(多选)一弹簧测力计下挂一圆柱体,将圆柱体从盛水的烧杯上方离水面某一高度处缓慢下降,然后将圆柱体逐渐浸入水中.如图是整个过程中弹簧测力计的示数F与圆柱体下降高度h变化关系的图象.(g取10N/kg)下列说法正确的是( )
分析:
为了便于分析,给线段标上A、B、C、D四个点,如下图,根据图象分析如下:
(1)物体在液体中受到的压强与物体浸入液体的深度有关,不知道圆柱体下表面所处的深度,因此,无法计算出压强的大小.
(2)由图可知AB段圆柱体未浸入液体,测力计的示数即为圆柱体的重力,所以从图中可读出圆柱体的重力大小.
(3)由图象CD段可知物体完全浸没后排开水的体积不再改变,受到的浮力不再改变,为最大值.
(4)由题意可知图中CD段是圆柱体完全浸入水后的情况,由图可知圆柱体完全浸入水后测力计对圆柱体的拉力为4N,再利用力的平衡条件求出圆柱体受到的浮力,利用阿基米德原理求得圆柱体的体积,利用密度公式求得圆柱体的密度.
解答:
解:A、下降高度3cm时,下表面接触水面,下降7cm时,圆柱体刚好浸没水中,这时水面上升,圆柱体下表面距水面距离不是4cm,而是大于4cm.不知道圆柱体底面积和容器的底面积,不知道圆柱体下表面所处的深度,因此,无法计算出压强的大小,故A选项说法不正确;
B、由图象可知,当h=0时,弹簧测力计示数为12N,此时圆柱体处于空气中,根据二力平衡条件可知,G=F_拉=12N,故B选项说法正确;
C、由图象CD段可知物体完全浸没后排开水的体积不再改变,受到的浮力不再改变,则圆柱体受到的浮力F_浮=G-F=12N-4N=8N.故C选项说法错误;
D、图象中CD段是圆柱体完全浸入水中的情况,此时圆柱体受到的拉力F=4N,则圆柱体受到的浮力F_浮=G-F=12N-4N=8N.
又∵F_浮=ρ_水gV_排
∴V_物=V_排=$\frac {F_浮}{ρ_水g}$=$\frac {8N}{1.0×10_kg/m_×10N/kg}$=8×10_m_,
由公式G=mg可求出物体的质量m=$\frac {G}{g}$=$\frac {12N}{10N/kg}$=1.2kg,
则圆柱体密度ρ_物=$\frac {m}{V_物}$=$\frac {1.2kg}{8×10_m}$=1.5×10_kg/m_.故D选项说法正确.
故选BD.
点评:
本题用到的知识点有重力、质量、密度、二力平衡、受力分析、阿基米德原理、压强的计算等,考查学生结合图象对所学知识进行综合分析的能力,难度较大.
某地在江面上修建一座大桥,如图中甲是使用吊车向江底投放长方形石料的示意图.在整个投放过程中,石料以恒定速度下降.乙是钢绳的拉力F随时间t变化的图象(从开始投放到石料刚好接触湖底前).t=0时刻吊车开始下放石料,忽略水的摩擦阻力.则下列说法错误的是( )
分析:
图象可以分成三个过程分析:
①前20s,钢绳的拉力不变,等于物体的重力,此时物体在水面以上;
②中间10s,钢绳的拉力减小,物体从与水面接触到完全浸没;
③最后90s,钢绳的拉力不变,此时物体完全浸没在水中.
解答:
解:
A、由图象可以看出,物体在第20s开始浸入水中.此选项正确,不符合题意;
B、在前20s,物体的重力等于受到的拉力为1400N.此选项正确,不符合题意;
C、在第20s~30s的过程中,物体排开水的体积不断增大,由公式F_浮=ρ_液gV_排知,浮力不断增大.此选项错误,符合题意;
D、石料完全浸没后,浮力不变,钢绳的拉力不变,始终为900N.此选项正确,不符合题意.
故选C.
点评:
将物理规律或数据以表格或函数图象的形式呈现,体现了数学学科的工具性,也考查了学生利用数学知识解决物理问题的能力,一直是物理命题的热点.
如图所示,弹簧测力计下端悬挂一高度为l、质量为m的圆柱体,它在水中受到最大浮力为$\frac {mg}{2}$,圆柱体下表面刚刚与水面接触到全部浸没后,测力计示数F_拉 及圆柱体所受的浮力F_浮 分别与浸入水中深度h关系图正确的是( )
分析:
①根据F_浮=ρ_液V_排g可知影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积.圆柱体下表面刚刚与水面接触,没有受到浮力;
然后随着浸入水中深度的逐渐增大到全部浸没时物体排开液体的体积逐渐变大,受到的浮力逐渐变大;
当浸没后时,物体排开液体的体积不变,则受到浮力不变.
②由上可知,金属块逐渐浸入水中的过程中,浮力是先变大后不变的.
弹簧测力计的示数F_示=G-F_浮,重力是一定的,浮力变大,弹簧测力计的示数变小,浮力不变,弹簧测力计的示数不变.
解答:
解:①圆柱体下表面刚刚与水面接触,没有受到浮力;
然后随着浸入水中深度的逐渐增大到全部浸没时物体排开水的体积逐渐变大,根据F_浮=ρ_液V_排g可知受到的浮力逐渐变大;
当浸没时,物体排开液体的体积最大,受到浮力最大为$\frac {mg}{2}$,然后浮力保持不变,故BD错误.
②由上可知,金属块逐渐浸入水中的过程中,浮力是先变大后不变的.
弹簧测力计的示数F_示=G-F_浮,重力是一定的,所以浮力变大时,弹簧测力计的示数变小;
当受到浮力最大时,则弹簧测力计的示数为$\frac {mg}{2}$,然后示数不变.故A正确,C错误.
故选A.
点评:
此题是浮力和深度关系的探究实验,主要是考查对实验数据的分析能力,这也是课标上的一个明确要求,需要掌握.在分析此题时,关键搞清转折点:圆柱体下表面刚刚与水面接触,刚刚全部浸没时与浸没后的状态.
如图所示,烧杯中装有某种液体,A为圆柱形木块,用外力F缓慢将A压入其中,h表示木块的下表面到液面的距离,下列关于所受浮力F_浮和h的关系图象正确的是( )
分析:
根据阿基米德原理得出浮力大小与排开液体的体积的关系,物体在浸没前,深度增加的同时排开液体的体积也增加了.浸没后,随着深度的增加,浮力不变.
解答:
解:物体浸没前,深度增加的同时排开液体的体积也增加了,所受浮力大小随物体排开液体的体积的增大而增大;浸没后物体受到的浮力大小不变,故只有C符合题意.
故选C.
点评:
浮力大小只与物体排开液体的体积有和密度关,与物体浸在液体中的深度无关.物体在浸没前,深度增加的同时排开液体的体积也增加了.
将一个重为G的鸡蛋放进盛有浓盐水的杯中,鸡蛋漂浮,然后逐渐向杯中加入清水,当鸡蛋下沉至杯底静止时停止加水,如图所示,图中的图象能粗略描述这个过程中浮力随时间变化关系的是( )
分析:
当ρ_液>ρ_物时,物体漂浮,浮力等于重力;
当ρ_液=ρ_物时,物体悬浮,浮力等于重力;
当ρ_液<ρ_物时,物体下沉,浮力小于重力.
根据物体的浮沉条件和阿基米德原理判断鸡蛋所受浮力的变化.
解答:
解:当鸡蛋在浓盐水中漂浮时,此时鸡蛋所受浮力等于鸡蛋的重力;
当给浓盐水中缓慢加入水时,混合液的密度开始减小,当此时混合液的密度仍大于鸡蛋的密度,虽然鸡蛋开始缓慢下沉,不过鸡蛋仍处于漂浮状态,只是浸入液体中的体积在增大,而露出的体积在减小,所以此时鸡蛋受到的浮力仍等于鸡蛋的重力;
当混合液的密度逐渐减小到等于鸡蛋的密度时,此时鸡蛋在液体中处于悬浮状态,鸡蛋受到的浮力仍等于鸡蛋的重力;
当浓盐水中的水越来越多而引起混合液的密度比鸡蛋密度小的时候,此时鸡蛋受到的浮力就会小于重力,鸡蛋出现下沉直至沉到杯子的底部.
由此可知,鸡蛋受到的浮力是先不变,然后减小,所以选项C符合.
故选C.
点评:
本题关键:一是浮沉条件的使用,二是鸡蛋自重和体积不变(隐含条件),三是利用阿基米德原理时要同时考虑影响浮力的两个因素(液体的密度和排开液体的体积).
一枚重量为G的鸡蛋悬浮在盐水中,如图所示.往盐水中继续均匀缓慢加盐,鸡蛋所受浮力F随时间t变化的图象可能是( )
分析:
鸡蛋悬浮在盐水中时,浮力等于鸡蛋的重力,逐步加入盐,盐水的密度增大;浮出水面前鸡蛋排开水的体积不变,根据浮力公式可知鸡蛋所受浮力变化情况.
解答:
解:因为鸡蛋悬浮在盐水中时,根据悬浮条件可知:浮力等于鸡蛋的重力;
往盐水中继续均匀缓慢加盐,盐水密度增大,浮出水面前鸡蛋排开水的体积不变,根据公式F_浮=ρgV_排可知鸡蛋所受浮力逐渐增大;
浮出水面后鸡蛋漂浮时所受浮力等于鸡蛋的重力,浮力不在变化;
鸡蛋受到的浮力F随时间t的变化图象应该是开始浮力变大,后来不变;
由此分析可知:选项A正确,BCD错.
故选A.
点评:
本题考查浮力公式的应用和物体的沉浮条件,关键知道物体密度大于液体密度时物体会下沉,物体漂浮或悬浮时浮力等于物体的重力,影响浮力的因素有液体密度和物体排开液体的体积,本题考查的是液体密度对物体所受浮力的影响.