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垂直
压力大小
受力面积
压力
受力面积
帕斯卡
$\mathrm{Pa}$
增大压力
减小受力面积
液体密度
液体深度
越小
​$ 1×10^5$​
减小
竖直向上
物体所受浮力的大小,等于物体排开的液体所受的重力大小


上浮
下沉
D
1
密度
$1.1×10^3$
下沉
500
$1.25×10^4$
【分析】
本题是对压强和浮力相关知识点的系统考查,需要我们回忆压力、固体压强、液体压强、气体压强、浮力的定义、影响因素、原理及浮沉条件等内容。解题时,我们可以按照知识框图的层级,从“压强和浮力”的大模块,逐步拆解到每个子模块的细节知识点,结合所学的力学基础概念,逐个填写对应的内容:
1. 先从压力模块入手,回忆压力的定义及作用效果的影响因素;
2. 接着梳理固体压强的定义、单位,以及增大压强的方法;
3. 然后回忆液体压强的影响因素、流体压强与流速的关系,以及气体压强的标准值、大气压与高度的关系;
4. 最后回忆浮力的方向、阿基米德原理的内容,以及物体的浮沉条件。
【解析】
1. 压力模块:
压力的定义是垂直作用于物体表面的力;根据控制变量法的实验结论,压力的作用效果与压力大小和受力面积有关。
2. 固体间的压强模块:
压强的定义为物体所受的压力与受力面积之比;在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,符号是$\boldsymbol{\mathrm{Pa}}$;根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,增大压强的方法为增大压力(受力面积一定时)或减小受力面积(压力一定时)。
3. 液体压强模块:
由液体压强公式$p=\rho gh$可知,影响液体压强大小的因素是液体密度和液体深度;流体压强与流速的关系为:流速越大,流体的压强越小。
4. 气体压强模块:
1个标准大气压约等于$\boldsymbol{1×10^5}$$\mathrm{Pa}$;大气压随高度的增加而减小(高度越高,空气越稀薄,气压越低)。
5. 浮力模块:
浮力的方向是竖直向上;阿基米德原理的内容为:物体所受浮力的大小,等于物体排开的液体所受的重力大小;
物体的浮沉条件:
当$F_{浮}=G$时,物体悬浮或漂浮;
当$F_{浮}>G$时,物体上浮;
当$F_{浮}<G$时,物体下沉。
【答案】
垂直;压力大小;受力面积;
压力;受力面积;帕斯卡;$\boldsymbol{\mathrm{Pa}}$;增大压力;减小受力面积;
液体密度;液体深度;越小;
$\boldsymbol{1×10^5}$;减小;
竖直向上;物体所受浮力的大小,等于物体排开的液体所受的重力大小;
悬;漂;上浮;下沉
【知识点】
1. 压强的相关概念
2. 液体与气体压强
3. 浮力及浮沉条件
【点评】
本题是对力学中压强和浮力核心知识点的系统梳理,覆盖了该部分的基础概念、规律及应用,有助于构建完整的力学知识体系,需要准确记忆每个知识点的细节,尤其是易混淆的内容(如浮力的方向、浮沉条件的不同状态)。
【难度系数】
0.8
【分析】
要解决这道题,我们需要分别分析气泡上升过程中受到的压强和浮力变化:
1. 分析压强变化:回忆液体压强公式$ p = \rho gh $,气泡在上升过程中(露出水面前),深度$ h $逐渐减小,水的密度$ \rho $和重力加速度$ g $不变,因此可以判断压强的变化。
2. 分析浮力变化:根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $,气泡体积逐渐变大,说明排开水的体积$ V_{排} $变大,水的密度$ \rho_{液} $和$ g $不变,由此判断浮力的变化,最后结合选项得出答案。
【解析】
1. 分析压强变化:
气泡在上升过程中(露出水面前),深度$ h $逐渐减小,已知水的密度$ \rho $不变,重力加速度$ g $为定值,根据液体压强公式$ p = \rho gh $,可得气泡受到水的压强随深度减小而变小。
2. 分析浮力变化:
气泡体积逐渐变大,排开水的体积$ V_{排} $等于气泡的体积,因此$ V_{排} $变大,水的密度$ \rho_{液} $和$ g $不变,根据阿基米德原理$ F_{浮} = \rho_{液}gV_{排} $,可知气泡受到的浮力随$ V_{排} $增大而变大。
综上,气泡上升过程中浮力变大,压强变小,对应选项D。
【答案】
D
【知识点】
液体压强的变化规律;阿基米德原理
【点评】
本题考查液体压强与浮力的动态变化分析,核心是结合相关公式,明确深度、排开液体体积的变化对压强和浮力的影响,属于基础题型,注重对公式的理解与应用。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先,利用称重法计算重物在水中的浮力,即浮力等于物体在空气中的重力减去浸没在液体中时弹簧测力计的示数;接着,对比重物浸没在水和盐水中的浮力大小,结合控制变量法(排开液体体积相同),得出浮力与液体密度的关系;然后,根据阿基米德原理,先由水的浮力求出物体的体积(因为浸没,排开体积等于物体体积),再利用盐水中的浮力计算盐水的密度;最后,比较重物的重力和在水中的浮力大小,判断剪断细线后重物的运动状态。
【解析】
1. 计算重物在水中的浮力:
由图(a)可知,重物的重力$ G = 4\,\mathrm{N} $,图(b)中重物浸没在水中时弹簧测力计示数$ F_{\mathrm{示水}} = 3\,\mathrm{N} $,根据称重法测浮力:
$ F_{\mathrm{浮水}} = G - F_{\mathrm{示水}} = 4\,\mathrm{N} - 3\,\mathrm{N} = 1\,\mathrm{N} $。
2. 分析浮力与液体的关系:
重物浸没在水和盐水中时,排开液体的体积相等(均等于物体体积),但弹簧测力计示数不同,说明浮力不同,因此重物所受浮力的大小与液体的密度有关。
3. 计算盐水的密度:
根据阿基米德原理$ F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}} $,先求物体体积$ V $(浸没时$ V = V_{\mathrm{排}} $):
由水中的浮力可得$ V = V_{\mathrm{排}} = \frac{F_{\mathrm{浮水}}}{\rho_{\mathrm{水}}g} = \frac{1\,\mathrm{N}}{1.0×10^3\,\mathrm{kg/m}^3 × 10\,\mathrm{N/kg}} = 1×10^{-4}\,\mathrm{m}^3 $。
重物在盐水中的浮力$ F_{\mathrm{浮盐}} = G - F_{\mathrm{示盐}} = 4\,\mathrm{N} - 2.9\,\mathrm{N} = 1.1\,\mathrm{N} $,则盐水的密度:
$ \rho_{\mathrm{盐}} = \frac{F_{\mathrm{浮盐}}}{gV_{\mathrm{排}}} = \frac{1.1\,\mathrm{N}}{10\,\mathrm{N/kg} × 1×10^{-4}\,\mathrm{m}^3} = 1.1×10^3\,\mathrm{kg/m}^3 $。
4. 判断剪断细线后重物的运动状态:
剪断图(b)中的细线,重物在水中受到的重力$ G = 4\,\mathrm{N} $,浮力$ F_{\mathrm{浮水}} = 1\,\mathrm{N} $,因为$ G > F_{\mathrm{浮水}} $,所以重物将下沉。
【答案】
1;密度;$ 1.1×10^3 $;下沉
【知识点】
称重法测浮力;阿基米德原理;物体浮沉条件
【点评】
本题综合考查了称重法测浮力、阿基米德原理以及物体浮沉条件的应用,解题的关键是熟练掌握相关公式,并能结合控制变量法分析浮力的影响因素。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决此题,可分两步进行分析:
1. 求对水平地面的压力:当人双脚站立在水平地面上时,对地面的压力等于自身的重力,因此先利用重力公式$G = mg$计算自身重力,即可得到压力大小。
2. 求对水平地面的压强:根据压强公式$p = \frac{F}{S}$计算压强,需注意双脚站立时接触面积为两只脚的面积之和,且要将面积单位转换为国际单位(平方米)后再代入计算。
【解析】
1. 计算对水平地面的压力:
人站在水平地面上,对地面的压力等于自身重力,即$F = G$。
由重力公式$G = mg$,代入$m = 50\ \mathrm{kg}$,$g = 10\ \mathrm{N/kg}$,可得:
$G = 50\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 500\ \mathrm{N}$,因此压力$F = 500\ \mathrm{N}$。
2. 计算双脚站立时的总接触面积:
每只脚与地面的接触面积为$200\ \mathrm{cm}^2$,双脚站立时总接触面积:
$S = 2 × 200\ \mathrm{cm}^2 = 400\ \mathrm{cm}^2 = 400 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 0.04\ \mathrm{m}^2$。
3. 计算对地面的压强:
根据压强公式$p = \frac{F}{S}$,代入$F = 500\ \mathrm{N}$,$S = 0.04\ \mathrm{m}^2$,可得:
$p = \frac{500\ \mathrm{N}}{0.04\ \mathrm{m}^2} = 1.25 × 10^4\ \mathrm{Pa}$。
【答案】
500;$1.25×10^4$
【知识点】
重力的计算、压强的计算、水平面上压力与重力的关系
【点评】
此题属于力学基础题,重点考查水平面上压力与重力的等效关系,以及压强公式的应用,解题关键是注意双脚站立时接触面积的取值和面积单位的正确转换,需熟练掌握重力公式和压强公式的基本应用。
【难度系数】
0.85