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解:
​$ (1) $​由图可知,金属块的重力​$ G = 3.2\ \mathrm {N} ,$​浸没在液体中时弹簧测力计的示数​$ F_{拉} = 2.6\ \mathrm {N} $​
​$ F_{浮} = G - F_{拉} = 3.2\ \mathrm {N} - 2.6\ \mathrm {N} = 0.6\ \mathrm {N} $​
​$ V_{排} = 50\ \mathrm {mL} = 50\ \mathrm {cm}^3 = 5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3} $​
​$ $​由​$ F_{浮} = ρ_{液}\ \mathrm {g} V_{排} $​可得液体的密度:
​$ ρ_{液} = \frac {F_{浮}}{g V_{排}} = \frac {0.6\ \mathrm {N}}{10\ \mathrm {N/kg} × 5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3}} = 1.2 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 $​
​$ (2)m = \frac {G}{g} = \frac {3.2\ \mathrm {N}}{10\ \mathrm {N/kg}} = 0.32\ \mathrm {kg}$​
​$ V = V_{排} = 5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3} $​
​$ρ_{金} = \frac {m}{V} = \frac {0.32\ \mathrm {kg}}{5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3}} = 6.4 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3$​
答:
​$ (1) $​该液体的密度为​$ 1.2 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 ;$​
​$ (2) $​实心金属块的密度为​$ 6.4 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 $​
B
B
解:
​$ (1)$​:​$F_{浮1} = G_{塑}$​
由阿基米德原理和重力公式可得:
​$ ρ_{水}\ \mathrm {g} (1-\frac {1}{4})V = ρ_{塑}\ \mathrm {g} V $​
​$ρ_{塑} = \frac {3}{4}ρ_{水} = \frac {3}{4} × 1 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 = 0.75 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 $​
​$ (2)G_{鸟} = m_{鸟}g = 0.3\ \mathrm {kg }× 10\ \mathrm {N/kg} = 3\ \mathrm {N}$​
​$ F_{浮2} = G_{塑} + G_{鸟} $​
​$ $​即​$ ρ_{水}\ \mathrm {g} V = ρ_{塑}\ \mathrm {g} V + G_{鸟} $​
代入数据:
​$ 1 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 × 10\ \mathrm {N/kg} × V = 0.75 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 × 10\ \mathrm {N/kg} × V + 3\ \mathrm {N} $​
整理得:
​$ 2500V = 3 $​
解得塑料块的体积:
​$ V = 1.2 × 10^{-3}\ \mathrm {m^3} $​
答:
​$ (1) $​该塑料块的密度为​$ 0.75 × 10^3\ \mathrm {kg/m}^3 ;$​
​$ (2) $​该塑料块的体积为​$ 1.2 × 10^{-3}\ \mathrm {m^3} $​
【分析】
要测量液体和金属块的密度,我们可以分两步思考:
1. 求液体密度:首先通过弹簧测力计的示数,用称重法计算金属块受到的浮力;再读取溢出液体的体积,根据阿基米德原理的变形公式$ρ_{液}=\frac{F_{浮}}{gV_{排}}$计算液体密度。
2. 求金属块密度:先由金属块的重力,利用$G=mg$算出金属块的质量;金属块浸没在液体中,其体积等于排开液体的体积,最后根据密度公式$ρ=\frac{m}{V}$计算金属块的密度。
需要先准确读取图中弹簧测力计和量筒的示数,这是计算的基础。
【解析】
(1) 由图(a)可知,金属块的重力$G = 3.2\ \mathrm {N}$,由图(b)可知,金属块浸没在液体中时弹簧测力计的示数$F_{拉} = 2.6\ \mathrm {N}$,溢出液体的体积$V_{排} = 50\ \mathrm {mL} = 50\ \mathrm {cm}^3 = 5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3}$。
根据称重法测浮力,金属块受到的浮力:
$F_{浮} = G - F_{拉} = 3.2\ \mathrm {N} - 2.6\ \mathrm {N} = 0.6\ \mathrm {N}$
由阿基米德原理$F_{浮} = ρ_{液}gV_{排}$,可得液体的密度:
$ρ_{液} = \frac{F_{浮}}{gV_{排}} = \frac{0.6\ \mathrm {N}}{10\ \mathrm {N/kg} × 5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3}} = 1.2 × 10^3\ \mathrm {kg/m^3}$
(2) 由$G=mg$可得金属块的质量:
$m = \frac{G}{g} = \frac{3.2\ \mathrm {N}}{10\ \mathrm {N/kg}} = 0.32\ \mathrm {kg}$
因为金属块浸没在液体中,所以金属块的体积$V = V_{排} = 5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3}$
根据密度公式,金属块的密度:
$ρ_{金} = \frac{m}{V} = \frac{0.32\ \mathrm {kg}}{5 × 10^{-5}\ \mathrm {m^3}} = 6.4 × 10^3\ \mathrm {kg/m^3}$
答:(1) 该液体的密度为$1.2 × 10^3\ \mathrm {kg/m^3}$;
(2) 实心金属块的密度为$6.4 × 10^3\ \mathrm {kg/m^3}$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{1.2 × 10^3\ \mathrm {kg/m^3}}$;
(2) $\boldsymbol{6.4 × 10^3\ \mathrm {kg/m^3}}$
【知识点】
称重法测浮力,阿基米德原理,密度计算
【点评】
本题考查浮力与密度的综合计算,需要准确读取测量工具的示数,熟练运用称重法、阿基米德原理及密度公式,是对基础知识的综合考查。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决这道题,需结合物体浮沉条件,区分空心球的平均密度与材料本身密度的差异:
1. 回忆浮沉规律:物体漂浮时,其平均密度(总质量/总体积)小于液体密度;物体沉底时,其平均密度大于液体密度。
2. 对于空心球,材料的密度是材料质量与材料体积的比值,而空心球的平均密度是材料质量与球的总体积(材料体积+空心部分体积)的比值,因此材料密度一定大于空心球的平均密度。
3. 逐一分析选项:
针对A选项,空心球漂浮在甲液面,仅能说明球的平均密度小于甲的密度,但材料密度可能大于甲(如铁制空心球可漂浮在水面),无法确定材料密度一定小于甲;
针对B选项,空心球沉于乙液体中,说明球的平均密度大于乙的密度,而材料密度大于球的平均密度,因此材料密度一定大于乙的密度;
针对C、D选项,结合上述分析,材料密度与甲、乙的密度不存在必然的相等关系,可直接排除。
【解析】
根据物体浮沉条件:
漂浮:物体的平均密度$\rho_{物平} < \rho_{液}$;
沉底:物体的平均密度$\rho_{物平} > \rho_{液}$。
对于空心球,$\rho_{物平} = \frac{m_{材料}}{V_{球}}$($V_{球}=V_{材料}+V_{空心}$),材料密度$\rho_{材料} = \frac{m_{材料}}{V_{材料}}$,由于$V_{球} > V_{材料}$,故$\rho_{材料} > \rho_{物平}$。
对各选项分析:
A. 空心球漂浮在甲液面,仅能得出$\rho_{物平} < \rho_{甲}$,但$\rho_{材料} > \rho_{物平}$,因此$\rho_{材料}$可能大于、等于或小于$\rho_{甲}$,A错误;
B. 空心球沉于乙液体中,可得$\rho_{物平} > \rho_{乙}$,结合$\rho_{材料} > \rho_{物平}$,可推出$\rho_{材料} > \rho_{乙}$,B正确;
C. 材料密度不一定等于$\rho_{甲}$,如密度大于$\rho_{甲}$的材料制成足够大的空心球也能漂浮在甲液面,C错误;
D. 空心球沉于乙中,说明$\rho_{物平} > \rho_{乙}$,而$\rho_{材料} > \rho_{物平}$,故$\rho_{材料} > \rho_{乙}$,并非等于,D错误。
【答案】
B
【知识点】
物体浮沉条件
【点评】
本题核心考查物体浮沉条件的灵活应用,易错点在于混淆空心球的平均密度与材料本身密度的关系,解题时需明确:空心球的浮沉由其平均密度决定,而材料密度与平均密度存在差异,需通过逻辑推导判断密度关系。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,需先判断物体投入水中后的静止状态,再确定浮力大小:
1. 首先假设物体完全浸没在水中,利用阿基米德原理计算此时受到的浮力;
2. 将计算出的浮力与物体重力对比:若浮力大于重力,物体上浮,最终静止时处于漂浮状态,漂浮时浮力等于重力;若浮力小于重力,物体下沉,浮力为完全浸没时的浮力;若两者相等则物体悬浮,浮力等于重力。
本题中,先计算完全浸没时的浮力,再与物体重力40N比较,可判断物体最终处于漂浮状态,因此静止时浮力等于重力。
【解析】
1. 统一单位:物体体积$ V = 5\ \mathrm{dm}^3 = 5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 $;
2. 计算物体完全浸没在水中时的浮力:
根据阿基米德原理$ F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{水}} g V_{\mathrm{排}} $,其中$ \rho_{\mathrm{水}} = 1.0 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 $,$ g = 10\ \mathrm{N/kg} $,$ V_{\mathrm{排}} = V = 5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 $,代入得:
$ F_{\mathrm{浮}} = 1.0 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 10\ \mathrm{N/kg} × 5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 = 50\ \mathrm{N} $;
3. 比较浮力与重力:物体重力$ G = 40\ \mathrm{N} $,由于$ F_{\mathrm{浮}} > G $,物体上浮,最终静止时处于漂浮状态;
4. 漂浮时物体受到的浮力等于自身重力,即$ F_{\mathrm{浮}}' = G = 40\ \mathrm{N} $。
【答案】
B
【知识点】
阿基米德原理、物体浮沉条件
【点评】
本题核心考查物体浮沉条件与阿基米德原理的综合应用,解题关键是先通过计算判断物体的最终浮沉状态,避免直接将完全浸没时的浮力作为答案。部分学生易因忽略状态判断错选A,需重点关注这一解题步骤。
【难度系数】
0.7
【分析】
(1)塑料块漂浮在水面上时,根据物体漂浮条件可知浮力等于塑料块自身重力。我们可以结合阿基米德原理和重力公式列出等式,通过约去等式两边相同的物理量(g和塑料块体积V),就能推导出塑料块的密度。
(2)当水鸟停在塑料块上时,塑料块刚好浸没,此时浮力等于塑料块重力与水鸟重力之和。先计算出水鸟的重力,再利用阿基米德原理和重力公式列出关于塑料块体积V的方程,代入已知数据即可求解出体积。
【解析】
解:
(1) 塑料块漂浮在水面上,根据漂浮条件:
$F_{浮1} = G_{塑}$
由阿基米德原理$F_{浮}=ρ_{液}gV_{排}$和重力公式$G=ρVg$可得:
$ρ_{水}g(1-\frac{1}{4})V = ρ_{塑}gV$
约去等式两边的$g$和$V$,解得:
$ρ_{塑} = \frac{3}{4}ρ_{水} = \frac{3}{4}×1×10^3\ \mathrm{kg/m^3} = 0.75×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$
(2) 先计算水鸟的重力:
$G_{鸟}=m_{鸟}g=0.3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=3\ \mathrm{N}$
当水鸟停在塑料块上时,塑料块刚好浸没,此时浮力等于塑料块重力与水鸟重力之和,即:
$F_{浮2}=G_{塑}+G_{鸟}$
由阿基米德原理和重力公式可得:
$ρ_{水}gV = ρ_{塑}gV + G_{鸟}$
将已知数据代入:
$1×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}×V = 0.75×10^3\ \mathrm{kg/m^3}×10\ \mathrm{N/kg}×V + 3\ \mathrm{N}$
整理等式:
$2500V = 3$
解得塑料块的体积:
$V = 1.2×10^{-3}\ \mathrm{m^3}$
答:(1) 该塑料块的密度为$0.75×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$;(2) 该塑料块的体积为$1.2×10^{-3}\ \mathrm{m^3}$。
【答案】
(1) $0.75×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$;(2) $1.2×10^{-3}\ \mathrm{m^3}$
【知识点】
物体漂浮条件、阿基米德原理
【点评】
本题考查物体漂浮条件与阿基米德原理的综合应用,解题核心是准确分析塑料块两次的受力情况,理清浮力与重力的对应关系,熟练运用浮力、重力相关公式进行推导计算。
【难度系数】
0.7