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B
C
压强
摩擦力
增大排开液体的体积
2
空气
较小
较大
$3×10^{6}$
$8×10^{4}$
220
97
低于
【分析】
首先,根据物块的浮沉状态分析浮力大小:甲中物块沉底,浮力小于重力;乙中物块漂浮,浮力等于重力,结合物块重力相同判断浮力关系。接着利用浮沉条件判断液体密度:沉底说明甲中盐水密度小于物块密度,漂浮说明乙中盐水密度大于物块密度,得出乙中盐水密度更大。再结合液面相平的条件,用液体压强公式比较烧杯底部压强。最后分析加盐、加水时的浮力变化:向甲加盐,液体密度增大,物块会从沉底变为悬浮再到漂浮,浮力先增大后不变;向乙加水,液体密度减小,物块从漂浮变为悬浮再到沉底,浮力先不变后减小。
【解析】
1. 判断浮力大小:
两个物块相同,重力$ G $相等。甲中物块沉底,根据浮沉条件可知$ F_{\mathrm{浮甲}} < G $;乙中物块漂浮,可知$ F_{\mathrm{浮乙}} = G $,因此$ F_{\mathrm{浮甲}} < F_{\mathrm{浮乙}} $,A选项错误。
2. 判断烧杯底部液体压强:
由浮沉条件可得:甲中物块沉底,$ \rho_{\mathrm{甲盐水}} < \rho_{\mathrm{物}} $;乙中物块漂浮,$ \rho_{\mathrm{乙盐水}} > \rho_{\mathrm{物}} $,故$ \rho_{\mathrm{乙盐水}} > \rho_{\mathrm{甲盐水}} $。
已知两烧杯液面恰好相平,即液体深度$ h $相同,根据液体压强公式$ p = \rho gh $,在$ h $相同时,$ \rho $越大,压强越大,因此乙烧杯底部受到液体的压强较大,B选项正确。
3. 分析向甲烧杯加盐时的浮力变化:
向甲烧杯缓慢加盐,盐水密度逐渐增大。当$ \rho_{\mathrm{盐水}} < \rho_{\mathrm{物}} $时,物块仍沉底,由阿基米德原理$ F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{盐水}}gV_{\mathrm{排}} $可知,浮力随盐水密度增大而增大;当$ \rho_{\mathrm{盐水}} = \rho_{\mathrm{物}} $时,物块悬浮,浮力等于重力;当$ \rho_{\mathrm{盐水}} > \rho_{\mathrm{物}} $时,物块漂浮,浮力始终等于重力。因此浮力先增大后不变,C选项错误。
4. 分析向乙烧杯加水时的浮力变化:
向乙烧杯缓慢加水,盐水密度逐渐减小。当$ \rho_{\mathrm{盐水}} > \rho_{\mathrm{物}} $时,物块仍漂浮,浮力等于重力,保持不变;当$ \rho_{\mathrm{盐水}} = \rho_{\mathrm{物}} $时,物块悬浮,浮力仍等于重力;当$ \rho_{\mathrm{盐水}} < \rho_{\mathrm{物}} $时,物块沉底,浮力小于重力,逐渐减小。因此浮力先不变后减小,D选项错误。
【答案】
B
【知识点】
物体浮沉条件、液体压强公式、阿基米德原理
【点评】
本题综合考查物体浮沉条件与液体压强的应用,需要结合物块在液体密度变化过程中的浮沉状态,分析浮力和压强的变化,关键是理清不同状态下的受力与密度关系。
【难度系数】
0.6
【分析】
要判断物体的浮沉状态,需依据物体的浮沉条件,比较物体所受重力与浮力的大小关系。首先根据阿基米德原理可知,物体受到的浮力等于排开液体的重力;再计算物体自身的重力,通过两者的大小对比判断浮沉:若$G_{\mathrm{物}}>F_{\mathrm{浮}}$,物体下沉;若$G_{\mathrm{物}}=F_{\mathrm{浮}}$,物体悬浮或漂浮;若$G_{\mathrm{物}}<F_{\mathrm{浮}}$,物体上浮最终漂浮。
具体来看,物体质量为100g,其重力$G_{\mathrm{物}}=m_{\mathrm{物}}g$;排开水的质量为90g,浮力$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g$。由于$m_{\mathrm{物}}>m_{\mathrm{排}}$,则$G_{\mathrm{物}}>F_{\mathrm{浮}}$,物体重力大于浮力,会下沉至盆底。
【解析】
1. 计算物体的重力:
物体质量 $ m_{\mathrm{物}} = 100 \, \mathrm{g} = 0.1 \, \mathrm{kg} $,根据重力公式 $ G = mg $,可得物体重力 $ G_{\mathrm{物}} = m_{\mathrm{物}}g = 0.1 \, \mathrm{kg} × g $。
2. 计算物体受到的浮力:
根据阿基米德原理,浮力等于排开液体的重力,排开水的质量 $ m_{\mathrm{排}} = 90 \, \mathrm{g} = 0.09 \, \mathrm{kg} $,则浮力 $ F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{排}} = m_{\mathrm{排}}g = 0.09 \, \mathrm{kg} × g $。
3. 比较重力与浮力的大小:
因为 $ 0.1 \, \mathrm{kg} × g > 0.09 \, \mathrm{kg} × g $,即 $ G_{\mathrm{物}} > F_{\mathrm{浮}} $。
根据物体浮沉条件,当物体重力大于所受浮力时,物体下沉,因此物体会沉入盆底。
【答案】
C
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题考查阿基米德原理与物体浮沉条件的综合应用,核心是通过比较物体重力和浮力的大小判断浮沉状态,解题时需注意单位换算及公式的正确运用,属于基础题型。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先回忆压强和摩擦力的相关知识:
1. 对于坦克宽履带的作用:坦克对地面的压力等于自身重力(压力一定),宽履带增大了与地面的受力面积,根据压强公式$p=\frac{F}{S}$,在压力F不变时,受力面积S越大,压强p越小,因此宽履带的作用是减小压强。
2. 对于磁悬浮列车:摩擦力产生的条件是两个物体相互接触并挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动趋势。磁悬浮列车车体浮在铁轨上,与铁轨间存在空隙,车体和铁轨不再接触挤压,因此可以减小甚至消除与铁轨间的摩擦力。
【解析】
1. 压强的大小与压力大小和受力面积有关,当压力一定时,增大受力面积可以减小压强。坦克的宽履带增大了与地面的受力面积,在坦克对地面的压力(等于自身重力)不变的情况下,减小了对地面的压强。
2. 摩擦力的产生需要物体间相互接触并挤压、有相对运动或相对运动趋势。磁悬浮列车高速行驶时车体浮在铁轨上,车体与铁轨无接触挤压,满足不了摩擦力产生的条件,因此可以减小甚至消除与铁轨间的摩擦力。
【答案】
压强;摩擦力
【知识点】
减小压强的方法、减小摩擦力的方法
【点评】
本题结合坦克、磁悬浮列车这两种常见交通工具的实例,考查压强和摩擦力的相关知识,注重物理知识在生活实际中的应用,要求学生能将物理规律与生活现象结合分析,属于基础应用型题目。
【难度系数】
0.9
【分析】
首先,橡皮泥的重力始终为2N保持不变。根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在液体密度$\rho_{液}$和$g$不变的情况下,排开液体的体积$V_{排}$越大,浮力越大。小明将橡皮泥捏成船状,增大了橡皮泥排开水的体积,从而增大了浮力;其次,根据物体的浮沉条件,当物体漂浮在液面时,所受浮力等于自身重力,因此“橡皮泥船”漂浮时受到的浮力等于橡皮泥的重力2N。
【解析】
1. 增大浮力的方法:
橡皮泥的重力不变,将其捏成船状后,排开液体的体积明显增大。根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在水的密度和$g$不变时,排开水的体积增大,浮力随之增大,所以是利用了增大排开液体的体积的方法来增大浮力。
2. 计算“橡皮泥船”所受浮力:
当“橡皮泥船”漂浮在水面上时,根据物体的浮沉条件,漂浮时物体所受浮力等于自身重力,已知橡皮泥重力为2N,因此“橡皮泥船”所受浮力$F_{浮}=G=2\,\mathrm{N}$。
【答案】
增大排开液体的体积;2
【知识点】
阿基米德原理、物体的浮沉条件
【点评】
本题结合生活实例考查了阿基米德原理和物体浮沉条件的应用,重点在于理解通过改变排开液体的体积可改变浮力大小,以及漂浮状态下浮力与重力的关系,属于基础型题目,帮助学生将理论知识与实际应用相结合。
【难度系数】
0.8
【分析】
首先回忆流体压强与流速的核心关系:在流体中,流速越大的位置,压强越小。接着结合喷雾器的结构分析:空气从小孔喷出时,小孔附近空气流速快,根据上述规律可判断此处压强情况;容器内液面上方空气流速慢,进而判断其压强情况,压强差会推动液体上升。
【解析】
根据流体压强与流速的规律:流体流速越大的位置,压强越小。
1. 空气从小孔喷出,小孔附近空气流速较大,因此压强较小;
2. 容器内液面上方空气的流速远小于小孔附近的流速,所以压强较大;
在内外压强差的作用下,液体沿细管上升,从管口流出后受气流冲击形成雾状。
【答案】
较小;较大
【知识点】
流体压强与流速的关系
【点评】
本题以生活中的喷雾器为载体,考查流体压强与流速的关系的实际应用,属于基础知识应用类题目,需结合装置特点理解压强差的形成过程。
【难度系数】
0.7
【分析】
这道题需要分三步解决,分别利用阿基米德原理、密度公式和漂浮条件来计算:
1. 求油轮受到的浮力:油轮在长江中航行时,排开水的体积已知,直接根据阿基米德原理公式$ F_{浮}=\rho_{水}gV_{排} $代入数值计算即可。
2. 求卸下燃油的质量:已知燃油的密度和体积,利用密度公式$ \rho=\frac{m}{V} $的变形公式$ m=\rho V $,代入数据就能算出质量。
3. 求卸下燃油后排开水的体积:油轮始终处于漂浮状态,浮力等于总重力,卸下燃油后,油轮重力的减少量等于卸下燃油的重力,因此浮力的减少量也等于该重力。先算出卸下燃油的重力,再根据阿基米德原理求出减少的排开水的体积,最后用原来的排开体积减去减少的体积,得到新的排开体积。
【解析】
1. 计算油轮受到的浮力:
根据阿基米德原理$ F_{浮}=\rho_{水}gV_{排} $,已知$ \rho_{水}=1×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3} $,$ g=10\, \mathrm{N/kg} $,$ V_{排}=300\, \mathrm{m^3} $,代入得:
$ F_{浮}=1×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3}×10\, \mathrm{N/kg}×300\, \mathrm{m^3}=3×10^{6}\, \mathrm{N} $
2. 计算卸下燃油的质量:
由密度公式$ \rho=\frac{m}{V} $变形得$ m=\rho V $,已知燃油密度$ \rho_{油}=0.8×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3} $,体积$ V_{油}=100\, \mathrm{m^3} $,代入得:
$ m_{油}=0.8×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3}×100\, \mathrm{m^3}=8×10^{4}\, \mathrm{kg} $
3. 计算卸下燃油后排开的水的体积:
首先计算卸下燃油的重力:$ G_{油}=m_{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,所以卸下燃油后浮力的减少量$ \Delta F_{浮}=G_{油}=8×10^{5}\, \mathrm{N} $
由$ F_{浮}=\rho_{水}gV_{排} $得减少的排开水的体积:
$ \Delta V_{排}=\frac{\Delta F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{8×10^{5}\, \mathrm{N}}{1×10^{3}\, \mathrm{kg/m^3}×10\, \mathrm{N/kg}}=80\, \mathrm{m^3} $
则卸下燃油后排开的水的体积:
$ V_{排}'=V_{排}-\Delta V_{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;漂浮条件
【点评】
本题结合实际航行场景,综合考查浮力、密度的核心知识点,需要熟练掌握相关公式的变形应用,以及漂浮状态下浮力与重力的关系,逻辑推导清晰,注重对基础公式和物理规律的灵活运用。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先解决温度计读数问题:先观察温度计的分度值,图中温度计10℃之间有10个小格,分度值为1℃,据此读出温度计示数;再结合沸点与气压的关系分析气压情况:已知1个标准大气压下沸点为100℃,气压越高沸点越高,反之沸点越低则气压越低,根据测得的水的沸点判断区域气压。
【解析】
1. 读取温度计示数:
由图可知,温度计的分度值为1℃,温度计内液面稳定在97℃的位置,因此示数为97℃。
2. 判断大气压强:
在1个标准大气压下,水的沸点是100℃,且气压越高,沸点越高。现在水的沸点为97℃,低于100℃,说明此时水的沸点低于标准大气压下的沸点,因此小华所在区域的大气压强低于1个标准大气压。
【答案】
97;低于
【知识点】
温度计的读数;沸点与气压的关系
【点评】
本题属于基础题,考查了温度计的正确读数和沸点与气压的关系,需要结合图像信息和物理规律进行分析,难度不大。
【难度系数】
0.8
【分析】
1. 第(1)问:判断错误数据需依据液体压强的基本规律,同种液体中,压强随深度增加而增大,同一深度向各个方向的压强相等。对比各组实验数据,序号④的数据不符合上述规律,因此是错误的。
2. 第(2)问:探究压强与深度的关系时,需控制液体种类、金属盒的朝向相同,改变深度,因此选择①②③组数据,分析可得出压强随深度变化的结论;探究同一深度压强与方向的关系时,需控制液体种类、深度相同,改变金属盒的朝向,因此选择③⑤⑥组数据,分析可得出同一深度各方向压强的特点。
【解析】
(1) 根据液体压强规律,同种液体中,深度相同则压强大小一致,深度不同则压强随深度增大而增大。实验序号④的数据不符合这一规律,故为错误数据。
(2) 分析实验序号①②③的数据:这三组实验使用同种液体,金属盒朝向相同,深度逐渐增加,压强计的液面高度差逐渐变大,可得出结论:液体内部的压强随深度的增加而增大;
分析实验序号③⑤⑥的数据:这三组实验使用同种液体,深度相同,金属盒朝向不同,压强计的液面高度差相同,可得出结论:在同一深度,液体向各个方向的压强相等。
【答案】
(1) ④
(2) ①②③;液体内部的压强随深度的增加而增大;③⑤⑥;在同一深度,液体向各个方向的压强相等
【知识点】
液体压强规律
控制变量法
【点评】
本题考查液体压强规律的探究实验,重点考查控制变量法的应用,要求能通过分析对比实验数据归纳出正确结论,培养数据分析和归纳总结的能力。
【难度系数】
0.6