3.(2019孝感,14)如图所示,有一柱状的薄透明玻璃容器(在它的外面有表示高度的刻度纸)和一底面积是20cm2,高8cm并刻有高度的圆柱体(密度大于水的密度,用细线系着)。某实验小组利用这两个器材探究:当物体浸入柱状容器的水中时,水对容器底增大的压强与水对物体的浮力之间有什么关系。
他们先往容器中加水至10.00cm刻度处(图中己标出)),再用细线吊圆柱体,让圆柱体浸入列水中的深度h先后是:2.00cm,4.00cm,6.00cm、8.00cm,读出容器底到水面对应增加深度△h,利用阿基米德原理公式和液体压强公式分别计算出对应的浮力F加的压强△p,结果如下表:
浮
和水对容器底增
(1)分析表中数据可知,当圆柱体浸入柱状容器的水中时,水对容器底增大的压强与水对物体的浮力成 ,如果物体浸没后继续增大它在水中的深度,F浮和△p都 (选填“增大”或“不变”或“减小”);
(2)同学们又从另一个角度讨论了这种关系的成因:当物体浸入水中时,水对物体施加了竖直向上的浮力,由于 物体对水也会施加大小相等的竖直向下的压力,使容器底部增大的压力大小为F浮(柱状容器底面积为S),那么△p= (用所给物理量字母表示); (3)根据本次实验数据,计算出容器底面积S= cm2,圆柱体浸没在水中时,水面所对的刻度是 cm。
【答案】(1)正比;不变;(2)物体间力的作用是相互的;
;(3)40;14。
4.(2019长春,24)学习浮力知识后,小明利用可以测量压力大小的数显测力计和刻度尺进行如下实验:
(1)将果汁装入轻质小瓶(小瓶和瓶盖的质量、厚度均不计),拧紧瓶盖后测出重力; (2)如图甲所示,将小瓶放入盛有适量水的容器中,小瓶静止时竖直漂浮.小瓶受到的浮力为F浮,则F浮 G(选填“>”、“=”或“<”).
(3)用数显测力计将小瓶缓慢压入水中,数显测力计的示数逐渐变大,说明浮力的大小与 有关. (4)如图乙所示将小瓶放入另一种液体中,小瓶静止时竖直漂浮.比较甲、乙两图可知 ρ液 ρ水(选填“>”、“=”或“<”).测出此时小瓶内、外液面的高度差△h1. (5)将小瓶倒放在图乙的液体中,小瓶静业时竖直漂浮、测出此时小瓶内、外液面的高度差为△h2.比较可知△h1 △h2(选填“<”“=”或“<”). 【答案】(2)=;(3)物体排开液体体积;(4)>;(5)=. 四、计算题
1.(2019北京,35)将物块竖直挂在弹簧测力计下,在空气中静止时弹簧测力计的示数F1=2.6N.将物块的一部分浸在水中,静止时弹簧测力计的示数F2=1.8N,如图所示,已知水的密度ρ=1.0×103kg/m3,g取10N/kg。 求:(1)物块受到的浮力; (2)物块浸在水中的体积。
解:(1)由称重法可得物块受到的浮力:
F浮=F1﹣F2=2.6N﹣1.8N=0.8N;
(2)由F浮=ρ水gV排可得,物块浸在水中的体积: V排=
=
=8×10﹣5m3。
答:(1)物块受到的浮力为0.8N; (2)物块浸在水中的体积为8×10﹣5m3。
2.(2019绥化,33)如图,均匀圆柱体A的底面积为6×10﹣3m2,圆柱形薄壁容器B的质量为0.3kg、底面积为3×10﹣3m2、内壁高为0.7m。把A、B置于水平地面上。已知A的密度为1.5×103kg/m3,B中盛有1.5kg的水。
(1)若A的体积为4×10﹣3m3,求A对水平地面的压力; (2)求容器B对水平地面的压强;
(3)现将另一物体甲分别放在A的上面和浸没在B容器的水中(水未溢出),A对地面压强的变化量与B中水对容器底压强的变化量相等。 求:①物体甲的密度
②物体甲在B容器中受到的最大浮力。 解:(1)由ρ=可得,A的质量:
mA=ρAVA=1.5×103kg/m3×4×10﹣3m3=6kg, A对地面的压力:
FA=GA=mAg=6kg×10N/kg=60N; (2)容器B对地面的压力:
FB=G总=(m水+mB)g=(1.5kg+0.3kg)×10N/kg=18N, 容器B对地面的压强: pB=
=
=6000Pa;
(3)①因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以,甲放在A的上面时,A对地面压强的变化量: △pA=
=
=
,
甲浸没在B容器的水中时,排开水的体积: V排=V甲=水上升的高度:
,
△h===,
B中水对容器底压强的变化量: △pB=ρ水g△h=ρ水g
,
因A 对地面压强的变化量与B中水对容器底压强的变化量相等, 所以,△pA=△pB,即
=ρ水g
,
则ρ甲=ρ水=
×1.0×103kg/m3=2×103kg/m3;
②水未溢出时,甲的最大体积等于B的容积减去水的体积,此时甲排开水的体积最大,受到的浮力最大,
则V排=SBhB﹣V水=SBhB﹣甲受到的最大浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣4m3=6N。 答:(1)A对地面的压力为60N; (2)容器B对地面的压强为6000Pa;
(3)①物体甲的密度为2×103kg/m3;②甲受到的最大浮力为6N。
3.(2019黄石,21)圆柱形容器内有未知液体,一个边长为10cm的实心正方体金属块,用绳子系住,静止在容器底部,此时容器底部液体压强为6400Pa,液面距底部高度h为40cm,如图所示,用力竖直向上以2cm/s的速度匀速提起金属块。(g取10N/kg不计液体阻力)
=3×10﹣3m2×0.7m﹣
=6×10﹣4m3,
(1)未知液体的密度?
(2)金属块未露出液面前,金属块所受浮力。
(3)若金属块重66N,在匀速提升5s过程中拉力所做的功。
解:(1)由p=ρgh可得,未知液体的密度ρ=
=
=1.6×103kg/m3;
(2)正方体金属块边长V=10cm×10cm×10cm=1000cm3=1×10﹣3m3, 金属块未露出液面前,V排=V=1×10﹣3m3,
金属块所受浮力F浮=ρgV排=1.6×103kg/m3×10N/kg×1×10﹣3m3=16N; (3)匀速提升5s上升的高度h′=vt=2cm/s×5s=10cm=0.1m, 因10cm<40cm,所以可知金属块仍然浸没在液体中, 绳子的拉力:F=G﹣F浮=66N﹣16N=50N, 拉力所做的功W=Fh′=50N×0.1m=5J。 答:(1)未知液体的密度为1.6×103kg/m3;
(2)金属块未露出液面前,金属块所受浮力为16N。
(3)若金属块重66N,在匀速提升5s过程中拉力所做的功为5J。
4.(2019孝感,17)水平桌面上有一容器,底面积为100cm2,容器底有一个质量为132g、体积120cm3的小球,如图甲所示(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
(1)向容器中注入质量为1.6kg的水时,水深13cm,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,直到小球悬浮为止,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ρ
2
=1.2×103kg/m3,求小球浸入盐水的体积。
解:(1)水对容器底的压强: