出瓶中加入水的重力,由密度公式可得加入水的體積,從而得到鐵塊體積,由密度公式計(jì)算鐵塊的密度大小。
解:(1)由圖象知,BC段瓶子受到的彈簧測(cè)力計(jì)拉力不變,所以受到的浮力不變,說(shuō)明物體受到的浮力大小與浸沒的深度無(wú)關(guān);
浮力的大小與液體密度和物體排開液體的體積有關(guān);
(2)由圖甲知,空瓶的重力G瓶=1.4N,瓶子和鐵塊的總重力G=2.2N,
鐵塊重力:G鐵=G﹣G瓶=2.2N﹣1.4N=0.8N;
當(dāng)瓶子浸入深度達(dá)到6cm后彈簧測(cè)力計(jì)不再減小,說(shuō)明瓶子浸沒在水中,示數(shù)為0.6N,所以受到的浮力:F?。紾﹣F=2.2N﹣0.6N=1.6N;
(3)由圖甲知,空瓶的重力G瓶=1.4N,瓶子和鐵塊的總重力G=2.2N,
鐵塊重力:G鐵=G﹣G瓶=2.2N﹣1.4N=0.8N,
由題知,圖丁中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù),即瓶子、水和鐵塊的總重力:G總=3.1N,
所以裝入水的重力:G水=G總﹣G=3.1N﹣2.2N=0.9N,
加入水的體積:V水=G水ρ水g=0.9N1.0×103kg/m3×10N/kg=9×10﹣5m3=90cm3,
鐵塊的體積:V=V容積﹣V水=100cm3﹣90cm3=10cm3,
所以鐵塊密度:ρ=G鐵Vg=0.8N10×10-6m3×10N/kg=8×103kg/m3。
故答案為:(1)物體排開液體的體積;浸沒的深度;(2)0.8;1.6;(3)10;8×103。
35.小明和小麗測(cè)量鵝卵石的密度:
(1)小明的測(cè)量方法如圖A所示,其步驟:
①在測(cè)鵝卵石的質(zhì)量時(shí),他將天平放在水平臺(tái)面上,再將游碼調(diào)到“0”刻度線處,發(fā)現(xiàn)指針停在如圖甲所示的位置。要使天平平衡,應(yīng)將平衡螺母向 ?。ㄟx填“左”或“右”)調(diào),調(diào)好天平后,他進(jìn)行了正確的操作,砝碼和游碼的位置如圖乙所示,鵝卵石的質(zhì)量為 g。
②在量筒內(nèi)注入30mL的水,將系上細(xì)線的鵝卵石沒入水中,水面位置如圖丙所示,鵝卵石的體積為 cm3;
③則鵝卵石的密度為 kg/m3。
(2)小麗的測(cè)量方法如圖B所示,其步驟:a.在圓柱形玻璃筒內(nèi)加入適量的水,正方體塑料塊漂浮在水面上,用刻度尺測(cè)出塑料塊露出水面的高度h1;b.將鵝卵石放在塑料塊上,塑料塊仍漂浮在水面上,用刻度尺測(cè)出塑料塊露出水面的高度h2;c.用細(xì)線將鵝卵石系在塑料塊下方,然后放入水中,塑料塊仍漂浮在水面上,用刻度尺測(cè)出塑料塊露出水面的高度h3。
①鵝卵石密度的表達(dá)式為ρ=?。ㄒ阎拿芏葹棣阉?,用所測(cè)量的符號(hào)表示);
②若在進(jìn)行測(cè)量步驟c時(shí),不小心將部分水沾在塑料塊的上表面,測(cè)得鵝卵石的密度為ρ′,則ρ′ ρ(選填“>”、“=”或“<”)。
【答案】(1)①左;22.4;②8;③2.8×103;(2)①h1-h2h3-h2×ρ水;②>。
【解析】(1)①天平使用之前要調(diào)平,指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷天平哪端下沉,調(diào)節(jié)過(guò)程中,平衡螺母向下沉的反方向移動(dòng);天平在讀數(shù)時(shí)應(yīng)將砝碼質(zhì)量與游碼對(duì)應(yīng)的示數(shù)相加;
②浸沒在液體中的固體體積等于固體浸沒水前后的液面對(duì)應(yīng)的體積差;
③知道質(zhì)量和體積,根據(jù)密度公式計(jì)算鵝卵石的密度;
(2)①在三個(gè)操作中,由漂浮的特點(diǎn),總體浮力等于總體的重力,據(jù)此列出列平衡方程,求出正方體塑料塊的重力和出鵝卵石的體積,利用密度公式求得鵝卵石的密度;
②若在進(jìn)行測(cè)量步驟c時(shí),不小心將部分水沾在塑料塊的上表面,因?yàn)樗芰蠅K、細(xì)線、待測(cè)物體的整體重力增大,排開水的體積變大,據(jù)此分析。
解:(1)①把天平放在水平桌面上,將游碼移到標(biāo)尺左端的零刻度線處,發(fā)現(xiàn)指針指在分度盤中央刻度線的右側(cè),應(yīng)將平衡螺母向左調(diào)節(jié),使天平橫梁平衡;
天平標(biāo)尺的分度值為0.2g,天平平衡時(shí),左盤物體的質(zhì)量等于右盤砝碼的質(zhì)量和游碼對(duì)應(yīng)刻度的和,即m=20g+2.4g=22.4g;
②水面位置如圖丙所示,鵝卵石和水的總體積為鵝卵石的體積為38ml,鵝卵石的體積:
V=38ml﹣30ml=8ml=8cm3,
③鵝卵石的密度為:ρ=mV=22.4g8cm3=2.8g/cm3=2.8×103kg/m3;
(2)①如圖B中的a所示,正方體塑料塊漂浮在水面上:
G塑料塊=F浮=ρ水gV排1=ρ水gS(h﹣h1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅰ,
如圖b,鵝卵石放在正方體塑料塊上,還是漂浮在水面上:
G鵝卵石+G塑料塊=F'?。溅阉甮V'排=ρ水gS(h﹣h2)﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅱ,
如圖c所示,由漂浮的特點(diǎn):
G鵝卵石+G塑料塊=F″?。溅阉甮V″排=ρ水gS(h﹣h3)+ρ水gV鵝卵石﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅲ,
Ⅱ﹣Ⅰ得,鵝卵石的重力:G鵝卵石=ρ水gS(h1﹣h2),
由ⅡⅢ得:
V鵝卵石=S(h3﹣h2),
鵝卵石的密度:ρ鵝卵石=G鵝卵石gV鵝卵石=ρ水gS(h1-h2)gS(h3-h2)=h1-h2h3-h2×ρ水;
②若在進(jìn)行測(cè)量步驟c時(shí),不小心將部分水沾在塑料塊的上表面,因?yàn)樗芰蠅K、細(xì)線、待測(cè)物體的整體重力增大,排開水的體積變大,導(dǎo)致h3偏小 所測(cè)密度值偏大,根據(jù)上式可知?jiǎng)tρ′>ρ。
故答案為:(1)①左;22.4;②8;③2.8×103;(2)①h1-h2h3-h2×ρ水;②>。
36.某班物理實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué),在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證阿基米德原理。
(1)方案一:小軍用石塊按照如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)步驟依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
①由圖甲可知,石塊浸沒在水中時(shí),受到的浮力F?。健 ,排開水的重力G排= N,發(fā)現(xiàn)F浮≠G排,造成這種結(jié)果的原因不可能是 ?。ㄌ钚蛱?hào))。
A、最初溢水杯中的水未裝至溢水口
B、整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,彈簧測(cè)力計(jì)都沒有校零
C、步驟C中,石塊浸沒后,碰觸到溢水杯的底部
②小軍改正錯(cuò)誤后,得到石塊浸沒在水中的浮力為1N,則石塊密度為 kg/m3;若將圖甲C中的小石塊取出,將裝有溢出水的小桶放入溢水杯漂浮,忽略水的損失,則此次從溢水杯中溢出的水為 g。
(2)方案二:如圖乙所示,小川同學(xué)將裝滿水的溢水杯放在升降臺(tái)C上,用升降臺(tái)來(lái)調(diào)節(jié)水杯的高度。當(dāng)小川逐漸調(diào)高升降臺(tái)時(shí),發(fā)現(xiàn)隨著重物浸入水中的體積越來(lái)越大,彈簧測(cè)力計(jì)A的示數(shù) ?。ㄟx填“變大”、“變小”或“不變”),且彈簧測(cè)力計(jì)A示數(shù)的變化量 B示數(shù)的變化量(選填“大于”、“小于”或“等于”),從而證明了F?。紾排。在這個(gè)過(guò)程中溢水杯對(duì)升降臺(tái)C的壓力 ?。ㄟx填“變大”、“變小”或“不變”)。
(3)小明同學(xué)撿到了一個(gè)不吸水的工藝品,它的上端為質(zhì)地均勻的柱形木塊A,木塊上粘有合金塊B。小明將工藝品豎直在水中如圖丙,靜止時(shí)木塊浸入水中的深度為h1;因粘合處松動(dòng)導(dǎo)致合金塊沉底,如圖丁,靜止時(shí)木塊浸入水中的深度為h2;工藝品所受浮力與丙圖相比 。(選填“變大”、“變小”或“不變”)。將B從水中撈出放在A的上方,AB一起漂浮,合金的密度為水的n倍,當(dāng)木塊在水中豎直漂浮時(shí),浸入水中的深度h3= ,(用h1、h2、n表示,不考慮工藝品沾水對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響)。
【答案】(1)①1.1;1.0;B;②2.5×103;120;(2)變??;等于;不變;(3)變??;nh1-h2n-1。
【解析】(1)方案一①根據(jù)稱重法可知小石塊受到的浮力;排開水的重力等于排開的水和小桶的重力之和減掉空桶的重力;
A、若最初溢水杯中的水未裝至溢水口會(huì)使溢出的水偏少;
B、若彈簧測(cè)力計(jì)都沒有校零,四次測(cè)量結(jié)果都偏大,且都偏大相同的數(shù)值,據(jù)此判斷浮力的變化以及排開水的重力的變化;
C、石塊浸沒后,碰觸到溢水杯底部,容器對(duì)石塊有支持力,測(cè)的F3偏小,根據(jù)稱量法分析解答即可;
②根據(jù)阿基米德原理F浮=ρ水gV排算出石塊體積,再由ρ=mV=GVg計(jì)算石塊的密度;
根據(jù)阿基米德原理和浮沉條件分析解答;逐一分析每個(gè)選項(xiàng),確定不符合條件的選項(xiàng);
(2)方案二:
根據(jù)阿基米德原理可知,重物浸入水中的體積越來(lái)越大時(shí)受到的浮力變大,根據(jù)稱重法可知彈簧測(cè)力計(jì)A示數(shù)的變化;
此時(shí)重物排開水的體積變大即溢出水的體積變大,據(jù)此可知彈簧測(cè)力計(jì)B示數(shù)的變化;再根據(jù)阿基米德原理判斷彈簧秤A的示數(shù)變化量和彈簧秤B的示數(shù)變化量之間的關(guān)系。
將燒杯、水和物體看做一個(gè)整體,容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力等于空杯和杯內(nèi)水的總重與物體的重力之和再減去物體受到的拉力,由G物﹣F示=F浮結(jié)合力的作用是相互的和阿基米德原理,分析在這個(gè)過(guò)程中容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力的變化;
(3)根據(jù)圖示可知,圖丙中B與A一起漂浮,圖丁中A仍然漂浮,但B沉底,根據(jù)浮力與重力的關(guān)系可比較浮力的大??;
根據(jù)物體漂浮時(shí)浮力等于重力表示出圖丁中木塊A的重力,再由圖丙浮力等于A、B的總重力得出B的體積,最后根據(jù)B放在木塊A上仍處于漂浮狀態(tài)可求出木塊A浸入水中的深度。
解:(1)方案一:
①根據(jù)F?。紾﹣F可知,石塊浸沒在水中受到的浮力F浮=F1﹣F3=2.5N﹣1.4N=1.1N;
排開水的重力G排=F4﹣F2=2.2N﹣1.2N=1.0N;
故F?。綠排;
A、若最初溢水杯中的水未裝至溢水口,則石塊排開水的只有一部分溢出到桶中,排開水的重力G排減小,故A有可能;
B、若彈簧測(cè)力計(jì)都沒有校零,那么四次測(cè)量結(jié)果都應(yīng)加上測(cè)量前彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù),那么所得浮力與排開水的重力大小應(yīng)不變,故B不可能;
C、步驟C中,石塊浸沒后,碰觸到溢水杯底部,容器對(duì)石塊有支持力,測(cè)的F3偏小,則利用F?。紽1﹣F3偏大,故C有可能;
故選:B;
②根據(jù)阿基米德原理F?。溅阉甮V排知,
石塊體積為:V石=V排=F浮ρ水g=1N1.0×103kg/m3×10N/kg=1×10﹣4m3,
石塊的密度:ρ=mV=GVg=F1gV=2.5N10N/kg×1×10-4m3=2.5×103kg/m3;
若將圖甲C中的小石塊取出,將裝有溢出水的小桶放入溢水杯漂浮,漂浮時(shí)小桶受到的浮力等于溢出水和小桶的總重力,當(dāng)將石塊取出后水面下降,減小的體積等于小桶中水的體積,所以此次從溢水杯中溢出的水的重力為小桶額重力,為1.2N,則溢出水的質(zhì)量為m=F2g=1.2N10N/kg=0.12kg=120g;
(2)方案二:
重物浸入水中的體積越來(lái)越大時(shí),排開液體的體積變大,根據(jù)F浮=ρ液gV排可知,重物受到的浮力變大,
因?yàn)镕?。紾﹣F示,所以彈簧測(cè)力計(jì)A的示數(shù)F示=G﹣F浮變小;
又因?yàn)橹匚锝胨械捏w積越來(lái)越大時(shí),溢出水的體積變大、溢出水的質(zhì)量變大、溢出水受到的重力變大,所以彈簧測(cè)力計(jì)B的示數(shù)變大;
根據(jù)阿基米德原理可知,物體所受浮力的大小和排開液體的重力相等,所以彈簧測(cè)力計(jì)A示數(shù)的變化量和彈簧測(cè)力計(jì)B的示數(shù)變化量相等;
將燒杯、水和物體看做一個(gè)整體,容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力等于空杯和杯內(nèi)水的總重與物體的重力之和再減去物體受到的拉力(大小等于測(cè)力計(jì)的示數(shù)),
即:F壓=G杯+G杯內(nèi)水+G物﹣F示,而G物﹣F示=F浮,
所以F壓=G杯+G杯內(nèi)水+F浮,根據(jù)阿基米德原理,F(xiàn)?。紾排水,
所以F壓=G杯+G杯內(nèi)水+G排水,由于杯內(nèi)的水和排出的水的總重等于原來(lái)杯子里的水,是個(gè)定值,所以在這個(gè)過(guò)程中容器對(duì)升降臺(tái)C的壓力不變;
(3)圖丙中B與A一起漂浮,F(xiàn)丙浮=GA+GB
圖丁中A仍然漂浮,但B沉底,則FA?。紾A,F(xiàn)B?。糋B,即F丁?。糋A+GB,因此圖丁與圖丙相比,工藝品受到的浮力變小;
設(shè)木塊A的底面積為S,
根據(jù)圖丁可知,木塊受到的浮力:GA=FA?。溅阉甮VA排=ρ水gSh2
根據(jù)圖示丙可知,浮力等于重力,即F丙?。紾A+GB
ρ水g(Sh1+VB)=ρ水gSh2+nρ水VBg
VB=h1-h2n-1S,
將B從水中撈出放在A的上方,AB一起漂浮,則浮力等于重力,即
F?。紾A+GB
ρ水gSh3=ρ水gSh2+nρ水gh1-h2n-1S
h3=nh1-h2n-1。
故答案為:(1)①1.1;1.0;B;②2.5×103;120;(2)變??;等于;不變;(3)變??;nh1-h2n-1。
37.在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中,小明先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬塊的重力,然后將金屬塊緩慢浸入水中不同深度及某種液體中,步驟如圖A、B、C、D、E、F所示(液體均未溢出)。并將其示數(shù)記錄在表中。已知水的密度為1.0×103kg/m3,g取10N/kg。
(1)步驟A中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為 N。
(2)做步驟C時(shí),物體受到的浮力為 N。
(3)分析比較步驟A、B、C、D可知:浮力大小與物體 有關(guān)。
(4)分析比較步驟A、E、F可知:浮力的大小還與 有關(guān)。
(5)分析比較步驟 可知:浮力的大小與物體所處的深度無(wú)關(guān)。
(6)步驟C和F中,物體受到的浮力大小關(guān)系怎樣?(回答“C大”、“F大”或“相等”)
(7)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及已知數(shù)據(jù),能否計(jì)算獲得F步驟中液體的密度?如果能,請(qǐng)寫出結(jié)果;如果不能,請(qǐng)說(shuō)明還缺少的條件。
實(shí)驗(yàn)步驟
A
B
C
D
E
F
彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)/N
2.2
2.0
1.7
1.7
2.0
【答案】(1)2.7;(2)0.7;(3)排開液體的體積;(4)液體的密度;(5)A、D、E;(6)相等;(7)能;0.7×103。
【解析】(1)根據(jù)測(cè)力計(jì)分度值讀數(shù);
(2)根據(jù)稱量法F?。紾﹣F拉計(jì)算出C中受到的浮力;
(3)(4)(5)浮力與排開液體的體積和密度有關(guān),研究浮力大小與物體浸沒在液體中的深度的關(guān)系,要控制排開液體的體積和密度相同;
研究浮力與其中一個(gè)因素關(guān)系時(shí),要控制另外一個(gè)因素不變,結(jié)合稱重法分析;
(6)根據(jù)稱量法F?。紾﹣F拉計(jì)算出在水中和液體中受到的浮力;
(7)用阿基米德原理F?。溅岩篻V排求物塊的體積和液體的密度。
解:(1)如圖A中彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0.1N,示數(shù)為2.7N;
(2)根據(jù)稱重法可知:物塊在C中受到的浮力為:F浮=G﹣FC=2.7N﹣2.0N=0.7N;
(3)分析比較A、B、C、D可知,B、C、D物體排開水的體積不同,B、C、D中測(cè)力計(jì)示數(shù)不同,由稱重法F?。紾﹣F示,浮力不同,故浮力大小與物體排開液體的體積有關(guān);
(4)分析實(shí)驗(yàn)步驟A、E、F可知,E、F排開液體的體積相同,但液體的密度不同,由稱重法,E、F中物體受到的浮力不同,浮力的大小還與排開液體的密度有關(guān);
(5)要研究浮力大小與物體浸沒在液體中的深度的關(guān)系,要控制排開液體的體積和密度相同,故分析比較實(shí)驗(yàn)步驟A和D、E,可得出:浮力大小與物體浸沒在液體中的深度無(wú)關(guān);
(6)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在步驟C和F中,測(cè)力計(jì)示數(shù)相同,由稱重法,C和F圖中受到的浮力大小相等;
(7)物塊在水中受到的浮力為:F?。紾﹣F=2.7N﹣1.7N=1N;
物塊在另一液體中受到的浮力為:F浮′=G﹣F′=2.7N﹣2.0N=0.7N;
金屬塊排開液體的體積為:V排=F浮ρ水g=1N1.0×103kg/m3×10N/kg=10﹣4m3,
金屬塊的體積:V=V排
F中液體的密度:ρ液=F浮'gV排=0.7N10N/kg×10-4m3=0.7×103kg/m3。
故答案為:(1)2.7;(2)0.7;(3)排開液體的體積;(4)液體的密度;(5)A、D、E;(6)相等;(7)能;0.7×103。
38.重慶育才中學(xué)“生活物理”實(shí)驗(yàn)室的成員們?cè)谔骄俊案×Υ笮∨c哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中,用彈簧測(cè)力計(jì)掛著一底面積為10cm2實(shí)心圓柱體,如圖1所示,a、b、c、d、e、f分別是實(shí)驗(yàn)情景(整個(gè)過(guò)程液體均無(wú)溢出):
(1)彈簧測(cè)力讓使用之前應(yīng)該在 (選填“豎直”、“水平”)方向調(diào)零,由第a次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)可知物體的重力為 N。
(2)對(duì)比a、b、c、d四次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知浮力大小與 有關(guān);由第a、 、e三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知浮力大小與液體密度有關(guān)。
(3)由圖中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可得,物體浸沒在水中受到的浮力為 N,第e次實(shí)驗(yàn)中未知液體的密度為 g/cm3。
(4)將圖e中的物體直接放入容器底部。靜止后如圖f所示,則物體對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為
Pa。
(5)實(shí)驗(yàn)室的露露同學(xué)想利用一個(gè)質(zhì)量為mA、密度為ρA的塑料實(shí)心球A來(lái)測(cè)量一杯未知液體的密度,她發(fā)現(xiàn)塑料球A在未知液體中會(huì)漂浮,于是選取了電子秤、細(xì)線和一個(gè)金屬塊B,設(shè)計(jì)了如圖2所示的實(shí)驗(yàn)過(guò)程:
①在電子秤上放上裝有適量未知液體的容器,將塑料球A和金屬塊B用細(xì)線拴好,再用細(xì)線吊著球A,使金屬塊B浸沒在該未知液體中(不碰到容器底和容器壁),靜止時(shí)如圖2甲所示,讀出電子秤的示數(shù)為m1;
②將吊著的球A和金屬塊B都浸沒在未知液體中(不碰到容器底和容器壁),靜止時(shí)如圖2乙所示,讀出電子秤的示數(shù)為m2;
則未知液體的密度的表達(dá)式ρ液= 。(用物理量字母表示)
【答案】(1)豎直;2.8;(2)排開液體的體積;d;(3)1.6; 1.25; (4)800; (5)②m2-m1mA×ρA。
【解析】(1)彈簧測(cè)力計(jì)使用前,要在測(cè)力的方向上調(diào)零,根據(jù)測(cè)力計(jì)分度值為0.2N可知物體的重力;
(2)物體受到的浮力大小與物體排開液體的密度和體積有關(guān),研究浮力大小與其中一個(gè)因素的關(guān)系時(shí),要控制另一個(gè)因素不變;分析相關(guān)實(shí)驗(yàn),找出相同量和不同量,結(jié)合稱重法測(cè)浮力,得出浮力與變化量的關(guān)系;
(3)由圖中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和稱重法得出物體浸沒在水中受到的浮力和第e次實(shí)驗(yàn)物體受到的浮力,根據(jù)阿基米德原理:F?。溅岩篻V排,由物體排開液體的體積相等求出未知液體的密度;
(4)將圖e中的物體直接放入容器底部,由力的平衡得出體對(duì)容器底部的壓力,根據(jù)p=F壓S得出物體對(duì)容器底部的壓強(qiáng);
(5)圖2甲中,容器和液體的重力與B受到浮力之和等于m1g;在乙中,容器和液體的重力與A、B受到浮力之和等于m2g; 據(jù)此得出塑料球A受到的浮力,由密度公式得出A球的體積,由阿基米德原理得出液體的密度。
解:(1)要測(cè)量物體的重力及記錄物體浸在水中時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù),故彈簧測(cè)力使用之前應(yīng)該在豎直方向調(diào)零,測(cè)力計(jì)分度值為0.2N,由第a次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)可知物體的重力為2.8N;
(2)對(duì)比b、c、d實(shí)驗(yàn)可知物體排開水的體積變大,測(cè)力計(jì)示數(shù)變小,由稱重法測(cè)浮力,F(xiàn)浮=G﹣F,物體受到的浮力變大,故比較a、b、c、d可知浮力大小與排開液體的體積有關(guān);
研究物體受到的浮力與液體密度的關(guān)系,要控制排開液體的體積相同,故由第a、d、e三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(結(jié)合稱重法測(cè)浮力,可知受到的浮力大小不同)可知浮力大小與液體密度有關(guān);
(3)由圖中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可得,物體浸沒在水中受到的浮力為:F浮水=G﹣F水=2.8N﹣1.2N=1.6N;
,第e次實(shí)驗(yàn)物體受到的浮力:F浮液=G﹣F液=2.8N﹣0.8N=2N;
根據(jù)阿基米德原理:F?。溅岩篻V排,
因物體排開液體的體積相等,故有F浮水ρ水g=F浮液ρ液g
未知液體的密度為:ρ液=F浮液F浮水×ρ水=2N1.6N×1.0×103kg/m3=1.25×103kg/m3=1.25g/cm3;
(4)將圖e中的物體直接放入容器底部,靜止后如圖f所示,則物體對(duì)容器底部的壓力:
F壓=G﹣F浮液=2.8N﹣2N=0.8N,
物體對(duì)容器底部的壓強(qiáng):p=F壓S=0.8N10×10-4m2=800Pa;
(5)圖2甲中,容器和液體的重力與B受到浮力之和等于m1g;在乙中,容器和液體的重力與A、B受到浮力之和等于m2g; 根據(jù)②、③兩次示數(shù)差可知塑料球A到的浮力:
FA=m2g﹣m1g;由密度公式,A球的體積:VA=mAρA,由阿基米德原理:
m2g﹣m1g=ρ液gV排=ρ液gmAρA,
ρ液=m2-m1mA×ρA。
故答案為:(1)豎直;2.8;(2)排開液體的體積;d;(3)1.6; 1.25; (4)800; (5)②m2-m1mA×ρA。
39.在“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時(shí),小麗提出如下猜想:
猜想一:浮力的大小跟物體排開液體的體積有關(guān);
猜想二:浮力的大小跟液體的密度有關(guān);
猜想三:浮力的大小跟物體的密度有關(guān)。
(1)小麗用重為3.2N的物體A做了如圖1所示甲、乙、丙三次實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了猜想
是正確的。實(shí)驗(yàn)中,物體浸沒時(shí)受到的浮力為 N,物體A的密度為 g/cm3。
(2)小麗在驗(yàn)證猜想二時(shí),根據(jù)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪出浮力與液體密度的關(guān)系圖象,如圖2所示。她分析后發(fā)現(xiàn),由于誤將物體受到的拉力當(dāng)作了浮力,導(dǎo)致圖象甲未經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。由此可以推斷:物體受到的浮力大小與液體密度的關(guān)系圖象應(yīng)是圖2中的 ?。ㄟx填“乙”、“丙”或“丁”)。由此說(shuō)明當(dāng) 相同時(shí),物體所受浮力大小與浸入的液體密度成 。
(3)為驗(yàn)證猜想三、小麗選用了與物體A密度不同的物體B進(jìn)行實(shí)驗(yàn),她將物體B逐漸浸入水中、容器中的水面上升至圖丁所示位置時(shí)、彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)恰好變?yōu)?.取出物體B后,(B帶出的水忽略不計(jì)),小麗又將物體A緩慢浸入水中,她在水面上升到?。ㄟx填“0點(diǎn)之上”、“0點(diǎn)”或“0點(diǎn)之下”)位置時(shí),讀取彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),判斷浮力的大小與物體密度是否有關(guān)。同組的其它同學(xué)認(rèn)為小麗的這個(gè)實(shí)驗(yàn)在操作上有一定難度不容易控制并有明顯誤差,提出了多種改進(jìn)意見,你認(rèn)為合理的是 。
A.選兩個(gè)質(zhì)量相等,密度不同的實(shí)心物體,分別浸沒在水中,比較浮力大小
B.選兩個(gè)體積相等,密度不同的實(shí)心物體,分別浸沒在水中,比較浮力大小
C.選兩個(gè)密度相等,體積不同的實(shí)心物體,分別浸沒在水中,比較浮力大小
(3)如圖3所示,是小紅同學(xué)制作的可測(cè)量液體密度的裝置。在大桶中裝有適量的水,質(zhì)量為100g、橫截面積為10cm2的薄壁小桶豎直立在水中,小桶的長(zhǎng)度為50cm,小紅每次測(cè)液體密度時(shí),都把10cm深的液體倒入小桶中,當(dāng)小桶中的刻度線與水畫相平時(shí),從大桶上對(duì)應(yīng)刻度就可以知道被測(cè)液體的密度。(取g=10N/kg),則該裝置工作的原理是 ??;當(dāng)小桶的25cm刻度線與水面相平時(shí),此時(shí)大桶對(duì)應(yīng)刻度線的液體密度應(yīng)是 kg/m3。
【答案】(1)一;2.2;1.45;(2)丙;排開液體的體積;正比;(3)O點(diǎn);B;(4)漂浮條件;1.5×103。
【解析】(1)分析圖1,觀察變化量和不變量,得出探究的因素;根據(jù)物體完全浸沒時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù),由F浮=G﹣F計(jì)算出完全浸沒時(shí)所受的浮力;根據(jù)阿基米德原理求出物體的體積,根據(jù)密度公式求出物體的密度;
(2)物體受到的浮力大小與液體密度有關(guān),密度越大,浮力越大;
(3)在探究浮力大小是否與物體的密度有關(guān)時(shí),需使物體排開液體的體積和液體的密度相同,物體的密度不同;
(4)根據(jù)浮沉條件:漂浮時(shí)浮力等于重力來(lái)分析解答;
根據(jù)根據(jù)F?。溅岩篻V排算出當(dāng)小筒的25cm刻度與水面相平時(shí)的浮力,根據(jù)G=mg算出小桶的重力,根據(jù)小桶處于漂浮狀態(tài)使浮力等于重力,算出小桶內(nèi)液體的重力,根據(jù)V=Sh算出液體的體積,根據(jù)ρ=mV算出液體的密度。
解:(1)由圖1知,物體浸在水中的體積不同,所受浮力不同,可知物體所受浮力與物體排開液體的體積有關(guān),可驗(yàn)證猜想一;
由圖丙知,物體浸沒時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1N,可知此時(shí)受到的浮力F?。紾﹣F=3.2N﹣1N=2.2N;
根據(jù)F?。溅阉甮V排,可知物體的體積為V=V排=F浮ρ水g=2.2N1.0×103kg/m3×10N/kg=2.2×10﹣4m3,
物體的密度為ρ=mV=GgV=3.2N2.2×10-4m3×10N/kg≈1.45×103kg/m3=4.5g/cm3;
(2)物體受到的浮力大小與液體密度有關(guān),密度越大,浮力越大,則拉力越小,故物體受到的浮力大小與液體密度的圖象與拉力與密度圖象是相反的,故選丙;
由圖象可知,當(dāng)排開液體的體積相同時(shí),物體受到的浮力大小與浸入的液體的密度成正比;
(3)要探究浮力與物體密度的關(guān)系,需使物體排開液體的體積相同,則應(yīng)將物體A緩慢浸入水中,使水面上升到O點(diǎn)處,讀取測(cè)力計(jì)的示數(shù);
在探究浮力大小是否與物體的密度有關(guān)時(shí),需使物體排開液體的體積和液體的密度相同,物體的密度不同,故應(yīng)選用體積相同、密度不同的兩個(gè)物體,故選:B;
(4)該裝置是根據(jù)薄壁小筒漂浮時(shí)浮力等于重力測(cè)出液體的密度,即該裝置工作的原理是漂浮條件;
當(dāng)小筒的25cm刻度與水面相平時(shí),小筒受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=ρ水gSh浸=1.0×103kg/m3×10N/kg×10×10﹣4m2×0.25m=2.5N;
小桶的重力:G桶=m桶g=0.1kg×10N/kg=1N;
根據(jù)漂浮條件可得,小筒內(nèi)液體的重力:G液=F浮﹣G桶=2.5N﹣1N=1.5N;
小桶內(nèi)液體的質(zhì)量:m液=G液g=1.5N10N/kg=0.15kg;
小桶內(nèi)液體的體積為:V液=Sh液=10×10﹣4m2×0.1m=10﹣4m3;
小桶內(nèi)液體的密度:ρ液=m液V液=0.15kg10-4m3=1.5×103kg/m3。
故答案為:(1)一;2.2;1.45;(2)丙;排開液體的體積;正比;(3)O點(diǎn);B;(4)漂浮條件;1.5×103。
40.在探究“浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中(如圖所示),小田先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬塊的重力,然后將金屬塊緩慢浸入液體中不同深度,步驟如圖B、C、D、E、F所示(液體均未溢出),并將其示數(shù)記錄在表中:
實(shí)驗(yàn)步驟
B
C
D
E
F
彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)/N
2.2
2.0
1.7
1.7
1.9
(1)小田進(jìn)行了如圖所示的實(shí)驗(yàn):A步驟所示彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為 N;用彈簧測(cè)力計(jì)掛著金屬塊緩慢地浸入液體中不同深度,步驟如圖B、C、D、E、F(液體均未溢出),并將其示數(shù)記錄在上表中;
(2)在實(shí)驗(yàn)步驟B中金屬塊所受浮力F浮= N;
(3)分析實(shí)驗(yàn)步驟A、B、C、D,可以說(shuō)明浮力大小跟排開液體的 有關(guān);分析實(shí)驗(yàn)步驟A、E、F,可以說(shuō)明浮力大小跟液體的 有關(guān)。
(4)小田用表格中的數(shù)據(jù)算出了某種液體的密度是 kg/m3,金屬塊a的密度為 kg/m3。若將A放至最后一步,則會(huì)使得金屬塊a的密度的測(cè)量值 ?。ㄟx填“偏大”或“偏小”“不變”)。
(5)同組的小超只有刻度尺這一測(cè)量工具,于是他進(jìn)行了如下操作:
①在圓柱形容器中裝有適量的水,將另一平底燒杯放入圓柱形容器的水中,燒杯靜止時(shí)容器中水的深度H1為12cm,如圖甲所示。
②將待測(cè)金屬塊b吊在燒杯底部(金屬塊未觸底),測(cè)量出燒杯靜止時(shí)露出水面的高度h1為6cm,容器中水的深度H2為18cm,如圖乙所示。
③將金屬塊b放在燒杯中,燒杯靜止時(shí)露出水面的高度h2為2cm,如圖丙所示。已知圓柱形容器底面積為燒杯底面積的3倍。則金屬塊b的密度為 kg/m3。
【答案】(1)2.7;(2)0.5;(3)體積;密度;(4)0.8×103;2.7×103;偏小;(5)4.5×103。
【解析】(1)測(cè)量?jī)x器讀數(shù)時(shí)要看清量程和分度值;
(2)物體所受浮力:F?。紾﹣F;
(3)物體浸在液體中所受浮力大小與液體密度和物體排開液體體積有關(guān);
(4)利用物體在水中所受浮力大小計(jì)算物體體積,進(jìn)而計(jì)算金屬密度,利用在某液體中的浮力和阿基米德原理計(jì)算液體密度;
(5)比較甲乙兩圖可知,都是漂浮,受到的浮力都等于自重,則兩圖中浮力的變化量等于金屬塊重力;進(jìn)一步求出金屬塊b的質(zhì)量;比較乙丙可知,根據(jù)燒杯兩次受到的浮力之差可以求出金屬塊b的體積;最后利用密度公式求出密度的大小。
解:(1)彈簧測(cè)力計(jì)的分度值是0.1N,A步驟所示彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.7N;
(2)在實(shí)驗(yàn)步驟B中金屬塊a所受浮力可以用稱重法求出:F浮=G﹣FB=2.7N﹣2.2N=0.5N;
(3)物體浸在液體中所受浮力大小與液體密度和物體排開液體體積有關(guān),分析實(shí)驗(yàn)步驟A、B、C、D,液體都是水,物體排開液體體積變化,所受浮力變化,可以說(shuō)明浮力大小跟排開液體的體積有關(guān),分析實(shí)驗(yàn)步驟A、E、F,物體都是完全浸在液體中,液體密度不同,可以說(shuō)明浮力大小跟液體的密度有關(guān);
(4)當(dāng)浸沒在水中時(shí),物體所受浮力:F浮1=G﹣FE=2.7N﹣1.7N=1N,
根據(jù)阿基米德原理:F浮1=ρ水gV排=ρ水gV物,即1N=1×103kg/m3×10N/kg×V物,
解得V物=1×10﹣4m3,
由G=mg可得m=Gg=2.7N10N/kg=0.27kg,
金屬的密度ρ金=mV=0.27kg1×10-4m3=2.7×103kg/m3,
金屬浸沒在某液體中浮力:F浮2=G﹣FF=2.7N﹣1.9N=0.8N,
根據(jù)阿基米德原理:F浮2=ρ液gV排=ρ液gV物,即0.8N=ρ液×10N/kg×1×10﹣4m3,
ρ液=0.8×103kg/m3,
若將A放至最后一步,因?yàn)榻饘偕险从幸后w,會(huì)使測(cè)得金屬的質(zhì)量偏大、重力偏大,
根據(jù)(4)中可知計(jì)算金屬密度的計(jì)算式:ρ=GF浮?ρ水=Gρ水G-F=ρ水1-FG,
測(cè)得金屬的重力增大,浸沒時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)不受影響,則計(jì)算式中分母增大,分子不變,所以會(huì)使得金屬塊a的密度的測(cè)量值偏小;
(5)比較甲乙兩圖可知,都是漂浮,受到的浮力都等于自重,則兩圖中浮力的變化量等于金屬塊重力,
兩圖中浮力的變化量:△F?。溅阉甮△V排=ρ水g(H2﹣H1)S容;
所以金屬塊b的重力為:G=ρ水g(H2﹣H1)S容;
金屬塊的質(zhì)量:m′=G'g=ρ水g(H2-H1)S容g=ρ水ρ水(H2﹣H1)S容;
比較乙丙可知,都是漂浮,燒杯和金屬塊的總重不變,總浮力不變;
則乙圖中金屬塊受到的浮力等于這兩次燒杯受到的浮力變化量,
金屬塊b受到的浮力:ρ水gVb排=ρ水gVb=ρ水g(h1﹣h2)S燒杯;
所以金屬塊b的體積為Vb=(h1﹣h2)S燒杯;
b的密度為:ρb=mVb=(H2-H1)ρ水S容(h1-h2)S燒杯=(0.18m-0.12m)×1.0×103kg/m3×30.06m-0.02m=4.5×103kg/m3;
故答案為:(1)2.7;(2)0.5;(3)體積;密度;(4)0.8×103;2.7×103;偏??;(5)4.5×103。
四、計(jì)算題(共10小題):
41.木球被固定在水池底部的細(xì)線系住,未能浮出水面,如圖所示。已知:木球的體積為3×10﹣3m3、密度為0.6×103kg/m3,g取10N/kg。求:
(1)木球受到的重力G木;
(2)木球受到的浮力F??;
(3)細(xì)線對(duì)木球的拉力F拉。(畫出木球的受力分析圖)
【答案】(1)木球受到的重力G木為18N;(2)小球受到的浮力F浮為30N;
(3)細(xì)線對(duì)木球的拉力F拉為12N。
【解析】(1)由G=mg可求出木球的重力,其質(zhì)量m可由m=ρV求出;
(2)由F浮=ρ水gV排可求出小球在水中受到的浮力;
(3)木球受到豎直向下的重力和拉力、豎直向上的浮力三個(gè)力的作用,則F浮=F拉+G木,故F拉=F浮﹣G木。
解:(1)由題可知,木球受到的重力為:
G木=m木g=ρ木V木g=0.6×103kg/m3×3×10﹣3m3×10N/kg=18N;
(2)由題可知,小球浸沒在水中,則小球受到的浮力為:
F?。溅阉甮V排=1×103kg/m3×10N/kg×3×10﹣3m3=30N;
(3)木球的受力分析如圖所示,
因木球靜止,故:F浮=F拉+G木,
則F拉=F浮﹣G木=30N﹣18N=12N。
答:(1)木球受到的重力G木為18N;(2)小球受到的浮力F浮為30N;
(3)細(xì)線對(duì)木球的拉力F拉為12N。
42.將一石塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上,測(cè)力計(jì)的示數(shù)為14N,當(dāng)將該石塊完全浸沒在水中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為10N,g=10N/kg,水的密度為1×103kg/m3。求:
(1)該石塊浸沒在水中時(shí)受到的浮力;
(2)該石塊的體積;
(3)該石塊的密度。
【答案】(1)該石塊浸沒在水中時(shí)受到的浮力為4N;(2)該石塊的體積為4×10﹣4m3;
(3)該石塊的密度為3.5×103kg/m3。
【解析】(1)將一石塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上時(shí)處于平衡狀態(tài),根據(jù)二力平衡條件求出石塊的重力,又知道將該石塊完全浸沒在水中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),根據(jù)稱重法F?。紾﹣F拉求出該石塊浸沒在水中時(shí)受到的浮力;
(2)物體浸沒時(shí)排開液體的體積和自身的體積相等,根據(jù)F浮=ρ液gV排求出石塊排開水的體積即為該石塊的體積;
(3)根據(jù)G=mg求出石塊的質(zhì)量,利用ρ=mV求出該石塊的密度。
解:(1)將一石塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上時(shí)處于平衡狀態(tài),由二力平衡條件可得,石塊的重力G=14N,
當(dāng)將該石塊完全浸沒在水中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F拉=10N,
則該石塊浸沒在水中時(shí)受到的浮力:F浮=G﹣F拉=14N﹣10N=4N;
(2)因物體浸沒時(shí)排開液體的體積和自身的體積相等,
所以,由F?。溅岩篻V排可得,該石塊的體積:
V=V排=F浮ρ水g=4N1×103kg/m3×10N/kg=4×10﹣4m3;
(3)由G=mg可得,石塊的質(zhì)量:m=Gg=14N10N/kg=1.4kg,
則該石塊的密度:ρ=mV=1.4kg4×10-4m3=3.5×103kg/m3。
答:(1)該石塊浸沒在水中時(shí)受到的浮力為4N;(2)該石塊的體積為4×10﹣4m3;
(3)該石塊的密度為3.5×103kg/m3。
43.如圖所示,彈簧測(cè)力計(jì)下面掛一實(shí)心圓柱體,將圓柱體從盛有水的容器上方離水面某一高度處緩緩下降(其底面始終與水面平行),使其逐漸浸沒入水中某一深度處。如圖是整個(gè)過(guò)程中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F與圓柱體下降高度h變化關(guān)系的圖象。已知ρ水=1.0×103kg/m3。求:
(1)圓柱體浸沒時(shí)受到的浮力;
(2)圓柱體的密度。
【答案】(1)圓柱體浸沒時(shí)受到的浮力為8N;(2)圓柱體的密度為1.5×103kg/m3。
【解析】為了便于分析,給線段標(biāo)上A、B、C、D四個(gè)點(diǎn),如下圖,根據(jù)圖象分析計(jì)算
(1)由圖可知AB段圓柱體未浸入液體,測(cè)力計(jì)的示數(shù)即為圓柱體的重力;由圖可知,CD段是圓柱體完全浸入水后的情況,讀出圓柱體完全浸入水后測(cè)力計(jì)對(duì)圓柱體的拉力,根據(jù)稱重法求出圓柱體浸沒時(shí)受到的浮力;
(2)利用阿基米德原理求得圓柱體的體積,根據(jù)G=mg可求出物體的質(zhì)量;利用密度公式求出圓柱體的密度。
解:(1)由圖象可知,當(dāng)h=0時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為12N,此時(shí)圓柱體處于空氣中,G=F拉=12N,
當(dāng)h=7cm以后,物體完全浸沒后排開水的體積不再改變,受到的浮力不再改變,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′=4N,
則圓柱體完全浸入水中時(shí),圓柱體受到的浮力:
F?。紾﹣F′=12N﹣4N=8N;
(2)因物體浸沒時(shí)排開水的體積和自身的體積相等,
所以,由F浮=ρ水gV排可得,圓柱體的體積:V=V排=F浮ρ水g=8N1.0×103kg/m3×10Nkg=8×10﹣4m3,
由公式G=mg可得,物體的質(zhì)量:m=Gg=12N10N/kg=1.2kg,
則圓柱體密度:ρ=mV=1.2kg8×10-4m3=1.5×103kg/m3。
答:(1)圓柱體浸沒時(shí)受到的浮力為8N;(2)圓柱體的密度為1.5×103kg/m3。
44.如圖甲,將一個(gè)石塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端,稱得石塊的重為4N,如圖乙,將石塊浸沒在水中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2N,將石塊浸沒到另一種液體中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.8N。計(jì)算:(g=10N/kg)
(1)石塊浸沒在水中時(shí),受到水的浮力。
(2)石塊的密度。
(3)另一種液體的密度。
【答案】(1)石塊浸沒在水中時(shí),受到水的浮力為2N;(2)石塊的密度為2g/cm3;
(3)另一種液體的密度為1.1g/cm3。
【解析】(1)物體受到的浮力等于物體的重力和物體浸沒在水中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)之差,根據(jù)F?。紾﹣F示求出物體所受浮力;
(2)根據(jù)F?。溅裧V排的變形公式計(jì)算石塊的體積;根據(jù)重力公式和密度的公式計(jì)算石塊的密度;
(3)根據(jù)F?。紾﹣F示求出石塊浸沒到另一種液體中時(shí)物體所受浮力,再根據(jù)F浮=ρgV排的變形公式計(jì)算液體的密度。
解:(1)石塊的重力為4N,浸沒在水中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是2N,所以石塊受到的浮力:
F?。紾﹣F示=4N﹣2N=2N;
(2)由F?。溅阉甮V排得,石塊的體積:
V=V排=F浮ρ水g=2N1.0×103kg/m3×10N/kg=2×10﹣4m3=200cm3,
由G=mg得,石塊的質(zhì)量:m=Gg=4N10N/kg=0.4kg=400g,
則石塊的密度:ρ石=mV=400g200cm3=2g/cm3。
(3)將掛在彈簧測(cè)力計(jì)下的石塊浸沒到某種液體中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.8N,
所以,F(xiàn)浮′=G﹣F示′=4N﹣1.8N=2.2N;
由F?。溅裧V排得,液體的密度:ρ液=F浮'V排g=2.2N2×10-4m3×10N/kg=1.1×103kg/m3=1.1g/cm3。
答:(1)石塊浸沒在水中時(shí),受到水的浮力為2N;(2)石塊的密度為2g/cm3;
(3)另一種液體的密度為1.1g/cm3。
45.如圖所示,水平桌面上放置底面積為100cm2、質(zhì)量為500g的圓桶,桶內(nèi)裝有30cm深的某液體。彈簧測(cè)力計(jì)下懸掛底面積40cm2、高為10cm的圓柱體,從液面逐漸浸入直至完全浸沒液體中,在圓柱體未進(jìn)入液體中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為18N,圓柱體浸沒液體中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為12N.(可以忽略圓桶的厚度,過(guò)程中液體沒有從桶中溢出,g取10N/kg)。求:
(1)圓柱體完全浸沒時(shí)受到液體的浮力;
(2)桶內(nèi)液體密度;
(3)當(dāng)圓柱體完全浸沒時(shí),圓桶對(duì)桌面的壓強(qiáng)。
【答案】(1)圓柱體完全浸沒時(shí)受到液體的浮力6N;(2)桶內(nèi)液體密度是1.5×103kg/m3;
(3)當(dāng)圓柱體完全浸沒時(shí),圓桶對(duì)桌面的壓強(qiáng)5600Pa。
【解析】(1)在圓柱體未進(jìn)入液體中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為18N,求出圓柱體的重力,圓柱體完全浸沒液體中時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為12N,可以求出圓柱體受到的浮力。
(2)知道圓柱體的底面積和高度求出圓柱體的體積,圓柱體浸沒在液體中,根據(jù)阿基米德原理求出液體的密度。
(3)圓桶對(duì)桌面的壓力等于圓桶的重力、液體重力和圓柱體重力之和與所受拉力的差,知道受力面積,求出圓桶對(duì)桌面的壓強(qiáng)。
解:(1)由題可知,物體重G柱=18N,完全浸沒液體中時(shí),圓柱體受到的拉力F拉=12N,
圓柱體受到的浮力:F浮=G柱﹣F拉=18N﹣12N=6N;
(2)因?yàn)閳A柱體浸沒,則有
V排=V柱=S柱h=40cm2×10cm=400cm3=4×10﹣4m3,
由阿基米德原理可得,F(xiàn)浮=ρ液gV排,
6N=ρ液×10N/kg×4×10﹣4m3,
解得液體的密度為:ρ液=1.5×103kg/m3。
(3)液體的質(zhì)量:m液=ρ液V液=1.5×103kg/m3×100×30×10﹣6m3=4.5kg,
液體的重力:G液=m液g=4.5kg×10N/kg=45N,
圓桶的重力:G桶=m桶g=0.5kg×10N/kg=5N,
則總重力:G總=G液+G桶+G柱=45N+5N+18N=68N,
圓桶放在水平桌面上,圓桶對(duì)桌面的壓力:F=G總﹣F拉=68N﹣12N=56N,
此時(shí)圓桶對(duì)桌面的壓強(qiáng):p=FS=56N10-2m2=5600Pa。
答:(1)圓柱體完全浸沒時(shí)受到液體的浮力6N;(2)桶內(nèi)液體密度是1.5×103kg/m3;
(3)當(dāng)圓柱體完全浸沒時(shí),圓桶對(duì)桌面的壓強(qiáng)5600Pa。
46.水平桌面上放有一圓柱形溢水杯,它的重為3N、底面積為300cm2、溢水口距杯底20cm,內(nèi)裝水的深度為18cm。將一體積為1000cm3、密度為0.9g/cm3的正方體木塊緩慢放入水中,不計(jì)溢水杯厚度。求:
(1)木塊的質(zhì)量m木;
(2)木塊放入前,水對(duì)溢水杯底的壓力F;
(3)木塊放入水中靜止后,溢水杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)p。
【答案】(1)木塊的質(zhì)量m木為0.9kg;(2)木塊放入前,水對(duì)溢水杯底的壓力F為54N;
(3)木塊放入水中靜止后,溢水杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)p為2100Pa。
【解析】(1)根據(jù)ρ=mV算出木塊的質(zhì)量;
(2)根據(jù)p=ρgh求出水對(duì)杯底的壓強(qiáng),根據(jù)p=FS算出水對(duì)溢水杯底的壓力F;
(3)根據(jù)G=mg算出木塊的重力,根據(jù)木塊的密度與水的密度的比較判斷出木塊放入水中處于漂浮狀態(tài),浮力等于重力,根據(jù)阿基米德原理算出排開水的體積,由V=Sh算出水面上升的高度,并與20cm﹣18cm=2cm比較,從而判斷出木塊放入水中后有水溢出;
根據(jù)阿基米德原理和漂浮的條件知放入木塊后,溢水杯內(nèi)水的質(zhì)量加上木塊的質(zhì)量等于溢水杯裝滿水時(shí)的總質(zhì)量;
求出杯子裝上水后的總質(zhì)量,根據(jù)G=mg即可求出其重力,在水平面上,物體的重力和壓力在數(shù)值上大小相等。此時(shí)重力即為杯子對(duì)桌面的壓力。又知道杯子外部底面積(受力面積),即可求出溢水杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)p。
解:(1)根據(jù)ρ=mV知,
木塊的質(zhì)量為:m木=ρ木V木=0.9g/cm3×1000cm3=900g=0.9kg;
(2)杯底受到水的壓強(qiáng):p水=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.18m=1.8×103Pa,
根據(jù)p=FS知,
水對(duì)溢水杯底的壓力為:F=pS=1.8×103Pa×300×10﹣4m2=54N;
(3)木塊的重力為:G=mg=0.9kg×10N/kg=9N;
因?yàn)槟緣K的密度小于水的密度,
所以木塊放入水中處于漂浮狀態(tài),浮力等于重力,即F?。紾=9N,
排開水的體積為:V排=F浮ρ水g=9N1.0×103kg/m3×10N/kg=9×10﹣4m3;
水面上升的高度為:△h=V排S=9×10-4m3300×10-4m2=0.03m=3cm>20cm﹣18cm=2cm,
所以木塊放入水中后有水溢出;
根據(jù)阿基米德原理和漂浮的條件知,F(xiàn)?。紾=G排,
所以放入木塊后,溢水杯內(nèi)水的質(zhì)量加上木塊的質(zhì)量等于溢水杯裝滿水時(shí)的總質(zhì)量;
溢水杯裝滿水時(shí)的總體積:
V水=Sh=300cm2×20cm=6000cm3=6×10﹣3m3,
由ρ=mV可得,
溢水杯內(nèi)裝滿水的質(zhì)量:m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×6×10﹣3m3=6kg,
溢水杯內(nèi)水的重力為:G水=m水g=6kg×10N/kg=60N,
溢水杯裝上水后的總重力為:G總=G水+G容器=60N+3N=63N;
溢水杯對(duì)桌面的壓力:F=G總=63N,
溢水杯對(duì)桌面的壓強(qiáng):p′=FS=63N300×10-4m2=2100Pa。
答:(1)木塊的質(zhì)量m木為0.9kg;(2)木塊放入前,水對(duì)溢水杯底的壓力F為54N;
(3)木塊放入水中靜止后,溢水杯對(duì)桌面的壓強(qiáng)p為2100Pa。
47.如圖所示,臺(tái)秤上放置一個(gè)裝有適量水的燒杯,已知燒杯和水的總質(zhì)量為800g,杯的底面積為100cm2,現(xiàn)將一個(gè)質(zhì)量為600g,體積為400cm3的實(shí)心物體A用細(xì)線吊著,然后將其一半浸入燒杯的水中(燒杯厚度不計(jì),水未溢出)。求:
(1)物體A所受到的浮力;
(2)物體A一半浸入水中后,水對(duì)燒杯底部壓強(qiáng)增大了多少;
(3)剪斷繩子,當(dāng)物體A再次靜止時(shí),臺(tái)秤示數(shù)變化了多少kg。
【答案】(1)物體A所受到的浮力為2N;(2)物體A一半浸入水中后,水對(duì)燒杯底部壓強(qiáng)增大了200Pa;(3)剪斷繩子,當(dāng)物體A再次靜止時(shí),臺(tái)秤示數(shù)變化了0.4kg。
【解析】(1)知道物體的體積,浸沒水中排開水的體積,利用阿基米德原理求受到的浮力;
(2)利用G=mg求出A的重力,細(xì)線拉力等于重力減去浮力;根據(jù)力的作用是相互的,燒杯底受到增大壓力等于A受到的浮力,由p=FS計(jì)算水對(duì)燒杯底部增大的壓強(qiáng);
(3)根據(jù)力的平衡的條件可知,原來(lái)托盤臺(tái)秤的示數(shù)等于燒杯和水的重力、物體A對(duì)水向下的作用力之和。
當(dāng)把細(xì)線剪斷后,不管物體是漂浮或沉底,托盤臺(tái)秤的壓力都等于燒杯和水的重力、物體A重力之和,然后可求臺(tái)秤示數(shù);
解:(1)物體A的一半浸入水中時(shí)受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×12×400×10﹣6m3=2N;
(2)物體A一半浸入水中后,由力的作用是相互的,水對(duì)A有向上的浮力,則物體A對(duì)水有向下壓力,
所以水對(duì)燒杯底部增大的壓力:△F=F?。?N,
則水對(duì)燒杯底部增大的壓強(qiáng):△p=△FS=2N1×10-2m2=200Pa;
(3)物體的重力:GA=mAg=0.6kg×10N/kg=6N,
燒杯和水的總重力:G總=m總g=0.8kg×10N/kg=8N,
根據(jù)力的作用的相互性可知,剪斷細(xì)線之前,物體A對(duì)水向下的作用力F壓=F?。?N,
根據(jù)力的平衡的條件可知,托盤臺(tái)秤受到的壓力等于燒杯與水的總重力、物體A對(duì)水向下的作用力之和,即F=G總+F壓=8N+2N=10N。
當(dāng)把細(xì)線剪斷后,水未溢出,不管物體是漂浮或沉底,托盤臺(tái)秤受到的壓力等于燒杯與水的總重力、物體A重力之和,即F′=G總+GA=8N+6N=14N。
所以,剪斷繩子,當(dāng)物體A再次靜止時(shí),臺(tái)秤示數(shù)受到的壓力變化量△F′=F′﹣F=14N﹣10N=4N,
則臺(tái)秤示數(shù)的變化量:△m=△F'g=4N10N/kg=0.4kg。
答:(1)物體A所受到的浮力為2N;(2)物體A一半浸入水中后,水對(duì)燒杯底部壓強(qiáng)增大了200Pa;(3)剪斷繩子,當(dāng)物體A再次靜止時(shí),臺(tái)秤示數(shù)變化了0.4kg。
48.某型號(hào)一次性聲吶,其內(nèi)部有兩個(gè)相同的空腔,每個(gè)空腔的容積為2×10﹣3m3,每個(gè)空腔的側(cè)上方都用輕薄易腐蝕材料制成的密封蓋密封,密封蓋在海水中浸泡24小時(shí)后,將被海水完全腐蝕。
某次公海軍事演習(xí),反潛飛機(jī)向海中投入該聲吶,聲吶在海中靜止后露出整個(gè)體積的14,聲吶處于探測(cè)狀態(tài),如圖甲所示,24小時(shí)后,聲吶沒入海中處于懸浮狀態(tài),聲吶停止工作,如圖乙所示,再經(jīng)過(guò)24小時(shí)后,聲吶沉入海底,如圖丙所示。已知ρ海水=1.1×103kg/m3,g取10N/kg。問:
(1)每個(gè)空腔能容納海水的重量有多大?
(2)聲吶整個(gè)體積有多大?
(3)圖甲中,聲吶有多重?
(4)圖丙中,海底對(duì)聲吶的支持力有多大?
【答案】(1)每個(gè)空腔能容納海水的重量有22N;(2)聲吶整個(gè)體積為8×10﹣3m3;
(3)圖甲中,聲吶的重力為66N;(4)圖丙中,海底對(duì)聲吶的支持力為22N。
【解析】(1)知道空腔的容積,由G=mg=ρVg求所容納的海水的重力;
(2)在把聲吶當(dāng)作一個(gè)整體,這個(gè)整體包括兩個(gè)空腔和其余部分,沒有海水進(jìn)入時(shí),這個(gè)整體包含兩個(gè)空腔;海水進(jìn)入后,這個(gè)整體包括進(jìn)入空腔的海水,圖甲中,聲吶漂浮,所受的浮力與重力相等,根據(jù)圖乙所示,聲吶在海水中懸浮,此時(shí)下方的密封蓋被海水腐蝕,所受的浮力等于聲吶自身重力和第一個(gè)空腔內(nèi)的海水重力之和,據(jù)此解題;
(3)圖甲中,聲吶漂浮且有14體積露出水面,由F?。紾求解;
(4)圖丙中,計(jì)算此時(shí)聲吶的總重力,由F支=G﹣F浮求解。
解:(1)由題知,每個(gè)空腔的容積為V=2×10﹣3m3,
每個(gè)空腔能容納海水的重量:
G海水=m海水g=ρ海水V腔g=1.1×103kg/m3×2×10﹣3m3×10N/kg=22N;
(2)設(shè)聲吶的整個(gè)體積為V,聲吶的重力為G聲,
圖甲中,聲吶漂?。ㄏ路降拿芊馍w浸在海水中),且聲吶在海中靜止后露出整個(gè)體積的14,
則:G聲=F?。溅押K甮(1-14)V=34ρ海水gV﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①,
圖乙中,24小時(shí)后,下方的密封口被腐蝕,下方空腔充滿海水,聲吶懸浮,把聲吶和進(jìn)入的海水作為一個(gè)整體(即此時(shí)下方空腔內(nèi)的海水作為聲吶的一部分);
則由懸浮條件可得:F浮1=G總1=G聲+G海水=34ρ海水gV+22N﹣﹣﹣﹣﹣②,
而此時(shí)聲吶浸沒在海水中,所以F浮1=ρ海水gV﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③,
可得:ρ海水gV=34ρ海水gV+22N,
解得:V=8×10﹣3m3;
(3)圖甲中,聲吶漂浮且有14體積露出水面,
G聲=F?。溅押K甮(1-14)V=34×1.1×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣3m3=66N;
(4)圖丙中,聲吶上方的密封蓋也浸沒在海水中,再經(jīng)過(guò)24小時(shí),密封蓋也被腐蝕,把聲吶和進(jìn)入的海水作為一個(gè)整體(即此時(shí)兩個(gè)空腔內(nèi)的海水作為聲吶的一部分);
則可知聲吶的總重力:
G總2=G聲+2×G海水=66N+2×22N=110N,
聲吶受到的浮力:F浮1=ρ海水gV=1.1×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣3m3=88N,
海底對(duì)聲吶的支持力:F支=G總2﹣F浮1=110N﹣88N=22N。
答:(1)每個(gè)空腔能容納海水的重量有22N;(2)聲吶整個(gè)體積為8×10﹣3m3;
(3)圖甲中,聲吶的重力為66N;(4)圖丙中,海底對(duì)聲吶的支持力為22N。
49.如圖甲所示,柱形薄壁容器的底面積為500cm2,內(nèi)裝深度大于10cm的某種液體。物體C是一個(gè)體積為1000cm3的均勻正方體,質(zhì)量為600g,在液體中靜止時(shí),有25體積露出液面。另有A、B兩個(gè)實(shí)心長(zhǎng)方體,其中A的重力為2N;B的重力為5.4N,體積為200cm3,底面積為50cm2。(g=10N/kg)求:
(1)物體C受到的重力是多少?
(2)液體的密度是多少?
(3)把A單獨(dú)放在物體C上表面中心位置,物體C靜止時(shí)如圖乙所示。放置物體A前后,容器底受到液體壓強(qiáng)的變化量是多少?(此過(guò)程中液體沒有溢出)
(4)把B單獨(dú)放在物體C上表面中心位置,當(dāng)物體C靜止時(shí),物體B對(duì)物體C的壓強(qiáng)是多少?
【答案】(1)物體C受到的重力是6N。(2)液體的密度是1.0×103kg/m3。
(3)容器底受到液體壓強(qiáng)的變化量40Pa。
(4)把B單獨(dú)放在物體C上表面中心位置,當(dāng)物體C靜止時(shí),物體B對(duì)物體C的壓強(qiáng)是800Pa。
【解析】(1)知道物體C的質(zhì)量,根據(jù)G=mg求出物體的重力。
(2)物體C漂浮在液面上,物體受到的重力等于物體受到的浮力,浮力等于物體排開液體的重力,列出等式求出液體的密度。
(3)根據(jù)增加的重力等于增加的浮力,然后根據(jù)阿基米德原理求出增加的排開液體的體積,知道容器的底面積,求出液面變化,在根據(jù)液體壓強(qiáng)公式求出壓強(qiáng)變化量。
(4)分析當(dāng)B疊加在C上,整體浸沒在液體中,整體受到的浮力大于受到的重力,整體漂浮在液體中,根據(jù)漂浮條件求出浮力大小,求出排開液體的體積,求出B排開液體的體積,求出B受到的浮力,求出B對(duì)C的壓力,根據(jù)壓強(qiáng)公式求出B對(duì)C的壓強(qiáng)。
解:(1)物體C受到的重力:GC=mCg=0.6kg×10N/kg=6N。
(2)物體C漂浮在液面上,物體受到的重力等于物體受到的浮力,浮力等于物體排開液體的重力,
所以物體C的重力等于排開液體的重力,
即GC=G排=ρ液gV排,
6N=ρ液×10N/kg×(1-25)×1000×10﹣6m3,
解得,液體密度為:ρ液=1.0×103kg/m3。
(3)當(dāng)把A放在C上,由圖可知整體處于漂浮,增加的重力等于增加的浮力,即△F?。紾A,
所以,ρ液g△V排=GA,
1.0×103kg/m3×10N/kg×△V排=2N,
解得,△V排=2×10﹣4m3,
液面變化量為:△h=△V排S=2×10-4m3500×10-4m2=1250m,
壓強(qiáng)變化量為:△p=ρ液g△h=1.0×103kg/m3×10N/kg×1250m=40Pa。
(4)B疊加在C上,整體浸沒在液體中,整體受到的浮力為:
F(B+C)?。溅岩篻V(B+C)排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(1000+200)×10﹣6m3=12N,
GB+C=GC+GB=6N+5.4N=11.4N,
整體受到的浮力大于重力,所以整體漂浮在液體表面上,
根據(jù)漂浮條件得,整體漂浮時(shí)受到的浮力為:F'(B+C)?。紾B+C=11.4N,
根據(jù)阿基米德原理得,整體漂浮時(shí)排開液體的體積為:
V'(B+C)排=F'(B+C)浮ρ液g=11.4N1.0×103kg/m3×10N/kg=1.14×10﹣3m3,
所以B排開液體的體積為:VB排=V'(B+C)排﹣VC=1.14×10﹣3m3﹣1000×10﹣6m3=1.4×10﹣4m3,
B受到液體的浮力為:FB浮=ρ液gVB排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.4×10﹣4m3=1.4N,
所以B對(duì)C的壓力為:F=GB﹣FB?。?.4N﹣1.4N=4N,
把B單獨(dú)放在物體C上表面中心位置,物體B的底面積小于物體C的底面積,
所以受力面積為SB=50cm2=50×10﹣4m2,
物體B對(duì)物體C的壓強(qiáng)是:p=FSB=4N50×10-4m2=800Pa。
答:(1)物體C受到的重力是6N。(2)液體的密度是1.0×103kg/m3。
(3)容器底受到液體壓強(qiáng)的變化量40Pa。
(4)把B單獨(dú)放在物體C上表面中心位置,當(dāng)物體C靜止時(shí),物體B對(duì)物體C的壓強(qiáng)是800Pa。
50.如圖所示,水平放置的平底柱形容器A內(nèi)裝有一些水,不吸水的正方體物塊B的邊長(zhǎng)為10cm,用細(xì)線(重力和體積忽略不計(jì))拉住物塊B,細(xì)線的另一端固定在容器底部,靜止后物塊B浸入水中的體積為6×10﹣4m3,此時(shí)細(xì)線被拉直,長(zhǎng)為6cm,物塊B所受拉力為1N。求:(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
(1)物塊B受到的浮力;
(2)物塊B受到的重力;
(3)水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)。
【答案】(1)物塊B受到的浮力為6N;(2)物塊B受到的重力為5N;
(3)水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為1200Pa。
【解析】(1)根據(jù)阿基米德原理求出浮力的大?。?br />
(2)物塊受到豎直向上的浮力、豎直向下的重力、向下的拉力,且F?。紾+F拉,據(jù)此可求出物塊所受的重力;
(3)根據(jù)物塊浸入水中的體積求出物塊浸入水中的深度;然后求出水的深度,根據(jù)p=ρgh求出水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)。
解:(1)物塊B受到的浮力:F?。溅阉甮V排=1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣4m3=6N;
(2)物塊受豎直向上的浮力、豎直向下的重力和向下的拉力,
根據(jù)力的平衡條件可得,物塊所受的重力為:G=F浮﹣F拉=6N﹣1N=5N;
(3)物塊浸入水中的深度為:h浸=V排S=6×10-4m30.1m×0.1m=0.06m;
則水的深度為:h'=h浸+L線=0.06m+0.06m=0.12m;
水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為:p=ρ水gh'=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.12m=1200Pa。
答:(1)物塊B受到的浮力為6N;(2)物塊B受到的重力為5N;
(3)水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)為1200Pa。
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