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等于
上浮
下沉
C
解:(1)当未加食盐,鸡蛋沉底时,根据阿基米德原理可得鸡蛋所受浮力
$F_{浮1}=G_{排}=m_{溢}g=50×10^{-3}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=0.5\ \mathrm{N}$
(2)鸡蛋的重力$G=mg=5.3×10^{-2}\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=0.53\ \mathrm{N},$
当鸡蛋在盐水中悬浮时,鸡蛋所受浮力等于其重力,即$F_{浮2}=G=0.53\ \mathrm{N}$
(3)根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可得鸡蛋的体积
$V=V_{排1}=\frac{F_{浮1}}{\rho_{水}g}=\frac{0.5\ \mathrm{N}}{1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=5×10^{-5}\ \mathrm{m}^3,$
鸡蛋在盐水中悬浮时,$V_{排2}=V=5×10^{-5}\ \mathrm{m}^3,$
由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$得盐水的密度$\rho_{盐水}=\frac{F_{浮2}}{gV_{排2}}=\frac{0.53\ \mathrm{N}}{10\ \mathrm{N/kg}×5×10^{-5}\ \mathrm{m}^3}=1.06×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$
$1.37×10^{7}$
$4.12×10^{4}$
变小
$=$
$<$
C
【分析】
首先根据物体浮沉的平衡状态分析:当物体悬浮时,处于平衡状态,受到的浮力与重力是一对平衡力,大小相等;向水中加食盐后,水的密度增大,牙膏壳排开水的体积不变,由阿基米德原理可知浮力会增大,当浮力大于重力时物体上浮;将牙膏壳内空气排出,其排开水的体积减小,浮力减小,此时浮力小于重力,物体下沉。
【解析】
1. 牙膏壳悬浮在水中时,处于平衡状态,根据二力平衡条件,所受浮力等于重力。
2. 向水中加入食盐,水的密度变大,牙膏壳排开水的体积不变,由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,浮力增大,此时浮力大于重力,牙膏壳将上浮。
3. 若不加食盐,排出牙膏壳内部分空气,牙膏壳体积减小,排开水的体积变小,水的密度不变,浮力减小,此时浮力小于重力,牙膏壳将下沉。
【答案】
等于 上浮 下沉
【知识点】
物体浮沉条件;阿基米德原理
【点评】
本题结合生活中的物品考查物体浮沉条件和阿基米德原理的应用,需结合不同情境分析浮力与重力的大小关系,掌握影响浮力的因素是解题核心。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决本题,需结合物体的浮沉条件和阿基米德原理,逐个分析每个选项:
1. 先根据三种状态下橙子的浮沉情况,判断其密度与水的关系、浮力与重力的关系;
2. 分析甲、乙中橙子的重力变化,结合浮力等于重力的特点,利用阿基米德原理比较排开液体的体积;
3. 分析丙图中橙子的受力情况,判断对容器底部的压力是否为零。
【解析】
根据物体浮沉条件和阿基米德原理对各选项分析如下:
选项A:甲图中橙子漂浮,说明$\rho_{甲橙}<\rho_{水}$;乙图中橙子悬浮,说明$\rho_{乙橙}=\rho_{水}$;丙图中橙子沉底,说明$\rho_{丙橙}>\rho_{水}$,因此三种状态下橙子的密度关系为$\rho_{甲橙}<\rho_{乙橙}<\rho_{丙橙}$,A错误。
选项B:甲图中橙子漂浮,根据漂浮条件,物体所受浮力等于自身重力,即$F_{浮甲}=G_{甲}$,B错误。
选项C:甲中橙子带完整表皮,乙中橙子剥去部分表皮,因此$G_{甲}>G_{乙}$;甲中漂浮、乙中悬浮,均满足浮力等于重力,即$F_{浮甲}=G_{甲}$,$F_{浮乙}=G_{乙}$,所以$F_{浮甲}>F_{浮乙}$。根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,在$\rho_{水}$、$g$相同的情况下,浮力越大,排开液体的体积越大,故$V_{排乙}<V_{排甲}$,C正确。
选项D:丙图中橙子沉底,受到重力$G_{丙}$、浮力$F_{浮丙}$和容器底部的支持力$F_{支}$,三力平衡,即$G_{丙}=F_{浮丙}+F_{支}$,因此$F_{支}=G_{丙}-F_{浮丙}>0$。根据力的作用是相互的,橙子对容器底部的压力等于支持力,不为零,D错误。
【答案】
C
【知识点】
物体的浮沉条件、阿基米德原理
【点评】
本题考查物体浮沉条件与阿基米德原理的综合应用,解题关键是明确不同状态下橙子的重力变化,结合浮沉条件判断浮力大小,再利用阿基米德原理分析排开液体体积的关系,同时注意沉底物体的受力分析。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 第(1)问:鸡蛋沉底时,根据阿基米德原理,物体所受浮力等于排开液体的重力,已知溢出水的质量,先计算排开水的重力,即可得到鸡蛋受到的浮力。
2. 第(2)问:鸡蛋在盐水中悬浮时,根据物体浮沉条件,悬浮状态下浮力等于物体自身重力,因此先算出鸡蛋的重力,即为此时的浮力。
3. 第(3)问:首先利用第(1)问的浮力和水的密度,通过阿基米德原理变形公式求出鸡蛋的体积(沉底时排开水的体积等于鸡蛋体积);鸡蛋悬浮时排开盐水的体积等于鸡蛋体积,再结合第(2)问的悬浮浮力,利用阿基米德原理变形公式就能求出盐水的密度。
【解析】
(1)未加食盐,鸡蛋沉底时:
已知溢出水的质量$m_{溢}=50g=0.05kg$,根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}$,排开水的重力$G_{排}=m_{溢}g=0.05kg×10N/kg=0.5N$,
所以鸡蛋所受浮力$F_{浮1}=G_{排}=0.5N$。
(2)鸡蛋的质量$m_{蛋}=53g=0.053kg$,
鸡蛋的重力$G=m_{蛋}g=0.053kg×10N/kg=0.53N$,
根据悬浮的浮沉条件,悬浮时浮力等于重力,因此鸡蛋在盐水中悬浮时所受浮力$F_{浮2}=G=0.53N$。
(3)由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$变形可得鸡蛋的体积(沉底时排开水的体积等于鸡蛋体积):
$V=V_{排1}=\frac{F_{浮1}}{\rho_{水}g}=\frac{0.5N}{1.0×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg}=5×10^{-5}m^{3}$,
鸡蛋悬浮时,$V_{排2}=V=5×10^{-5}m^{3}$,
再由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$变形得盐水的密度:
$\rho_{盐水}=\frac{F_{浮2}}{gV_{排2}}=\frac{0.53N}{10N/kg×5×10^{-5}m^{3}}=1.06×10^{3}kg/m^{3}$。
【答案】
(1)$0.5N$;
(2)$0.53N$;
(3)$1.06×10^{3}kg/m^{3}$。
【知识点】
阿基米德原理;物体浮沉条件;密度公式应用
【点评】
本题考查浮力的综合计算,紧密结合阿基米德原理与物体浮沉条件,解题过程中需注意单位换算,步骤清晰,是对浮力核心知识点的典型考查。
【难度系数】
0.7
【分析】
这道题考查浮力与液体压强的综合应用,分三个问题逐一分析思路:
1. 满载浮力计算:根据阿基米德原理,满载排水量是排开海水的质量,浮力等于排开液体的重力,利用公式$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$即可求解。
2. 舰体受到的海水压强:液体压强遵循公式$p=\rho gh$,已知海水密度、深度和$g$的取值,直接代入公式计算即可。
3. 吃水深度变化分析:护卫舰始终处于漂浮状态,浮力等于自身重力,重力不变则浮力不变;东海海水密度大于长江水密度,根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,浮力不变时,液体密度越大,排开液体的体积越小,因此吃水深度变小。
【解析】
1. 计算满载时所受浮力:
已知满载排水量$m_{排}=1370t=1.37×10^{6}kg$,根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,代入数据得:
$F_{浮}=1.37×10^{6}kg×10N/kg=1.37×10^{7}N$。
2. 计算水面下方4m处的舰体受到海水的压强:
根据液体压强公式$p=\rho_{海水}gh$,代入$\rho_{海水}=1.03×10^{3}kg/m^{3}$、$g=10N/kg$、$h=4m$,得:
$p=1.03×10^{3}kg/m^{3}×10N/kg×4m=4.12×10^{4}Pa$。
3. 分析吃水深度变化:
护卫舰从长江驶入东海,始终漂浮,所受浮力等于自身重力,即$F_{浮}=G_{舰}$,舰的重力不变,故浮力不变;
因为$\rho_{海水}>\rho_{江水}$,由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,在$F_{浮}$和$g$不变时,$\rho_{液}$越大,$V_{排}$越小,舰体浸入液体的体积变小,所以吃水深度变小。
【答案】
$1.37×10^{7}$;$4.12×10^{4}$;变小
【知识点】
阿基米德原理;液体压强公式;物体漂浮条件
【点评】
本题属于力学基础综合题,涵盖浮力计算、液体压强计算和漂浮条件的应用,关键是熟练掌握相关公式和原理,注意单位换算及不同液体密度对排开体积的影响,难度适中。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先,密度计在两种液体中均处于漂浮状态,根据漂浮条件,漂浮时物体受到的浮力等于自身重力,由于密度计的重力不变,可判断两次浮力的关系;接着,根据阿基米德原理,在浮力相等时,排开液体的体积越大,液体的密度越小,结合图示中密度计排开液体的体积大小,可比较两种液体的密度;最后,已知液面相平,根据液体压强公式$ p=\rho gh $,结合液体密度的大小关系,可判断容器底受到的压强大小。
【解析】
1. 判断浮力大小:
密度计在甲、乙两种液体中均静止漂浮,根据物体的漂浮条件:漂浮时浮力等于物体自身重力,即$ F_{浮}=G $。
因为密度计的重力$ G $不变,所以$ F_{甲}=F_{乙}=G $,即$ F_{甲}=F_{乙} $。
2. 判断液体密度大小:
由图可知,密度计在甲液体中排开液体的体积$ V_{排甲} > V_{排乙} $,根据阿基米德原理$ F_{浮}=\rho_{液}gV_{排} $,在$ F_{浮} $相等时,$ V_{排} $越大,液体密度$ \rho_{液} $越小,因此$ \rho_{甲} < \rho_{乙} $。
3. 判断容器底的压强大小:
已知两容器中液面相平,即$ h_{甲}=h_{乙} $,根据液体压强公式$ p=\rho_{液}gh $,在$ h $相同的情况下,液体密度$ \rho_{液} $越小,压强$ p $越小,因为$ \rho_{甲} < \rho_{乙} $,所以$ p_{甲} < p_{乙} $。
【答案】
=;<
【知识点】
物体漂浮条件、阿基米德原理、液体压强公式
【点评】
本题是漂浮条件、阿基米德原理与液体压强公式的综合应用,解题的关键是抓住密度计重力不变这一核心,结合图示信息逐步推导,考查了对基础公式的理解和应用能力。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决这道题,需结合潜水艇的工作原理和物体浮沉条件分阶段分析:
1. 明确潜水艇模型的浮沉原理:通过改变自身重力实现浮沉,悬浮时模型的重力与浮力大小相等。
2. 上浮阶段:模型原本悬浮在b位置,要上浮至a位置,需要让浮力大于重力。此时应增加瓶内气体,排出瓶内部分水,减小模型自身重力,使浮力大于重力,模型上浮。
3. 悬浮阶段:当模型到达a位置后,要再次实现悬浮,需让重力重新等于浮力(排开水的体积不变,浮力大小不变)。因此需要减少瓶内气体,让水进入瓶内,增大自身重力,直到重力与浮力相等,完成在a位置的悬浮。
综上,整个过程瓶内气体需要先增加后减少。
【解析】
潜水艇模型依靠改变自身重力实现浮沉,根据物体浮沉条件:
当$F_{浮}>G$时,物体上浮;当$F_{浮}=G$时,物体悬浮。
1. 模型在b位置悬浮时,$G=F_{浮}$。要上浮至a位置,需使$F_{浮}>G$,因此要增加瓶内气体,排出部分水,减小自身重力,满足上浮条件。
2. 到达a位置后,排开水的体积不变,浮力大小不变,要再次悬浮需让$G=F_{浮}$,因此需要减少瓶内气体,使水进入瓶内,增大自身重力,直到重力与浮力相等,实现悬浮。
因此瓶内气体需先增加后减少,对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
物体的浮沉条件;潜水艇的工作原理
【点评】
本题以自制潜水艇模型为载体,考查浮沉条件的实际应用,需要分“上浮”和“在a位置悬浮”两个阶段分析操作,对浮沉条件的灵活运用能力要求较高,需明确不同阶段重力与浮力的关系变化。
【难度系数】
0.6