初中物理阿基米德原理的应用计算题

某课外科技小组的同学对自动冲水装置进行了研究（如图所示）。该装置主要由水箱、浮球 $B$、盖板 $C$和一个可以绕 $O$点自由转动的硬杆 $\mathit{OB}$构成， $\mathit{AC}$为连接硬杆与盖板的细绳。随着水位的上升，盖板 $C$所受的压力和浮球 $B$所受的浮力均逐渐增加，当浮球 $B$刚好浸没到水中时，硬杆 $\mathit{OB}$处于水平状态，盖板 $C$恰好被打开，水箱中的水通过排水管排出。经测量浮球 $B$的体积为 $1\times {10}^{-3}{m}^3$，盖板的横截面积为 $6\times {10}^{-3}{m}^2$， $O$点到浮球球心的距离为 $O$点到 $A$点距离的3倍。不计硬杆、盖板以及浮球所受的重力以及盖板的厚度。求： $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）水箱内所能注入水的最大深度；

（2）在你以上的计算中忽略了硬杆、盖板以及浮球的重力，如果考虑它们的重力，你认为设计时应采取哪些措施可保证自动冲水装置正常工作？（写出一种措施即可）

木块A的体积为500cm³，质量为300g，用细线拉着浸没于盛水的圆柱形容器中，容器的底面积为100cm²，容器内水面高度为30cm，如图所示，求：（p_水=1.0×10³kg/m³，g取10N/kg）

（1）物体受到的浮力；
（2）水对容器底的压强；
（3）绳子的拉力T；
（4）若剪断绳子后，木块静止时，水对容器底的压强。

在打捞海底沉船时，常用水下机器人潜入水下打捞船上物品，已知ρ_海水＝1.03×10³kg／m³．
(1)机器人在水下70m处受到海水产生的压强是多大?
(2)某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m³、密度为2.7×10³kg／m³的物体静止不动，求该力的大小．
(3)若机器人在水下运动时，所受海水阻力与速度的关系如图所示，求机器人在水下以0.5m／s的水平速度匀速运动时，机器人水平推进力的功率．

利用如图所示的滑轮组竖直向上提升浸没在水中的金属物。已知正方体实心金属物的体积V=1×10^-2m³，重力G=790N，ρ_水=1×10³kg/m³，动滑轮重G₀=60N，绳子重力和摩擦不计。请问：

（1）金属物浸没在水中时，受到的浮力是多大？
（2）在金属物浸没时，匀速提升需要的拉力F是多少N？
（3）要求在1min内将始终浸没在水中的金属物匀速提升6m，求绳子自由端竖直向上拉力的功率；

如图所示，容器中水的深度为 $2m$，水面上漂浮着一块体积为 $1m^3$的冰。冰的密度为 $0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，水的密度 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求：

（1）杯底受到水的压强。

（2）冰块受到的浮力。

（3）如果冰块全部熔化，试计算判断液面高度变化情况。

两栖突击车是登陆作战的重要装备。如图21甲是我国某型号的两栖突击车，它的总质量22吨，发动机的功率420kW。水上最大速度14.4km/h，陆地最大速度54km/h。 请你解答下列问题：（g = 10N/kg）    
（1）两栖突击车静止浮在水面时，排开水的体积是多少？（ρ_水=1.0×10³kg/m³）
（2）该车停在水平地面上时，履带着地总面积为4m²，它对地面的压强是多少？
（3）该车在水中以最大速度匀速前进时（发动机正常工作），受到的阻力是多大？
    
甲                               乙
（4）该车的尾部有一个类似于机翼的装置，如图21乙所示，请你说明这个装置的作用。

如图所示，弹簧上端与物块相连接，下端固定在容器底部．当物块浸没在水中静止时与浸没在酒精中静止时，弹簧的弹力大小相等．物块的体积为100cm³，酒精的密度为0.8×10³kg／m³，g取10N／kg．
求：（1）物块浸没在水中时受到的浮力F_浮．
（2）物块的质量m．

在“阿基米德解开王冠之谜”的故事中，若王冠的重为4.9N，浸没在水中称时，测力计示数为4.5N．则：
（1）王冠浸没在水中受到的浮力是多少？王冠的体积是多少？
（2）通过计算说明王冠是否是纯金制成的？（ρ_金＝19.3×10³kg／m³）

学完“浮力”知识后，小芳同学进行了相关的实践活动。

（1）她选取一质量为750g、体积为1250cm³长方体木块，让它漂浮在水面上，如图所示，求木块受到的浮力。
（2）取来规格相同质量为50g的钩码若干，将钩码逐个放置在漂浮的木块上。放多少个钩码时，木块刚好浸没在水中？

如图所示，放在水平面上装满水的一溢水杯，水深为 $20\mathit{cm}$。弹簧测力计挂着重为 $10N$的物块。现将物块浸没在装满水的溢水杯中，静止后溢出水的质量为 $0.4\mathit{kg}(g$取 $10N/\mathit{kg})$。求：

（1）弹簧测力计的示数。

（2）物体的密度。

2011年7月26日6时12分，我国首台自主设计、自主集成的、体积约为80m³的深海载人潜水器“蛟龙号”首次下潜至5038.5m，顺利完成本次5000m级海底试验主要任务，这就意味着“蛟龙号”可以到达全球超过70％的海底，可以完成多种复杂任务，包括通过摄像、照相对海底资源进行勘查，执行水下设备定点布放，海底电缆和管道检测等任务．“蛟龙号”下潜到5000m深处时，求：（已知海水的密度为1.03×10³kg／m³，g取10N／kg）
（1）潜水器受到的海水的压强；
（2）潜水器所受的浮力．

有一块质量为24g、规格为5cm×4cm×1cm的长方体橡皮泥，小华将它轻轻地放入盛满某种液体的烧杯中，发现橡皮泥下沉到烧杯底部，同时有部分液体从烧杯中溢出，他测得溢出液体的质量为18g。取g＝10N/kg，请计算并回答：
（1）这块橡皮泥的密度多大？
（2）这块橡皮泥在液体中受到的浮力多大？
（3）要让橡皮泥漂浮在这种液体中，怎么办？请你写出一种做法。

$\mathit{Argo}$浮标广泛应用于台风预测、海洋资源开发等领域，浮标结构如图所示，坚硬壳体外下方装有可伸缩油囊，当液压式柱塞泵将壳体内的油注入油囊时，油囊排开水的体积等于注入油的体积，当油囊中的油全部被抽回壳内时，油囊体积忽略不计，已知浮标总质量为55千克，其中含油20千克，浮标壳体体积0.04米 ${}^3$，油的密度为 $0.8\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3$，海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3$． $g$取10牛 $/$千克。

（1）该浮标下沉20米，浮标总重力做功多少焦？

（2）液压式柱塞泵将壳体中的油全部注入油囊时，浮标最终露出水面的体积为多少米 ${}^3$？

将边长为0.1m均匀、实心的正方体木块投入水中。木块静止时有 的体积露出水面，如图所示。（取g＝10N/kg，ρ _水＝1.0×10 ³kg/m ³）求：

（1）木块静止时，受到水的浮力是多少？

（2）该木块的密度是多少？

（3）木块静止时，木块底部受到水的压强是多少？

一空心铜球重4.9牛，体积为500厘米³，把它放入水中后，它是上浮、悬浮还是下沉？如浸入密度为1.2×10³千克／米³的盐水中，球静止后受到的浮力是多大？