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3×106
8×104
220
D
B
A
【分析】
1. 求油轮受到的浮力:油轮在长江中航行时处于漂浮状态,可直接利用阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}} g V_{\mathrm{排}}$计算浮力,代入已知的水的密度、g值和排开水的体积即可得出结果。
2. 求卸下燃油的质量:已知燃油的密度和体积,根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$的变形公式$m = \rho V$,代入数据就能算出卸下燃油的质量。
3. 求卸下燃油后油轮排开水的体积:油轮始终漂浮,浮力等于重力,卸下燃油后油轮的重力减小量等于卸下燃油的重力,因此浮力的减小量也等于卸下燃油的重力。先根据$G=mg$算出卸下燃油的重力,再利用阿基米德原理的变形公式$\Delta V_{\mathrm{排}} = \frac{\Delta F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{水}} g}$算出排开水体积的减小量,最后用原来的排开水体积减去减小量,得到此时油轮排开水的体积。
【解析】
1. 计算油轮受到的浮力:
根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}} g V_{\mathrm{排}}$,代入$\rho_{\mathrm{水}} = 1 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3$,$g = 10 \, \mathrm{N/kg}$,$V_{\mathrm{排}} = 300 \, \mathrm{m}^3$,可得:
$F_{\mathrm{浮}} = 1 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 10 \, \mathrm{N/kg} × 300 \, \mathrm{m}^3 = 3 × 10^6 \, \mathrm{N}$。
2. 计算卸下的燃油质量:
由密度公式$\rho = \frac{m}{V}$变形得$m = \rho V$,代入$\rho_{\mathrm{燃油}} = 0.8×10^3 \mathrm{ kg/m}^3$,$V_{\mathrm{燃油}} = 100 \mathrm{ m}^3$,可得:
$m_{\mathrm{油}} = 0.8 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 100 \, \mathrm{m}^3 = 8 × 10^4 \, \mathrm{kg}$。
3. 计算卸下燃油后油轮排开水的体积:
首先计算卸下燃油的重力:$G_{\mathrm{油}} = m_{\mathrm{油}} g = 8 × 10^4 \, \mathrm{kg} × 10 \, \mathrm{N/kg} = 8 × 10^5 \, \mathrm{N}$。
因为油轮漂浮,浮力等于重力,所以浮力的减小量$\Delta F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{油}} = 8 × 10^5 \, \mathrm{N}$。
根据阿基米德原理的变形公式$\Delta V_{\mathrm{排}} = \frac{\Delta F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{水}} g}$,代入数据可得:
$\Delta V_{\mathrm{排}} = \frac{8 × 10^5 \, \mathrm{N}}{1 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 10 \, \mathrm{N/kg}} = 80 \, \mathrm{m}^3$。
则此时油轮排开水的体积$V_{\mathrm{排}}' = 300 \, \mathrm{m}^3 - 80 \, \mathrm{m}^3 = 220 \, \mathrm{m}^3$。
【答案】
$3×10^6$;$8×10^4$;220
【知识点】
阿基米德原理;密度公式应用;物体浮沉条件
【点评】
本题考查浮力与密度的综合应用,需熟练运用阿基米德原理、密度公式及漂浮条件,明确油轮重力变化与浮力变化的对应关系是解题关键。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先回忆浸没在液体中物体的浮沉规律:物体的浮沉由自身密度与液体密度的大小关系决定,当物体密度小于液体密度时上浮,大于液体密度时下沉。题目中,甲上浮、乙下沉,先由此判断甲、乙与水的密度关系,再逐一分析选项:
1. 对于A选项,浮力大小由阿基米德原理F浮=ρ液gV排判断,题目未给出甲、乙的体积关系,无法确定V排大小,因此不能比较浮力;
2. 对于B选项,质量m=ρV,现在只知道甲、乙的密度关系,但体积未知,无法比较质量;
3. 对于C选项,题目没有提供任何关于甲、乙体积的信息,无法判断体积大小;
4. 对于D选项,甲上浮说明ρ甲<ρ水,乙下沉说明ρ乙>ρ水,因此可得出ρ甲<ρ乙,该选项正确。
【解析】
浸没在水中的物体,浮沉由物体密度与水的密度关系决定:当物体密度小于水的密度时上浮,大于水的密度时下沉。甲上浮说明ρ甲<ρ水,乙下沉说明ρ乙>ρ水,因此ρ甲<ρ乙。
对于A选项,浮力大小由F浮=ρ水gV排决定,题目未给出甲乙体积关系,无法比较浮力大小;
对于B选项,质量m=ρV,未知甲乙体积,无法比较质量;
对于C选项,题目未提供甲乙体积相关信息,无法判断体积大小。
综上,正确答案为D。
【答案】
D
【知识点】
物体的浮沉条件
【点评】
本题考查对物体浮沉条件的理解与应用,需明确浸没物体的浮沉本质是物体密度与液体密度的大小关系,避免被未给出的体积、质量等无关信息干扰。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先回忆物体浮沉的核心条件:物体漂浮时,其平均密度小于液体密度;物体下沉时,其平均密度大于液体密度。针对本题的空心球,需要明确区分空心球的平均密度与制作材料的自身密度。
1. 对于液体甲:空心球漂浮,说明空心球的平均密度<液体甲的密度,但材料本身的密度可能大于液体甲的密度(比如空心铁球可以漂浮在水面),因此不能直接得出材料密度与液体甲密度的大小关系,排除A、C选项。
2. 对于液体乙:空心球下沉,说明空心球的平均密度>液体乙的密度,而材料的密度必然大于空心球的平均密度(因为空心球包含空气,平均密度是材料和空气的综合密度),所以可推导得出材料的密度一定大于液体乙的密度,B选项正确,D选项错误。
【解析】
1. 分析空心球在液体甲中的浮沉情况:
空心球在液体甲中漂浮,根据物体浮沉条件,可知空心球的平均密度小于液体甲的密度。但空心球的平均密度是材料密度与内部空气的综合密度,材料本身的密度可能大于液体甲的密度(例如空心铁球可漂浮于水面),因此无法得出材料密度一定小于或等于液体甲的密度,故A、C选项错误。
2. 分析空心球在液体乙中的浮沉情况:
空心球在液体乙中下沉,根据物体浮沉条件,可知空心球的平均密度大于液体乙的密度。由于材料的密度一定大于空心球的平均密度(空心球内部有空气,平均密度小于材料自身密度),因此可推出该材料的密度一定大于液体乙的密度,故B选项正确,D选项错误。
【答案】
B
【知识点】
物体浮沉条件
【点评】
本题的关键在于区分空心物体的平均密度与材料自身的密度,若混淆这两个概念,容易误选错误选项。解题时需紧扣物体浮沉条件,结合空心物体的结构特点分析密度关系。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,我们可以分三个阶段分析鸡蛋的浮力变化:
1. 初始阶段:鸡蛋漂浮在盐水面上,根据物体的浮沉条件,漂浮时浮力等于鸡蛋的重力,此时浮力大小恒定;
2. 加水至鸡蛋完全浸没前:随着清水加入,盐水密度逐渐减小,但鸡蛋仍处于漂浮(或悬浮)状态,浮力始终等于重力,保持不变;
3. 鸡蛋完全浸没后:鸡蛋排开液体的体积不再变化,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,液体密度持续减小,浮力会逐渐减小,直到混合液体密度趋近于水的密度,浮力趋于稳定(不为0)。
我们需要找到符合“先不变,再减小,最后趋于稳定”这一规律的图像,就能选出正确选项。
【解析】
鸡蛋漂浮在盐水中时,根据物体浮沉条件,浮力等于鸡蛋的重力,大小恒定;
沿杯壁缓慢加入清水,盐水密度逐渐减小,在鸡蛋完全浸没前,鸡蛋始终处于漂浮(或悬浮)状态,浮力仍等于重力,保持不变;
当鸡蛋完全浸没后,排开液体的体积$V_{排}$不变,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,随着清水持续加入,$\rho_{液}$不断减小,浮力逐渐减小,直至混合液体密度趋近于水的密度,浮力趋于稳定(不为0)。
符合该变化规律的是选项A。
【答案】
A
【知识点】
阿基米德原理、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合动态过程考查浮力的变化,需分阶段分析鸡蛋的浮沉状态,明确不同状态下浮力的决定因素,对综合分析能力有一定要求。
【难度系数】
0.5
【分析】
要判断松开手瞬间哪个物体受到的浮力大,需依据阿基米德原理分析。首先明确松开手瞬间两者均浸没在水中,此时排开水的体积等于物体自身体积;再对比小木块和大石块的体积,大石块体积更大,结合阿基米德原理公式,在液体密度和g不变时,排开液体体积越大浮力越大,即可判断浮力大小。
【解析】
根据阿基米德原理:$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$。
松开手的瞬间,小木块和大石块都浸没在水中,因此它们排开水的体积等于各自的自身体积,即$V_{排}=V_{物}$。
已知大石块的体积大于小木块的体积,所以大石块排开水的体积$V_{排石}>V_{排木}$。
水的密度$ρ_{水}$和g是定值,由公式可知,在$ρ_{液}$和g相同的情况下,$V_{排}$越大,浮力越大,因此大石块受到的浮力更大。
【答案】
大石块受到的浮力大
【知识点】
阿基米德原理
【点评】
本题考查阿基米德原理的应用,需注意浸没状态下$V_{排}=V_{物}$,勿被物体的浮沉状态误导,应从排开液体体积的角度分析浮力大小。
【难度系数】
0.7