浮力测试习题及答案(2)

时间:2021-08-31

  解析:解答本题的思路与上题有类似之处,均是用量筒直接测物体的体积,利用浮力的知识通过测重力来测质量。所不同的是本题中的橡皮泥密度大于水,不能漂浮在水面上而是沉入水底。因此,我们要采用“空心”的办法来增大它的浮力达到使其漂浮在水面上(浮力=重力)的目的。

  答案:(1)实验步骤及需要测量的物理量是:① 在量筒中倒入适量的水,记下量筒中水面的示数为V1 ;② 把橡皮泥捏成小盒状,放入量筒中,使其漂浮在水面上,记下此时量筒中水面的示数为V2 ;③ 把橡皮泥捏成实心团使其沉入量筒的水中,记下此时量筒中水面的示数为V3 。

  (2)导出橡皮泥密度的数学表达式的过程为:在步骤②中,因橡皮泥漂浮,由浮体平衡条件有G=F浮,又由重力公式G=mg和阿基米德原理F浮=ρ水gV排=ρ水g(V2-V1),得橡皮泥的质量m=ρ水(V2-V1);由步骤①③得橡皮泥的体积V=V3-V1 ;所以橡皮泥的密度为:ρ=m/V=(V2-V1)ρ水/(V3-V1)。

  说明:课本上测量物体的密度,需要用天平测出物体的质量和用量筒测出物体的体积。但本题中没有天平,物体的质量只能用量筒和水“量”出,这一点就是本实验设计的关键。综合所学知识,用量筒和水“量”质量可以采用漂浮法,涉及到浮体平衡、阿基米德原理等知识。

  [例6] 某同学研究物体浮沉条件时,将一空心金属球放入一个足够大而盛有水的容器中;当球静止时,露出水面的体积是它体积的1/3,如图所示。将球空心部分注入5×10-5m3的水时,球恰好悬浮在水中,球内水的体积是空心部分的2/5;将空心部分注满水后,球沉入容器底部(g=10N/Kg)。求:(1)此时容器底对小球的支持力;(2)金属的密度。

  分析:球内注水以前金属球漂浮在水面上,则G球=ρ水g(2/3)(V金+V空);当球内注5×10-5m3的水时,根据题给条件可知(2/5)V空=5×10-5m3,即:V空=12.5×10-5m3,此时球悬浮在水中,则G球+G(2/5)水=ρ水g(V金+V空);由以上三式相即可求出金属的体积V金;当球内注满水后沉入水底时受竖直向下的重力、竖直向上的浮力和支持力3个力的作用处于平衡状态,有:G球=ρ水gV金+F支,根据G球=ρ水g(2/3)(V金+V空),求出ρ金,代入G球-F支=ρ水gV金,再求出F支 。

  解答:

  因为(2/5)V空=5×10-5m3 ,所以V空=12.5×10-5m3

  注水前球漂浮在水面上,G球=ρ水g(2/3)(V金+V空)——(1)

  注入5×10-5m3水后,球悬浮在水中,G球+G(2/5)水=ρ水g(V金+V空)——(2)

  空心部分注满水后,球沉底,G水+G球=F支+ρ水g(V金+ V空)——(3)

  (2)-(1)得:

  G(2/5)水=ρ水g(1/3)(V金+V空)

  ρ水g(2/5)V空=ρ水g(1/3)(V金+V空)

  V金=2.5×10-5(m3)代入(1)得:G球=m金g=1(N)

  m金=0.1(Kg)

  所以:ρ金=m金/ V金=4×103(Kg/m3)

  由(3)得:F支= G水+G球-ρ水g(V金+ V空)=0.75(N)

  说明:解决浮力的题目,一般需要按照下列步骤进行:

  (1)了解题目中有几个物理过程;

  (2)选择每个过程中的研究对象并分析它的受力情况,画出受力的示意图;

  (3)列出力的平衡方程;

  (4)浮力、重力未直接给出时,需依据:F浮=ρ液gV排和G=ρ物gV物,将平衡方程转化密度、体积相乘的关系式,再进一步求解。

  【模拟】

  一. 填空题:

  1. 潜水艇从河里开到海里,它受到的浮力将_________;轮船从海里开到河里,它受到的浮力将________。(选填“变大”、“不变”或“变小”)

  2. 鱼儿通过向鱼鳔内输入或排出一些气体来改变鱼的_______,使它能悬浮在一定的水层中。

  3. 浸没在液体中的物体,如果受到的浮力大于重力,物体就_____;如果受到的浮力小于它的重力,物体就_____;如果它受到的浮力等于它的重力,物体就_____。

  4. 要用密度大于水的材料制能够浮在水面上的物体,可以把它做成_____的,增大它的体积,使它受到的__________增大。

  5. 从水底往水面浮的皮球,从它刚露出水面到浮在水面上不动的过程中,它受到的重力_____,浮力_____,排开水的体积_____。(填“变大”或“变小”或“不变”)

  6. 一艘货轮的排水量是1×107千克,满载时该货轮受到的重力是_____牛顿,所受的浮力是__________牛顿。

  二. 选择题:

  1.下列说法中不正确的是( )

  A. 浮在水面上的铁球一定是空心的

  B. 悬浮在水中的铁球一定是空心的

  C. 沉在水底的铁球一定是实心的

  D. 沉在水底的铁球可能是空心也可能是实心的

  2. 如图所示的密度计放入甲、乙、丙三种液体中,液面分别在A、B、C三个刻度处,则三种液体的密度大小关系为( )

  A. 甲> 乙> 丙 B. 甲< 乙< 丙

  C. 丙> 甲> 乙 D. 乙> 甲> 丙

  3. 把一木块分别放入水、煤油和硫酸中( 硫酸> 水 > 煤油)平衡时,木块浸入液体中的体积( )

  A. 在水中最大 B. 在煤油中最大

  C. 在硫酸中最大 D. 都一样

  4. 装满货物的轮船从大海驶向内河,下列说法正确的是( )

  A. 轮船所受的浮力变大

  B. 轮船所受的重力变大

  C. 轮船排开液体的体积减小

  D. 轮船排开液体的体积增大

  5. 质量相同的实心钢球和实心铅球投入同种液体后,所受的浮力大小相等,这种液体一定是( )

  A. 水 B. 酒精 C. 水银 D. 盐水

  6. 一均匀实心物体恰能悬浮在水中,如果把它截去一半,则另一半将( )

  A. 上浮 B. 悬浮 C. 下沉 D. 漂浮

  7. 体积相等的实心铅块、铁块和木块,抛入水池中,待它门静止后,所受的浮力是( )

  A. 铅块受到的浮力最小 B. 铁块受到的浮力最小

  C. 木块受到的浮力最小 D. 它们所受的浮力一样大

  8. 木块下面悬挂一块金属块,木块仍浮在水面,下面哪种说法正确( )

  A. 木块的重力等于木块的浮力

  B. 金属块的浮力等于它的重力

  C. 金属块和木块的重力等于它们受到的浮力