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D
解:(1)物块的体积$V=10\ \mathrm{cm}×10\ \mathrm{cm}×10\ \mathrm{cm}=1.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3,$
物块浸没在水中时受到的浮力
$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排}}=1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}×1.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=10\ \mathrm{N}$
(2)物块浸没在水中时,物块受到三个力的作用:竖直向下的重力和拉力、竖直向上的浮力,则物体的重力$G=F_{\mathrm{浮}}-F=10\ \mathrm{N}-4\ \mathrm{N}=6\ \mathrm{N};$
因为物块浸没在水中时的浮力大于物块的重力,所以剪断细线后,物块会上浮直至漂浮在水面上,由于漂浮,所以$F_{\mathrm{浮}}{'}=G=6\ \mathrm{N},$
由$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}}$得$V_{\mathrm{排}}=\frac{F_{\mathrm{浮}}{'}}{\rho_{\mathrm{水}}g}=\frac{6\ \mathrm{N}}{1.0×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}}=6×10^{-4}\ \mathrm{m}^3$
D
C
A
【分析】
要解决这道题,我们可以结合物体的浮沉条件、密度公式、阿基米德原理和液体压强公式,逐个分析选项:
1. 先根据乙图中A、B的浮沉状态判断两球的密度关系,再结合体积相同,利用$m=\rho V$判断质量大小;
2. 根据甲、乙液体中A球的浮沉状态,判断甲、乙液体的密度关系;
3. 利用阿基米德原理和浮沉条件,比较A球在甲、乙液体中受到的浮力大小;
4. 结合液面高度相同,利用液体压强公式$p=\rho gh$比较容器底受到的压强大小。
【解析】
我们对每个选项逐一分析:
选项A:由图乙可知,A球在乙液体中漂浮,说明$\rho_A < \rho_乙$;B球在乙液体中沉底,说明$\rho_B > \rho_乙$,因此$\rho_A < \rho_B$。已知A、B两球体积相同,根据公式$m=\rho V$,可得$m_A < m_B$,故A错误。
选项B:由图甲可知,A球在甲液体中沉底,说明$\rho_A > \rho_甲$;结合选项A中$\rho_A < \rho_乙$,可推出$\rho_甲 < \rho_乙$,故B错误。
选项C:A球在甲液体中沉底,根据阿基米德原理,受到的浮力$F_{浮甲A}=\rho_甲 g V_A$;A球在乙液体中漂浮,根据浮沉条件,受到的浮力$F_{浮乙A}=G_A=\rho_A g V_A$。因为$\rho_甲 < \rho_A$,所以$F_{浮甲A} < F_{浮乙A}$,故C错误。
选项D:两容器液面刚好相平,即液体深度$h$相同,根据液体压强公式$p=\rho g h$,因为$\rho_甲 < \rho_乙$,所以$p_甲 < p_乙$,即甲液体对容器底的压强小于乙液体对容器底的压强,故D正确。
【答案】
D
【知识点】
物体浮沉条件;液体压强公式;密度公式应用
【点评】
本题综合考查了物体浮沉条件、阿基米德原理和液体压强公式的应用,解题的关键是通过浮沉状态准确判断物体与液体的密度关系,再结合相关公式分析物理量的大小关系。
【难度系数】
0.6
【分析】
对于第(1)问:首先明确物块完全浸没在水中,排开水的体积等于物块自身体积。先根据正方体棱长计算物块体积,再利用阿基米德原理公式$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$计算浮力。
对于第(2)问:先对浸没状态的物块进行受力分析,物块受竖直向下的重力、拉力,竖直向上的浮力,根据力的平衡关系$F_{浮}=G+F_{拉}$求出物块重力。通过比较浸没时浮力与重力的大小,判断剪断细线后物块会漂浮,漂浮时浮力等于重力,再利用阿基米德原理变形公式$V_{排}=\frac{F_{浮}'}{\rho_{水}g}$计算静止时浸入水中的体积。
【解析】
(1) 计算物块体积:
正方体物块的棱长$a=10\mathrm{cm}=0.1\mathrm{m}$,则物块体积$V=a^3=(0.1\mathrm{m})^3=1.0×10^{-3}\mathrm{m}^3$。
由于物块完全浸没在水中,所以$V_{排}=V=1.0×10^{-3}\mathrm{m}^3$。
根据阿基米德原理,物块受到的浮力:
$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}=1.0×10^{3}\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×1.0×10^{-3}\mathrm{m}^3=10\mathrm{N}$。
(2) 对浸没的物块受力分析,物块受竖直向下的重力$G$、拉力$F_{拉}=4\mathrm{N}$,竖直向上的浮力$F_{浮}=10\mathrm{N}$,根据力的平衡:
$F_{浮}=G+F_{拉}$,则物块的重力$G=F_{浮}-F_{拉}=10\mathrm{N}-4\mathrm{N}=6\mathrm{N}$。
因为$F_{浮}>G$,剪断细线后物块会上浮,最终漂浮在水面上,此时浮力等于重力,即$F_{浮}'=G=6\mathrm{N}$。
由$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$变形可得,静止时浸入水中的体积:
$V_{排}'=\frac{F_{浮}'}{\rho_{水}g}=\frac{6\mathrm{N}}{1.0×10^{3}\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}}=6×10^{-4}\mathrm{m}^3$。
【答案】
(1) 此时物块受到的浮力为$\boldsymbol{10\mathrm{N}}$;
(2) 细线剪断后,物块静止时浸入水中的体积为$\boldsymbol{6×10^{-4}\mathrm{m}^3}$。
【知识点】
阿基米德原理、受力分析、物体浮沉条件
【点评】
本题是浮力综合应用题,需结合受力分析判断物体受力情况,灵活运用阿基米德原理和浮沉条件解题,属于浮力部分典型题型,侧重考查基础知识的综合运用能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题需结合阿基米德原理和物体的浮沉条件(漂浮条件)来分析各选项:
1. 首先明确排水量的含义,利用阿基米德原理公式$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$计算满载时的浮力,判断A选项;
2. 军舰航行时处于漂浮状态,根据漂浮条件“浮力等于自身总重力”判断B选项;
3. 军舰从长江驶入东海,始终漂浮,浮力不变,结合$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,分析液体密度变化对排开液体体积的影响,判断C选项;
4. 直升机飞走后,军舰总重力减小,再根据漂浮条件判断浮力变化,分析D选项。
【解析】
A选项:此军舰满载时的最大浮力$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g=3.5×10^{4}×10^{3}\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=3.5×10^{8}\mathrm{N}$,并非$3.5×10^{5}\mathrm{N}$,故A错误;
B选项:军舰航行时处于漂浮状态,根据漂浮条件,受到的浮力等于军舰的总重力,故B错误;
C选项:军舰从长江驶入东海后,仍然漂浮,浮力等于自身总重力,总重力不变,则浮力不变。由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,液体密度$\rho_{液}$增大时,排开液体的体积$V_{排}$会减小,故C错误;
D选项:直升机从军舰上飞走后,军舰的总重力减小,因军舰始终漂浮,浮力等于总重力,所以军舰所受浮力减小,故D正确。
【答案】
D
【知识点】
阿基米德原理、漂浮条件
【点评】
本题围绕两栖攻击舰的浮力问题展开,重点考查阿基米德原理和漂浮条件的实际应用,需要准确理解排水量的物理意义,同时能灵活运用公式分析浮力、液体密度与排开体积的关系,属于基础应用型题目,解题时需注意单位换算和逻辑推导的严谨性。
【难度系数】
0.7
【分析】
要解决这道题,需结合潜艇的浮沉原理、阿基米德原理,对每个选项逐一分析:
1. 首先明确潜艇的浮沉机制:潜艇是通过改变自身重力(向水舱注水或排水)实现上浮与下沉的,排开水的体积基本不变;
2. 分析浮力变化时,依据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,看液体密度$\rho_{液}$和排开液体体积$V_{排}$的变化;
3. 潜艇潜行时处于悬浮状态,需满足重力等于浮力,据此判断重力的调整需求。
【解析】
A. 潜艇的上浮与下沉是通过改变自身重力(往水舱注水或排水)实现的,其排开水的体积几乎不变,故A错误;
B. 在水面下方匀速下潜过程中,潜艇排开水的体积不变,水的密度不变,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,受到的浮力不变,故B错误;
C. 从长江潜行进入东海时,海水的密度大于江水的密度,潜艇排开液体的体积不变,根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,浮力会变大。潜艇潜行时处于悬浮状态,重力等于浮力,为了保持悬浮,需要增大自身重力,因此需要往水舱内注水,故C正确;
D. 从长江潜行进入东海时,$\rho_{液}$变大,$V_{排}$不变,由$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可知,受到的浮力会变大,故D错误。
【答案】
C
【知识点】
阿基米德原理;物体的浮沉条件及应用
【点评】
本题考查浮力的实际应用,需熟练掌握阿基米德原理和物体浮沉条件,结合潜艇的工作原理分析各选项,关键注意潜艇潜行时排开液体的体积保持不变。
【难度系数】
0.6
【分析】
要解决这道题,需结合密度计的工作原理(漂浮条件:浮力等于重力)和阿基米德原理逐一分析选项:
1. 明确密度计核心规律:密度计在不同液体中均漂浮,所受浮力始终等于自身重力,即$F_{浮}=G$,由阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$可得$V_{排}=\frac{m}{\rho_{液}}$,说明$V_{排}$与$\rho_{液}$成反比关系。
2. 分析选项A:由于$V_{排}$与$\rho_{液}$是反比关系(非线性关系),当液体密度变化量相同时,排开液体体积的变化量不同。密度计横截面积$S$不变,刻线间隔$\Delta h=\frac{\Delta V_{排}}{S}$,因此三条刻线的间隔距离不相等。
3. 分析选项B:已知密度计在$c$液体中浸入体积$V_{排c}=5×10^{-6}\mathrm{m}^3$,结合漂浮条件$m=\rho_{c}V_{排c}$,代入$\rho_{c}=1.6×10^3\mathrm{kg/m}^3$,计算得$m=0.008\mathrm{kg}≠0.1\mathrm{kg}$,该选项错误。
4. 分析选项C:密度计在三种液体中均漂浮,浮力都等于自身重力,因此所受浮力相等,该选项错误。
5. 分析选项D:由$V_{排b}=\frac{m}{\rho_{b}}$,代入$m=0.008\mathrm{kg}$、$\rho_{b}=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3$,计算得$V_{排b}=8×10^{-6}\mathrm{m}^3≠3×10^{-5}\mathrm{m}^3$,该选项错误。
【解析】
逐一分析各选项:
选项A:密度计漂浮时$F_{浮}=G$,即$\rho_{液}gV_{排}=mg$,变形得$V_{排}=\frac{m}{\rho_{液}}$,可见$V_{排}$与$\rho_{液}$成反比。设密度计横截面积为$S$,刻线间隔$\Delta h=\frac{\Delta V_{排}}{S}$,由于$\rho_{液}$与$V_{排}$非线性关系,当$\rho_{液}$变化量相同时,$\Delta V_{排}$不同,因此$\Delta h$不同,三条刻线间隔距离不相等,A正确。
选项B:已知密度计在$c$液体中$V_{排c}=5×10^{-6}\mathrm{m}^3$,由漂浮条件$m=\rho_{c}V_{排c}$,结合液体密度表$\rho_{c}=1.6×10^3\mathrm{kg/m}^3$,计算得$m=1.6×10^3\mathrm{kg/m}^3×5×10^{-6}\mathrm{m}^3=0.008\mathrm{kg}≠0.1\mathrm{kg}$,B错误。
选项C:密度计在三种液体中均处于漂浮状态,所受浮力都等于自身重力,因此浮力大小相等,C错误。
选项D:由$V_{排b}=\frac{m}{\rho_{b}}$,代入$m=0.008\mathrm{kg}$、$\rho_{b}=1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3$,得$V_{排b}=\frac{0.008\mathrm{kg}}{1.0×10^3\mathrm{kg/m}^3}=8×10^{-6}\mathrm{m}^3≠3×10^{-5}\mathrm{m}^3$,D错误。
【答案】
A
【知识点】
1. 物体漂浮条件
2. 阿基米德原理
3. 密度计工作原理
【点评】
本题考查密度计的工作原理,核心是利用漂浮条件和阿基米德原理分析$V_{排}$与$\rho_{液}$的反比关系,需注意反比关系导致刻线间隔不均匀这一易错点,同时要熟练运用公式进行定量计算判断选项。
【难度系数】
0.4