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D
B
C
C
B
解:(1)木块受到的浮力
$F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}}=m_{\mathrm{排}}g=32×10^{-3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=0.32\ \mathrm{N}$
(2)由$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$可得,木块排开酒精的体积
$V_{\mathrm{排}}=\frac{F_{\mathrm{浮}}}{\rho_{\mathrm{酒精}}g}=\frac{0.32\ \mathrm{N}}{0.8×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}×10\ \mathrm{N/kg}}=4×10^{-5}\ \mathrm{m}^{3}=40\ \mathrm{cm}^{3}$
(3)因为木块漂浮,所以$G_{\mathrm{木}}=F_{\mathrm{浮}}=G_{\mathrm{排}},$即$m_{\mathrm{木}}g=m_{\mathrm{排}}g,$
则$m_{\mathrm{木}}=m_{\mathrm{排}}=32\ \mathrm{g};$
木块的体积$V_{\mathrm{木}}=a^{3}=(4\ \mathrm{cm})^{3}=64\ \mathrm{cm}^{3},$
木块的密度$\rho_{\mathrm{木}}=\frac{m_{\mathrm{木}}}{V_{\mathrm{木}}}=\frac{32\ \mathrm{g}}{64\ \mathrm{cm}^{3}}=0.5\ \mathrm{g/cm}^{3}$
【分析】
首先,我们需要结合阿基米德原理和物体浮沉条件来解题:
1. 先利用阿基米德原理计算物体完全浸没时受到的浮力;
2. 将此时的浮力与物体自身重力比较,判断物体的运动趋势;
3. 根据物体最终静止时的状态,结合浮沉条件确定最终的浮力大小。
具体来说,物体全部压入水中时,排开水的重力等于溢出的水重,由阿基米德原理可算出此时浮力;再对比浮力和物体重力,浮力大于重力时物体会上浮,最终静止时处于漂浮状态,漂浮时浮力等于物体自身重力。
【解析】
1. 根据阿基米德原理,物体全部压入装满水的溢水杯中时,受到的浮力等于排开液体的重力,即:
$ F_{\mathrm{浮1}} = G_{\mathrm{排}} = G_{\mathrm{溢}} = 12\mathrm{N} $
2. 已知物体的重力 $ G_{\mathrm{物}} = 10\mathrm{N} $,因为 $ F_{\mathrm{浮1}} > G_{\mathrm{物}} $,所以松开手后物体将上浮;
3. 当物体静止后,会处于漂浮状态,根据漂浮的浮沉条件,此时物体受到的浮力等于自身重力,即:
$ F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{物}} = 10\mathrm{N} $
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理、物体浮沉条件
【点评】
本题考查阿基米德原理与物体浮沉条件的综合应用,易错点是混淆物体完全浸没时的浮力和最终静止时的浮力,需明确:物体上浮至漂浮后,浮力会从完全浸没时的12N变为等于自身重力的10N。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先判断鸡蛋的初始状态:鸡蛋静止在盐水中,处于悬浮状态,此时鸡蛋所受浮力等于自身重力。当向杯中加入清水后,盐水的密度会减小,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在鸡蛋未发生位置变化时,$V_{排}$不变,液体密度减小则浮力会变小,此时浮力小于鸡蛋的重力,鸡蛋所受合力向下,因此鸡蛋会下沉。再逐一分析选项:A选项鸡蛋位置会变化,错误;C选项浮力应变小,错误;D选项鸡蛋不会上浮,错误;只有B选项正确。
【解析】
1. 初始状态分析:鸡蛋在盐水中静止,处于悬浮状态,根据物体浮沉条件,此时鸡蛋所受浮力等于自身重力,即$F_{浮}=G_{蛋}$。
2. 加入清水后的变化:向杯中加入清水,盐水的密度$\rho_{液}$减小。
3. 浮力变化判断:根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,在鸡蛋未下沉前,$V_{排}$不变,$\rho_{液}$减小,则$F_{浮}$减小,此时$F_{浮}<G_{蛋}$,鸡蛋所受合力向下,因此鸡蛋会下沉。
4. 选项分析:
A. 鸡蛋在水中的位置不变:错误,鸡蛋会下沉,位置改变。
B. 鸡蛋会下沉:正确。
C. 鸡蛋所受的浮力变大:错误,浮力变小。
D. 鸡蛋可能会上浮:错误,浮力小于重力,鸡蛋会下沉。
【答案】
B
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题结合物体浮沉条件与阿基米德原理,考查液体密度变化对浮力及物体运动状态的影响,属于基础应用类题目。解题关键是明确悬浮状态下浮力与重力的关系,以及液体密度改变时浮力的变化规律。
【难度系数】
0.6
【分析】
要判断三个小球静止时的浮力大小,需先通过密度公式计算小球密度,对比水的密度确定浮沉状态,再结合浮沉条件和阿基米德原理计算浮力并比较:
1. 第一步:利用$\rho=\frac{m}{V}$计算甲、乙、丙的密度,与水的密度($1\mathrm{g/cm^3}$)比较,判断每个小球的浮沉状态;
2. 第二步:根据浮沉状态选择对应的浮力计算方法:漂浮、悬浮时浮力等于重力,下沉时浮力用阿基米德原理计算;
3. 第三步:比较三个小球的浮力大小,得出正确选项。
【解析】
1. 计算小球密度,判断浮沉状态:
已知水的密度$\rho_{\mathrm{水}}=1\mathrm{g/cm^3}$,
$\rho_{\mathrm{甲}}=\frac{m_{\mathrm{甲}}}{V_{\mathrm{甲}}}=\frac{40\mathrm{g}}{60\mathrm{cm^3}}\approx0.67\mathrm{g/cm^3}<\rho_{\mathrm{水}}$,故甲球静止时漂浮;
$\rho_{\mathrm{乙}}=\frac{m_{\mathrm{乙}}}{V_{\mathrm{乙}}}=\frac{40\mathrm{g}}{40\mathrm{cm^3}}=1\mathrm{g/cm^3}=\rho_{\mathrm{水}}$,故乙球静止时悬浮;
$\rho_{\mathrm{丙}}=\frac{m_{\mathrm{丙}}}{V_{\mathrm{丙}}}=\frac{40\mathrm{g}}{20\mathrm{cm^3}}=2\mathrm{g/cm^3}>\rho_{\mathrm{水}}$,故丙球静止时下沉。
2. 计算各球浮力:
甲球漂浮,根据浮沉条件:$F_{\mathrm{甲}}=G_{\mathrm{甲}}=m_{\mathrm{甲}}g$;
乙球悬浮,根据浮沉条件:$F_{\mathrm{乙}}=G_{\mathrm{乙}}=m_{\mathrm{乙}}g$;
由于$m_{\mathrm{甲}}=m_{\mathrm{乙}}=40\mathrm{g}$,则$G_{\mathrm{甲}}=G_{\mathrm{乙}}$,因此$F_{\mathrm{甲}}=F_{\mathrm{乙}}$。
丙球下沉,浸没在水中,$V_{\mathrm{排丙}}=V_{\mathrm{丙}}=20\mathrm{cm^3}=2×10^{-5}\mathrm{m^3}$,根据阿基米德原理:
$F_{\mathrm{丙}}=\rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排丙}}=1.0×10^3\mathrm{kg/m^3}×10\mathrm{N/kg}×2×10^{-5}\mathrm{m^3}=0.2\mathrm{N}$;
而$G_{\mathrm{甲}}=G_{\mathrm{乙}}=m_{\mathrm{甲}}g=0.04\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=0.4\mathrm{N}$,故$F_{\mathrm{丙}}<F_{\mathrm{甲}}=F_{\mathrm{乙}}$。
3. 综上,$F_{\mathrm{甲}}=F_{\mathrm{乙}}>F_{\mathrm{丙}}$,对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
密度的计算;物体浮沉条件;阿基米德原理
【点评】
本题综合考查密度计算、浮沉条件与阿基米德原理的应用,核心是通过密度判断物体浮沉状态,再选择合适方法计算浮力,需要学生熟练掌握相关知识点的关联与应用。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决这道题,我们需要结合物体的浮沉条件来逐一分析选项:
1. 先明确浮沉规律:当物体密度小于液体密度时,物体漂浮;当物体密度大于液体密度时,物体下沉至水底。
2. 对每个选项进行分析:
A选项:浮力大小由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$决定,苹果漂浮时浮力等于自身重力,梨子沉底时浮力小于自身重力,但两者的重力大小未知,且苹果排开液体的体积更小,无法判断苹果受到的浮力更大,该选项错误。
B选项:从图中可直观看到苹果的体积小于梨子的体积,该选项错误。
C选项:苹果漂浮,说明苹果的密度小于水的密度;梨子沉底,说明梨子的密度大于水的密度,因此梨子的密度更大,该选项符合浮沉规律。
D选项:重力$G=mg$,质量与密度、体积有关,我们无法确定两者的质量大小,因此不能判断梨子受到的重力更大,该选项错误。
【解析】
根据物体浮沉条件:
苹果漂浮在水面,说明$\rho_{苹果} < \rho_{水}$;
梨子沉到水底,说明$\rho_{梨子} > \rho_{水}$;
由此可推出$\rho_{梨子} > \rho_{苹果}$,即梨子的密度较大。
对其余选项验证:
A:浮力大小由排液体积和液体密度决定,苹果排液体积更小,且两者重力未知,无法判定苹果浮力更大,故A错误;
B:由图可知苹果体积小于梨子体积,故B错误;
D:重力与质量相关,两者质量未知,无法比较重力大小,故D错误。
【答案】
C
【知识点】
物体浮沉条件
【点评】
本题考查物体浮沉条件的应用,解题核心是掌握漂浮、下沉物体与液体的密度关系,同时要注意,比较浮力、重力、体积时,不能仅凭直观现象判断,需结合公式和条件分析。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先根据鸡蛋在两杯中的状态,结合物体浮沉条件判断液体密度:甲中鸡蛋悬浮,说明甲杯盐水密度等于鸡蛋密度;乙中鸡蛋漂浮,说明乙杯盐水密度大于鸡蛋密度,因此乙杯液体密度更大。
接着分析浮力:同一个鸡蛋重力不变,悬浮和漂浮时浮力都等于鸡蛋重力,所以鸡蛋在两杯中的浮力相等,根据阿基米德原理,排开液体的质量也相等。
最后根据液体压强公式,结合两液面相平的条件,判断杯底压强:因为乙杯液体密度大,液面相平(深度相同),由$p=\rho gh$可知乙杯底部受到的液体压强更大。
【解析】
1. 判断液体密度:
鸡蛋在甲杯悬浮,根据浮沉条件,悬浮时$\rho_{液}=\rho_{物}$,故$\rho_{甲}=\rho_{蛋}$;
鸡蛋在乙杯漂浮,根据浮沉条件,漂浮时$\rho_{液}>\rho_{物}$,故$\rho_{乙}>\rho_{蛋}$;
因此$\rho_{乙}>\rho_{甲}$,A选项错误。
2. 分析浮力大小:
鸡蛋在甲中悬浮,$F_{浮甲}=G_{蛋}$;在乙中漂浮,$F_{浮乙}=G_{蛋}$;
同一鸡蛋重力$G_{蛋}$不变,故$F_{浮甲}=F_{浮乙}$,C选项错误。
3. 分析排开液体质量:
根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,因$F_{浮甲}=F_{浮乙}$,所以$m_{排甲}=m_{排乙}$,D选项错误。
4. 分析杯底液体压强:
两杯中液面相平,即$h_{甲}=h_{乙}$,根据液体压强公式$p=\rho gh$,$\rho_{乙}>\rho_{甲}$且$h$相同,故$p_{乙}>p_{甲}$,乙杯底部所受液体压强较大,B选项正确。
【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】
本题综合考查浮沉条件、阿基米德原理与液体压强公式的应用,核心是通过鸡蛋的浮沉状态判断液体密度关系,再结合公式推导各物理量的大小关系,需要熟练掌握相关规律的应用。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 对于第(1)问,根据阿基米德原理,浸在液体中的物体受到的浮力等于排开液体的重力,题目中给出了排开酒精的质量,可直接利用$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$计算浮力。
2. 第(2)问,已知浮力、酒精的密度和g的值,可通过浮力公式$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$变形得到$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{酒精}g}$,代入数值计算排开酒精的体积;也可利用密度公式$V=\frac{m}{\rho}$,通过排开酒精的质量和密度计算体积。
3. 第(3)问,木块静止时漂浮在酒精面上,根据漂浮条件可知木块的重力等于浮力,即木块的质量等于排开酒精的质量;先计算出正方体木块的体积,再利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算木块的密度。
【解析】
(1) 计算木块受到的浮力:
根据阿基米德原理,$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$
已知$m_{排}=32×10^{-3}\mathrm{kg}$,$g=10\mathrm{N/kg}$,代入得:
$F_{浮}=32×10^{-3}\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=0.32\mathrm{N}$
(2) 计算木块排开酒精的体积:
由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$变形得$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{酒精}g}$
已知$F_{浮}=0.32\mathrm{N}$,$\rho_{酒精}=0.8×10^{3}\mathrm{kg/m}^3$,$g=10\mathrm{N/kg}$,代入得:
$V_{排}=\frac{0.32\mathrm{N}}{0.8×10^{3}\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=4×10^{-5}\mathrm{m}^3=40\mathrm{cm}^3$
(3) 计算木块的密度:
因为木块漂浮,所以$G_{木}=F_{浮}=G_{排}$,即$m_{木}g=m_{排}g$,故$m_{木}=m_{排}=32\mathrm{g}$
正方体木块的体积$V_{木}=(4\mathrm{cm})^3=64\mathrm{cm}^3$
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,得:
$\rho_{木}=\frac{m_{木}}{V_{木}}=\frac{32\mathrm{g}}{64\mathrm{cm}^3}=0.5\mathrm{g/cm}^3$
【答案】
(1) $\boldsymbol{0.32\mathrm{N}}$
(2) $\boldsymbol{40\mathrm{cm}^3}$(或$\boldsymbol{4×10^{-5}\mathrm{m}^3}$)
(3) $\boldsymbol{0.5\mathrm{g/cm}^3}$(或$\boldsymbol{0.5×10^{3}\mathrm{kg/m}^3}$)
【知识点】
阿基米德原理、物体漂浮条件、密度公式应用
【点评】
本题是浮力与密度的综合计算题,重点考查阿基米德原理、漂浮条件及密度公式的灵活应用,解题过程中需注意单位的统一与换算,属于基础题型,能有效巩固浮力和密度的相关知识点。
【难度系数】
0.7