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不变
$<$
$=$
$>$
D
D
D
B
【分析】
(1) 溢水杯原本盛满液体,放入小球后液面高度不变,结合液体压强公式,可知液体对容器底部的压强变化;
(2) 根据阿基米德原理,结合小球在甲中沉底、乙中漂浮时浮力与自身重力的关系,比较溢出液体质量的大小;
(3) 依据漂浮和悬浮的浮沉条件判断浮力大小;再通过分析容器对桌面的压力,结合液体密度关系,比较容器对桌面的压强大小。
【解析】
(1) 溢水杯盛满液体,放入小球后溢出液体,液面高度$ h $保持不变,液体密度$ \rho_{液} $不变,根据液体压强公式$ p=\rho_{液}gh $,可知液体对容器底部的压强不变。
(2) 根据阿基米德原理$ F_{浮}=G_{排}=m_{排}g $:
小球在甲中沉底,说明$ F_{1}<G_{球} $,即$ m_{1}g<G_{球} $,可得$ m_{1}<\frac{G_{球}}{g} $;
小球在乙中漂浮,说明$ F_{2}=G_{球} $,即$ m_{2}g=G_{球} $,可得$ m_{2}=\frac{G_{球}}{g} $;
因此$ m_{1}<m_{2} $。
(3) 小球在甲中漂浮,根据浮沉条件可知$ F_{1}=G_{球} $;小球在乙中悬浮,根据浮沉条件可知$ F_{2}=G_{球} $,故$ F_{1}=F_{2} $。
容器对桌面的压力:
放入小球后,容器对桌面的压力$ F_{压}=G_{容}+G_{液原}+G_{球}-G_{排} $,由阿基米德原理知$ G_{排}=F_{浮}=G_{球} $,因此$ F_{压}=G_{容}+G_{液原} $。
小球在甲中漂浮,$ \rho_{球}<\rho_{1} $;在乙中悬浮,$ \rho_{球}=\rho_{2} $,故$ \rho_{1}>\rho_{2} $。
溢水杯相同且盛满液体,液体体积$ V $相同,由$ G=mg=\rho Vg $可知$ G_{液甲}>G_{液乙} $,则$ F_{压甲}=G_{容}+G_{液甲}>F_{压乙}=G_{容}+G_{液乙} $。
容器底面积$ S $相同,根据$ p=\frac{F}{S} $,可得$ p_{1}>p_{2} $。
【答案】
(1) 不变 (2) < (3) = >
【知识点】
液体压强计算、阿基米德原理、物体浮沉条件
【点评】
本题综合考查液体压强、阿基米德原理和物体浮沉条件的应用,需准确分析不同状态下浮力、重力的关系,以及容器对桌面压力的变化,理清各物理量间的逻辑关系是解题关键。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,我们可以分两步分析:
1. 比较A、B在水中受到的浮力:根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,浮力大小取决于排开液体的体积。由图可知,A完全浸没在水中,$V_{排A}=V_A$;B漂浮在水面,$V_{排B}<V_B$。已知$V_A>V_B$,因此$V_{排A}>V_{排B}$,结合阿基米德原理可判断浮力大小关系。
2. 比较A、B对水平桌面的压强:首先根据物体的浮沉条件判断密度关系:A悬浮在水中,说明$\rho_A=\rho_{水}$;B漂浮在水中,说明$\rho_B<\rho_{水}$,因此$\rho_A>\rho_B$。A、B是质量分布均匀的实心正方体,放在水平桌面时,可利用推导的压强公式$p=\rho gh$分析($h$为正方体的边长)。已知$V_A>V_B$,正方体的边长$h_A>h_B$,结合$\rho_A>\rho_B$,代入公式可判断压强大小关系。
【解析】
步骤1:比较浮力$F_A$和$F_B$的大小
根据阿基米德原理:$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,其中$\rho_{水}$为水的密度,$g$为常量。
由图可知:A完全浸没在水中,$V_{排A}=V_A$;B漂浮在水面,$V_{排B}<V_B$。
已知$V_A>V_B$,因此$V_{排A}>V_{排B}$,代入公式可得:
$F_A=\rho_{水}gV_{排A}$,$F_B=\rho_{水}gV_{排B}$,所以$F_A>F_B$。
步骤2:比较对水平桌面的压强$p_A$和$p_B$的大小
根据浮沉条件判断密度:
A悬浮在水中,故$\rho_A=\rho_{水}$;
B漂浮在水中,故$\rho_B<\rho_{水}$,因此$\rho_A>\rho_B$。
对于质量分布均匀的实心正方体,放在水平桌面时,对桌面的压强可推导为:
$p=\frac{F}{S}=\frac{G}{S}=\frac{\rho Vg}{S}=\rho gh$(其中$h$为正方体的边长,$V=Sh$)。
已知$V_A>V_B$,正方体的边长$h_A>h_B$,结合$\rho_A>\rho_B$,代入$p=\rho gh$可知:
$p_A=\rho_A g h_A$,$p_B=\rho_B g h_B$,因此$p_A>p_B$。
综上,$F_A>F_B$,$p_A>p_B$,对应选项D。
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理、浮沉条件、固体压强计算
【点评】
本题综合考查了阿基米德原理、物体浮沉条件以及固体压强的计算,需要灵活运用浮沉条件判断物体密度,同时掌握正方体压强的推导公式$p=\rho gh$,将密度和边长结合分析压强大小,对知识点的综合运用能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,我们可以逐个分析选项,结合物体的浮沉条件、液体压强公式、压强的定义式来推导:
1. 先分析小球的浮力:根据物体浮沉条件,悬浮和漂浮时浮力都等于自身重力,两个小球完全相同,重力相同,所以浮力相等,可判断A选项。
2. 分析液体密度:悬浮时液体密度等于小球密度,漂浮时液体密度大于小球密度,由此比较甲、乙液体的密度,判断C选项。
3. 分析液体对容器底部的压力:先根据液体压强公式$p=\rho gh$,结合液体密度和液面相平的条件,比较液体对容器底的压强,再由$F=pS$(底面积相同)比较压力,判断B选项。
4. 分析容器对桌面的压强:容器对桌面的压力等于容器、液体、小球的总重力,结合容器形状和液体体积、密度,比较液体的质量,进而比较总重力,再根据$p=\frac{F}{S}$判断压强,判断D选项。
【解析】
逐个分析选项:
选项A:两个小球完全相同,重力均为$G$。小球在甲液体中悬浮,浮力$F_{甲}=G$;在乙液体中漂浮,浮力$F_{乙}=G$,因此$F_{甲}=F_{乙}$,A错误。
选项C:根据物体浮沉条件,悬浮时$\rho_{甲}=\rho_{球}$,漂浮时$\rho_{乙}>\rho_{球}$,因此$\rho_{甲}<\rho_{乙}$,C错误。
选项B:两容器内液面相平,即深度$h$相同,由液体压强公式$p=\rho gh$,$\rho_{甲}<\rho_{乙}$,可得液体对容器底部的压强$p_{甲液}<p_{乙液}$。已知两容器底面积$S$相同,由$F=pS$可知,液体对容器底部的压力$F'_{甲}<F'_{乙}$,B错误。
选项D:容器对水平桌面的压力等于容器、液体、小球的总重力,即$F_{压}=G_{容}+G_{球}+G_{液}$。
两容器和小球均相同,$G_{容}$、$G_{球}$相等,只需比较液体重力$G_{液}$:
液面相平时,甲容器为柱形容器,液体体积$V_{甲液}=S_{容}h - V_{球}$;乙容器上宽下窄,液体体积$V_{乙液}>S_{容}h - V_{排乙}$,且$V_{排乙}<V_{球}$,因此$V_{乙液}>V_{甲液}$。
又因为$\rho_{乙}>\rho_{甲}$,由$m=\rho V$可知$m_{乙液}>m_{甲液}$,则$G_{乙液}>G_{甲液}$,所以总重力$G_{甲总}<G_{乙总}$,即$F_{压甲}<F_{压乙}$。
两容器底面积$S$相同,根据$p=\frac{F}{S}$,可得$p_{甲}<p_{乙}$,D正确。
【答案】
D
【知识点】
物体浮沉条件、液体压强公式、固体压强公式
【点评】
本题综合考查了物体浮沉条件、液体压强和固体压强的相关知识,需要结合容器形状分析液体体积和总重力,对综合分析能力要求较高。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,需结合受力分析、阿基米德原理、压强压力的变化规律逐一分析选项:
1. 分析浮力大小:先对两个小球进行受力分析,结合细线的拉力方向(甲图细线向上拉小球,乙图细线向下拉小球),得出浮力与重力的关系,再根据阿基米德原理判断液体密度关系;
2. 分析容器底部压力和容器对桌面的压强变化:采用整体法分析,判断剪断细线前后整体的总重力或受力变化,进而确定压力、压强的变化。
【解析】
逐一分析各选项:
选项A:
小球A受向下的重力$G$、向上的浮力$F_1$、向上的细线拉力$T$,受力平衡:$F_1 + T = G$,即$F_1 = G - T$;
小球B受向下的重力$G$、向上的浮力$F_2$、向下的细线拉力$T'$,受力平衡:$F_2 = G + T'$;
因此$F_2 > F_1$,A错误。
选项B:
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,两小球完全相同,$V_{排}$相等,由$F_2 > F_1$可知$\rho_{乙}gV > \rho_{甲}gV$,即$\rho_{乙} > \rho_{甲}$,B错误。
选项C:
剪断细线前,甲容器对桌面的压力为容器、液体、小球的总重力减去细线拉力$T$(拉力为外部力);剪断细线后,小球A因$\rho_{甲}<\rho_{球}$下沉至容器底部,此时容器对桌面的压力等于容器、液体、小球的总重力,压力变大,容器底部受到的压力也变大,C错误。
选项D:
剪断细线前,乙容器对桌面的压力等于容器、液体、小球的总重力(细线拉力为内部力,不影响整体受力);剪断细线后,小球B因$\rho_{乙}>\rho_{球}$上浮至漂浮状态,整体总重力仍为容器、液体、小球的总重力,压力不变。容器底面积不变,根据$p=\frac{F}{S}$,乙容器对桌面的压强不变,D正确。
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理;受力分析;压强与压力变化
【点评】
本题考查浮力、压强的综合应用,关键是正确对小球进行受力分析,区分内部力与外部力对整体压力的影响,结合阿基米德原理判断液体密度关系,需注意整体法的灵活运用。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先,三块橡皮泥质量相等,故重力相等。根据物体浮沉条件分析浮力大小:漂浮和悬浮时浮力等于重力,沉底时浮力小于重力,由此判断浮力关系;再根据阿基米德原理推导排开水的体积关系;接着结合排开体积判断水面高度,利用液体压强公式分析容器底部压强;最后分析烧杯对桌面的压力,总重力相等则压力相等。
【解析】
1. 浮力分析:
已知三块橡皮泥质量相等,由$G=mg$可知,三块橡皮泥的重力$G$相等。
甲中橡皮泥漂浮,根据浮沉条件:$F_{甲}=G$;
乙中橡皮泥沉底,根据浮沉条件:$F_{乙}<G$;
丙中橡皮泥悬浮,根据浮沉条件:$F_{丙}=G$;
因此$F_{甲}=F_{丙}>F_{乙}$,故A选项错误。
2. 排开水的体积分析:
根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,变形可得$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}$。
因为$F_{甲}=F_{丙}>F_{乙}$,且$\rho_{水}$、$g$均相同,所以$V_{甲}=V_{丙}>V_{乙}$,故B选项正确。
3. 水对容器底部的压强分析:
三个烧杯中原有水的质量相同,即原有水的体积相同。结合$V_{甲}=V_{丙}>V_{乙}$,可知容器内水面高度$h_{甲}=h_{丙}>h_{乙}$。
根据液体压强公式$p=\rho_{水}gh$,$\rho_{水}$、$g$相同,所以$p_{甲}=p_{丙}>p_{乙}$,故C选项错误。
4. 烧杯对桌面的压力分析:
烧杯对桌面的压力等于烧杯、水和橡皮泥的总重力。由于三个烧杯相同,水的质量相同,三块橡皮泥质量相等,因此总重力相等,即$F'_{甲}=F'_{乙}=F'_{丙}$,故D选项错误。
【答案】
B
【知识点】
物体浮沉条件;阿基米德原理;液体压强公式
【点评】
本题综合考查物体浮沉条件、阿基米德原理及液体压强、压力的判断,需理清不同状态下浮力与重力的关系,结合公式逐步推导,注意区分液体对容器底的压强和容器对桌面的压力的分析思路。
【难度系数】
0.6