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D
盐水
煤油
上浮
抽气
​${\frac {m_{1} - m_{2}}{ρ}}$​
解:
在同一种液体中,当物体排开液体的体积相同时,所受的浮力大小相同。
【分析】
首先回忆物体的漂浮条件:漂浮在液面上的物体,所受浮力等于自身重力。两艘轮船均漂浮在河面上,因此它们的浮力都等于各自的总重力。接下来分析两船的总重力:甲船空载、乙船满载,且两船规格相同,说明乙船的总重力(船身重力+货物重力)大于甲船的总重力(仅船身重力)。再结合漂浮条件对每个选项逐一判断:
A选项:甲船漂浮,浮力等于重力,该选项错误;
B选项:乙船漂浮,浮力等于重力,该选项错误;
C选项:乙船总重力更大,浮力等于重力,所以乙船浮力大于甲船,该选项错误;
D选项:由上述分析可知乙船总重力大于甲船,因此乙船所受浮力大于甲船,该选项正确。
【解析】
1. 明确轮船的浮沉状态:两艘轮船在河流中航行时均处于漂浮状态。
2. 根据物体漂浮条件:漂浮时,物体所受浮力等于自身重力,即$F_{浮}=G$。
3. 分析两船的总重力:甲船空载,总重力为船身重力;乙船满载,总重力为船身重力加上货物重力,由于两船规格相同,因此$G_{乙}>G_{甲}$。
4. 结合漂浮条件推导浮力关系:
因为$F_{浮甲}=G_{甲}$,$F_{浮乙}=G_{乙}$,且$G_{乙}>G_{甲}$,所以$F_{浮乙}>F_{浮甲}$。
5. 逐一判断选项:
A选项:甲船漂浮,$F_{浮甲}=G_{甲}$,该选项错误;
B选项:乙船漂浮,$F_{浮乙}=G_{乙}$,该选项错误;
C选项:$F_{浮乙}>F_{浮甲}$,该选项错误;
D选项:$F_{浮乙}>F_{浮甲}$,该选项正确。
【答案】
D
【知识点】
物体漂浮条件、浮力大小比较
【点评】
本题考查物体漂浮条件的实际应用,解题的核心是抓住“漂浮时浮力等于重力”这一关键,通过比较两船总重力的大小来判断浮力大小,属于基础题型,侧重对基础知识的考查。
【难度系数】
0.8
【分析】
要解决这道题,需结合物体的浮沉条件和阿基米德原理分析:
1. 先判断小球在三种液体中的状态:由图可知,小球在煤油中下沉,在水中下沉,在盐水中漂浮。
2. 根据浮沉条件:漂浮时,物体所受浮力等于自身重力($F_{浮}=G$);下沉时,物体所受浮力小于自身重力($F_{浮}<G$),且下沉时小球完全浸没,排开液体的体积等于小球体积($V_{排}=V_{球}$)。
3. 对于下沉的情况,利用阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,因$V_{排}$相同,$\rho_{水}>\rho_{煤油}$,故水中浮力大于煤油中浮力;而盐水中浮力等于重力,重力大于水中的浮力,因此可得出浮力的大小关系。
【解析】
1. 小球在盐水中漂浮,根据漂浮条件,此时浮力等于小球重力,即$F_{浮盐水}=G$。
2. 小球在水中下沉,说明$F_{浮水}<G$,且小球完全浸没,$V_{排水}=V_{球}$,由阿基米德原理得$F_{浮水}=\rho_{水}gV_{球}$。
3. 小球在煤油中下沉,说明$F_{浮煤油}<G$,小球完全浸没,$V_{排煤油}=V_{球}$,由阿基米德原理得$F_{浮煤油}=\rho_{煤油}gV_{球}$。
因为$\rho_{水}>\rho_{煤油}$,所以$F_{浮水}>F_{浮煤油}$;又因为$F_{浮盐水}=G>F_{浮水}$,因此浮力大小关系为$F_{浮盐水}>F_{浮水}>F_{浮煤油}$。
【答案】
盐水;煤油
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题综合考查物体浮沉条件和阿基米德原理的应用,关键是根据小球的状态判断浮力与重力的关系,结合阿基米德原理比较不同液体中浮力的大小,属于浮力的基础题型,需熟练掌握相关规律。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决这个问题,可按以下思路思考:
1. 先利用物体漂浮的条件(浮力等于重力),结合阿基米德原理推导物体密度与水的密度关系;
2. 分析切去露出水面部分后,剩余物体的重力变化,以及此时剩余物体受到的浮力大小;
3. 通过比较剩余物体的重力和浮力的大小关系,根据浮沉条件判断物体的运动状态。
具体来说,原物体漂浮时,浮力等于重力,可得出物体密度为水密度的$\frac{2}{3}$。切去露出部分后,剩余物体的重力减小,但此时排开水的体积未变,浮力仍等于原来的浮力,此时浮力大于剩余物体的重力,所以剩余部分会上浮,直到再次达到浮力等于重力的平衡状态。
【解析】
1. 原状态分析:
物体漂浮在水面上,根据漂浮条件可知:$ F_{浮} = G_{物} $
由阿基米德原理和重力公式可得:$ \rho_{水}gV_{排} = \rho_{物}gV_{物} $
已知物体有$\frac{1}{3}$体积露出水面,即$ V_{排} = (1 - \frac{1}{3})V_{物} = \frac{2}{3}V_{物} $,代入上式:
$ \rho_{水}g × \frac{2}{3}V_{物} = \rho_{物}gV_{物} $
化简可得:$ \rho_{物} = \frac{2}{3}\rho_{水} $
2. 切去露出部分后:
剩余物体的体积$ V' = \frac{2}{3}V_{物} $,剩余物体的重力:
$ G' = \rho_{物}gV' = \frac{2}{3}\rho_{水}g × \frac{2}{3}V_{物} = \frac{4}{9}\rho_{水}gV_{物} $
此时剩余物体排开水的体积仍为$\frac{2}{3}V_{物}$,受到的浮力:
$ F_{浮}' = \rho_{水}gV_{排} = \rho_{水}g × \frac{2}{3}V_{物} = \frac{6}{9}\rho_{水}gV_{物} $
3. 比较浮力与重力:
因为$ F_{浮}' = \frac{6}{9}\rho_{水}gV_{物} > G' = \frac{4}{9}\rho_{水}gV_{物} $,即浮力大于剩余物体的重力。
根据物体浮沉条件,当浮力大于重力时,物体将上浮,直到再次达到浮力等于重力的平衡状态。
【答案】
上浮
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题主要考查物体浮沉条件和阿基米德原理的综合应用,关键是明确切去露出部分后,物体的重力和浮力的变化情况,通过公式推导比较浮力与重力的大小关系,进而判断物体的运动状态。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先明确潜艇的浮沉原理:通过改变自身重力实现浮沉。要使“潜艇”下沉,需增大自身重力,因此用注射器抽气,使外界水压入瓶内,增加潜艇总重力,当重力大于浮力时下沉。
对于体积计算:悬浮时潜艇完全浸没,总体积等于此时排开水的体积;漂浮时排开水的体积可由排开水的质量计算,露出体积为总体积减去漂浮时的排水体积,结合密度公式推导即可。
【解析】
1. 使“潜艇”下沉的操作:
潜艇模型依靠改变自身重力实现浮沉,要让其下沉,需让自身重力大于浮力。用注射器通过进、排气管向塑料瓶内抽气,瓶内气压减小,外界大气压将水压入瓶中,潜艇总重力增大,当重力大于浮力时,潜艇下沉。
2. 计算露出水面的体积:
悬浮时,潜艇完全浸没在水中,其总体积等于排开水的体积,由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$可得,潜艇总体积 $ V = V_{排1} = \frac{m_1}{\rho} $;
漂浮时,排开水的体积 $ V_{排2} = \frac{m_2}{\rho} $;
露出水面部分的体积 $ V_{露} = V - V_{排2} = \frac{m_1}{\rho} - \frac{m_2}{\rho} = \frac{m_1 - m_2}{\rho} $。
【答案】
抽气;$\frac{m_1 - m_2}{\rho}$
【知识点】
浮沉条件应用;阿基米德原理
【点评】
本题结合潜艇模型考查了浮沉条件与阿基米德原理的综合应用,理解潜艇浮沉的本质,明确不同状态下排开水的体积与潜艇体积的关系是解题核心。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先回忆曹冲称象的完整过程:先把大象赶到船上,标记出船的吃水深度;再将大象赶下船,往船上装石头,直到船的吃水深度和之前的标记位置一致,此时石头的总重力就等于大象的重力。
思考时,先从船的状态切入,船全程都是漂浮在水面上的,根据漂浮的特性,漂浮时物体受到的浮力等于自身总重力;再观察两次船的吃水深度相同,这说明船排开液体的体积是相同的,结合阿基米德原理,在同种液体里,排开液体的体积相同,那么物体受到的浮力也相同。通过这两个点推导,就能得出两次船的总重力相等,进而得到大象重力等于石头总重力,以此梳理出过程中用到的浮力知识。
【解析】
1. 当大象在船上时,船与大象整体处于漂浮状态,根据物体漂浮条件,此时整体受到的浮力等于总重力,即:
$ F_{浮1} = G_{船} + G_{象} $
2. 将大象赶下船后,向船内装石头,直到船的吃水深度与标记处一致,此时船排开液体的体积和大象在船上时的排开液体体积相同。根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $,在同种液体(水)中,$ \rho_{液} $和$ g $为定值,$ V_{排} $相同,因此两次船受到的浮力相等,即:
$ F_{浮2} = F_{浮1} $
3. 此时船与石头整体也处于漂浮状态,同理可得:
$ F_{浮2} = G_{船} + G_{石} $
4. 联立以上式子,可得$ G_{船} + G_{象} = G_{船} + G_{石} $,化简后得到$ G_{象} = G_{石} $,即通过测量石头总重力就能得到大象的重力。
该过程运用的浮力相关知识为:漂浮时浮力等于总重力;同种液体中,排开液体体积相同则浮力相同。
【答案】
①物体漂浮时,浮力等于自身总重力;②在同种液体中,物体排开液体的体积相同时,受到的浮力大小相同。
【知识点】
漂浮条件、阿基米德原理
【点评】
本题将物理知识与历史典故结合,考查浮力知识的实际应用,核心是利用等效替代的思想,把测大象重力转化为测石头总重力,需要学生将实际情景与物理规律结合,培养知识迁移和实际应用的能力。
【难度系数】
0.6