技能训练压强、浮力的综合计算。
浮力是力学计算中重要的组成部分,是初中物理中的难点之一,也是中考高频考点之一。
一、计算浮力的方法。
1.称量法:f浮=g-f(用弹簧测力计测浮力)。
2.压力差法:f浮=f向上-f向下(用浮力产生的原因求浮力)。
3.阿基米德原理法:f浮=g排或f浮=ρ液 v排g(知道物体排开液体的质量或体积时常用)。
4.平衡法:f浮=g物,适用于漂浮或悬浮的自由状态的物体。
二、计算浮力的基本思路。
1.仔细审题,注意抓住隐含条件的关键词,如浸入、浸没、装满、未装满、溢出、未溢出、漂浮、悬浮、上浮、下沉等。
2.确定研究物体,并对物体进行受力分析(重力、浮力、拉力或压力等)。
3.在受力分析的基础上,列出关系式,漂浮或悬浮时f浮=g物;用线吊在液体中时:f浮=g-g示;被强制压(按)入液体中时,f浮=g+f(f为压力或拉力),若有几个物体连接在一起,可以将它们视为一个整体进行研究。
4.把阿基米德原理公式或密度、重力的计算公式代入关系式,代入已知量解出未知量,这种思维方式不仅对较难题适用,对解较容易的浮力题也适用。
三、漂浮问题“五规律”:(历年中考频率较高)
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受到的重力。
规律二:同一物体漂浮在不同液体里,所受浮力相同。
规律三:同一物体漂浮在不同液体里,在密度大的液体里浸入的体积小。
规律四:漂浮物浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几。
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的浮力。
1.(2015,眉山)如图所示,有一种圆柱形薄壁烧杯,它的底面积为50 cm2,烧杯自重1.2 n,置于水平桌面上,在烧杯内倒入200 ml的盐水时,杯底所受盐水的压强为440 pa。(g=10 n/kg)求:
1)烧杯内盐水的密度;
2)烧杯对桌面的压强;
3)如图乙所示,把一个鸡蛋轻轻放入盐水中,鸡蛋刚好悬浮,液面上升到250 ml刻线处,求鸡蛋的重力。
解:(1)盐水深h===4 cm=0.04 m,盐水密度ρ==1.1×103 kg/m3
2)g盐水=f=ps=440 pa×50×10-4 m2=2.2 n,p===0.68×103 pa
3)f浮=ρ液v排g=1.1×103 kg/m3×10 n/kg×(250-200)×10-6 m3=0.55 n,鸡蛋悬浮,g物=f浮=0.55 n
2.(2015,郴州)如图是一厕所自动冲水装置,圆柱体浮筒a与阀门c通过杆b连接,浮筒a的质量为1 kg,高为0.22 m,b杆长为0.2 m,阀门c的上表面积为25 cm2,b和c的质量、厚度、体积及摩擦均忽略不计,当a露出0.
02 m时,c恰好被a拉开,实现了自动冲水(g取10 n/kg)。求:
1)刚拉开阀门c时,c受到水的压强和压力;
2)此时浮筒a受到的浮力;
3)浮筒a的密度。
解:(1)h=0.22 m+0.
2 m-0.02 m=0.4 m,p=ρ水gh=1.
0×103 kg/m3×10 n/g×0.4 m=4×103 pa,f=ps=4×103 pa×25×10-4 m2=10 n
2)fa浮=ga+fc拉=mag+fc拉=1 kg×10 n/kg+10 n=20 n
3)va排===2×10-3 m3,s===1×10-2 m2,ρa===0.45×103 kg/m3
3.(2011,宁波)为了给立方体工件表面均匀地涂上某种油,需要用竖直向下的力f把漂浮在油面上的工件缓缓地压入油内,如图甲所示。工件的下底面与油面的距离为h,力f与h的大小关系如图乙所示。小科觉得图中cb的延长线ba段是没有意义的,老师告诉他,力f为负值时,表明它的方向与原来的方向相反了。
1)分析bc段:随着h的增大,工件所受的浮力大小将___油对工件下底面的压强大小将___填“变大”“变小”或“不变”);
2)若a点的坐标为(-a,0),则a从图象分析,a表示了工件一个物理量的值,这个量就是工件的___
3)求c点所对应状态下,工件所受的浮力及油对工件下底面的压强(不考虑大气压强)。
解:(1)变大变大 (2)400 重力 (3)f浮=g+f=400 n+600 n=103 n,p===4000 pa
4.小明来到素有“中国死海”之称的新疆达坂城盐湖游玩,看到游客能漂浮在湖面,便利用随身携带的砝码盒以及长方体有盖铁皮罐、细线、沙石、水等物品**湖中盐水的密度。(g取10 n/kg)
取一根细线与铁皮罐等高,通过对折细线找到铁皮罐一半高度位置,并作记号。
在铁皮罐内加入适量沙石并加盖密封,使之漂浮时一半浸入水中。
在铁皮罐上加砝码,直至铁皮罐恰好浸没在水中。
将该铁皮罐放入盐水中,加砝码,直至铁皮罐恰好浸没在盐水中。
1)铁皮罐的体积有多大?
2)铁皮罐和沙石的总重有多大?
3)盐水的密度有多大?
解:(1)设铁皮罐一半浸入水中受浮力为f浮,根据漂浮条件,②图有f浮=g总,由③图有2f浮=g总+g码,两式并解:f浮=g码即ρ水**排=m码g,v罐=2v排=2×=2×=1000 cm3 (2)g总=f浮=ρ水**排=103 kg/m3×10 n/kg×500×10-6 m3=5 n (3)由f′浮=g总′得ρ盐**排′=g码′+g罐,有ρ盐×10 n/kg×103×10-6 m3=0.
7 kg×10 n/kg+5 n,解得ρ盐=1.2×103 kg/m3
5.(2015,咸宁)一个圆柱形容器放在水平桌面上,如图甲所示,容器中立放着一个均匀实心圆柱体m,现慢慢向容器中加水,加入的水对容器底的压强p水与所加水的质量m的关系如图丙所示,在整个过程中无水溢出,m的底面始终与容器中的水面平行,当加入的水等于3 kg时,物体m刚好漂浮且露出水面的高度为4 cm,如图乙所示,(已知ρ水=1.0×103 kg/m3)求:
1)圆柱体m刚好漂浮时容器中水的深度h;
2)圆柱体m的密度ρ;
3)圆柱形容器的内底面积s。
解: (1)h===0.06 m (2)f浮=ρ水**排=ρ水gsh,又f浮=g物=ρ物g×s·l=ρ物gs·(0.
06 m+0.04 m),即ρ水gs×0.06 m=ρ物gs×0.
1 m,解得ρ物=0.6ρ水=0.6×103 kg/m3
3)s===0.1 m2或f=g总=(7 kg+3 kg)×10 n/kg=100 n,s===0.1 m2(其他合理解法也可)
6.(2015,天津)底面积为so的圆柱形薄壁容器内装有密度为ρo的液体,横截面积为s1的圆柱形木块由一段非弹性细线与容器底部相连,且部分浸入液体中,此时细线刚好伸直,如图所示。已知细线所能承受的最大拉力为t,现往容器中再缓慢注入密度为ρo的液体,直到细线刚好被拉断为止。请解答下列问题。
1)画出细线刚好伸直时,木块在竖直方向上的受力示意图;
2)导出细线未拉断前,细线对木块拉力f与注入的液体质量m之间的关系式;
3)求出细线刚好被拉断时与细线断后容器中液面恢复稳定时,容器底部所受液体压强的变化量。
解:(1) (2)注入液体质量为m时,线的拉力为f,f=δf浮=ρ0g△hs1,m=ρ0δh(s0-s1),f= (3)当细线刚好拉断时,f浮=g+t液面恢复稳定后f′浮=g,ρ0g(v排-v排′)=t,ρ0g△h′s0=t,δp=(其他方法合理也可)
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