1、课时训练(十一)浮力的四种计算方法浮力的相关实验(限时:40分钟)|基础巩固|一、选择题1.关于物体所受的浮力,下列说法中正确的是()A.空气中的物体不受浮力作用B.沉在水底的铁球不受浮力作用C.浮力是物体对液体施加的力D.浮力是液体或气体对物体压力的合力2.2019广州两个相同的烧杯中分别装满了两种不同的液体,把甲、乙两球分别轻轻放入两杯液体中,最后处于如图K11-1所示状态。甲、乙排开液体的重力相等,甲、乙所受浮力相比()图K11-1A.甲所受浮力更大B.乙所受浮力更大C.甲、乙所受浮力一样大D.不知道液体密度无法比较浮力大小3.2019自贡如图K11-2所示,一个棱长为10 cm的正方体
2、竖直悬浮在某液体中,上表面受到液体的压力F1为5 N,下表面受到液体的压力F2为13 N。下列说法错误的是(g取10 N/kg)()图K11-2A.正方体受到的浮力为8 NB.液体的密度为0.8103 kg/m3C.正方体上表面到液面的距离h=5 cmD.液体对正方体下表面的压强为1.3103 Pa4.2018荆门水上救援往往需要打捞沉没的货物,我们将该情景简化为如图K11-3所示的物理过程,假设物体浸没在水深h=0.5 m的容器底部(非密合),现利用弹簧测力计将物体从水中匀速提出,当物体有一半体积露出水面时,弹簧测力计示数为3 N,当物体全部离开水面后,弹簧测力计示数为5 N,g取10 N/
3、kg。则()图K11-3A.物体在水面下上升的过程中所受浮力逐渐减小B.物体在容器底部时,受到的浮力为2 NC.物体在容器底部时,水对其底部的压强为5104 PaD.物体的密度为1.25103 kg/m35.2019兰州如图K11-4甲所示,某科技小组的同学用弹簧测力计悬挂一实心圆柱形金属块,使其缓慢匀速下降,并将其浸入平静的游泳池水中,弹簧测力计的示数F与金属块下底面下降高度h的变化关系如图乙所示,忽略金属块浸入水中时池水液面高度的变化,g取10 N/kg,则下列说法中正确的是()图K11-4A.金属块所受重力大小为26 NB.金属块的密度为2.3103 kg/m3C.金属块完全浸没在水中时
4、所受浮力的大小为26 ND.金属块恰好完全浸没时,金属块下底面所受水的压强为5103 Pa二、填空及简答题6.2019宜昌如图K11-5所示是我国自主研制的首款大型水陆两栖飞机“鲲龙AG600”,某次执行任务时它的质量为38 t,当它停在水面上时,排开水的体积是 m3,受到的浮力为N。(g取10 N/kg,水=1.0103 kg/m3)图K11-57.2019哈尔滨如图K11-6所示,先将溢水杯装满水,然后用弹簧测力计拉着重为4 N、体积为100 cm3的石块,缓慢浸没在水中,溢出的水全部收集到小空桶中,桶中水重为N,石块静止时,弹簧测力计示数为N。(水=1.0103 kg/m3,g取10 N
5、/kg)图K11-68.如图K11-7所示,物体上表面与水面相平,下表面受到水向上的压力为10 N,弹簧测力计拉力15 N,则物体所受到的浮力是N。物体的体积是cm3,物体的质量是kg,物体的密度是kg/m3。(g取10 N/kg)图K11-79.弹簧测力计下挂着一重为2 N的物体,物体一半体积浸入水中静止时,弹簧测力计示数如图K11-8所示,其示数为N,物体体积为m3,此时物体所受浮力为N,该物体的密度是kg/m3。当物体浸没在水中时改变物体浸没在水中的深度,物体所受浮力大小。(已知水的密度为水=1.0103 kg/m3,g取10 N/kg)图K11-810.2018十堰将一底面积为0.01
6、 m2的长方体木块用细线系在一个空容器的底部,然后向容器中缓慢加水直到木块上表面与液面相平,如图K11-9甲所示,在这个过程中,木块底部受到水的压强随容器中水的深度的变化图像如图乙所示,则木块所受到的最大浮力为N,木块重力为N,细线对木块的最大拉力为N。(g取10 N/kg)图K11-9三、实验探究题11.2019张家口桥西区小明利用如图K11-10所示的装置探究“影响浮力大小的因素”,弹簧测力计下所挂圆柱体物块的底面积为60 cm2,实验过程记录的数据如下表所示。(g取10 N/kg)图K11-10物块下表面浸入水中的深度h/cm012344.5弹簧测力计示数F1/N4.84.23.63.0
7、2.42.4浮力F2/N00.61.21.82.42.4排开水的体积/cm3060120180240240(1)物块的重力为N。(2)物块浸没在水中之前,弹簧测力计的示数随物块浸入水中深度的增加而(选填“增大”或“减小”),说明浮力与物块排开水的体积有关。物块浸没在水中后,继续向下移动,物块所受的浮力保持2.4 N不变,说明浸没在水中的物体所受浮力的大小与它在水中的深度(选填“有关”或“无关”)。(3)比较图甲和图乙发现,物块浸没在盐水中时受到的浮力大于浸没在水中时受到的浮力,说明在排开液体的体积相同时,液体的密度越大,物块受到的浮力。拓展(4)物块的密度=kg/m3。(5)物块浸没在某液体中
8、,弹簧测力计示数为3 N,则液体的密度液=kg/m3。12.如图K11-11所示,图A、B、C、D、E是“探究浮力大小跟排开液体所受重力的关系”实验的五个步骤。(1)两步骤可计算出圆柱体物块浸没在水中时受到的浮力F浮=N。两步骤可得出物块排开水所受的重力G排。比较F浮与G排,可以得到浮力的大小跟物块排开水所受重力的关系。图K11-11(2)如图K11-12所示是圆柱体物块从水面缓慢浸入水中时,根据实验数据描绘出的弹簧测力计示数F随物块浸入深度h变化的关系图像。分析图像可得:当物块没有浸没之前,h增大时,弹簧测力计示数(选填“变大”“变小”或“不变”)。当h=4 cm时,物块所受的浮力为N,浸没
9、后,h继续增大时,弹簧测力计示数为N,该圆柱体物块的高度是cm。图K11-12拓展(3)实验小组想测量小木块的体积和所受浮力的大小,小组设计了如图K11-13所示的实验:现将小木块挂在弹簧测力计下,弹簧测力计示数为F1,再将定滑轮用吸盘固定在烧杯底(滑轮质量不计),弹簧测力计通过定滑轮拉着木块浸没在水中静止时,弹簧测力计示数为F2,其中定滑轮的作用是,此时木块所受浮力F浮=,木块的体积V木=。(后两空均用字母表示)图K11-13四、计算应用题13.2019唐山丰润区一模如图K11-14所示,在容器底部(面积为200 cm2)固定一轻质弹簧,弹簧上端连有一棱长为10 cm的正方体木块A,当容器中
10、水的深度为20 cm时,木块A有35的体积露出水面,此时弹簧恰好处于自然伸长状态。(g取10 N/kg)(1)求木块A受到的浮力。(2)求木块A的密度。(3)往容器中缓慢加水,至木块A刚好(全部)浸没在水中,然后停止加水,此时弹簧伸长了3 cm,求此时弹簧对木块A的作用力F。(4)从开始加水到停止加水,容器底部受到水的压力增加了多少?图K11-14|能力培优|14.(多选)一个底面积为210-2 m2的薄壁圆柱形容器放在水平桌面中央,容器高为0.12 m,内盛有0.08 m深的水,如图K11-15甲所示,另有质量为0.8 kg,体积为110-3 m3的实心正方体A,如图乙所示。以下说法正确的是
11、(g取10 N/kg)()图K11-15A.将正方体放入水中静止后,正方体受到的浮力是8 NB.将正方体放入水中静止后,水对容器底部的压强增加了400 PaC.将正方体放入水中静止后,正方体下表面受到水的压强为400 PaD.将正方体放入水中后,将有一部分水溢出【参考答案】1.D2.C解析根据阿基米德原理F浮=G排,由于甲、乙两球排开液体的重力相等,所以甲、乙所受浮力相等,故A、B、D错误,C正确。3.C解析由浮力产生的原因可得,正方体受到的浮力F浮=F2-F1=13 N-5 N=8 N,故A正确,不符合题意;物体悬浮时排开液体的体积和自身的体积相等,则V排=V=L3=(10 cm)3=100
12、0 cm3=110-3 m3,由F浮=gV排可得,液体的密度=F浮gV排=8 N10 N/kg110-3 m3=0.8103 kg/m3,故B正确,不符合题意;正方体下表面的面积S=L2=(10 cm)2=100 cm2=110-2 m2,液体对物体下表面的压强p=F2S=13 N110-2 m2=1.3103 Pa,故D正确,不符合题意;由p=gh可得,正方体下表面到液面的距离h下=pg=1.3103Pa0.8103kg/m310 N/kg=0.1625 m=16.25 cm,则正方体上表面到液面的距离h=h下-L=16.25 cm-10 cm=6.25 cm,故C错误,符合题意。4.D解析
13、 浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关,物体在水面下上升的过程中,水的密度不变,排开水的体积不变,所以所受浮力大小不变,故A错误。由题可知,物体的重力G=5 N,当物体有一半体积露出水面时,弹簧测力计示数F示=3 N,则此时物体受到的浮力F浮=水g12V物=G-F示=5 N-3 N=2 N,故物体在容器底部时,受到的浮力为F浮=水gV物=2F浮=22 N=4 N,故B错误。物体在容器底部时,水对其底部的压强为p=水gh=1103 kg/m310 N/kg0.5 m=5103 Pa,故C错误。根据F浮=液gV排可得,物体的体积V物=V排=F浮水g=4N1.0103 kg/m310N/k
14、g=410-4 m3,则物体的密度为=mV物=GV物g=5N410-4 m310N/kg=1.25103 kg/m3,故D正确。5.B6.38 3.8105解析当该飞机停在水面上时,它受到的浮力和重力是一对平衡力,即F浮=G=mg=38103 kg10 N/kg=3.8105 N;根据阿基米德原理F浮=水gV排可得,排开水的体积V排=F浮水g=3.8105N1.0103kg/m310 N/kg=38 m3。7.138.101032.52.5103解析浮力等于上、下表面的压力差,所以浮力为10 N,V物=V排=F水g=10N1103 kg/m310N/kg=10-3 m3=103 cm3,根据称
15、重法测浮力F浮=G-F示可知,G=F浮+F示=25 N,m=Gg=25N10N/kg=2.5 kg,密度=mV=2.5kg10-3 m3=2.5103 kg/m3。9.1.21.610-40.81.25103不变解析由图可知,此时弹簧测力计的示数为1.2 N;由阿基米德原理和称重法测浮力可得,V=2V排=2F浮水g=22N-1.2N1.0103 kg/m310N/kg=1.610-4 m3;物体所受浮力F浮=G-F=2 N-1.2 N=0.8 N;物体的密度=GgV=2N10N/kg1.610-4 m3=1.25103 kg/m3;改变物体浸没在水中的深度,物体排开水的体积不变,液体密度不变,
16、则所受浮力不变。10.1596解析 根据图乙可知,木块刚漂浮时,木块浸入水中的深度为L1=9 cm;水的深度为9 cm到16 cm时,木块一直处于漂浮,浸入水中的深度不变;当水的深度为16 cm时,细线刚好拉紧,细线的拉力为零;当木块上表面与水面相平时,木块全部浸没,此时木块底部受到的压强最大,由图乙可知,此时压强为1500 Pa,则木块受到的最大浮力F浮大=p大S=1500 Pa0.01 m2=15 N。由图乙可知,木块刚刚漂浮时木块底部受到水的压强为900 Pa,此时木块的重力与水向上的压力(浮力)平衡,所以木块重力G=F浮=F向上=p向上S=900 Pa0.01 m2=9 N。当木块上表
17、面与液面相平时,木块受到的浮力最大,由力的平衡条件可知,此时细线对木块的拉力最大,F拉大=F浮大-G=15 N-9 N=6 N。11.(1)4.8(2)减小无关(3)越大(4)2103(5)0.7510312.(1)B、D1.2A、E(2)变小0.836(3)改变力的方向F1+F2F1+F2水g解析(3)定滑轮的作用是改变力的方向;木块静止于水中受平衡力,受向上的浮力、向下的拉力(大小等于F2)、自身向下的重力(大小等于F1),即F浮=F1+F2;因为木块浸没,排开水的体积即等于木块体积V木=V排=F浮水g=F1+F2水g。13.解:(1)木块的体积V=(0.1 m)3=110-3 m3,木块
18、排开水的体积V排=V-V露=V-35V=25V=25110-3 m3=410-4 m3,木块受到的浮力F浮=水gV排=1103 kg/m310 N/kg410-4 m3=4 N。(2)弹簧恰好处于自然伸长状态时没有发生形变,此时F浮=G木,即水gV排=木gV,则木块的密度木=V排V水=410-4 m3110-3 m31103 kg/m3=0.4103 kg/m3。(3)木块A刚好完全浸没在水中时,受到的浮力F浮=水gV排=水gV=1103 kg/m310 N/kg110-3 m3=10 N,木块A的重力G木=木gV=0.4103 kg/m310 N/kg110-3 m3=4 N,弹簧对木块A的作用力F=F浮-G木=10 N-4 N=6 N。(4)从开始加水到停止加水,水的深度增加量h=h+h露=3 cm+3510 cm=9 cm=0.09 m,容器底部受到水的压强增加量p=水gh=1103 kg/m310 N/kg0.09 m=900 Pa,容器底部受到水的压力增加量F=pS=900 Pa20010-4 m2=18 N。14.AB