初中物理阿基米德原理的应用试题

如图甲所示，质量分布均匀且不吸水的柱体 高 。足够高的圆柱形容器 底面积为 、装有 深的水。若将 水平切去高度为 的部分，并将切去部分竖直缓慢放入 中，水的深度 随切取高度 的变化关系如图乙所示。柱体 的密度是 　　 ；当切去的高度 为某一值时， 剩余部分对水平桌面的压强和水对容器底部的压强相等，然后向 中缓慢加水，当加入水的质量为 时，水中柱体仍保持直立，水对容器底的压强为 　　 。

如图所示，质量分布均匀的甲，乙两个正方体叠放在水平地面上，甲放在乙的中央。若乙的边长是甲的2倍，甲对乙的压强与乙对地面的压强相等，将它们分别放入足够多的水中静止时上下表面都处于水平位置，正方体乙漂浮且有 的体积浸入水中，下列判断正确的是 　　

A．	甲、乙的质量之比
B．	甲、乙的密度之比
C．	甲、乙慢入水中的深度之比
D．	甲、乙在水中静止时所受浮力之比

如图甲所示，小勇同学设计了一个汽车落水安全装置并进行了试验，在汽车的四个门板外侧分别安装一个气囊，气囊的触发由图乙所示电路中 $a$ 、 $b$ 间的电压来控制，压敏电阻 $R_1$ 水平安装在汽车底部 $A$ 处， $R_1$ 的阻值随其表面水的压力的变化如图丙所示。某次试验时：汽车入水前把 $R_2$ 的滑片调到合适位置不动，闭合开关 $S$ ，电压表的示数为 $3V$ ，再把汽车吊入足够高的长方体水池中缓慢下沉，直到 $a$ 、 $b$ 间的电压等于或大于 $3V$ 时，气囊就充气打开，使汽车漂浮在水中，试验装置相关参数如表所示。

电源电压	$4.5V$
$R_1$ 接触水的面积	$15c{m}^2$
长方体水池底面积	$20m^2$

（1）求汽车入水前电路中的电流；

（2）当汽车漂浮时，测得水池的水位比汽车入水前上升了 $8\mathit{cm}$ （水未进入车内），求汽车受到的重力；

（3）求气囊充气打开时汽车 $A$ 处浸入水中的深度。

某校"制作浮力秤"项目研究小组，制成如图所示浮力秤。使用过程中，发现称量范围较小，有待提升改造。

【原理分析】浮力秤是利用物体漂浮时 $F_{浮}=G_{物}$ 的原理工作的；浮力大小与液体密度和物体排开液体的体积有关。

【问题提出】浮力大小与液体密度存在怎样的定量关系？

【方案设计】

器材：悬挂式电子秤、金属块 $(4.0N)$ 、大烧杯、水以及各种不同密度的溶液等。

步骤：①将金属块挂在电子秤下，读取电子秤示数并记录；

②将金属块浸没在盛水的烧杯中，读取电子秤示数并记录，然后取出金属块擦干；

③按照步骤②的操作，换用不同密度的溶液，多次重复实验。

【数据处理】

实验编号	1	2	3	4	5	6	7
液体密度     ${\rho }_{液}\left(g/c{m}^3\right)$	$-$	0.8	1.0	1.2	1.4	1.9	2.0
电子秤示数     $F_{拉}\left(N\right)$	4.0	3.6	3.5	3.4	3.3	2.6	3.0
浮力大小     $F_{浮}\left(N\right)$	$-$	0.4	0.5	$x$	0.7	1.4	1.0

【交流分析】

（1）表格中 $x$ 的数据是 　　；

（2）实验过程中，除步骤①外，其余每一次测量，金属块都需要浸没，其目的是 　　；

（3）小组同学对实验数据进行了分析讨论，认为第6次实验数据异常。若电子秤正常工作、电子秤读数和表中数据记录均无误。则造成此次实验数据异常的原因可能是 　　。

【得出结论】 $\dots \dots$

【知识应用】（4）根据以上探究，写出一种增大浮力秤称量范围的方法 　　。

小金把家里景观水池底部的鹅卵石取出清洗。他先将一个重为 $10N$ 的空桶漂浮在水面上，然后将池底的鹅卵石捞出放置在桶内，桶仍漂浮在水面。（不考虑捞出过程中带出的水， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$

（1）空桶漂浮在水面时所受浮力大小。

（2）鹅卵石捞出放置在桶内时，水池水面高度与鹅卵石未捞出时相比会 　　（选填"上升"、"下降"或"不变" $)$ 。若此时桶排开水的体积为 $6.0\times {10}^{-3}{m}^3$ ，求桶内鹅卵石的质量。

某小组探究"浮力的大小与排开液体所受重力的关系"。

（1）弹簧测力计使用前要先进行 　　。

（2）实验步骤如图1所示，甲、乙、丁、戊中弹簧测力计的示数分别为 $F_1$ 、 $F_2$ 、 $F_3$ 、 $F_4$ 。由图甲和丁可知物体受到的浮力 $F_{浮}=$ 　　。

（3）以下选项中若 　　成立，则可以得出浮力的大小与排开液体所受重力的关系。

A．	$A.F_1-F_2=F_3-F_4$
B．	$B.F_1-F_3=F_4-F_2$
C．	$C.F_3-F_2=F_1-F_4$

（4）另一小组利用两个相同的弹簧测力计 $A$ 和 $B$ 、饮料瓶和吸管组成的溢水杯、薄塑料袋（质量忽略不计）对实验进行改进，装置如图2所示。向下移动水平横杆，使重物缓慢浸入盛满水的溢水杯中，观察到 $A$ 的示数逐渐 　　， $B$ 的示数逐渐 　　，且 $A$ 、 $B$ 示数的变化量 　　（选填"相等"或"不相等" $)$ 。

（5）比较两种实验方案，改进后的优点是 　　（多选）

A．	$A.$ 测力计 $A$ 的示数就是物体所受浮力的大小
B．	$B.$ 实验器材生活化，测力计固定、示数更稳定
C．	$C.$ 能同步观察测力计 $A$ 、 $B$ 示数的变化

如图所示，水中有一支长 $14\mathit{cm}$ 、底部嵌有铁块的蜡烛，露出水面的长度为 $1\mathit{cm}$ ，点燃蜡烛，至蜡烛熄灭时，水对容器底部产生的压强 　　（选填"变大"、"变小"或"不变" $)$ 。熄灭时蜡烛所剩长度为 　　 $\mathit{cm}$ 。 $\left({\rho }_{蜡}=0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

如图甲所示，用动滑轮将正方体物块从装有水的容器底部缓慢匀速提起，拉力 $F$ 随提升高度 $h$ 变化的关系如图乙所示。物块完全离开水面后，动滑轮的机械效率为 $87.5\%$ ，绳重和摩擦忽略不计。下列选项正确的是 $($ 　　 $)$

A．	物块的边长为 $0.6m$
B．	动滑轮重为 $300N$
C．	提升物块完全离开水面前，动滑轮的机械效率大于 $87.5\%$
D．	将物块提升至上表面与水面相平的过程中拉力 $F$ 做的功为 $1650J$

水平桌面上有一底面积为 $5S_0$ 的圆柱形薄壁容器，容器内装有一定质量的水。将底面积为 $S_0$ 、高为 $h_0$ 的柱形杯装满水后（杯子材料质地均匀），竖直放入水中，静止后容器中水的深度为 $\frac{1}{2}{h}_0$ ，如图1所示；再将杯中的水全部倒入容器内，把空杯子竖直正立放入水中，待杯子自由静止后，杯底与容器底刚好接触，且杯子对容器底的压力为零，容器中水的深度为 $\frac{2}{3}{h}_0$ ，如图2所示。已知水的密度为 ${\rho }_0$ 。求：

（1）空杯子的质量；

（2）该杯子材料的密度。

如图甲所示，某款国产水陆两用挖掘机的机械臂可绕O点转动，这辆挖掘机有两条履带，每条履带内均有1个由合金材料制成的空心浮箱，每个浮箱（可视为长方体）宽为1.5m，高为2m，合金密度为8.0×10 ³kg/m ³。

（1）某次测试中，质量为60kg的驾驶员驾驶挖掘机，从6m高的平台沿斜坡向下缓慢行驶20m，到达水平地面。

①请在图乙中画出挖掘机沿斜坡向下缓慢行驶时，挖掘机对斜坡的压力的示意图。

②在上述过程中，驾驶员的重力做了多少功？

（2）如图甲所示，开始时机械臂伸直且静止，O、A、B三点在同一直线上，OA＝10m，AB＝0.5m，机械臂和斗铲整体的重心在A点；机械臂控制斗铲装取质量为1t的沙石后，机械臂、斗铲和伸缩杆缓慢运动到如图甲所示的位置时静止，这时机械臂、斗铲和沙石整体的重心在B点。已知伸缩杆先后两次对机械臂的支持力（支持力垂直于机械臂）之比为5：7，则机械臂和斗铲的总质量是多少？

（3）已知制作每个浮箱时所用合金的体积V与浮箱长度L的关系如图丙所示，不计履带排开水的体积和驾驶员的质量，除2个完全相同的浮箱外，挖掘机其余部分的质量为33t。若挖掘机漂浮在水中，2个浮箱浸入水中的深度均不超过1.5m，则每个浮箱的长度至少是多少？

如图，体积相同的两个物体 $A$ 、 $B$ 用不可伸长细线系住，放入水中后， $A$ 刚好完全浸没入水中，细线被拉直。已知 $A$ 重 $6N$ ， $B$ 受到的浮力为 $8N$ ， $A$ 、 $B$ 密度之比为 $3:5$ 。以下说法中不正确的是 $($ 　　 $)\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

A．	$B$ 受到的重力为 $10N$	B．	细线对 $A$ 的拉力为 $1N$
C．	$A$ 的密度为 $0.75\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$	D．	$B$ 对容器底部的压力为零

放在水平桌面上的薄壁圆柱形容器（容器质量不计）底面积为 ${10}^{-4}{m}^2$ ，将一体积为 $2\times {10}^{-4}{m}^3$ 的木块放入水中静止时，有 $\frac{1}{5}$ 体积露出水面，如图甲所示；用一根质量和体积不计的细线把容器底和木块底部中心连接起来，如图乙所示。下列说法中错误的是（已知：水的密度为 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ ， $g=10N/\mathit{kg}\left)\right($ 　　 $)$

A．	木块的密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$
B．	木块漂浮时排开水的质量为 $160g$
C．	浸没水中时细线对木块的拉力为 $0.6N$
D．	甲、乙两图所示情况，容器对水平桌面的压强相等

智能制造是第四次工业革命的核心技术，如图所示是为圆柱体涂抹防护油的智能装置。其外壳是敞口的长方体容器，距容器底面 处固定一支撑板 ， 的中心有一小圆孔，圆柱体放在支撑板 的正中央。长方体的左下角有注油口，防护油能够匀速注入长方体容器内部，当油的深度为 时，圆柱体刚好浮起离开支撑板 。随着液面升高，圆柱体竖直上浮，当油面上升到压力传感器时，停止注油，此时撑杆的 点对圆柱体有 的竖直向下的压力。已知 ，小圆孔面积 $S_0=8\times {10}^{-3}{m}^2$ ，圆柱体底面积 ，圆柱体重 ，支撑板 的厚度不计， 取 。求：

（1）注油前，圆柱体对支撑板 的压强；

（2）圆柱体刚好浮起离开支撑板 时浸入油中的体积；

（3）圆柱体的高度。

用细绳连在一起的气球和铁块，恰能悬浮在盛水的圆柱形容器内的某一位置（如图实线所示），若用一细铁丝（铁丝体积不计）将铁块轻轻向下压较长一段距离后（如图虚线所示），气球受到的浮力、气球和铁块在水中的浮沉情况及水对容器底部的压强将 $($ 　　 $)$

A．	变小，下沉、变小	B．	变小，下沉、不变
C．	不变，悬浮、变小	D．	不变，悬浮、不变

如图甲所示，薄壁圆柱形容器放在水平台上，容器的底面积 $S_{容}=100c{m}^2$ ，质量均匀的圆柱体物块上表面中央用足够长的细绳系住，悬挂于容器中。以恒定速度向容器中缓慢注水（每分钟注入 $100g)$ ，直至注满容器为止，细绳的拉力大小与注水时间的关系图像如图乙所示。 ${\rho }_{水}=1g/c{m}^3$ ，常数 $g=10N/\mathit{kg}$ ，物块不吸水，忽略细绳体积、液体扰动等其它次要因素。

（1）求注水前圆柱体物块的下表面到容器底部的距离 $L_1$ ；

（2）当细绳的拉力为 $0.9N$ 时，求水对物块下表面的压强；

（3）若改为以恒定速度向容器中缓慢注入另一种液体（每分钟注入 $100c{m}^3$ ， ${\rho }_{液}=1.5g/c{m}^3)$ ，直至 $9.4\mathit{min}$ 时停止。求容器底部所受液体压强 $p$ 与注液时间 $t_x$ 分钟 $(0⩽t_x⩽9.4)$ 的函数关系式。