面积很大的水池.水面上浮着一边长为a、质量为m的正方体均匀木块,开始时木块静止.如图甲.现用力F将木块匀速下压,运动时,F随木块底面深度H变化如图乙,则下列正确的是( )
分析:
①知道立方体木块的边长求出木块的体积;知道木块漂浮,木块受到的浮力等于木块重,利用阿基米德原理木块受到的浮力等于排开水的重,得出F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水g$\frac {3}{4}$V_木=G_木=ρ_木gV_木,据此得出木块密度与水的密度关系;
②根据木块质量和密度求出边长,利用阿基米德原理求木块全部没入水后中受到的浮力,当木块全部没入水后中匀速下沉过程中,木块受到的浮力等于木块重加上手对木块的压力,据此求出手对木块的压力;
③木块开始下沉到恰好浸没的过程中,由图可知物体重心下降$\frac {1}{4}$a,根据W=Gh求重力所做的功;
④知道木块开始下沉到恰好浸没的过程中,F匀速下压,力匀速增大,最大为F_max=$\frac {1}{3}$mg,利用W=$\frac {1}{2}$FS求F做的功.
解答:
解:A、木块的体积:V_木=a_,
由图可知:木块漂浮,F_浮=G_木,
∵木块底面深度H为$\frac {3}{4}$a时,压力为0,则浸没在水中的体积为a×a×$\frac {3}{4}$a=$\frac {3}{4}$a_,
∴根据阿基米德原理得:F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水g$\frac {3}{4}$a_,
则:ρ_水gV_排=ρ_木gV_木,
ρ_水g$\frac {3}{4}$a_=ρ_木ga_,
∴ρ_木=$\frac {3}{4}$ρ_水,故A错误;
B、有ρ=$\frac {m}{V}$=$\frac {m}{a}$得:a=$\sqrt {}$=$\sqrt {}$=$\sqrt {}$,
∵木块漂浮,
∴F_浮=G_木=mg,
木块完全浸没后的浮力:
F_浮′=ρ_水gV_排′=ρ_水gV_木=ρ_水ga_=ρ_水g×($\sqrt {}$)_=$\frac {4}{3}$mg,
∵木块完全浸没时:F_浮′=F_压+G_木,
∴手对木块的压力(最大压力):F_压=F_浮′-G_木=$\frac {4}{3}$mg-mg=$\frac {1}{3}$mg,故B错误;
C、木块开始下沉到恰好浸没的过程中,由图可知物体重心下降$\frac {1}{4}$a,重力所做的功W=G_木h=mg×$\frac {1}{4}$a=$\frac {1}{4}$mga,故C正确;
D、木块开始下沉到恰好浸没的过程中,F匀速下压,则F匀速增大,到浸没时F最大为F_max=$\frac {1}{3}$mg,
所以F对木块做功是W′=$\frac {1}{2}$×$\frac {1}{3}$mg×$\frac {1}{4}$a=$\frac {1}{24}$mga,故D错误.
故选C.
点评:
本题考查了重力的计算公式、密度的计算公式、阿基米德原理、物体的浮沉条件及其应用以及液体压强公式的计算,本题中要把握漂浮时,物体受到的浮力等于重力,以及V_排的变化会引起h的变化.
一平底薄壁容器内装有3N的水,放在水平桌面上,容器与桌面的接触面积为20cm_,容器内水面高度10cm,则水对容器底的压力是N.一个重为10牛的实心金属块,挂在弹簧秤下并浸入水中,当金属块体积的$\frac {1}{3}$浸入水中静止时,弹簧秤的示数为8牛,当把金属块全部浸入水中(未碰到杯底)时,弹簧秤的示数是N.(g取10N/kg)
分析:
(1)根据p=ρgh求出水对容器底的压强,根据p=$\frac {F}{S}$求出水对容器底的压力;
(2)当金属块体积的$\frac {1}{3}$浸入水中静止时V_排=$\frac {1}{3}$V,根据F_浮=G-F_拉求出此时受的浮力;全部浸入水中时,V_排=V,根据F_浮=ρgV_排求出浮力,根据F_浮=G-F_拉求出此时弹簧测力计的拉力.
解答:
解:(1)水对容器底的压强:
p=ρgh=1×10_kg/m_×10N/kg×0.1m=1000Pa,
∵p=$\frac {F}{S}$
∴水对容器底的压力:
F=pS=1000Pa×0.002m_=2N;
(2)当金属块体积的$\frac {1}{3}$浸入水中静止时受的浮力:
F_浮=G-F_拉=10N-8N=2N,
此时F_浮=ρgV_排=ρg$\frac {1}{3}$V,
所以ρgV=3F_浮=3×2N=6N,
当把金属块全部浸入水中(未碰到杯底)时,金属块受的浮力:
F_浮′=ρgV_排=ρgV=6N,
弹簧秤的示数:F_拉′=G-F_浮′=10N-6N=4N.
故答案为:2;4.
点评:
此题主要考查的是学生对液体压强、压力的计算、物体受浮力计算的理解和掌握,弄明白物体排开水的体积是解决此题的关键.
如图所示,当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的1/3时,弹簧测力计的示数为5.0N;当物体浸在水中的体积为物体体积的1/2时,弹簧测力计的示数为3.5N.从弹簧测力计上取下物体将其缓慢的放入水中(容器足够大,水足够多),则物体静止时受到的浮力为( )
分析:
(1)先利用称重法求浸在水中的体积为物体体积的$\frac {1}{3}$时和物体浸入一半时受到的浮力,从而得出物体的体积和重力;
(2)利用F_浮=ρgV_排求出此时物体受到的浮力,和重力比较,确定物体存在的状态,利用物体的浮沉条件求此时物体受到的浮力.
解答:
解:(1)由“当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的$\frac {1}{3}$时,弹簧测力计的示数为5.0N;”可得:
F_浮1=G-F_拉1,
即ρ_水g$\frac {1}{3}$V=G-5.0N…①;
由“当吊在弹簧测力计下的物体浸在水中的体积为物体体积的$\frac {1}{2}$时,弹簧测力计的示数为3.5N;”可得:
ρ_水g$\frac {1}{2}$V=G-3.5N…②
由①-②,解得V=$\frac {9}{ρ_水g}$.
(2)当从弹簧测力计上取下物体将其缓慢的放入水中,假设其全部浸没,那么它受到的浮力:
F_浮=ρgV_排=1.0×10_kg/m_×g×V=1.0×10_kg/m_×g×$\frac {9}{ρ_水g}$=9N,
将V=$\frac {9}{ρ_水g}$代入ρ_水g$\frac {1}{3}$V=G-5.0N…①;
解得G=8N,
∵F_浮>G,
∴取下物体将其缓慢的放入水中,物体漂浮,
∴物体静止时受到的浮力为8.0N.
故选C.
点评:
本题考查了密度的计算、重力的计算、浮力的计算(漂浮条件、阿基米德原理),涉及到用称重法测量物体受到的浮力,知识点多,属于难题.
一同学在岸上最多只能搬得起质量是30kg的鹅卵石.如果鹅卵石的密度是2.5×10_kg/m_,则该同学在水中最多能搬得起质量是kg的鹅卵石(石头不露出水面).这时石头受到的浮力是N(ρ_水=1.0×10_kg/m_,取g=10N/kg).
分析:
(1)由同学在岸上最多能搬得起的鹅卵石质量,可求他能施加的最大力;
该同学在水中搬鹅卵石时,在水中最多能搬得起鹅卵石的最大重力等于受到的浮力加上人施加的力,
设该鹅卵石的体积为V,可得关系式ρ_石Vg=ρ_水Vg+F_大,据此求出鹅卵石的体积,再利用密度公式求在水中最多能搬得起鹅卵石的最大质量;
(2)求出了鹅卵石的体积(浸没排开水的体积),利用阿基米德原理求石头受到的浮力.
解答:
解:
(1)该同学能施加的最大力:
F_大=G_石=m_石g=30kg×10N/kg=300N;
该同学在水中搬鹅卵石时,在水中最多能搬得起鹅卵石的最大重力:
G_大=F_浮+F_大,
设该鹅卵石的体积为V,则ρ_石Vg=ρ_水Vg+F_大,
即:2.5×10_kg/m_×V×10N/kg=1×10_kg/m_×V×10N/kg+300N,
解得:
V=2×10_m_,
在水中最多能搬得起鹅卵石的最大质量:
m=ρ_石V=2.5×10_kg/m_×2×10_m_=50kg;
(2)这时石头受到的浮力:
F_浮=ρ_水V_排g=1×10_kg/m_×2×10_m_×10N/kg=200N.
故答案为:50;200.
点评:
本题考查了学生对重力公式、密度公式、阿基米德原理的掌握和运用,对水中的鹅卵石受力分析得出相应的关系式求鹅卵石的体积是本题的关键.
如图所示,重为525N的人躺在死海的水面上悠闲地阅读,她受到海水的浮力是N,浸入海水中的体积是m_.(g取10N/kg,ρ_海水=1.05×10_kg/m_)
分析:
知道人漂浮在水面上,利用漂浮条件求人受到的浮力;再根据阿基米德原理求排开水的体积.
解答:
解:∵人漂浮在水面上,
∴F_浮=G=525N,
∵F_浮=ρ_水v_排g,
∴排开水的体积:
v_排=$\frac {F_浮}{ρ_水g}$=$\frac {525N}{1.05×10_kg/m_×10N/kg}$=0.05m_.
故答案为:525,0.05.
点评:
本题考查了学生对漂浮条件、阿基米德原理的了解与掌握,利用好阿基米德原理“F_浮⇔V_排”是本题的关键.
用弹簧测力计竖直挂一铁球,当铁球露出水面$\frac {2}{3}$体积时,弹簧测力计示数为4N;当铁球浸入水中$\frac {1}{2}$体积时,弹簧测力计示数为1N,取下该铁球放入水中,铁球静止时受到的浮力是( )
分析:
根据G=F_浮+F_拉列出公式,解出物体的体积,再求出物体重力,和物体全部浸没时受的浮力进行比较得出物体在水中的状态,再求出浮力.
解答:
解:当铁球露出水面$\frac {2}{3}$体积时,则V_排1=$\frac {1}{3}$V,
根据物体受力平衡和阿基米德原理可知:G=F_浮1+F_拉1=ρ_水g$\frac {1}{3}$V+4N----------①
当铁球浸入水中$\frac {1}{2}$体积时,则V_排2=$\frac {1}{2}$V,
根据物体受力平衡和阿基米德原理可知:G=F_浮2+F_拉2=ρ_水g$\frac {1}{2}$V+1N---------②
由①②得:ρ_水g$\frac {1}{6}$V=3N,所以ρ_水gV=18N,即物体全部浸没在水中时受的浮力为18N;
所以物体重力:
G=F_浮1+F_拉1=ρ_水g$\frac {1}{3}$V+4N=$\frac {1}{3}$×18N+4N=10N,
当取下该物体将它放入足量的水中,因为物体全部浸没受的浮力大于其重力,铁球应该是空心的,所以物体在水中静止时,处于漂浮状态,浮力F_浮′=G=10N.
故选D.
点评:
考查的是学生对浮力计算公式的理解和掌握,弄清楚物体在水中的状态是解决此题的关键.
将一个密度为0.9×10_kg/m_的实心小球,先后浸没在水和酒精中,松开手后,小球静止时,排开水和酒精的体积分别为V$_1$和V$_2$,小球在水和酒精中所受的浮力分別为F$_1$和F$_2$.以下判断正确的是(ρ_酒精=0.8×10_kg/m_)( )
分析:
(1)分别比较小球与水和酒精的密度关系,根据物体浮沉条件得出浸没在水和酒精中,松开手后,小球静止时的状态,设小球的质量为m,然后根据物体漂浮,浮力等于重力,以及密度公式分别列出排开水和酒精的关系式,然后相比即可解答;
(2)已知小球排开水和酒精的体积之比,利用阿基米德原理计算其所受浮力之比.
解答:
解:(1)设小球的质量为m,
因为ρ_球<ρ_水,所以将小球浸没在水中,松开手后,小球静止时漂浮在水面上,则浮力F$_1$=G=mg,又因为F_浮=ρ_液gV_排,所以排开水的体积V$_1$=$\frac {F$_1$}{ρ_水g}$=$\frac {G}{ρ_水g}$=$\frac {mg}{ρ_水g}$=$\frac {m}{ρ_水}$,
因为ρ_球>ρ_酒精,所以将小球浸没在酒精中,松开手后,小球静止时沉底,则根据ρ=$\frac {m}{V}$可得,排开酒精的体积V$_2$=V_球=$\frac {m}{ρ_球}$,
所以,排开水和酒精的体积之比为:$\frac {V$_1$}{V$_2$}$=$\frac {$\frac {m}{ρ_水}$}{$\frac {m}{ρ_球}$}$=$\frac {m}{ρ_水}$×$\frac {ρ_球}{m}$=$\frac {ρ_球}{ρ_水}$=$\frac {0.9×10_kg/m}{1×10_kg/m}$=9:10;
(2)小球在水和酒精中所受的浮力之比:
$\frac {F$_1$}{F$_2$}$=$\frac {ρ_水gV$_1$}{ρ_酒精gV$_2$}$=$\frac {ρ_水V$_1$}{ρ_酒精V$_2$}$=$\frac {1×10_kg/m_×9}{0.8×10_kg/m_×10}$=9:8.
故选C.
点评:
此题考查阿基米德原理、物体浮沉条件、密度公式的应用,是一道综合性较强的题目,难点在排开水和酒精的体积之比的计算,关键是利用方程法,根据物体漂浮,浮力等于重力,以及密度公式分别列出排开水和酒精的关系式.