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全国竞赛试题汇编—11浮力及答案

发布时间:2014-06-18 09:56:43  

竞赛试题汇编—浮力

一、选择题

(91年第一届)4.体积为0.05米的救生圈重100牛顿,体重为400牛顿的人使用这个救生圈,则( )

A.人或圈可以部分露出水面。 B.人和圈没入水中后可以悬浮在水中。

C.人和圈会沉没下去 D.要做出正确判断,还需知道人的体积。 答案:A

(91年第一届)4.一杯浓桔子汁加入了冰块后刚好不会溢出。如果冰块完全熔解,杯中桔汁( )

A.将会溢出 B.液面将会下降 C.仍然刚好不会溢出

答案:A

(93第三届)13.图7所示,水中有甲、乙两支密度计,水面与甲的最上端刻度齐,与乙的最下端刻度齐,在回答“测牛奶的密度应该用哪支密度计?”这个问题时,一位同学用到了以下7句话:

(1)把密度计放入牛奶中它会漂浮在液面上:

(2)密度计漂浮在任何液体的液面上时,它所排开的液体受到的重力都与它自身受到的重力相等;

(3)牛奶的密度大于水的密度;

(4)一定体积的牛奶受到的重力大于同体积的水重;

(5)密度计排开较小体积的牛奶就可以获得足够的浮力;

(6)密度计漂浮在牛奶中的位置要比在水中的位置高一些;

(7)应该选用密度计甲。

这些话中有的是多余的,采用下列哪种说法可以把问题讲得既精练又准确?[ ]

A.(1)(2)(3)(4)(6)(7) B.(2)(3)(5)(6)(7) C.(2)(3)(5)(6) D.(2)(3)(4)(7) 答案:B

(94第四届)4.有四种飞行器:(l)直升飞机;(2)飞艇;(3)热气球;(4)滑翔机。其中利用空气浮力升空的是 [ ]

A.(1)和(4)。 B.(2)和(3)。 C.(1)和(3)。 D.(2)和(4)。

答案:B

(94第四届复)4.在江河湖海游泳的人上岸时,在由深水走向浅水的过程中,如果水底布满石头,以下体验和分析合理的是: [ ]

A.脚不痛。因人越来越轻 B.脚越来越痛。因人越来越重

C.脚不痛。因水底对人的支持力越来越小 D.脚越来越痛。因水底对人的支持力越来越大

答案:D

(96第六届)12.如图3,烧杯中的冰块漂浮在水中,冰块上部高出杯口,杯中水面恰好与杯口相平。待这些冰块全部熔化后, [ ]

A.将有水从烧杯中溢出 B.不会有水从烧杯中溢出,杯中水面也不会下降。

C.烧杯中水面会下降 D.熔化过程中水面下降,完全熔化后有水溢出。

答案:B

(97第七届)4.利用空气浮力升空的飞行器是: [ ]

A.飞艇 B.直升机 C.滑翔机 D.火箭

答案:A

33(99第九届复)1.水糟内有盐水,盐水上漂浮着一块冰(ρ冰=O.9×10千克/米).这块

冰全部溶化后,水糟的液面( )

A.仍保持不变 B.将下降 C.将上升 D.无法判断

答案:C

二、填空题

(91年第一届)2.北京观象台每天四次放出气象探空气球。气球所载仪器及球皮的总质量

3为2.7千克,球内所充气体为氢气,已知氢气球的密度为0.09千克/米,空气的密度为

331.29千克/米。为使这样的气球升空,球内所充氢气的体积至少应为 米。

答案:2.25

(91年第一届)3.用铜线绕在木筷的一端可以制成一个密度计。把这样的密度计先后放在A、B两种液体中,它的位置如图所示,密度大的是 种液体。如果把这支密度计放在比A、B两种液体密度更小的C种液体中,密度计露出液面部分比在A、B两种液体中更 。

答案:B,少

(94第四届复)2.一杯中装有冰水混合物,冰完全溶解后,杯中水面高度将______;碗中水面木板上放一石块,石块掉入水中被水淹没,水面高度将______。

答案:不变;下降。

(95第五届)2.儿童练习游泳时穿的一种“救生衣”实质是将泡沫塑料包缝在背心上。使用时,穿上这种“救生衣”,泡沫塑料位于人的胸部。为确保人的安全,必须使人的头部露出水面儿童的体重约为300牛,人的密度约为l.06×103千克/米3,人的头部体积约占人体总体积的十分之一,泡沫塑料的密度约为10千克/米3,则此儿童使用的“救生衣”的最小体积为______。

答案:4.67×10-2米3

(97第七届)8.1978年夏天,法国、意大利、西班牙等国的科学工作者曾乘坐容积为3.3万立方米的充氦气球升入高空。如果气球本身所受的重力(不包括里面的氦气)是它在低空所受浮力的1/4,气球在低空飞行时可吊起最重物体的质量是_______千克。(常温时一个大气压下空气的密度是1.29千克/米3,氦气的密度是0.18千克/米3)

答案:2.6×10

(97第七届复)14.如图所示,天平平衡后将天平制动,再把一实心物体A放入左盘盛满水的溢杯中(溢出的水将落在盘外的杯中),待物块在水中稳定后,再松开制动观察天平,若物块A的密度大于水的密度,则天平将会________,若物块A的密度小于水的密度,则天平将会___________。

4

答案:失去平衡,左盘下降;保持平衡

(98第八届)4.某地质勘探队将设备装在木筏上渡河,若不载货物,人和木筏共重为G,木筏露出水面的体积是木筏总体积的1/3,则此木筏的载货重至多为________。 答案:G/2

(99第九届)3.已知空气的密度为1.29千克/米3,人体的平均密度与水的密度相当。质量为60千克的人在空气中受到的浮力大约是___牛。

答案:0.76。答案在0.757至0.774之间都给分

(99第九届复)4.有一空心球,将它放入水中静止时,露出水面的部分占整个球体体积的1/3;若把球的空心部分充满水,则它可悬浮于水中的任一位置.此球空心部分的体积与整个球体体积之比是 .

答案:1:3

三、实验题

(01第十一届)3.(4分)节日里氢气球飘向高空,越来越小,逐渐看不见了。设想,气球最后可能会怎样。根据你所学的物理知识作出预言,并说明理由。

答案:有两种可能。一是因为高空中的气体逐渐稀薄,压强降低,气球上升过程中,球内压强大于球外压强,气球不断膨胀,最后“爆炸”破裂。另一是因高空的空气较稀薄,气球上升过程中所受浮力逐渐减小,当浮力等于重力时,气球上升的速度最大.然后,浮力小于重力,气球开始向上做减速运动.在气球的速度为零之后,又加速下落,浮力逐渐变大,当气球通过浮力等于重力的位置后,浮力大于重力,气球开始作向下的减速运动.在气球的速度减为零之后,又开始加速上升.如此反复,气球将在浮力等于重力这一特殊位置附近上、下往复运动.

(04第十四届)2.(4分)在远洋轮船的船舷上,都漆着几条“载重线”。轮船满载时,水面不能超过规定的载重线。如图5所示为一艘远洋轮船及载重线的示意图,其中标有W的是北大西洋载重线,标有S的是印度洋载重线。运用你学过的物理知识,分析一下这种标识说明了什么?

5

答案:不同海域的海水的密度不一样,北大西洋的海水密度比印度洋的密度大

(10第二十届)2.2008年8月1日,京津城际高速铁路正式开通运营,使用的是国产“和谐号”CRH3型动车组(如图7所示)。该车车厢内部设有独特的空气调节系统,夏天送冷风时,车顶中部和下部的送风量之比约为3:1;冬天送热风时,车顶中部和下部的送风量之比约为1:3.这样送出的风平和、均匀,保障车厢各处温度适宜。请定性解释采用这种送风比例设计的原因。

答案:有两个要点:(1)温度低的空气密度大,冷风从车顶吹进来后,快速下沉,结合窗口送风可使整个车箱温度很快均匀降低。(2)温度高的空气密度小,热风从下部吹进来后,快速上升,结合车顶送风可使整个车箱温度很快均匀升高。

四、计算题

(93第三届)五、(7分)图10为一种设计中的牲畜饮水用自动装置。底盖A平时顶住水箱的出水口,一旦饮水槽水位下降,浮子受到的浮力减小,水就从小箱流入饮水槽。设计中水箱水位最高为60cm,水箱出水口直径是6cm,底盖A及竖杆B的总质量是420g,浮子D的质量是580g,体积是2dm3,横杆C的质量可以忽略。通过计算说明,这个自动装置在水箱蓄满水时不能正常工作。

答案:如图13所示,作用于底盖、竖杆和浮子的力有:向上的浮力:

F浮=ρVg=103×2×10-3×9.8=19.6(牛)

向下的总重力:

G总=(0.42+0.58)×9.8=9.8(牛)

水箱的水向下的压力:

F压=ρghS=103×9.8×0.6×3.14×0.032=16.6(牛)

∵向下的力的总和F向下=G总+F压=26.4牛>F浮

∴底盖A将下移,装置无法正常工作。

(99第九届复B)二、(10分)小明用薄玻璃管做了一个液体密度计,他先把管的下端密封,装入少许铅粒,然后竖直放入水中,在水的位置做个刻度,标为1.0。这个刻度的单位是什么?如果再设法做出其它刻度,较大的刻度是在上面还是在下面?管中为什么要放入铅粒?如果不放入铅粒,对这种物质的密度有什么要求?

答案:1.0的单位是g/cm3,较大的刻度在下面。管中放入铅粒是为了使管能直立在液体中,

如果不放铅粒而放别的颗粒,这种物质的密度越大越好。

(02第十二届)五、(8分)小明在一根均匀木杆的一端缠绕少许铅丝,使得木杆放在液体中可以竖直漂浮,从而制成一支密度计。将它放在水中,液面到木杆下端的距离为16.5 cm,再把它放到盐水中,液面到木杆下端的距离为 14.5 cm。如果所用铅丝的体积很小,可以忽略,小明测得的盐水密度是多少?

33答案:1.14×10kg/m

3(02第十二届复)四、(14分)已知空气的密度为1.29 kg / m,估算人体在空气中受到

的浮力。

答案:游泳时,人可以用呼吸控制人在水中的浮沉,这个事实说明人体的密度与水的密度大致相同。即ρ人=ρ水

人的体积 V人=m/ρ人=m/ρ水

人排开空气的体积:V排空=V人=m/ρ水

人在空气中受到的浮力 F=0.8 N

(04第十四届复)一、(14分)1998年某地区遭受洪涝灾害,为了抗洪抢险,急需在20h内从甲地调运65t钢材到乙地,现仅剩下一艘满载时排水量为80t的货船,船身(包括船员)质量约17t,已知甲、乙两地的水路距离为80km,船行驶的平均速度为10km/h(不计水流速度)。

(1)请你设计一个完成此项任务的可行性方案;

(2)通过分析、计算,找出最佳方案,(刚才密度为7.9×103kg/m3)

答案:(1) 设计方案:根据问题中所给条件,又在这种特定情况下,可以把部分钢材放在船体外的水中,并设法将其“贴”在船体上.为防止船体发生倾斜,船体两侧所放置钢材的质量应该相等.

(2)最佳方案:设放置在船体两侧钢材的质量为m,因船与船体外钢材组合的整体浮在水面上,故F浮=G,即 F船浮+F外钢浮=G船+G钢

代入数据后 F船浮=80×103kg×10N/kg=8×105N

F外钢浮=1×103kg/m3×10N/kg×(m/7.9×103kg/m3)

G船+G钢=(65+17)×103kg×10N/kg=8.2×105N

从以上各式求得m=15.8×103kg=15.8t

在这种极特殊的情况下(正常情况下是不可取的),只能采用把至少15.8t钢材均分放置在船外两侧的水中且紧贴船体,经t=s/v=80km÷10km/h=8h即可送到乙地。

(04第十四届复)五、(16分)图3甲是使用汽车打捞水下重物的示意图,汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物,在整个打捞过程中,汽车以恒定的速度v=0.2m/s向右运动。图3乙是此过程中汽车拉动重物的功率P随时间t变化的图像。设t=0时汽车开

始提升重物,忽略水的阻力和滑轮的摩

擦,g取10N/kg。求:

(1)圆柱形重物的质量;

(2)圆柱形重物的密度;

(3)打捞前,圆柱形重物上表面所收的水的压力。

答案:(1)由公式P=W/t=Fs/t=Fv,故汽车在AB段对重物的拉力为F1=700W/0.2m/s=3 500N

同理,汽车在CD段对重物的拉力为F3=4000N.

整个重物打捞过程应该分为三个阶段:

第一阶段,将重物从水底拉至上表面刚好接触水面。这一过程,G不变,F浮不变,F1不变,且有 G=F浮+F1 ① 对应图3乙AB段

第二阶段,将重物拉出水面的过程。这一过程中,G不变,F浮变小直至为0,故拉力F越来越大,对应图3乙BC段。

第三阶段,重物刚好全部拉出水面,

以后继续向上拉的过程。这一过程中,

G不变,F3与重力G相等,

G=F3 ②

对应图3乙CD段。

因为G=F3 =4 000N,所以m=G/

g=4 000N/10N/kg=400kg

(2)由① ②知F

F1 =500N

因为F浮=ρ水浮= G-F1 = F3 -gV排=ρ水gV物

所以V物=5×10-2m3 ρ物=m/V物=400kg/5×10-2m3=8×103kg/ m3

(3)由图3乙的BC段可知,打捞的重物从上表面接触水面到刚好整个物体全部出水,历时 60 s?D50s=10s,上升速度为0.2m/s,所以物体高h=10s×0.2m/s=2m所以,

物体上、下表面积为S= m/V物=5×10-2m3/2m=2.5×10-2m2

又由图3乙AB段可知,物体从水底上升到上表面刚好接触水面历时50s,上升高度

H=50s×0.2m/s=10m

故物体沉在水底时上表面离水面10m,水对物体上表面产生的压力为

F压=pS=ρ水gHS=1.0×103×10×10×2.5×10-2N=2.5×103N

(08第十八届)六、(12分)2000年8月12日,在巴伦支海参加军事演习的俄罗斯北方舰队 “库尔斯克”号核潜艇(图14),意外沉没,所有舱室都灌满了海水,艇上118名官兵全部遇难。引起了国际社会的普遍关注。

已知“库尔斯克”号核潜艇的质量m=1.4×107kg,海水密度近似取作ρ水=1.0×103kg/m3,制造潜艇的材料的平均密度取作ρ船=7.0×103kg/m3,g取10 N/kg。请回答:

(1)核裂变和核聚变是大量获得核能的两种途径,核潜艇中反应堆的核能是通过哪种途径获

得的?

(2)为了精确地探测到潜艇沉没的位置,在潜艇正上方海面向下发出超声波,从发出信号至接收到由潜艇反射回来的信号经历的时间t=0.146 s,如果超声波在海水中的传播速度v=1450 m/s,则潜艇沉没的实际深度h约为多大?(计算结果取整数)

(3)有人提出一种打捞“库尔斯克”号的方案,就是在潜艇周围缠满可充气的负载量大的浮力袋,若每只浮力袋的质量为50 kg,充气后的体积V0=10 m3,试估算要将 “库尔斯克”号核潜艇打捞起来,至少需用多少只浮力袋?

答案:(1)核裂变?????????????????????????(2分)

(2)根据速度公司有h?v?t0.146?1450?m?106m????(3分) 22

(3)设至少需要N个浮子袋才能把潜艇拉离海底。

潜艇受到重力、浮力和浮子袋的拉力,要使潜艇浮起,潜艇受到的浮力和浮子袋的拉力之和必大于潜艇受到的重力(浮子袋的质量与潜艇的质量相比可忽略)????(2分) 潜艇受到的浮力 F浮1=ρ水gV排m=ρ水gm/ρ潜 ???????????(1分)

潜艇受到的浮子袋的拉力可近似为(如果学生回答是考虑了浮子袋的质量,同样给分) F浮2=ρ水gNV0?????????????????(1分)

为了使潜艇能上浮,至少应满足:F浮1+ F浮2=mg?????????(1分)

即ρ水gm/ρ潜+ρ水gNV0=mg, 解得:N=1.2×103只????????(2分)

(09第十九届)六、( 14 分)科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤。他们找来一个瓶身为柱状体的空饮料瓶,剪掉瓶底,旋紧瓶盖,在瓶盖系上一块质量适当的石块,然后将其倒置在水桶里,如图8 所示。使用时,只要把被测物体投入瓶中,从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量。

1.在这里石块的作用是什么?试应用所学物理知识分析其中的道理。

2.这种浮力秤的质量刻度是均匀的吗?为什么?

3.经测量,该饮料瓶圆柱状部分的直径为8.0cm ,当浮力秤中不放被测物体时,水面所对位置为零刻度(如图 8 所示)。请根据图中标明的长度值,通过计算,在1 、2 、3 、4 各刻度线右侧给浮力秤标明对应的质量值。(π取3.1,最后结果只保留整数)

答案:1.石块的作用是使浮力秤能够竖直地漂浮在水中。( l 分)

石块受到的重力远大于空饮料瓶受到的重力,所以

浮力秤的重心较低,并低于浮力的作用点,如图答

一3 所示,当浮力等于重力时,浮力秤将竖直漂浮

在水中。(如果没有石块,整套装置的重心将会高

于浮力的作用点,在浮力和里力的作用下,浮力秤

容易歪倒,难以竖直漂浮在水中。)( 2 分)

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2.质量的刻度是均匀的。(1分)

设被测物体的质量为m , 饮料瓶圆柱状部分的半

释为r,在浮力秤中放入被测物体后,瓶身浸入的深

度增加值为 h ,则:

浮力秤再次漂浮时,增大的浮力等于增大的重力:F

浮= G ? ? ( 1分)

即:ρ水g π r2 h=mg ? ( 2 分)

可得: h =? ( 1 分)

因为ρ水、π、r为定值,所以 h 与 m 成正比,该浮力秤质量的刻度是均匀。 ( l 分) 3 .因为 h =

? ,所以 m =ρ水g π r2 h? ( 1 分)

其中ρ水=l .0×10 3 kg/m3,r=4.0cm,h1=1cm,h2= 2cm ,h3= 3cm ,h4= 4cm 。

代入以上数据,可得对应 1、2、3、4 各刻度线的质最值应标记为50g、 1 00 g、150g、 200 g,如图答一4 所示。

五、综合

(91第一届)5.公共厕所自动冲洗用的水箱里有一圆柱形浮筒P,出水管口有

一个圆片形盖子a,两者用短链相连(如图1)所示。若水箱的深度足够,要实

现自动定时冲洗( )

A. 只要浮筒P的体积足够大

B. 只要浮筒P的质量足够小

C. 盖子a必须比浮筒轻

D. 浮筒P的横截面积必须大于盖子a的面积

答案:D

(92第二届)四、(6分)一种厕所便桶水箱

结构如图(图中略去了向水箱中注水的装置)。

出水口上的橡胶盖是空心的,放水时它漂浮在

水面上,水从出水口流出,如图(a)。随着水的

流出,水面降低,直到橡胶盖盖住出水口,放

水过程结束。注水过程中和注满水后,橡胶盖

都盖住出水口,如图(b)。

1.请你判断,图(a)中空心橡胶盖所受的重力与它所受的浮力大小有什么关系。

2.请你说明,图(b)中为什么橡胶盖能紧紧地盖在出水口而不浮起。

3.这种装置的一个重要缺点是,每次冲便桶都要用掉一箱水。为节约用水,请你对橡胶盖做些改造,使得按下手柄时橡胶盖抬起放水,放开手柄后橡胶盖能立即盖上出水口,停止放水。

答案:参考解答

1.相等

2.图(b)中橡胶盖受到注水从上向下的压力却几乎不受水从下向上的压力,所以橡胶盖不受浮力,不会浮起。

3.在橡胶盖上打孔,填入砂粒或在橡胶盖上加重物使它们所受的总重力大于它们完全浸没水中时所受的浮力。

评分标准 全题6分。第1小题1分。第2小题只要答出橡胶盖不受浮力或橡胶盖的下面不受水的的压力即给2分。第3小题3分,答出可行的方法即给2分,点明须使重力大于浮力再给1分。除橡胶盖外改动水箱其它部分的,不给分。

(94第四届)六、(7分)常用浮筒打捞海底沉船。充满海水的浮筒靠自重下沉,向浮筒内充气,将筒内海水排出,浮筒即产生上举力。

浮筒为用钢制成的空心圆柱体,若底面外半径

r=5m,外高L=12m,其质量为2×105㎏,当浮筒沉入60m深处时,充气的压强至少应为多少个标准大气压时才能把筒内的气体排出?它能产生多大的上举力?(略去充入气体的质量。海水的密度ρ=1.03×103㎏/m3)

答案:P=7标准大气压;上举力F-C=7.55×106牛

(95第五届)9.测定血液的密度不用比重计(图为这样做需要的血液量太大),而采用巧妙的办法:先在几个玻璃管内分别装入浓度不同的、呈淡蓝色的硫酸铜溶液,然后分别在每个管中滴进一滴血液。分析人员只要看到哪一个管中血滴悬在中间,就能判断血液的密度。其根据是 [ ]

A.帕斯卡定律 B.液体内同一深度各方向压强相等。

C.物体的浮沉条件 D.血滴上部所受硫酸铜溶液的压强等于下部所受硫酸铜溶液的压强。

答案:C

(95第五届复)五、(15分)我国北方为了室内采暖,用管道将热水从锅炉输往室内。在管道上方的天花板上常可看到被“熏”黑的痕迹。

1.根据你学过的物理知识,解释形成这种黑迹的原因。

2.提出一种观察或实验的方法,用以判断上述解释的正确性。

答案:1.热水管道附近空气温度较高,密度较小,上升,对流加快,空气中的微尘附着在天花板上,形成黑迹。

2.居住单元通往楼道的门比较严实,但门和墙之间仍有小缝,外面的风经常吹进来,这种门缝附近的墙壁上,也有类似黑迹。这种现象支持了上述的解释。

(98第八届)1.氢气球上升的过程中将出现的现象是: [ ]

A.上升到最大高度后由于受到的浮力等于重力,会长期悬浮在空中;

B.由于受到的浮力大于重力,气球一直上升;

C.因为高空温度很低,球内气体遇冷收缩,气球体积越来越小;

D.因为上升过程中球内压强大于球外压强,气球不断膨胀,到一定高度后球破裂。 答案:D

(98第八届复)十、(12分)某工厂设计了一个蓄水池(如图5所示),水源A罐的夜面高度h1保持不变。罐底有一个小出水口,面积为S1。孔下通过一个截面积为S2活塞与杠杆BC相连。杠杆可绕B端上下转动,另一端有一个中空的圆柱形浮子,横截面积为S3,BO是杠杆总长的1。原设计打算当杠杆水平时,浮子浸入水深为h2,活塞恰好能赌住出水口,但3

在使用时发现,活塞离出水口尚有极小一段距离时,浮子便不再上浮,此时浮子没入水深为

h3。为了

''使活塞自动堵住出水口,只得将浮子的重量减去G。试求浮子应减去重量G的大小。(活

塞及连杆的重量不计,杠杆所受浮力不记。)

'答案:设浮子原重为G,杠杆长为l。浮子减重G后,由倾斜变文水平。

上升高度为h3-h2, (1分)活塞上升Δh=

活塞减重前,杠杆平衡时(S3 h3ρ

浮子减重后〔S3h2ρ'h3?h2。 (2分) 3水g-G)l=1ρ水gS2(h1+Δh) (1) (3分) 3

水g-(G-G)〕l=1ρ水gS1h1 (2) (3分) 3

解上面的联立方程,可得 G='h?h21ρ水g〔S1h1+3S3(h3-h2)-S2(h1+3)〕 (3分) 33

(2000第十届)六、(10分)汽车更换轮胎时需要把车轴抬起来,这时可以使用“油压千

斤顶”。下图是油压千斤顶的原理图。向下按动手柄,

圆柱形小活塞把小油缸中的机油压向大油缸。大油缸中

的油量增多,把圆柱形大活塞向上推,带着上面的重物

上升。实验表明,加在密闭的液体上的压强,能够按照

原来的大小向各个方向传递(这个规律叫做帕斯卡定

律)。

现在有一个油压千斤顶,有关尺寸如图所示。如果希望在手柄上用20牛顿的力向下压时就能在大活塞上举起1吨的重物,大活塞的直径至少是多少?

答案:l1 = 0.6 米, l2 = 0.06米, F0 = 20牛

小活塞受的力

F1

= (1)

小活塞对液体的压强

(2)

液体对大活塞的压强与大活塞对液体的压强相等,即

(3)

其中

F2 = mg (4)

根据帕斯卡定律

p2 = p1 (5)

把(1)、(2)、(3)、(4)式代入(5)式,解出

(6)

考虑到

(7)

进一步解出

(8)

把数值代入,得

d2 = 7.0 厘米 (9)

(03第十三届B)八(8分)给你提供“弹簧测力计、量筒、烧杯、水、小石块、细线"这些器材,请你仅用这些器材的组合设计两个实验,或测定某种物理量、或说明某种物理规律。 要求:若是测定某种物理量,应简要写明实验步骤,用恰当的字母表示物理量,最后写出所测物理量的表达式;若是说明某种物理规律,应简要写明操作过程和所要说明的物理规律。

注意点:所设计实验应是器材的组合实验,仅用一种器材(如用弹簧测力计测小石块的物重)不符合题目要求。

答案:1、(4分)测定小石块密度。

(1)用弹簧测力计测石块重G,用m=G/g计算质量;

(2)用量筒和水配合测石块体积V;

(3)ρ=m/V计算密度,表达式为ρ=G/gV。 ’

2、(4分)观察浮力规律。

如:将石头块挂在测力计下,烧杯中盛些水,让石块慢慢浸入水中,观察测力计读数。.说明石块浸入水中(或排开的水)越多,受到的浮力越大。

或如:石块浸没水中后,继续使石块向下(不接触杯底),观察测力计读数,说明物体所受浮力与深度无关。

其它答案,只要正确并表达清楚,均认可。

(08第十八届)四、(13分)图12是一种牲畜饮水用自动装置的示意图。水箱底部有一出水孔,底盖A平时顶住水箱的出水孔,一旦饮水槽水位下降,浮球C受到的浮力减小,底盖A打开,水就通过出水孔从水箱流入饮水槽。设计水箱的最高水位为60 cm,水箱出水孔横截面积是30 cm2。底盖A及竖杆B的总质量是400 g,浮球C的质量是600 g,体积是2 dm3,g取10 N/Kg。

(1)写出此装置应用到的物理知识(至少说出2条);

(2)通过计算说明,这个自动装置在水箱蓄满水时是否能正常工作;

(3)若能正常工作,请分析说明影响此自动装置能否正常工作的因素;若不能正常工作,请提出使该自动装置正常工作的改进方案。

答案:(1)此装置应用了压强、浮力、连通器、力的平衡等物理知识。???(2分) (2)以ABC为一整体进行受力分析:

ABC整体受到重力、水箱及其中的水向下的饭力和向上的浮力????????(1分) 当浮球受到的向上的浮力大于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力时,底盖A会顶住水箱的出水孔.不再有水从水箱流入饮水池???(1分)

底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力G=mg=(600×10-3kg+400×10-3kg)×10N/kg=10N??(1分)

水箱中蓄满水时,由公式p=ρgh及p=F/S得:

水箱中的水对底盖A向下的压力

F=ρghS=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.6m×30×10-4m2=18N?????????(1分) 由阿基米德原理,可得浮球受到的最大浮力

F浮m=ρ水gV排m=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-3m3=20N ??????(1分)

因为在水箱中蓄满水时,浮球受到的最大浮力(20N )小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力(10N + l SN = 28N ) ,所以.这个自动装置在水箱蓄满水时不能王常工作。??????????????????( 2 分) (3)第一种情况:从上述计算过程可以看出,该自动装置能正常工作的条件是要保证浮球受到的向 上的浮力不小于底盖A、竖杆B和浮球C受到的重力及水箱中的水对底盖A向下的压力的合力,因此浮球受到的重力(质量);浮球的体积;底盖A和竖杆B受到的重力;

出水孔横截面积的大小等都是影响此自动装置能否正常工作的因素。(其他说法正确的同样得分.解个因素 l 分,最般多 4 分)

第二种情况:要使这个自动装置在水箱蓄满水时仍能正常工作,可以采取的改进措施有: ① 适当减小出水孔的横截面积; ② 适当降低水箱蓄满水时的水位高度; ③ 保持浮球质量不变的情况下,适当增大浮球的体积; ④ 在保持浮球体积不变的情况下,适当减小浮球的质量。(其他说法正确的同样得分,每个因素1分.最多4分)

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