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1、专题09 浮力及其应用考点1 浮力1(2023江西)【探究名称】探究浮力大小与物体的形状是否有关【问题】某同学探究完浮力大小与液体密度和物体排开液体体积的关系后,还想知道浮力大小是否与物体的形状有关。于是,该同学进行了如下探究。【证据】该同学用一块橡皮泥(不吸水)、一个弹簧测力计、烧杯、水和细线,按如下步骤进行实验。如图a所示,用弹簧测力计测出橡皮泥的重力为 N;如图b所示,将橡皮泥捏成实心长方体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;如图c所示,将同一块橡皮泥捏成实心圆柱体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数;如图d所示,将同一块橡皮泥捏成实心球体浸没在水中,读出弹簧测力计的示数。【解释】(1)图b中
2、橡皮泥受到的浮力大小为 N;(2)由以上实验可知,浮力大小与物体的形状 ;【交流】(3)本实验在其它因素都相同的前提下,只改变物体的形状来进行探究。在物理学中,这种研究方法称为 ;(4)在第步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,橡皮泥所受浮力大小 (选填“变大”“变小”或“不变”),说明浮力大小与 无关;(5)若用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,能否完成本实验的探究? 【答案】 4 2 无关 控制变量法 不变 深度 能【解析】1由图a可知,弹簧测力计的所示是4N,所以橡皮泥的重力为4N。(1)2由图b可知,弹簧测力计的示数是2N,橡皮泥受到的浮力F浮=G-Fb=
3、4N-2N=2N(2)3由实验现象可知,同一块橡皮泥捏成不同形状物体浸没在水中,弹簧测力计的示数相同,由称重法可知浮力相同,说明浮力的大小与物体的形状无关。(3)4探究浮力的大小与物体的形状的关系,保持其它因素都相同,只改变物体的形状,用到控制变量法。(4)56在第步实验中,将橡皮泥从图d位置向下移放到图e位置时,深度增加,排开水的体积不变,由阿基米德原理可知浮力大小不变,说明浮力大小与深度无关。(5)7用刻度尺和弹性较好的橡皮筋来替代弹簧测力计,用橡皮筋吊着橡皮泥浸入水中,记录橡皮筋的长度,比较每次橡皮筋的长度可以知道拉力的大小,从而比较浮力的大小,能完成本实验的探究。2(2023广东)在“
4、探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中;(1)观察弹簧测力计的零刻度线、 和分度值;调零时,弹簧测力计应在 (选填“竖直”或“水平”)方向上调零;(2)如题图甲所示,在弹簧测力计下悬挂一个高为6cm的长方体物块(可塑),测出重力,将它缓慢浸入水中,记录悬停在A、B、C、D、E这五个位置弹簧测力计的示数和深度h,请根据实验数据,在图乙中画出物块所受浮力F浮随h变化的图像; (3)分析图像可知:浸没前,h增加,F浮 ;浸没后,h增加,F浮 ;(均选填“变大”“变小”或“不变”)(4)若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,重复上述实验。两次实验所得的F浮随h变化的图像 (选填“相同”或“不同”);(5)若
5、继续探究浮力的大小与液体密度的关系,还需添加一种材料: 。【答案】 量程 竖直 见解析 变大 不变 不相同 酒精【解析】(1)12使用弹簧测力计前,应该先观察弹簧测力计的零刻度线、量程和分度值;调零时,应该在竖直方向下拉动弹簧测力计,防止卡壳。(2)3由甲图可得,物块重力G=1.0N,当物块慢慢浸入水中时,在竖直方向上只受竖直向上的拉力,浮力和竖直向下的重力作用,即,当浸入水中深度为2cm时,此时弹簧测力计的示数为0.8N,则浮力为,同理,当深度为4cm和6cm时,浮力分别为0.4N和0.6N;当物块完全浸入水中后,根据随着浸入水中的深度增加,排开水的体积保持不变,所以浮力大小保持不变,如图所
6、示(3)4分析图像可知,物块浸没前,根据,深度h增加,物块排开水的体积增加,浮力变大。5物块浸没后,根据,深度h增加,物块排开水的体积等于物块的体积,此时排开水的体积保持不变,浮力大小不变。(4)6若把此物块捏成高为6cm的圆锥体,物块的高度和体积不变,但物块在浸入水中的过程中,排开水的体积增加的速率变小,最后浸没水中时浮力依然会保持不变,故两次实验所得的F浮随h变化的图像会不相同。(5)7若继续探究浮力的大小与液体密度的关系,只需要增加密度不等于水的液体,重复上述实验,形成对比数据。考点2 阿基米德原理3(2023湖南郴州)重为5N的实心物体挂在弹簧测力计下,物体浸没在水中时,弹簧测力计的示
7、数为3N,此时物体受到的浮力为 N,物体的密度是 。(g取10N/kg)【答案】 2 【解析】1此时物体受到的浮力为F浮=G-F=5N-3N=2N2物体浸没在水中,物体的体积,物体的密度4(2023山东烟台)某实验小组为了研究浮力大小与物体排开液体重力的关系,进行了下面的实验,如图所示:(1)实验过程中,利用哪些步骤能够计算出物体所受的浮力大小?哪些能够计算出物体排开液体的重力大小?(用图中的序号表示)(2)通过实验数据可以发现,浮力大小与物体排开的液体所受的重力有什么关系?(3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该进行怎样的操作?(4)另外一个小组进行实验后,发现浮力大小与物体排开液体重力不相
8、等,在排除误差因素的情况下,出现这个结果的原因可能是什么?(写出一条即可)【答案】(1),;(2)浮力大小与排开液体的重力相等;(3)见解析;(4)见解析【解析】(1)实验过程中,利用步骤的测量数据,用称重法能够计算出物体所受的浮力大小。利用步骤的测量数据,能够计算出物体排开液体的重力大小。(2)如图所示,物块重力为2.0N,测力计对物块的拉力为1.5N,则物块受到的浮力为空桶重力为0.5N,桶和液体的总重力为1N,则排开的液体的重力为根据可得浮力大小与排开液体的重力相等。 (3)为了使结论具有普遍性,该小组还应该更换不同物块在不同的液体里多实验几次,通过分析实验数据,最终得出结论。(4)根据
9、题意,发现浮力大小与物体排开液体重力不相等,原因可能是在弹簧测力计拉着物块浸入液体前,溢水杯中液体没有装满,导致测量到的排开液体重力偏小;还有可能是物块在浸入液体后和容器底接触到了,导致测得的浮力偏大。5(2023江苏扬州)一个奖牌挂在弹簧测力计下,示数为。当奖牌浸没在水中时,弹簧测力计的示数为。已知,取。求:(1)奖牌的质量;(2)奖牌的体积。【答案】(1)0.18 kg;(2)【解析】(1)奖牌挂在弹簧测力计下,示数为。则奖牌所受的重力为。根据可得,奖牌的质量(2)奖牌浸没在水中时,弹簧测力计的示数为,则奖牌在水中受到的浮力根据阿基米德原理可知则奖牌的体积6(2023四川宜宾)如图甲,用轻
10、质细线将一不吸水的木块悬挂在弹簧测力计下,静止时测力计读数为3N;如图乙,将该木块静置于平放的盛水容器中,木块有的体积露出水面;如图丙,用竖直向下的力F压该木块时,木块刚好全部浸入水中且静止。已知水的密度为,g取10N/kg,求:(1)图乙中木块所受的浮力大小;(2)木块的体积;(3)木块的密度;(4)图丙中F的大小。【答案】(1)3N;(2);(3);(4)2N【解析】(1)因为弹簧测力计的示数是3N,又因为木块漂浮,故G=F浮,所以乙图中木块的浮力为3N。(2)因为,则木块的体积为(3)木块的质量木块的密度(4)用竖直向下的力F将木块缓慢压入水中,静止时,木块上表面恰好与水面相平,此时物体
11、排开水的体积此时时物体受到的浮力根据可知,竖直向下的力考点3 物体的浮沉条件及应用7(2023湖北)物理课上,老师将整个橙子放入水中,漂浮在水面上,如图甲。将其切成大小两块,再次投入水中,发现大块仍漂浮,小块缓慢沉入水底,如图乙。下列说法正确的是()A整个橙子的密度等于水的密度B大块橙子受到的浮力大于其重力C小块橙子缓慢沉入水底的过程中受到的浮力逐渐变小D两块橙子受到浮力之和不可能大于整个橙子受到的浮力【答案】D【解析】A整个橙子放入水中,漂浮在水面上, 整个橙子的密度小于水的密度,故A错误;B将其切成大小两块,再次投入水中,发现大块仍漂浮,大块橙子受到的浮力等于其重力,故B错误;C小块橙子缓
12、慢沉入水底的过程中,体积不变,排开水的体积不变,由阿基米德原理可知其受到的浮力不变,故C错误;D整个橙子在水中漂浮,所受浮力等于其重力。将其切成大小两块,再次投入水中,大块橙子受到的浮力等于自身重力,小块橙子受到的浮力小于自身重力,两块橙子受到浮力之和小于整个橙子受到的浮力,故D正确。故选D。8(2023湖南永州)将同一个鸡蛋先后放入甲、乙两种不同的液体中,如图所示,鸡蛋在甲液体中悬浮,在乙液体中沉底且对容器底有压力,比较甲、乙液体的密度甲、乙和鸡蛋在甲、乙液体中受到的浮力F甲、F乙的大小关系,下列正确的是()ABCD【答案】B【解析】AB图甲中鸡蛋处于悬浮状态,甲液体的密度,图乙中鸡蛋沉底,
13、乙液体的密度,所以甲液体的密度大于乙液体的密度,即,故B正确,A错误;CD图甲中鸡蛋处于悬浮状态,浮力等于重力,图乙中鸡蛋沉底,浮力小于重力,鸡蛋在甲中受到的浮力大于在乙中受到的浮力,即,故CD错误。故选B。9(2023甘肃金昌)2023年4月,我国东部战区组织了环台岛军事演习,这是对“台独”分裂势力与外部反华势力勾连挑衅的严重警告,是捍卫国家主权和领土完整的必要行动。如图所示为参加演习的我国辽宁号航空母舰,当战斗机从军舰上起飞后()A舰体略上浮,受到浮力不变B舰体略上浮,受到浮力变小C舰体略下沉,受到浮力不变D舰体略下沉,受到浮力变大【答案】B【解析】当战斗机从军舰上起飞后,航空母舰的重力减
14、小,处于漂浮状态,浮力等于重力,所以舰体受到的浮力减小,由可知,液体的密度不变,排开液体的体积减小,舰体略上浮,故B符合题意,ACD不符合题意。故选B。10(2023山东临沂)2023年1月16日,我国首艘具有破冰功能的大型航标船“海巡156”轮(如图)在天津列编,正式投入使用。“海巡156”轮()A漂浮在海面上时受力平衡B匀速航行时所受合力向前C加速破冰时惯性越来越大D卸货过程中所受浮力不变【答案】A【解析】A漂浮在海面上的航标船,收到竖直向下的重力和竖直向上的浮力,竖直方向处于平衡状态,因此重力和浮力是一对平衡力,故A符合题意;B匀速航行时,航标船处于平衡状态,受平衡力,此时合力为0,故B
15、不符合题意;C惯性只与物体的质量有关,当加速破冰时,航标船质量不变,则惯性不变,故C不符合题意;D因为航标船始终漂浮,浮力等于重力,当卸货时,航标船排开液体的体积变小,则浮力变小,故D不符合题意。故选A。11(2023湖南株洲)取一根木棒,在它的一端缠绕一些铜丝就做成了一个简易密度计,将其分别放入甲、乙两个盛有不同液体的烧杯中,它竖直立在液体中的漂浮情况如图所示。设密度计在甲、乙两个烧杯中所受的浮力分别为F甲和F乙,两个烧杯中液体的密度分别为甲和乙,则()AF甲F乙BF甲乙D甲乙【答案】D【解析】AB如图所示,它竖直立在两种液体中都是漂浮状态,所以它受到的浮力等于重力,同一支密度计的重力相等,
16、则密度计在两种液体中受到的浮力相等。即,故AB不符合题意;CD如图所示,密度计在甲液体中排开液体的体积比在乙液体中排开液体的体积大,根据可知,浮力相等时,排开液体体积越大,液体密度越小。所以可判断出甲液体密度较小,即,故C不符合题意,D符合题意。故选D。12(2023湖北宜昌)如图重为0.5N的鸡蛋漂浮在装有淡盐水的玻璃杯中,鸡蛋受到的浮力是 N,若再往玻璃杯中加盐,鸡蛋受到的浮力将 (选填“变大”、“不变”或“变小”)。【答案】 0.5 不变【解析】1鸡蛋漂浮在装有淡盐水的玻璃杯中,鸡蛋受到的浮力F浮=G=0.5N2若再往玻璃杯中加盐,盐水的密度变大,鸡蛋仍然处于漂浮状态,受到的浮力等于重力
17、,鸡蛋的重力不变,浮力不变。13(2023江苏扬州)如图一木块静止在水面上,请作出木块所受重力和浮力的示意图。【答案】【解析】木块静止在水面上,处于漂浮状态,则物体受到的浮力等于重力,即F浮G,过重心作竖直向下的重力和竖直向上的浮力14(2023福建)用透明圆筒制作测量液体密度的密度计。(1)获取相关数据:已知圆筒底面积为S;调节天平平衡时,指针指在分度盘中央刻度线的左侧,此时应将平衡螺母向 移。如图,用调好的天平测得空圆筒质量 g;向圆筒中倒入适量水,用天平测得圆筒与水的总质量为81.4g,计算得到圆筒内水的体积 cm3。(2)制作液体密度计:待测液体在圆筒上体积为V0的水面处做标记,如图甲
18、所示。倒掉圆筒内的水,倒入待测液体至标记处,使待测液体体积为V0。将圆筒放入水中,圆筒处于漂浮状态,如图乙。测量圆筒浸入水中的深度h,则待测液体密度 (用m、S、h、V0、水表示)。根据计算结果在圆筒外壁标记刻度线和密度值;(3)用自制密度计测量某种液体密度时,发现圆筒触底无法漂浮,请提出一条改进建议: 。【答案】 右 31.4 50 往容器中加足够多的水【解析】(1)1调节天平平衡时,指针偏向分度盘中央刻度线的左侧,应将平衡螺母向右端移动,才能使天平横梁水平平衡。2由图可知,空圆筒质量质量m=20g+10g+1.4g=31.4g ,圆筒内水的质量,3圆筒内水的体积,(2)4倒入待测液体后,圆
19、筒排开水的体积,圆筒受到的浮力,圆筒处于漂浮状态,圆筒与待测液体的总重力等于浮力,则待测液体密度(3)5用自制密度计测量某种液体密度时,发现圆筒触底无法漂浮,圆筒受到的浮力小于重力,即排开液体的体积太小,则可以往容器中加足量的水。15(2023广东广州)小明自制的“温度计”中有密度随温度升高而变小的液体。如图1,当该液体温度为19时,质量为的小球b悬浮,b标记“19”;另外两个小球分别标记“15”“23”,当小球悬浮时,它标记的温度与液体温度相等。图1、图2、图3中小球a、b、c均静止,忽略小球体积变化,g取10N/kg。(1)图1中b悬浮。在方框中画出b的受力示意图(用“”表示b); 求此时
20、b受到的浮力; 此时液体密度为,求b排开液体的体积。 (2)图2中b漂浮。此时b所受浮力 图1中b所受浮力(选填“大于”“等于”“小于”);此时液体温度 19(选填“高于”“等于”“低于”);小球c对应标记 (选填“15”“23”)。(3)图3中液体温度的范围可能是 。A14以下B1618C2022D24以上(4)液体温度在1523范围内,b在液体中静止时所受浮力与液体温度关系的图像可能正确的是(b不接触其他小球) 。ABCD【答案】 0.04N 等于 低于 15 D C【解析】(1)12已知图1中b悬浮,处于静止状态,竖直方向受到的重力和浮力是一对平衡力,大小相等,方向相反,即受力示意图如图
21、所示:3由阿基米德原理可知,b排开液体的体积为(2)4图2中b漂浮,处于静止状态,竖直方向受到的重力与浮力是一对平衡力,大小相等,即则此时b所受浮力等于图1中b所受浮力。5图2中b漂浮,图1中b悬浮,则图2中b排开液体的体积比图1中小,由于浮力相同,由可知,图2中液体密度比图1中大,由于液体密度随温度升高而变小,图1中液体温度为19时,所以此时液体温度低于19。6由上述分析可知,图2中温度低于19,所以小球c标记的温度为15。(3)7图3中小球a、b、c都沉底,其中温度最高的小球标有23,当此小球悬浮时,此时液体温度为23,由于此小球沉底,浮力与悬浮时相比要小,由可知,此时液体密度比悬浮时的小,由于液体密度随温度升高而变小,所以此时液体温度大于23,ABC不符合题意,D符合题意。故选D。(4)8当物体b漂浮时,此时浮力等于物体b重力,液体密度大于物体b密度,此时液体温度最低为15,当物体b悬浮时,此时浮力等于物体b重力,液体密度等于物体b密度,此时液体温度为19,当物体b沉底时,浮力小于物体b重力,液体密度小于物体b密度,此时液体温度最高,为23,所以浮力先不变后变小,故ABD不符合题意,C符合题意。故选C。(北京)股份有限公司