初中物理阿基米德原理的应用计算题

如图是某型号起重机从水中调起一重7.9t的钢锭，L₁、L₂分别为2m、6m。(g取10N／kg，ρ_钢＝7.9×10³kg／m³)求：

（1）钢锭全部浸在水中时受到的浮力是多大?
（2）起重机将钢锭调离水面后，起重机的作用力F₁是多大？
（3）调离水面后钢锭又匀速上升了3m，这个过程中起重机做的功为3.95×10⁵J，这时，起重机的机械效率是多少？

如图所示是某水上打捞船起吊装置结构示意简图．某次打捞作业中，该船将沉没于水下20m深处的一只密封货箱打捞出水面，已知该货箱体积为20m³，质量是80t．（ρ_水=1.0×10³kg/m³；取g=10N/kg）

（1）货箱完全浸没在水中时受到的浮力是多少？
（2）起吊装置提着货箱在水中（未露出水面）匀速上升了12m，用时2mim．若滑轮组的机械效率为60%，求钢丝绳的拉力F为多大？拉力F的功率多大？

2016年6月22日至8月12日，我国“探索一号”科考船在马里亚纳海域开展了我国海洋科技发展史上第次综合性万米深渊科考活动。其中我国自主研制的“海斗号无人潜水器最大潜深达 $H=10767m$，创造了我国无人潜水器的最大下潜及作业深度纪录。已知“探索一号”的满载排水量为 $m=6250t$，船长 $L=94.45m$，宽 $d=17.9m$，最大吃水深度为 $h=8m$，海水的密度 ${\rho }_{\mathit{海水}}=1.03\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，“海斗”号无人潜水器观察窗面积为 $S=400c{m}^2$，取 $g=10N/\mathit{kg}$。求：

（1）“探索一号”排开海水的最大体积 $V_{排}$；

（2）“海斗”号下潜到最深处时观察窗受到海水的压力 $F$。

如图所示是某自动蓄水箱的结构示意图。 $A$是水箱中的实心圆柱体，体积为 $800c{m}^3$，密度为 $2.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，用细绳悬挂在水箱顶部的传感开关 $S$上。当传感开关 $S$受到竖直向下的拉力大于 $10N$时闭合，与 $S$连接的水泵（图中未画出）向水箱注水：当拉力等于 $10N$时， $S$断开，水泵停止注水。细绳的质量忽略不计，求：

（1） $A$的质量为　　 $\mathit{kg}$。

（2）停止注水时，水箱水位高为 $1.2m$，水箱底部受到水的压强为　　 $\mathit{Pa}$。

（3）停止注水时， $A$受到的浮力为　　 $N$，此时圆柱体 $A$排开水的体积为多少？

（·茂名）小明用质量忽略不计的杆秤测量物体M的质量，如图所示。当秤砣位于位置B时，杆秤在水平位置平衡。将物体浸没在纯水中，秤砣移至位置C时，杆秤在水平位置重新平衡。已知秤砣的质量为2kg， OB=5OA， OC=3OA，g=10N/kg，求：

（1）物体M的质量；
（2）物体浸没水中时受到的浮力；
（3）物体的密度。

（2014·威海）如图甲所示是某船厂设计的打捞平台装置示意图．A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，卷扬机拉动钢丝绳通过滑轮组AB竖直提升水中的物体，可以将实际打捞过程简化为如图乙所示的示意图．在一次打捞沉船的作业中，在沉船浸没水中匀速上升的过程中，打捞平台浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂沉船时变化了0.4m³；在沉船全部露出水面并匀速上升的过程中，打捞平台浸入水中的体积相对于动滑轮A未挂沉船时变化了1m³．沉船浸没在水中和完全露出水面后卷扬机对钢丝绳的拉力分别为F₁、F₂，且F₁与F₂之比为3：7．钢丝绳的重、轴的摩擦及水对沉船的阻力均忽略不计，动滑轮的重力不能忽略．（水的密度取1.0×10³kg/m³  g取10N/kg）求：

（1）沉船的重力；
（2）沉船浸没水中受到的浮力；
（3）沉船完全露出水面匀速上升1m的过程中，滑轮组AB的机械效率．

2017年5月23日，我国“蛟龙号”载人潜水器在马里亚纳海沟北坡下潜。有史以来，首次对4000米级的玛利亚纳海沟进行深入的现场探查，首次观察到4811米的海底世界。当“蛟龙号”载人潜水器下潜到 $4000m$时 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{\mathit{海水}}=1.03\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$，求：

（1）“蛟龙号”载人潜水器所受海水的压强；

（2）“蛟龙号”载人潜水器上某个观测孔面积约为 $0.03m^2$，该观测孔受到海水的压力；

（3）“蛟龙号”载人潜水器体积大约 $50m^3$，它受到的浮力。

（·资阳）如图是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图．A 是动滑轮，B 是定滑轮，C 是卷扬机，D 是油缸，E是柱塞．作用在动滑轮上共三股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提取重物，被打捞的重物体积V=0.5m³若在本次打捞前起重机对地面的压强p₁=2.0×10⁷Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p₂=2.375×10⁷Pa，物体完全出水后起重机对地面的压强p₃=2.5×10⁷Pa．假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N₁和N₂，N₁与N₂之比为19：24重物出水后上升的速度v=0.45m/s．吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计．（g取10N/kg）求：

（1）被打捞物体的重力；
（2）被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率；
（3）重物出水后，卷扬机牵引力的功率．

（·绵阳）2012年10月15日，奥地利著名极限运动员鲍姆加特纳乘坐热气球从距地面高度约39km的高空跳下，并成功着陆．如图所示．该热气球由太空舱，绳索和气囊三部分组成．气囊与太空舱之间利用绳索连接．在加热过程中气囊中气体受热膨胀．密度变小，一部分气体逸出，当热气球总重力小于浮力时便开始上升．
假定鲍姆加特纳是在竖直方向上运动的，并经历了以下几个运动阶段：他首先乘坐热气球从地面开始加速上升到离地高h₁=1km处，此阶段绳索对太空舱向上的总拉力恒为F₁=3002.5N；接着再匀速上升到离地面高h₂=38km处，此阶段绳索对太空舱向上的总拉力恒为F₂=3000N；然后再减速上升到离地高h₃=39km处，此阶段绳索对太空舱向上的总拉力恒为F₃=2997.5N；他在上升过程中共用时t₁=1×10⁴s，在离地高39km处立即跳下．自由下落t₂=4min后速度已超过音速，最后打开降落伞，又用时t₃=16min又安全到达地面．忽略髙度对g的影响，取g=10N/kg．求：

①从离开地面到安全返回地面的整个过程中，运动员的平均速度是多少？（结果取整数）
②在热气球上升过程中．绳索对太空舱向上的总拉力做功的平均功率是多少？
③当热气球上升到离地高20km处．若热气球总质量（含气囊里面气体）m=7.18×10⁴kg，整个热气球的体积V=8×10⁵m³，整个热气球受到的空气阻力f=2×10³N，不考虑气流（或风） 对热气球的影响．则此高度处的空气密度是多少？

如图所示，将体积为0.001m³的正方体木块放入盛有水的水槽内．待木块静止时，其下表面距水面0.06m，已知水的密度ρ＝1.0×10³kg／m³，g取10N／kg，求：
（1）木块下表面受到的水的压强大小；
（2）木块受到的浮力大小；
（3）木块的密度大小．

（·日照）一辆运送大石块填海的汽车在平直公路上匀速行驶，行驶120km后到达目的地所用时间为80min．已知汽车受到的阻力为6000N，大石块的质量为1.5×10⁴kg，体积为5m³，大石块与水平车厢的接触面积为3m²．（g=10N/kg，ρ_海水=1.03×10³kg/m³）求：
（1）石块对水平车厢的压强；
（2）汽车的功率；
（3）该石块全部沉入海水后，石块顶部距离海水面1m，计算石块所受到的浮力大小和顶部所受的海水压强．

图甲的储水容器底有质量 $0.5\mathit{kg}$，底面积 $100c{m}^2$的长方体浮桶，桶上端通过轻质弹簧与紧贴力敏电阻的轻质绝缘片 $A$相连，距容器底 $0.4m$处的侧壁有排水双控阀门。控制电路如图乙所示，其电源电压 $U=12V$， $R_0=10\Omega$，当电流表示数为 $0.6A$，且桶底升至阀门所处高度时，阀门才感应排水。力敏电阻 $R$与它所受压力 $F$的对应关系如下表所示（弹簧均在弹性限度内）。求：

压力 $F/N$	2	4	$\dots \dots$	12	15
电阻 $R/\Omega$	110	70	$\dots \dots$	16	10

（1）浮桶的重力是多少 $N$？

（2）未加水时，力敏电阻所受压力为 $2N$，电流表的示数是多少安？

（3）当容器内的水深达到多少米时，双控阀门才打开排水？

（·大庆）AC为轻杆，杆始终保持水平，O为支点，OA=OC=25cm，CD⊥OC，AB绳与水平方向成30°角，即∠OAB=30°，AB绳所能承受的最大拉力为10N．

（1）当烧杯中未装入水时，求D端所悬挂重物的最大重力为多少？
（2）当烧杯中装入水时，重物浸没在水中，已知所悬挂重物体积为125cm³，ρ_水=1.0×10³kg/m³，求此时D端所悬挂重物的最大重力又为多少？（g=10N/kg）

（·沈阳）图甲是建造大桥时所用的起吊装置示意图，使用电动机和滑轮组（图中未画出）将实心长方体A从江底沿竖直方向匀速吊起，图乙是钢缆绳对A的拉力F₁随时间t变化的图像。A完全离开水面后，电动机对绳的拉力F大小为6.25×10³N，滑轮组的机械效率为80%。已知A的重力2×10⁴ N，A上升的速度始终为0.1m/s。（不计钢缆绳与滑轮间的摩擦及绳重，不考虑风浪、水流等因素的影响）求：

（1）长方体A未露出水面时受到的浮力；
（2）长方体A的密度；
（3）长方体A完全离开水面后，在上升过程中F的功率。
（4）把长方体A按图21甲中的摆放方式放在岸边的水平地面上，它对地面的压强。

2012年某日，太平洋某海域，“蛟龙号”完成了下潜前的准备，腹部挂好压载铁块；舱内科考队员均就位；舱门封闭如图甲所示，此时“蛟龙号”的工作参数如表格所示 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

状态	满载
整体体积	$22.3m^3$
整体质量	$24.95t$
海水密度	$1.1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$

问：（1）在海水中 $1.2\mathit{km}$深处完成科考任务后，发现液压系统故障，无法抛掉压载铁块，只得启动“蛟龙号”两侧的螺旋桨，两侧螺旋桨共同作用使“蛟龙号”获得竖直向上的推力 $F_{推}$，帮助“蛟龙号”匀速上升，不计海水对“蛟龙号”的阻力，匀速上升过程中， $F_{推}$有多大？

（2）上升过程耗时 $2h$， $F_{推}$做功的功率多大？

（3）为保障电动机驱动螺旋桨用电，舱内其他用电器都被关闭，仪表显示上升过程中耗电 $2\mathit{kW}·h$，此过程中，电能转化为 $F_{推}$做功的效率有多大

（4）接近水面时，关闭两侧螺旋桨，轮船用滑轮组将“蛟龙号”从水中匀速吊离水面至高处，如图乙、丙所示，已知动滑轮总质量为 $50\mathit{kg}$，不计绳重及轮、轴之间摩擦，此过程中，滑轮组绳端拉力的最大值多大？与之对应的滑轮组机械效率的最大值为多大？