所示,另有质量为0.8kg,体积为1×10m的实心正方体A,如图(b)所示(g取10N/kg).以下说法正确的是( )
﹣33
A.将正方体放入水中静止后正方体受到的浮力是10N
B.将正方体放入水中静止后,水对容器底部的压强增加了400Pa C.将正方体放入水中静止后,正方体下表面受到水的压强为400Pa D.将正方体放入水中后,将有一部分水溢出
【分析】(1)知道A的质量和体积,利用密度公式求A的密度,然后与水的密度比较,判断其在水中的浮沉状态,利用物体漂浮,浮力等于重力,求出浮力大小; (2)利用F浮=ρ
水
gV排求出正方体排开水的体积,然后除以容器的底面积,即为上升的高度,再利用p=ρ
水
gh求出
水对容器底部的压强的变化量;
(3)(1)已求出浮力,即对正方体下表面的压力,求出正方体的面积,即受力面积,利用p=计算正方体下表面受到水的压强;
(4)容器内原有水的高度与将正方体放入水中后水面升高的高度之和如果等于或小于容器高度,则水不会溢出,如果大于容器高度,则水会溢出。 【解答】解: A、正方体A的密度: ρA=
=
=0.8×10kg/m<ρ水,
3
3
所以,A在水中最后会漂浮,
则A受到的浮力F=G=mg=0.8kg×10N/kg=8N.故A错误; B、由F浮=ρV排=
水
gV排可得,正方体排开水的体积:
=8×10m,
﹣43
=
则△h=△p=ρ
=
3
=4×10m,
3
﹣2
﹣2
水
g△h=1.0×10kg/m×10N/kg×4×10m=400Pa.故B正确;
C、正方体下表面受到水的压强: p下=
=
=800Pa.故C错误;
﹣2
D、将正方体放入水中后,水面上升的高度△h=4×10m, 容器内原有水h=0.08m,
△h+h=4×10m+0.08m=0.12m,
所以,将正方体放入水中后,水不会溢出。故D错误。 故选:B。
9.小明同学在学习“浮力”知识时,利用烧杯、细线、乒乓球等器材做了如下实验:在一烧杯底部系上一乒乓球,接着向烧杯中倒入水,然后再将烧杯斜放到木块上,实验现象如图所示。
由(a)与(b)比较可得: 浸在液体中的乒乓球受到液体对它向上的浮力的作用 ; 由(b)与(c)比较可得: 浮力的方向是竖直向上的 。
﹣2
【分析】(1)力可以改变物体的形状,根据细线的长度变化,可知细线受到了竖直向上的拉力作用; (2)观察图(b)与(c)中乒乓球的受力情况,分析出浮力的方向;
【解答】解:(1)(a)图中,细线弯曲着,(b)图中加入水后,乒乓球浮在水面上,细线伸直了,说明了浸在液体中的乒乓球受到液体对它向上的浮力的作用;
(2)图(b)中细线受力的方向是竖直向上的,图(c)中,烧杯虽然倾斜了,但是细线受力的方向仍然是竖直向上的,所以两图说明浮力的方向是竖直向上的;
故答案为:浸在液体中的乒乓球受到液体对它向上的浮力的作用;浮力的方向是竖直向上的。
10.将一底面积为0.01m的长方体木块用细线栓在个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水直到木块上表面与液面相平,如图甲所示,在此整个过程中,木块底部受到水的压强随容器中水的深度的变化如图乙所示,则木块所受到的最大浮力为 15 N,木块重力为 9 N,细线对木块的最大拉力为 6 N.(g取10Nkg)
2
【分析】(1)根据图象可知木块全部淹没时受到的浮力最大,则根据刚刚漂浮和细线刚好张紧到水直到木块上表面与液面相平时水面升高的高度,求出木块的高度,根据V=Sh求出木块的体积,由于木块刚浸没,则利用F浮=ρ
排
水
gV
求出受到的浮力;
(2)根据图象读出木块刚好漂浮时木块底部受到水的压强,利用G=F向上=pS即可求出木块重力;
(3)木块受到的最大浮力与重力之差,即可细线对木块的最大拉力。 【解答】解:
(1)根据图象可知,木块刚刚漂浮时,木块浸入水中的深度为L1=9cm;由于从9cm到16cm,木块一直处于漂浮,浸入水中的深度不变;当水面的高度为16cm时细线刚好张紧,线的拉力为零;直到木块上表面与液面相平,此时水面的高度为22cm;
所以木块的高度:L=9cm+(22cm﹣16cm)=15cm=0.15m; 则木块的体积:V木=S木L=0.01m×0.15m=1.5×10m, 木块全部淹没时受到的浮力最大为: F浮=ρ
水
2
﹣33
gV排=ρ
水
gV木=1×10kg/m×10N/kg×1.5×10m=15N。
33﹣33
(2)由图象可知,木块刚刚漂浮时木块底部受到水的压强为900Pa, 则木块的重力与水向上的压力(浮力)平衡, 所以,木块重力:G=F向上=p向上S=900Pa×0.01m=9N; (3)直到木块上表面与液面相平时,木块受到的浮力最大, 由力的平衡条件可得,细线对木块的最大拉力为: F拉=F浮﹣G=15N﹣9N=6N。 故答案为:15;9;6。
11.某同学设计了如图所示的装置测量盐水的密度,已知木块的重力为2.4N,体积为400cm,当木块静止时弹簧测力计的示数为2.0N,g=10N/kg,盐水密度是 1.1×10 kg/m;若剪断细绳,木块最终静止时所受浮力是 2.4 N(一切摩擦与阻力均忽略不计)。
3
3
3
2
【分析】(1)木块刚好浸没时受到竖直向上的浮力F浮、拉力F和重力G的作用,处于静止状态,木块受到的浮力等于重力加上拉力;木块排开盐水的体积等于木块的体积,利用F浮=ρ
液
gV排求盐水的密度;
(2)利用G=mg求木块的质量,利用密度公式求木块的密度,和盐水的密度比较,得出木块将上浮,最终静止在液面上,受到的浮力等于木块重力。 【解答】解:
(1)木块刚好浸没时受到竖直向上的浮力F浮、竖直向下的拉力F和竖直向下的重力G, 木块受到的浮力为:F浮=F+G=2.0N+2.4N=4.4N;
因为F浮=ρ
液
gV排,V排=V物=400cm=400×10m,
=
=
=1.1×10kg/m;
3
3
3﹣63
所以盐水的密度:ρ(2)因为G=mg,
盐水
所以木块的质量为m===0.24kg,
3
3
木块的密度为ρ===0.6×10kg/m,
因为ρ<ρ
盐水
,
所以木块将上浮,最终静止在液面上,此时木块受到的浮力为F浮′=G=2.4N。 故答案为:1.1×10;2.4。
12.如图所示,台秤上放置一个装有适量水的烧杯,已知烧杯和水的总重为2牛,将一重力为1.2牛、体积为2×10米的长方体实心物块A用细线吊着,将其一半浸入水中,则A受到的浮力为 1 牛。当把细线剪断后,静止时A漂浮在水中且水未溢出,则A受到的浮力为 1.2 牛,台秤的示数为 3.2 牛。
﹣4
3
3
【分析】(1)对物体A进行受力分析,求出物体A一半浸入烧杯的水中受到的浮力;
(2)根据ρ=计算A的密度,判断当把细线剪断后,物体A在水中的状态,然后可求物体A受到的浮力; 根据力的平衡的条件可知,托盘台秤的示数等于烧杯和水的重力、物体A对水向下的作用力之和。 【解答】解:(1)根据F浮=ρF浮=ρ
3
3
水
液
gV排,物体A的一半浸入水中时受到的浮力:
﹣43
gV排=1.0×10kg/m×10N/kg××2×10m=1N;
(2)物体A的质量: m==
=0.12kg,
物体A的密度: ρ==
=0.6×10kg/m<ρ水,
3
3
所以,当把细线剪断后,物体A在水中漂浮, 则F浮′=G=1.2N;
根据力的作用的相互性可知,物体A对水向下的作用力F压=F浮′=1.2N,
根据力的平衡的条件可知,托盘台秤的示数等于烧杯和水的重力、物体A对水向下的作用力之和,即F=G=2N+1.2N=3.2N。 故答案为:1;1.2;3.2。
总
+F
压
13.有一个用超薄超硬度材料制成的圆柱形容器,下端封闭上端开口,底面积S=250cm,高度h=10cm,如图甲所示;另有一个重力为12N的实心匀质圆柱体物块,它的底面积S1=150cm,高度与容器高度相同,如图乙所示。现将圆柱体物块竖直放置容器内,再向容器内缓缓注入质量为600g的水,圆柱体物块不会倾斜,最后均处于静止状态,g取10N/kg。求:
(1)圆柱体物块受到的浮力; (2)水对容器底部的压强。
2
2
【分析】(1)首先利用G=mg、V=Sh和ρ=计算物体的密度,与水的密度比较,判断若加入的水足够多物块的浮沉状态,同时利用物体漂浮条件和阿基米德原理计算物体恰好漂浮时所加水的体积,进而得出物体静止时只能沉底且直立静止在容器底部;再利用密度公式求出水的体积,除以容器与物块的底面积之差,再乘以物块的底面积,得出物块排开水的体积,然后利用浮力公式计算圆柱体物块受到的浮力; (2)已知水的深度,利用液体压强公式计算水对容器底部的压强。 【解答】解:(1)物体的密度:
ρ====0.8×10kg/m<ρ水,
33
所以,若加入的水足够多,物体静止时会漂浮在水面上; 假若物体恰好漂浮,则其受到的浮力等于重力,即F浮=G=12N, 则根据F浮=ρV排=
=
水
gV排可得,排开水的体积应为:
=1.2×10m=1200cm,
﹣33
3
此时水的深度应为:h0 ===8cm,
2
2
3
此时应加水的体积:V水=(S﹣S1)h0 =(250cm﹣150cm)×8cm=800cm, 由题知,向容器中加水的质量为600g,根据ρ=可得,实际加水的体积:
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