初中物理阿基米德原理的应用试题

地球气候变暖，冰川熔化加剧，是造成海平面变化的原因之一。小明同学根据所学知识，通过比较冰川完全熔化成水后水的体积与冰川熔化前排开海水的体积，就能推断海平面的升降。如图所示，是冰川漂浮在海面上的情景，若冰川的质量为 $m_{冰}$ ，海水的密度为 ${\rho }_{海}$ ，水的密度为 ${\rho }_{水}$ ，且 ${\rho }_{海}>{\rho }_{水}$ ， $g$ 用符号表示。求：

（1）冰川熔化前受到的浮力；

（2）冰川熔化前排开海水的体积；

（3）冰川完全熔化成水后水的体积；

（4）推断海平面的升降，并说明理由。

小明学习了阿基米德原理后，和物理兴趣小组的同学们利用图中的弹簧测力计、体积约为 $10c{m}^3$ 的实心金属块、细线、大烧杯、小桶、小垫块和水等器材，设计实验验证阿基米德原理。

（1）小明他们首先向老师汇报了自己的实验思路：

①用弹簧测力计分别测出空桶和金属块的重力为 $G_1$ 和 $G_2$ ；

②把大烧杯用小垫块垫起，使右边的溢水口斜向下，在大烧杯中 　　水，过会儿把小桶放在大烧杯的溢水口下方；

③用弹簧测力计吊着金属块使其浸没到大烧杯的水中，记下弹簧测力计示数为 $F_1$ ；

④待大烧杯中的水不再溢出时，用弹簧测力计测出溢出的水和小桶的总重力为 $F_2$ 。

若满足 　　（用所测物理量符号表示）等式成立就可以验证阿基米德原理。

（2）老师肯定了他们的实验思路，但提醒他们利用现有实验器材将无法完成实验，请你帮他们分析无法完成实验的原因是： 　　。

（3）小明他们更换相关器材，顺利完成了实验，实验后小组成员又进行了交流，要验证阿基米德原理，金属块 　　（选填"一定"或"不一定" $)$ 要浸没在水中。

如图所示，同一潜水艇浮在水面时受到的浮力为 $F_1$，底部受到水的压强为 $p_1$；潜入水中时受到的浮力为 $F_2$，底部受到水的压强为 $p_2$．下列选项中正确的是 $($　　 $)$

A． $F_1=F_2$　 $p_1<p_2$B． $F_1=F_2$　 $p_1>p_2$C． $F_1>F_2$　 $p_1>p_2$D． $F_1<F_2$　 $p_1<p_2$

2020年6月20日，我国自主设计和建造的“海斗号”载人潜水器，成功下潜到太平洋“马里亚纳海沟”10000米深处。创造了载人潜水器海水深潜的世界纪录。潜水器由双层船壳构成，外层与海水接触，外壳选择了钛合金作主材，潜水器在上浮和下潜时，其体积是一定的。潜水器近似可以看作长方体，其规格：长 $9m$、宽 $3m$、高 $3.4m$。该潜水器悬浮在海水中时总质量为 $25t$（海面大气压 $1.0\times {10}^5\mathit{Pa}$， $g=10N/\mathit{kg})$。

（1）假设海水密度不随深度变化，质量不变的潜水器在上浮且未浮出水面过程中，受到水的浮力　     　（选填“变大”、“变小”或“不变”）；

（2）“海斗号”悬浮在海水中，求所受到的浮力；

（3）载人潜水器在10000米深处，其上表面受到的压力约为 $2.78\times {10}^{9}N$，求海水的密度。

水平桌面上放置足够高的柱形容器如图甲，容器底部放一个边长为 $10\mathit{cm}$的均匀实心正方体 $M$．现缓慢向容器中注入某液体， $M$对容器底部的压力随注入液体深度 $h$的变化关系如图乙。则下列说法正确的是（取 $g=10N/\mathit{kg}\left)\right($　　 $)$

A． $M$的密度是 $1.25\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

B．注入液体的密度是 $0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

C．当 $h=10\mathit{cm}$时， $M$对容器底部的压力是 $2N$

D．当 $h=10\mathit{cm}$时，液体对容器底部的压强是 $1200\mathit{Pa}$

水平桌面上两只完全相同的杯子里，分别盛有甲、乙两种不同液体。把两个完全相同的小球分别放入甲、乙两种液体中，静止后，在甲液体中的小球沉底，在乙液体中的小球悬浮，此时两个杯中的液面恰好相平。如图所示，下列说法中正确的是 $($　　 $)$

A．甲液体的密度大于乙液体的密度

B．甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强

C．甲液体中小球受到的浮力小于乙液体中小球受到的浮力

D．盛甲液体的杯子对桌面的压强等于盛乙液体的杯子对桌面的压强

2018年5月13日，中国首艘国产航母 $001A$型航空母舰离开大连港码头，开始海试。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$请问：

（1）航母 $001A$设计排水量 $6.7\times {10}^{4}t$，那么它满载时受到的浮力是多少？

（2）海面下 $8m$处的压强是多少？

（3）一位体重为 $600N$的歼15舰载机飞行员，每只脚与水平甲板的接触面积是 $200c{m}^2$，则他双脚站立时对甲板的压强是多少？

水平桌面上两个相同的烧杯中分别装有甲、乙两种不同液体，将两个不同材料制成的正方体 $A$、 $B(V_A<V_B)$，按如图两种方式放入两种液体中，待静止后 $B$刚好浸没在甲液体中， $A$刚好浸没在乙液体中，两杯中液面恰好相平。下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．甲液体密度大于乙液体的密度

B．甲液体对杯底的压强等于乙液体对杯底的压强

C．甲液体对 $B$下表面的压强等于乙液体对 $A$下表面的压强

D．装甲液体的容器对水平桌面的压力小于装乙液体的容器对水平桌面的压力

解放前，我国经济很落后，一些地区过着极其原始的生活。如图所示，就是为了解决饮水问题，需要到很远地方挑水的示意图。为了防止道路不好水溅出桶外，在水面上覆盖木板（如图），若一个木板质量为 $500g$，密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，每个桶内水深 $30\mathit{cm}\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$，求：

（1）桶底受到的水产生的压强；

（2）一个木板受到的浮力及静止时露出水面的体积；

（3）扁担与绳质量忽略不计，扁担长度 $1.5m$，每桶水总重 $180N$，扁担与肩膀接触点距离扁担右端 $55\mathit{cm}$，支撑手距离扁担左端也是 $55\mathit{cm}$，则支撑手受到的扁担产生的压力。

有人说，水里的冰山融化后，水面会上升，你认为这种说法是否正确？请你用下面给出的图示，并用学过的知识进行正确解释（忽略热胀冷缩对水和冰的影响，已知冰和水的密度之比为 $0.9$），并得出正确结论。

如图 $A$、 $B$体积相同， $B$、 $C$质量相等，将他们放入水中静止后， $A$漂浮， $B$悬浮， $C$沉底。下列说法，正确的是 $($　　 $)$

A． $A$所受浮力可能大于 $B$所受浮力

B． $C$所受浮力一定小于 $A$所受浮力

C． $B$物体所受浮力一定是最大的

D． $A$下表面所受压力可能大于 $B$下表面所受的压力

如图是我国第二艘航母“山东号”的舰载机飞离甲板的过程中，下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．飞机在跑道上滑行时若外力全部消失，会逐渐停下来

B．飞机起飞时加速助跑，可获得更大的惯性，利于升空

C．飞机加速升空，动能转化为重力势能，机械能增大

D．飞机飞离甲板后，舰艇底部受到水的压强变小

如图是“利用杠杆测量石块密度”的实验。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于　     　（选填“平衡”或“不平衡”）状态；要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　     　调节，这样做的目的是　       　，并消除杠杆自重对实验的影响。

（2）在溢水杯中装满水，如图乙所示，将石块缓慢浸没在水中，让溢出的水流入小桶 $A$中，此时小桶 $A$中水的体积　       　石块的体积。

（3）将石块从溢水杯中取出，擦干后放入另一相同小桶 $B$中，将装有水和石块的 $A$、 $B$两个小桶分别挂在调好的杠杆两端，移动小桶在杠杆上的位置，直到杠杆在水平位置回复平衡，如图丙所示。此时小桶 $A$、 $B$的悬挂点距支点 $O$分别为 $13\mathit{cm}$和 $5\mathit{cm}$，若不考虑小桶重力，则石块密度的测量值为　      　 $\mathit{kg}/m^3$；若考虑小桶重力，石块的实际密度将比上述测量值　       　。

如图甲，将底面积为 $100c{m}^2$、高为 $10\mathit{cm}$的柱形容器 $M$置于电子秤上，逐渐倒入某液体至 $3\mathit{cm}$深；再将系有细绳的圆柱体 $A$缓慢向下浸入液体中，液体未溢出，圆柱体不吸收液体，整个过程电子秤示数 $m$随液体的深度 $h$变化关系图象如图乙。若圆柱体的质量为 $216g$，密度为 $0.9g/c{m}^3$，底面积为 $40c{m}^2$，求：

（1）容器的重力；

（2）液体的密度；

（3）在圆柱体浸入液体的过程中，当电子秤示数不再变化时液体对容器底的压强比圆柱体浸入液体前增加了多少？

小明同学在探究浮力的实验中：

（1）如图甲，把半径为 $3\mathit{cm}$、密度均匀的实心小球 $A$用细线挂在弹簧测力计上，测得其重力为　　 $N$，他用手竖直向上轻轻托起小球，弹簧测力计示数将变　　。

（2）他又将小球 $A$缓慢放入盛有适量水的烧杯中，弹簧测力计的示数逐渐变小，说明小球受浮力作用且浮力的方向是竖直向　　，当小球顶部距水面 $7\mathit{cm}$时，弹簧测力计示数为 $1.9N$，如图乙，小球受到的浮力大小是　　 $N$。

（3）为进一步研究浮力产生的原因，小明自制了薄壁实验箱，左右分别是柱形箱 $B$和 $C$， $B$箱下部有一圆孔与 $C$箱相通，他将上下表面是橡皮膜的透明空心立方体 $M$放在圆孔上紧密接触，并向 $B$箱中加入适量的水使 $M$浸没且沉在箱底，如图丙。现往 $C$箱加水至与 $M$下表面相平时， $M$下表面橡皮膜　　（选填“受到”或“不受” $)$水的压力作用；继续向 $C$箱中加水至 $M$上下表面橡皮膜形变程度相同时，则 $M$上下表面受到水的压力　　（选填“相等”或“不相等” $)$；再向 $C$箱中加一定量的水， $M$上下表面形变程度如图丁，则下表面受到水的压力　　（选填“大于”“小于”或“等于” $)$上表面受到水的压力。这就是浮力产生的真正原因。

（4）同组小斌同学根据第（2）小题中小球受到的浮力大小和第（3）小题探究浮力产生的原因巧妙地计算出图乙中小球 $A$受到水对它向下的压力是　　 $N$．（圆面积公式 $S=\pi r^2$，取 $\pi =3)$