第九章 浮力与升力
一、填空题(每空2分,共32分)
1.我国航天员王亚平老师在“太空授课”直播课中,展示了关于太空中浮力的实验.在太空失重环境中,液体中的物体将 (选填“会”或“不会”)受到浮力,理由是失重环境中的液体 (选填“会”或“不会”)产生压力差.
2.“山东舰”是我国首艘自主建造的航空母舰.该舰的排水量为5万吨时排开水的重力为 N,受到的浮力为 N.(g取10 N/kg)
3.如图所示,用电吹风吹机翼模型,机翼模型上升.图中A、B、C三点,气体流速最快的是 点处,气体压强最大的是 点处.若增大风力,机翼模型获得的升力将 (选填“增大”“减小”或“不变”).
4.小明同学在木棒的一端缠绕一些铜丝制成两个完全相同的简易密度计,用这种密度计测量液体密度时,密度计在液体中 (选填“漂浮”或“沉底”).现将它们分别放入盛有不同液体的两个烧杯中,当它们竖直静止在液体中时,如图所示,可以判断,ρ1 ρ2.
第4题图 第5题图
5.三个相同的轻质弹簧(重力不计),一端固定在容器底部,另一端分别与三个体积相同的实心球相连.向容器内倒入某种液体,待液体和球都稳定后,观察到如图所示的现象,已知乙球下方的弹簧长度等于原长.三个球在液体中受到浮力的大小分别为F甲、F乙和F丙,这三者的大小关系是 ;这三个球的密度分别为ρ甲、ρ乙和ρ丙,这三者的大小关系是 .
6.把一个苹果放入水中,苹果悬浮.从水中取出苹果,切成一大一小两块,如图所示,将小块苹果放入水中,发现小块苹果沉入水底,据此现象可以推断:若将大块苹果浸没水中,松手后大块苹果将会 (选填“上浮”“下沉”或“悬浮”).你推断的理由是 .
第6题图 第7题图
7.如图所示是游泳者使用防溺水自救手环的情景.当游泳者潜水遇到危险时,打开开关,手环内的压缩气体迅速释放并充满气囊,此时手环拉住人向上逃生.充入气体后,手环中的气囊受到的浮力 (选填“变大”“不变”或“变小”);手环和气囊的总质量是0.5 kg,充满气后总体积是5×10-3 m3,手环拉动游泳者匀速上浮,手环对人的拉力是 N;如在密度更大的海水中潜水时,手环对人的拉力将 (选填“变大”“不变”或“变小”).(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
二、选择题(每小题3分,共30分.多选题每小题至少有2个选项符合题意,全部选择正确得3分,选择正确但不全得1分,有错选的不得分)
8.下列能直观说明浸在液体或气体中的物体受到浮力的是 ( )
A.石块落在水中会下沉
B.风将树叶从树枝上吹落
C.桥墩在水中“稳如泰山”
D.在水中加盐后,原本沉底的鸡蛋上浮
9.如图所示,将同一长方体物块分别水平或竖直放置在液体中,待长方体物块静止时,它所受到的 ( )
A.上、下压力差相等,浮力相等
B.上、下压力差不等,浮力不等
C.上、下压力差相等,浮力不等
D.上、下压力差不等,浮力相等
10.小杰同学在“海底世界”游玩时,观察到鱼嘴里吐出的气泡上升时的情况如图所示.下列对气泡上升过程中受到的浮力和气泡所受的压强的分析正确的是 ( )
A.浮力不变,压强不变
B.浮力变小,压强变小
C.浮力变大,压强变小
D.浮力变大,压强变大
11.列车进站或出站时,站台上的候乘人员不能越过黄色的安全线.下列情形中所利用的原理与此原理相同的是 ( )
A.拔火罐
B.用吸管吸饮料
C.地面上的落叶会在汽车快速驶过时飘起来
D.真空吸盘能牢牢贴在墙壁上
12.在帮妈妈做家务的时候,小明发现两根相同体积的筷子,甲浮在水面上,乙沉在水底,如图所示,由此可知甲比乙 ( )
A.所受浮力大 B.质量小
C.所受压强大 D.密度大
13.将质量为150 g的物体投入盛有100 mL酒精的量筒中(已知 ρ酒精=0.8×103 kg/m3,g取10 N/kg),物体静止后,酒精液面上升到250 mL刻度线处,则该物体在量筒中的情况是 ( )
A.物体漂浮在酒精液面上
B.物体沉在量筒底部
C.物体悬浮在酒精中
D.条件不足,无法确定
14.如图所示是同学们自制的“浮沉子”,它的制作过程如下:先向矿泉水瓶内倒入一定量的水,再向一个轻质小药瓶内倒入少量的水,然后将小药瓶的瓶口朝下装入矿泉水瓶中,调整小药瓶内的水量,使小药瓶漂浮在水面上.下列叙述中正确的是 ( )
A.拧紧矿泉水瓶盖后用力捏瓶身,小药瓶会上浮一些
B.打开矿泉水瓶盖后用力捏瓶身,小药瓶可能悬浮
C.小药瓶漂浮在水面上时,受到的浮力大于重力
D.小药瓶在水中加速下沉时,受到的浮力小于重力
15.科考队员在南极惊奇地发现一长方体冰山,边缘齐整宛如人工切割.测得该长方体冰山露出海面的高度为4 m,则该冰山在海面下的深度为(ρ冰=0.9×103 kg/m3,ρ海水=1.1×103 kg/m3)( )
A.18 m B.22 m C.36 m D.40 m
16.(多选)如图所示是气象探测保障服务团队在珠峰大本营准备释放的甲、乙两个探空气球,甲的体积小于乙的体积.探空气球释放前后,下列分析正确的是 ( )
A.释放前甲受到的浮力一定等于它自身的重力
B.释放前甲受到的浮力一定小于乙受到的浮力
C.释放后探空气球受到的浮力等于它排开空气所受的重力
D.释放后探空气球上浮过程中受到的浮力一定小于自身重力
17.(多选)将一圆柱形木块用细线拴在容器底部,容器中开始时没有水,往容器中逐渐加水至如图甲所示位置,在这一过程中,木块受到的浮力随容器中水的深度的变化关系如图乙所示.g取10 N/kg.以下信息中正确的是 ( )
甲 乙
A.木块的重力为10 N
B.木块的体积为1×10-3 m3
C.细线对容器底部的最大拉力为6 N
D.木块的密度为0.6×103 kg/m3
三、实验探究题(共20分)
18.(8分)小明帮爷爷浇菜园,他从井中提水时发现盛满水的桶露出水面越多,提桶需要的力就越大.由此他猜想:浮力大小可能与物体排开液体的体积有关.于是他找来一个金属圆柱体、弹簧测力计和烧杯等器材进行了如图甲所示的探究.
甲乙 丙
(1)分析图甲中弹簧测力计的示数变化可知,物体排开液体的体积越大,所受的浮力 .
(2)实验后,小明绘制了弹簧测力计对金属圆柱体的拉力和金属圆柱体所受浮力随浸入液体深度变化的曲线,如图乙所示.(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)分析图像可知:
①图乙中曲线 (选填“a”或“b”)描述的是金属圆柱体所受浮力的变化情况;
②该金属圆柱体所受重力为 N,当该金属圆柱体浸没在水中时受到的浮力为 N.
(3)完成上面实验后,小明又进行了如图丙所示的操作.接下来小明应该将图丙与图甲中的 (选填“A”“B”“C”或“D”)进行比较,从而探究物体所受浮力大小与 的关系.
19.(12分)小明和小华各自做了“验证阿基米德原理”实验,如图甲为小明实验的示意图,如图乙为小华实验的部分示意图.
(1)在小明的实验示意图中,弹簧测力计的示数分别为F1、F2,量筒中水面对应的示数分别为V1、V2,则实验中圆柱体受到水的浮力的表达式为 ;圆柱体排开的水受到的重力的表达式为 (水的密度用ρ水表示).通过比较两者的大小关系,可以验证阿基米德原理.
(2)小华的实验示意图中,使用了溢水杯和小烧杯,如果小华完成图乙所示步骤后,接着使用天平成功完成实验,则天平需要测量的两个物理量分别是 、 .
(3)实验中,为了得到“排开液体的重力”,小明使用了量筒、弹簧测力计,小华使用了溢水杯、小烧杯和天平.
①请你写出小明实验的一条优点: .
②请你分析小华实验中可能造成的误差: .
四、计算题(共18分)
20.(10分)“蛟龙号”是我国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,如图所示.“蛟龙号”的体积约为50 m3,空载时质量约为22 t,最大荷载240 kg.(海水密度取1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)请在方框中画出“蛟龙号”空载漂浮在水面上时的受力示意图(方框中的黑点代表“蛟龙号”,不用标出力的大小).
(2)“蛟龙号”空载漂浮在水面上时受到的浮力为多大
(3)若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的,则至少需注入多少水才能实现下沉
21.(8分)水平桌面上有一容器,底面积为100 cm2,容器底有一个质量为132 g、体积为120 cm3的小球,如图甲所示.(ρ水=1.0×103 kg/m3,g=10 N/kg)
(1)向容器中注入质量为1.6 kg的水时,水深为13 cm,如图乙所示,求水对容器底的压强.
(2)再向容器中慢慢加入适量盐并搅拌,直到小球悬浮,如图丙所示,求此时盐水的密度ρ1.
(3)继续向容器中加盐并搅拌,某时刻小球静止,将密度计放入盐水中,测得盐水的密度ρ2=1.2×103 kg/m3,求小球浸入盐水中的体积.
第九章 浮力与升力
1.不会 不会
2.5×108 5×108
3.B A 增大
4.漂浮 <
5.F甲=F乙=F丙 ρ甲<ρ乙<ρ丙
6.上浮 苹果悬浮时,F浮=G,即F小+F大=G小+G大,又知F小
8.D 9.A 10.C 11.C 12.B 13.B 14.D 15.A 16.BC 17.BD
18.(除标注外,每空1分)(1)越大 (2)①a ②2.7(2分) 1(2分) (3)D 液体密度
19.(每空2分)(1)F1-F2 ρ水(V2-V1)g (2)小烧杯和溢出水的总质量 小烧杯的质量 (3)①实验中无需添加其他测量工具,可直接测得排开液体的体积进而计算得到排开液体的重力 ②测小烧杯的质量时,因有水未倒尽,导致“排开液体的质量”的测量值偏小
20.(1)如图所示.
(2)“蛟龙号”空载漂浮在水面上时,m空载=22 t=2.2×104 kg,受到的浮力F浮=G空载=m空载g=2.2×104 kg×10 N/kg=2.2×105 N(2分)
(3)潜水器在水面下下沉时排开海水的体积V排=V=50 m3,此时F'浮=ρ海水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×50 m3=5×105 N(2分)
满载时的总重力G满=m满g=(2.2×104 kg+240 kg)×10 N/kg=2.224×105 N(1分)
G注水=F'浮-G满=5×105 N-2.224×105 N=2.776×105 N(2分)
由G=mg可得注入水的质量m注水===2.776×104 kg(1分)
21.(1)h=13 cm=0.13 m
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.13 m=1.3×103 Pa
(2)因为小球悬浮,所以ρ1=ρ球===1.1 g/cm3(或1.1×103 kg/m3)(2分)
(3)因为ρ2>ρ球,所以小球漂浮,根据F浮=G物得ρ2gV排=mg
所以V排===110 cm3(或1.1×10-4 m3)
即小球浸入盐水中的体积为110 cm3(或1.1×10-4 m3)
