第137页

信息发布者:
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
解:
A. 乙液体中,A漂浮,B沉底,$ρ_A<ρ_乙$,$ρ_B>ρ_乙$,则$ρ_A<ρ_B$。A、B体积相同,由$m=ρV$得$m_A<m_B$,A错误。
B. 甲液体中A、B均沉底,$ρ_A>ρ_甲$,$ρ_B>ρ_甲$;乙液体中$ρ_B>ρ_乙$,无法比较$ρ_甲$与$ρ_乙$大小,B错误。
C. 甲中A沉底,$F_{浮甲}=ρ_甲gV$;乙中A漂浮,$F_{浮乙}=G_A=ρ_AgV$。因$ρ_A>ρ_甲$,则$F_{浮甲}<F_{浮乙}$,C错误。
D. 乙中A漂浮,$ρ_乙>ρ_A>ρ_甲$,两容器液面相平,由$p=ρgh$得$p_甲<ρ_乙$,D正确。
答案:D
【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
A. 最大排水量 $ m_{\mathrm{排}} = 3.5 × 10^{4}\ \mathrm{t} = 3.5 × 10^{7}\ \mathrm{kg} $,浮力 $ F_{\mathrm{浮}} = m_{\mathrm{排}}g = 3.5 × 10^{7}\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 3.5 × 10^{8}\ \mathrm{N} $,A错误。
B. 军舰航行时漂浮,浮力等于总重力,B错误。
C. 从长江驶入东海,液体密度增大,浮力不变,由 $ F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{液}}gV_{\mathrm{排}} $ 可知,排开液体体积减小,C错误。
D. 直升机飞走后,军舰总重力减小,漂浮时浮力等于重力,浮力减小,D正确。
答案:D
【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