初中物理竞赛专题十、浮力.doc

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1、初中应用物理知识竞赛题分类解析专题十、浮力一、选择题1. (2013 全国初中应用物理知识竞赛预赛题)下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中,说法错误的是 ( ) A.高原反应大气压和海拔高度的关系 B.飞机飞行时获得升力流体压强和流速的关系C.水下潜水艇能够上浮 液体压强和深度的关系 D.利用高压锅容易将饭煮熟沸点和气体压强的关系 1.答案:C解析:水下潜水艇能够上浮,是由于浮力大于重力,选项 C 说法错误。2. (2013 全国初中应用物理知识竞赛预赛题)如图 7 所示:在研究浮力的大小时,将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多。根据以上事实,下列猜想最符合研究目的

2、的是A.用力越大,物体排开水的体积越大 B.液体密度越大,物体所受浮力越大 C.物体的体积越大,所受浮力越大 D.物体排开水越多,所受浮力越大 2. 答案:D解析:用力越大,物体排开水的体积越大,但是不符合研究浮力的大小的目的。根据将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多,不能得出液体密度越大,物体所受浮力越大,不能得出物体的体积越大,所受浮力越大。将浮于水面的盆子慢慢向下按,用力越大,盆子浸入水中的部分越多,说明物体排开水越多。而用力大,说明所受浮力越大。选项 D 正确。3设想从某一天起,地球的引力减小一半,那么对于漂浮在水面上的船来说,下列说法中正确的是 A船受到的重力

3、将减小,船的吃水深度仍不变B船受到的重力将减小,船的吃水深度也减小C船受到的重力将不变,船的吃水深度也不变D船受到的重力将不变,船的吃水深度将减小答案:A 解析:对于漂浮在水面上的船来说,所受浮力等于船的重力;若地球的引力减小一半,其 g 值减小一半,船受到的重力将减小,船的吃水深度仍不变,选项A 正确。4.如图所示,将底面半径为 2R 的圆柱形薄壁容器放在水平桌面上,把高为 h。密度为( 水 ) ,半径为 R 的实心圆柱体木块竖直放在容器中,然后向容器内注水,则A注水前,木块对容器底的压力为 4R2ghB注水前,木块对容器底的压强为 2ghC若使木块竖直漂浮,向容器中注入水的质量至少为 R2

4、hD若使木块竖直漂浮,向容器中注入水的质量至少为 3R2h答案:D 解析:根据柱体压强公式,注水前,木块对容器底的压强为 gh, 压力为R2gh,选项 AB 错误;若使木块竖直漂浮,由阿基米德定律,木块排开水的重力等于R2gh,由于圆柱形薄壁容器底面是实心圆柱体木块底面面积的 4 倍,所以,向容器中注入水的质量至少为 3R2h,选项 D 正确 C 错误。5甲、乙两个圆柱形容器盛有相同深度的液体,放置于水平桌面上,如图 7 所示。甲、乙两容器的底面积分别为 S1 和 S2,且 2S1=3S2。甲容器中液体的密度为 1,液体对容器底产生的压强为 p1。乙容器中液体的密度为 2,液体对容器底产生的压

5、强为 p2,且 p2=2p1。将 A 球浸在甲容器的液体中,B 球浸在乙容器的液体中,两容器中均无液体溢出。液体静止后,甲、乙两容器底受到液体的压力相等,A、B 两球所受浮力分别为 F1 和 F2。则下列判断正确的是 AF 1F 2 , 1 2 BF 1 = F2 , 1 2 C F1F 2 , 1 2 DF 1F 2 , 1 2 图 7 乙甲答案:A 解析:由液体压强公式 p=gh,p 2=2p1,可得 2=21, 1 2。此时甲、乙两容器底受到液体的压力分别为 F1= p1 S1,F 2= p2 S2,甲、乙两容器底受到液体的压力之比为 34。A 球浸在甲容器的液体中,B 球浸在乙容器的液

6、体中,液体静止后,甲、乙两容器底受到液体的压力相等,说明 A 球对甲液体作用力大于乙,根据力作用的相互性,A 球受到的浮力较大,即 F1F 2 ,选项 A 正确。6如图所示是我国自主研制的“蛟龙号” 载人潜水器,它可达到的最大下潜深度为7km,具有无动力下潜上浮先进技术,具有近底自动肮行和悬停定位等多项先进功能其中“深海潜水器无动力下潜上浮技术” 主要是在潜水器两侧 配备 4 块压载铁,重量可以根据不同深度与要求调整1 标准大气 压近似取 0=1.0x105Pa,海水密度近似取 =1.0103kg/m3,g 取10N/kg,下列说法正确的是( )A水下 7km 处的压强相当于 70 个大气压B

7、若潜水器最快下潜的速度是 42m/min,则到达 7km 海底需要 4hC潜水器在水面下处于悬停时,它在竖直方向上受到的重力与浮力是一对平衡力D深海潜水器和一般潜艇都是采用抛弃压载铁的办法实现上浮答案:C 解析:水下 7km 处的压强是 p= 液gh=1.0103kg/m310N/kg7000m=7107Pa,1 个标准大气压 P0=1.0105Pa,相当于 =700 个,选项 A 说法错误;潜水器最快下潜的速度是 42m/min,则到达 7km 海底需要t=s/v= = min=2.8h,选项 B 错误;7m42/in3潜水器在水面下处于悬停时,它在竖直方向上受到的重力与浮力大小相等、方向相

8、反、作用在同一直线上,是一对平衡力,选项 C 说法正确;深海潜水器采用抛弃压载铁的办法实现上浮,而潜艇使用压缩空气把空气舱中的海水逼出去达到上浮的目的,选项D 错误。7. (2011 上海初中物理知识竞赛题)如图所示,密度均匀的长方体木块漂浮在水面上。若将木块虚线以下的部分截去,则( )A. 木块和水面均下降,且下降的高度相同B. 木块和水面均下降,且木块下降的高度更大C. 木块和水面均下降,且水面下降的高度更大D. 木块下降,水面上升,且变化的高度不相同7.答案:B解析:若将木块虚线以下的部分截去,根据阿基米德原理,木块和水面均下降,且木块下降的高度更大,选项 B 正确。8 (2009 上海

9、初中物理知识竞赛复赛题).如图所示容器内放有一长方体木块 M, 上面压有一铁块 m,木块浮出水面的高 度为h1(图 a) ;用细绳将该铁块系在木 块的下面,术块浮出水面的高度为 h2(图 b);将细绳剪断后(图 c) ,则木块浮出水面的高度 h3 为:( )(A) h1 + 铁 (h2- h1)/ 水 (B) h2 + 铁 (h2- h1)/ 水(c) h1 + 木 (h2- h1)/ 水 (D) h2 + 铁 (h2- h1)/ 木.答案:A解析:设木块底面积为 S,高 h,由题述可知铁块体积为(h 2- h1)S。由图 a,利用平衡条件可得 水 gS(h-h1)=(m+M)g,,由图 c,

10、利用平衡条件可得 水 gS(h-h3)= Mg,,m= 铁 (h2- h1)S,联立解得:h 3= h1 + 铁 (h2- h1)/ 水 ,选项 A 正确。9如图所示,将一个由某种材料制成的空心球放入甲液体中时,小球漂浮;当把它放入乙液体中时,小球悬浮。则下列判断正确的是A球在甲、乙两种液体中受到的得浮力不相等B甲液体的密度大于乙液体的密度C该材料的密度一定等于乙液体的密度D该材料的密度一定小于甲液体的密度答案:B 无论漂浮还是悬浮,小球所受浮力都等于重力,选项 A 错误;球放入甲液体中时,小球漂浮,说明甲液体密度大于球平均密度;球放入乙液体中时,小球悬浮,说明乙液体密度等于球平均密度,所以甲

11、液体的密度大于乙液体的密度,选项 B 正确;由于球空心,该材料的密度一定大于乙液体的密度,选项 C 错误;该材料的密度不一定小于甲液体的密度,选项 D 错误。10. 选择优良种子,是农业丰收的基本保证,盐水选种是我国农民常采用的选种方法:将待选的种子放入浓度适当的盐水中后,良种沉入水底,次种则漂浮于水面,很快就能完成选种工作,如图 5 所示。但盐水浓度的把握是关键, 如果盐水的浓度太低,则可能A.所有种子都漂浮在水面 B.所有种子都不受浮力C.只有少量次种漂浮 D.良种漂浮,而次种下沉答案:C解析:如果盐水的浓度太低,则盐水密度比较小,只有少量次种漂浮,选项 C 正确。二填空题1、小明利用小试

12、管、螺母和细线制成一个“土密度计” ,用图所示的方法测量液体的密度。 “土密度计”在酒精( 酒精0.810 3kg/m3)中静止时露出液面的高度为 2cm;“土密度计”在水( 水 1.0103kg/m3)中静止时露出液面的高度为 3cm。 “土密度计”在硫酸铜溶液中静止时露出液面的高度为 3.8cm。则此硫酸铜溶液的密度为_ kg/m3。答案:1.2510 3kg/m3 解析:设“土密度计”等效圆柱体总长度为 L,横截面积 S,重力 G, “土密度计”在酒精中静止时, 酒精 g(L-h1)=G, “土密度计”在水中静止时, 水 g(L-h2)=G, “土密度计”在硫酸铜溶液中静止时,g(L-h

13、 3)=G,联立解得=1.25103kg/m3。2甲、乙两溢水杯放在实验桌上,分别盛满水和酒精,酒精的密度为 0.8103kg/m3。图 5次种良种将密度为 0.9103kg/m3 的小球 M 轻轻放入甲溢水杯的水中,小球 M 静止时从甲溢水杯中溢出 9g 的水,则小球体积为 ;将小球 M 轻轻放入乙溢水杯的酒精中,小球 M 静止时从乙溢水杯中溢出 g 的酒精。答案:10cm 3 8 解析:轻轻放入甲溢水杯的水中,小球漂浮,所受浮力等于 mg。根据从甲溢水杯中溢出 9g 的水可知,小球质量为 m=9g,体积 V=m/ 球 =10 cm3。将小球 M 轻轻放入乙溢水杯的酒精中,小球 M 下沉,从

14、乙溢水杯中溢出酒精体积为V=10 cm3,质量为 m= 酒 V= 0.8103kg/m310cm3 =8g。3.钻井平台被称为流动的岛屿,我国自行设计的第六代深水半潜式钻井平台“海洋石油981”号于 2012 年 5 月 9 日正式在南海开钻,一方面宣誓我国领海主权的存在,另一方面可以获得大量的海底石油资源.“海洋石油 981”号的最大作业水深 3000m,当工作设备到达最大水深处作业时,受到海水的压强为 Pa;平台自身的质量 3 万吨,上有工作人员 200 人,从船底到井架顶高 147m,如不考虑工作人员的重力,则平台受到的浮力为 N,排开海水的体积为 m3.(假定海水的密度保持为 1.01

15、03kg/m3,g 取 10N/kg)答案:310 7 3108 3104解析:当工作设备到达水深 3000m 处时,由液体压强公式可知,受到海水的压强为p=gh=1.010 3kg/m310N/kg3000m =3107 Pa;平台受到的浮力等于平台自身的重力,为 F 浮 =mg=3107kg10N/kg=3108N;由 F 浮 =gV 解得排开海水的体积为 V=3104 m3.。三实验探究题1.(2009 上海初中物理知识竞赛复赛题) .在一个底面积为 200 厘米 2、高度为 20 厘米的圆柱形薄壁玻璃容器底部,放入一个边长为 10 厘米的实心正方体物块,然后逐渐向容器中倒入某种液体。右

16、图反映了物块对容器底部压力的大小 F 与容器中倒入液体的深度 h(06 厘米)之间的关系。由此可知这种液体的密度大小为_千克/米 3,当倒入液体的深度 h 为 l2 厘米时,物块对容器的底部压力的大小 F 大小为_ 牛。1.答案:1.2510 3 7.5解析:设容器底部对物块的支持力为 F,由平衡条件可得 F+gSh=mg。由牛顿第三定律,物块对容器底部压力的大小 F=F,联立解得 F=mg-gSh。由此可知,图中图线斜率等于-gS。而图中图线斜率为-1.25N/cm=-125N/m,所以这种液体的密度大小为=1.25103kg/m3。当倒入液体的深度 h 为 l2 厘米时,由 F=mg-gS

17、h 可计算得到物块对容器的底部压力的大小 F=7.5N。2.小宁为了研究浸入水中的物体所受浮力的变化规律,设计了如图所示的实验,他将弹簧测力计上端固定,下端挂一粗细均匀的圆柱体金属块 A,其长度为 L。开始时,他将金属块 A 完全浸没在水中,容器的底部装有一由阀门 B 控制的出水口。实验时,他打开阀门 B 缓慢放水,放到弹簧测力计的读数不再变化为止,立即关闭阀门 B。在此过程中金属块始终不与容器底部接触,读出弹簧测力计示数的最小值和最大值分别为F1和 F2,已知水的密度为 水 则金属块 A 受到的最大浮力为 金属块 A 的密度为 弹簧测力计的示数从最小值变化到最大值的过程中其示数 F 随圆 柱

18、体金属块 A 的下端侵入水中的深度 的变化规律为 .答案:F 2-F1 水 F2/(F2-F1) F=F2-(F2-F1)x/L (0L )解析:当金属块没有接触水面时,弹簧测力计的示数最大,金属 块完全浸入水中,浮力最大,弹簧测力计的示数最小,所以最大浮力 为Fm= F2-F1。由 Fm= 水 gV 和 F2=gV 可得金属块的密度是 = 水 F2/(F2-F1)。设金属块截面积为 S,金属块 A 的下端侵入水中的深度为 时,排开水的体积为 Sx,所受浮力为 F 浮 = 水 gSx,而 S=V/L,弹簧测力计的示数 F=F2-F 浮 ,联立解得 F=F2-(F2-F1)x/L, ( 0L )

19、。3小明选用了如图中的质量约600g 的金属皇冠模型,若能测出模型所受重力G 模型、模型浸没在水中所受的浮力F 浮 ,且知水的密度水,就可以根据 , ,水模 型浮模 型 FG求出模型密度 模 型(1)证明式子 成立.水模 型浮模 型 FG(2)现有足量的水和图 28 中的各种可选的器材,要利用 测出模型的密水模 型浮模 型 FG度,根据实验要求从器材 A、B 、C、D 、E、F 中选择实验所必须的器材,并写出测模型密度的实验步骤及所需记录的数据.a. 选择的器材(填代号):b. 实验步骤及需要记录的数据:解:(1) 证明: 对于物体而已,其重力可以表示为 G 模型= 模型 gV 模型 同时,当

20、模型完全浸没在水里时,其受到的浮力可以表示为:F 浮= 水 gV 排 又由于完全浸没于水中,所以 V 模型=V 排 由式可得(式除以式,约掉 g 和 V): 命题得水模 型浮模 型 FG证。(2) a. 选用的器材: B、F b. 实验步骤: 先用弹簧测力计测出模型的重力,记为 F1。 将水槽中倒入适量的水,将模型悬挂在弹簧测力计上,再将模型完全浸没在水中,稳定后记录下此时弹簧测力计的读数 F2。 模型的密度可以表示为: 模型= 水21F四、计算题1.(12 分)容器水平底面上有一个大小为 ab 的长 方形洞。用半径为 a,长度为 b 的圆柱体盖住此洞(如图 所示为其侧视图) 。现往容器里慢慢

21、注入密度为 的液体, 试分析说明圆柱体的质量 M 应该多大,才能使它在任何 液位下不会浮起。解析:液体淹没圆柱体时,圆柱体所受浮力最大。最大浮力F=ga2b- a2b(/3-cos30)- ga(1+cos30)ab=ga2b(5/6-1- /4).1 3要使它在任何液位下不会浮起,F=Mg ,解得 M=a2b(5/6-1- /4).32, (陇川竞赛题)儿童练习游泳时穿的一种“救生衣”实质是将泡沫塑料包在背心上,使用时,穿上这种“救生衣”泡沫塑料位于人的胸部,为了确保儿童的安全,必须使人的头部露出水面,儿童体重约 300 牛,人的密度约为 1.06103 千克/ 米 3,人的头部约占人体总体

22、积的十分之一,泡沫塑料的密度约为 10 千克/米 3,求: (1)此儿童的体积大约是多少?(3 分) (2)此儿童仅头部露出水面时受到多大的浮力?(3 分) (3)此儿童使用的“救生衣”的最小体积为多大才能保证儿童的安全?(4 分)解:(1)此儿童的质量约为 m=G/g=30.6kg,体积大约是 V=m/=28.910 -3m3. (2)此儿童头部体积 V=V/10=2.8910-3m3.,浸入水中体积为 V1=V-V=26.10-3m3.仅头部露出水面时,受到的浮力F 浮 = 水 g V1=1.0103kg/m39.8N/kg2610-3m3.=260N. (3)设救生衣的体积为 V,有关系

23、式 F 浮 =G 总F 浮 + 水 gV=G 人 + 塑 gV解得 V=(G 人 -F 浮 )( 水 - 塑 )g =(300N-260N)(1.0103-10)kg/m39.8N/kg 410 -3m3。3 (10 分) (2007 青岛竞赛题)物理兴趣小组的一位同学做了一个实验:这位同学把一块长方体木块浮在水面上,然后在木块上面放砝 码,当砝码的总质量为 345g 时,木块恰好浸没在水中(如 图 8 甲) 。这位同学想用细线把砝码系在木块下面,也使木块 恰好浸没在水中(如图 8 乙) ,这位同学试了几次都不成功。 你能否帮助这位同学算出该用多少克砝码?(砝码的密度是7.9g/cm3)解答:由甲图可得:G 木 +G 砝 =F 浮设需要增加砝码 G砝 ,由乙图可得:G 木 +G 砝 +G砝 =F 浮 + F浮二式相减得 G砝 =F浮而 F浮 = 水 g = 水 (m 砝 +m砝 )g/ 砝砝 砝砝 所以 m砝 g= 水 (m 砝 +m砝 )g/ 砝解得 m 砝 = = g=50g,水砝 水砝 310.97345即这位同学应该再增加 50g 砝码。图 8

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