初中物理阿基米德原理的应用试题

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。

一正方体物块边长为 $10\mathit{cm}$，漂浮于足够高的盛有足量水的圆柱形容器中，有 $20\%$体积露出水面。若物块漂浮时与未投入物块时比较，水对容器底部的压强变化了 $160\mathit{Pa}$，则容器的底面积为　　 $m^2$；物块浸没时与物块漂浮时水对容器底部的压力之比为 $40:39$，则未投入物块时容器中水的深度是　　 $m$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$，下同）

小明所在学习小组在验证“阿基米德定律”的实验中，选择溢水杯、水、弹簧测力计、铁块、小桶、细线等器材进行实验，具体操作步骤如下：

$A$．测出铁块所受重力 $G$；

$B$．测出空桶所受重力 $G_1$；

$C$．将溢水杯中装满水；

$D$．把挂在弹簧测力计下的铁块浸没在水中，让溢出的水全部流入小桶中，读出测力计示数 $F$；

$E$．测出小桶和被排开水的总重 $G_2$；

$F$．记录分析数据，归纳总结实验结论，整理器材

（1）以上步骤中，若得到　　（填写题中对应数据的字母），说明验证实验是成功的。

（2）若想测量小木板所受浮力和体积的大小，学习小组设计如图的实验：现将小木块挂在弹簧测力计下，测力计示数为 $F_1$，再将定滑轮用吸盘固定在烧杯底（滑轮质量不计），弹簧测力计通过定滑轮拉着木块浸没在水中静止时，示数为 $F_2$，其中定滑轮的作用是　　，此时木块所受浮力 $F_{浮}=$　　，木块的体积 $V_{木}=$　　（用字母表示）

某同学在粗细均匀的木棒上缠绕一些细铜丝，制作简易密度计 $A$，如图甲所示。将 $A$依次放入一系列密度已知的液体中，每次当 $A$在液体中处于竖直漂浮状态时，在木棒上标出与液面位置相平的刻度线及相应密度值 $\rho$，并测量木棒浸入液体的深度 $h$，再利用收集的数据画出 $\rho -h$图象，如图乙中图线①所示。该同学继续选用了与 $A$完全相同的木棒，并缠绕了不同质量的铜丝制作简易密度计 $B$．将 $b$同样依次放入一系列密度已知的液体中进行实验，得到图乙中图线②．他进一步研究发现对同一密度计浸入液体的深度 $h$和对应密度 $\rho$的乘积不变。铜丝的体积可以忽略，下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．上述实验中密度计 $A$在不同液体中漂浮时，浸入的深度 $h$越大，受到的浮力越大

B．密度计 $B$上越靠近铜丝的位置，其刻度线对应的密度值越小

C．密度计 $A$上缠绕铜丝的质量小于密度计 $B$上缠绕铜丝的质量

D．若图乙中 ${\rho }_3-{\rho }_2={\rho }_2-{\rho }_1$，则密度计 $A$上 ${\rho }_3$与 ${\rho }_2$刻度线的间距大于 ${\rho }_2$与 ${\rho }_1$刻度线的间距

如图所示，一个边长为 $10\mathit{cm}$ 的正方体竖直悬浮在某液体中，上表面受到液体的压力 $F_1$ 为 $5N$ ，下表面受到液体的压力 $F_2$ 为 $13N(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$ 。下列说法错误的是 $($ 　　 $)$

A．	正方体受到的浮力为 $8N$
B．	液体的密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$
C．	正方体上表面到液面的距离 $h=5\mathit{cm}$
D．	液体对物体下表面的压强为 $1.3\times {10}^3\mathit{Pa}$

我国常规动力核潜艇具备先进的通讯设备、武器、导航等系统和隐蔽性强、噪声低、安全可靠等优异性能，如图是某型号常规动力核潜艇，主要技术参数如下表（海水密度近似为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$。

排水量	水上运动 $2250t$，水下运动 $3000t$	最大潜水深度	$300m$
最大航速	水上 $30\mathit{km}/h$，水下 $36\mathit{km}/h$	水下最大输出功率	$3000\mathit{kW}$

（1）核潜艇在深海中匀速潜行时，如果遭遇海水密度突变造成的“断崖”险情，潜艇会急速掉向数千米深的海底，潜艇突遇“断崖”险情是因为遇到海水的密度突然　　（选填“变大”、“变小”或“不变” $)$造成的，此时应立即将潜艇水舱中的水全部排出，使潜艇受到的重力　　（选填“大于”或“小于” $)$它的浮力。

（2）该潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处，潜艇上面积为 $2m^2$的舱盖受到海水的压力增大了 $6\times {10}^{5}N$，则潜艇原来位置的深度 $h$是多少？

（3）该潜艇在水下以最大输出功率巡航，当达到最大速度匀速运动时，受到海水的平均阻力 $f$是多少？

已知某一物体受到的重力为 $10N$，把它挂在弹簧测力计下方，并将它浸没在水中静止时，弹簧测力计的示数为 $6N$．则该物体受到的浮力为　　 $N$，物体的密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$． $({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

右图是民族传统体育项目"独竹漂"的表演场景。若表演者脚下的楠竹的质量为 12kg ，排开水的体积为 0.06m ³ ，则楠竹受到的浮力为 _____N ，运动员和手中细竹竿共重 _____N 。（ g=10N/kg ）

甲、乙、丙、丁是四个体积、形状相同而材质不同的小球，把它们放入水中静止后的情况如图所示，则它们在水中所受浮力相等的是 $($ 　　 $)$

A．

甲和乙

B．

乙和丙

C．

丙和丁

D．

甲和丁

小明将体积相等的 $A$ 、 $B$ 、 $C$ 三个不同水果放入水中静止后， $A$ 漂浮、 $B$ 悬浮、 $C$ 沉底，如图所示。关于它们的密度和受到的浮力大小判断正确的是 $($ 　　 $)$

A．

$F_A>F_B>F_C$

B．

$F_A>F_B=F_C$

C．

${\rho }_A<{\rho }_B<{\rho }_C$

D．

${\rho }_A<{\rho }_B={\rho }_C$

如图是小聪同学利用水、弹簧测力计和金属块测量某液体密度的情景。根据图中信息可知，金属块的重力是 　　 ，金属块在水中受到的浮力是 　　 ，所测液体的密度是 　　 。（取

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。

一人用桶从井里取水，已知桶的容积是 $6L$，空桶的质量是 $1.5\mathit{kg}$，忽略绳子的重力。 $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$、 $g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）装满水后水的质量；

（2）用绳子把桶放到井里，进入一些水后，桶仍然漂浮在水中，此时它排开水的体积是 $3\times {10}^{-3}{m}^3$，桶受到的浮力；

（3）将一满桶水从桶底刚好离开水面开始匀速提高 $5m$，绳子的拉力做的功；

（4）提水的效率。

一只弹簧测力计和一根细绳，要求测量小石块的密度，小强将小石块挂在弹簧测力计下端，示数如图甲示数，再将小石块浸没在水中，示数如图乙示数，则小石块浸没在水中时受到的浮力为　　 $N$，小石块的密度为　　 $g/c{m}^3$（已知水的密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$。

如图是“远望6号”远洋测量船，排水量为25000吨，满载时受到的浮力为　　 $N$．“远望6号”可在南北纬60度以内的任何海域航行，完成对各类航天飞行器的海上跟踪、测控任务。满载的测量船在密度不同的海域漂浮时，受到的浮力　　（填“相同”或“不同” $)$。船静止在测控点，水下 $3m$处船体受到海水的压强为　　 $\mathit{Pa}$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$。 ${\rho }_{\mathit{海水}}=1.03\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$