解:
(1)木块的质量$m_{\mathrm{木}}=\rho_{\mathrm{木}}V_{\mathrm{木}}=0.6×10^3\,\mathrm{kg/m}^3×200×10^{-6}\,\mathrm{m}^3=0.12\,\mathrm{kg}$
木块的重力$G_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{木}}g=0.12\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=1.2\,\mathrm{N}$
木块漂浮,浮力$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{木}}=1.2\,\mathrm{N}$
(2)木块排开原油的体积$V_{\mathrm{排}}=(1-\frac{1}{3})V_{\mathrm{木}}=\frac{2}{3}×200×10^{-6}\,\mathrm{m}^3=\frac{4}{3}×10^{-4}\,\mathrm{m}^3$
由$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{油}}gV_{\mathrm{排}}$得,原油的密度$\rho_{\mathrm{油}}=\frac{F_{\mathrm{浮}}}{gV_{\mathrm{排}}}=\frac{1.2\,\mathrm{N}}{10\,\mathrm{N/kg}×\frac{4}{3}×10^{-4}\,\mathrm{m}^3}=0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3$
(3)$1\,\mathrm{t}$原油的体积$V_{\mathrm{油}}=\frac{m_{\mathrm{油}}}{\rho_{\mathrm{油}}}=\frac{1×10^3\,\mathrm{kg}}{0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3}=\frac{10}{9}\,\mathrm{m}^3$
桶数$n=\frac{V_{\mathrm{油}}}{\frac{1}{6}\,\mathrm{m}^3}=\frac{10}{9}÷\frac{1}{6}=\frac{20}{3}\approx6.7$
答:(1)木块受到的浮力为$1.2\,\mathrm{N};$(2)原油的密度为$0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3;$(3)$1\,\mathrm{t}$原油可换算成约$6.7$桶。
解: $(1)$由图像$AB$段可知,圆柱体未浸入水中,弹簧测力计示数等于重力,故$G=12\,N$ $(2)$由图像$CD$段可知,圆柱体浸没在水中时弹簧测力计示数$F=4\,N$ $ $浸没时受到的浮力$F_{浮}=G-F=12\,N-4\,N=8\,N$ $ ()$由$F_{浮}=ρ_{水}gV_{排}$得,圆柱体的体积$V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{ρ_{水}g}=\frac{8\,N}{1.0×10^3\,kg/m^3×10\,N/kg}=8×10^{-4}\,m^3$ $ (4)$圆柱体的质量$m=\frac{G}{g}=\frac{12\,N}{10\,N/kg}=1.2\,kg$ $ $圆柱体的密度$ρ=\frac{m}{V}=\frac{1.2\,kg}{8×10^{-4}\,m^3}=1.5×10^3\,kg/m^3$
【分析】 1. 第(1)问:木块漂浮在原油表面,根据漂浮条件可知浮力等于木块重力。先利用密度公式$m=\rho V$计算木块质量,再通过重力公式$G=mg$求出木块重力,即可得到木块受到的浮力。 2. 第(2)问:已知木块$\frac{1}{3}$体积露出油面,可先算出排开原油的体积,再根据阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{油}}gV_{\mathrm{排}}$变形,代入已知量求出原油密度。 3. 第(3)问:先利用密度公式变形$V=\frac{m}{\rho}$算出1t原油的体积,再用该体积除以每桶原油的体积,得到桶数并按要求保留一位小数。 【解析】 解: (1)木块的体积$V_{\mathrm{木}}=200\ \mathrm{cm}^3=200×10^{-6}\ \mathrm{m}^3=2×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$ 木块的质量$m_{\mathrm{木}}=\rho_{\mathrm{木}}V_{\mathrm{木}}=0.6×10^3\,\mathrm{kg/m}^3×2×10^{-4}\,\mathrm{m}^3=0.12\,\mathrm{kg}$ 木块的重力$G_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{木}}g=0.12\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=1.2\,\mathrm{N}$ 因为木块漂浮,根据漂浮条件,木块受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{木}}=1.2\,\mathrm{N}$ (2)木块排开原油的体积$V_{\mathrm{排}}=(1-\frac{1}{3})V_{\mathrm{木}}=\frac{2}{3}×2×10^{-4}\,\mathrm{m}^3=\frac{4}{3}×10^{-4}\,\mathrm{m}^3$ 由阿基米德原理$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{油}}gV_{\mathrm{排}}$变形得: $\rho_{\mathrm{油}}=\frac{F_{\mathrm{浮}}}{gV_{\mathrm{排}}}=\frac{1.2\,\mathrm{N}}{10\,\mathrm{N/kg}×\frac{4}{3}×10^{-4}\,\mathrm{m}^3}=0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3$ (3)1t原油的质量$m_{\mathrm{油}}=1\,\mathrm{t}=1×10^3\,\mathrm{kg}$ 1t原油的体积$V_{\mathrm{油}}=\frac{m_{\mathrm{油}}}{\rho_{\mathrm{油}}}=\frac{1×10^3\,\mathrm{kg}}{0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3}=\frac{10}{9}\,\mathrm{m}^3$ 1t原油可换算的桶数: $n=\frac{V_{\mathrm{油}}}{\frac{1}{6}\,\mathrm{m}^3}=\frac{10}{9}÷\frac{1}{6}=\frac{20}{3}\approx6.7$ 答:(1)木块受到的浮力为$1.2\,\mathrm{N}$;(2)原油的密度为$0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3$;(3)1t原油可换算成约6.7桶。 【答案】 (1)$1.2\,\mathrm{N}$;(2)$0.9×10^3\,\mathrm{kg/m}^3$;(3)约6.7桶 【知识点】 漂浮条件、阿基米德原理、密度公式的应用 【点评】 本题是力学综合题,综合考查了漂浮条件、阿基米德原理和密度公式的应用,解题时需注意单位统一与换算,熟练掌握公式变形是关键,能有效提升学生对力学公式的综合运用能力。 【难度系数】 0.6
【分析】 1. 先分析F-h图像各段的物理意义:AB段圆柱体未浸入水中,弹簧测力计拉力与重力平衡,拉力大小等于重力,可直接读取重力; 2. CD段圆柱体完全浸没在水中,弹簧测力计示数稳定,此时圆柱体受重力、拉力和浮力,利用称重法可计算浮力; 3. 完全浸没时,圆柱体体积等于排开水的体积,结合阿基米德原理的变形公式可求出体积; 4. 先通过重力公式求出质量,再利用密度公式计算圆柱体的密度。 【解析】 (1) 由图(b)的AB段可知,圆柱体未浸入水中,弹簧测力计的示数等于圆柱体的重力,即$\boldsymbol{G=12\,\mathrm{N}}$; (2) 由图(b)的CD段可知,圆柱体完全浸没在水中时,弹簧测力计的示数$\boldsymbol{F=4\,\mathrm{N}}$,根据称重法测浮力,圆柱体浸没时受到的浮力: $F_{浮}=G-F=12\,\mathrm{N}-4\,\mathrm{N}=8\,\mathrm{N}$; (3) 圆柱体完全浸没时,$V=V_{排}$,由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$可得,圆柱体的体积: $V=V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{8\,\mathrm{N}}{1.0×10^{3}\,\mathrm{kg/m}^3×10\,\mathrm{N/kg}}=8×10^{-4}\,\mathrm{m}^3$; (4) 由$G=mg$可得圆柱体的质量: $m=\frac{G}{g}=\frac{12\,\mathrm{N}}{10\,\mathrm{N/kg}}=1.2\,\mathrm{kg}$, 再根据密度公式,圆柱体的密度: $\rho=\frac{m}{V}=\frac{1.2\,\mathrm{kg}}{8×10^{-4}\,\mathrm{m}^3}=1.5×10^{3}\,\mathrm{kg/m}^3$。 【答案】 (1) 圆柱体的重力为$\boldsymbol{12\,\mathrm{N}}$; (2) 圆柱体浸没在水中时受到的浮力为$\boldsymbol{8\,\mathrm{N}}$; (3) 圆柱体的体积为$\boldsymbol{8×10^{-4}\,\mathrm{m}^3}$; (4) 圆柱体的密度为$\boldsymbol{1.5×10^{3}\,\mathrm{kg/m}^3}$。 【知识点】 称重法测浮力、阿基米德原理、密度计算 【点评】 本题结合图像考查浮力与密度的综合计算,关键是从图像中提取有效信息,明确各阶段圆柱体的受力情况,熟练运用相关公式计算,是浮力部分的典型综合题型。 【难度系数】 0.6
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