初中物理阿基米德原理的应用计算题

如图甲是使用汽车从湖水中打捞重物的示意图。汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物，在整个打捞过程中，汽车以恒定的速度 $v=0.2m/s$向右运动。图乙是此过程中汽车拉动重物的拉力 $F$随时间 $t$变化的图象。设 $t=0$时汽车开始提升重物，忽略水的阻力、绳重和滑轮的摩擦， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

（1）重物露出水面前，汽车拉重物的功率；

（2）湖水的深度；（整个过程中，湖水深度不变）

（3）圆柱形重物的密度。

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。

如图，底面积为 $100c{m}^2$的圆柱形容器内装有足够多的水，在水面上有一体积为 $4.5\times {10}^{-4}{m}^3$的冰块，冰块内含有质量为 $60g$的物体，冰块有 $\frac{1}{15}$的体积露出水面。 $({\rho }_{冰}=0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^{3}g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）冰块受到的浮力；

（2）物体的密度；

（3）当冰块全部熔化后，容器底部受到水的压强变化量是多少？

2015年10月5日考古学家在黄海海域发现甲午海战沉船“致远舰”的消息轰动了整个考古界，随着水下考古工作的进行，一些重要文物近日陆续出水重见天日，关于这艘在海水中沉睡了120余年的战舰是如何被打捞起的谜题也逐步解开。现某课外活动小组，照此设计了如图所示的简单机械，模拟打捞沉船，实验中用实心立方体 $A$代替沉船，已知 $A$的体积为 $0.1m^3$，质量为 $280\mathit{kg}$（设整个过程 $A$均为匀速直线运动状态，忽略钢缆绳重及滑轮摩擦，不考虑风浪，水流等因素的影响）

（1） $A$完全浸没在水中时受到的浮力是多大？ $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（2）若 $A$完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为 $60\%$，那么 $A$完全打捞出水面后，岸上钢绳的拉力 $F$为多大？

（3）若 $A$完全打捞出水面后，以 $0.1m/s$的速度被匀速提升，求岸上钢绳拉力 $F$的功率。

如图甲所示，圆柱形容器中盛有适量的水，其内底面积为 $100c{m}^2$．弹簧测力计的下端挂着一个正方体花岗岩，将花岗岩从容器底部开始缓慢向上提起的过程中，弹簧测力计的示数 $F$与花岗岩下底距容器底部的距离 $h$的关系如图乙所示。 $(g=10N/\mathit{kg})$求：

（1）在花岗岩未露出水面前所受水的浮力大小；

（2）花岗岩的密度；

（3）从开始提起到花岗岩完全离开水面，水对容器底部减小的压强。

水平放置的平底柱形容器 $A$重 $3N$，底面积是 $200c{m}^2$，内装有一些水，不吸水的正方体木块 $B$重 $5N$，边长为 $10\mathit{cm}$，被一体积可以忽略的细线拉住固定在容器底部，如图所示，拉直的细线长为 $L=5\mathit{cm}$，受到拉力为 $1N$． $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$求：

（1）木块 $B$受到的浮力是多大？

（2）容器底部受到水的压强是多大？

（3）容器对桌面的压强是多大？

某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体 $A$，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为 $60N$，物体匀速上升的速度始终为 $1m/s$。（不计绳重，摩擦及阻力， ${\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

求：

（1）物体浸没在水中时受到的浮力。

（2）物体的密度。

（3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率。

如图，一个边长为 $10\mathit{cm}$的正方体木块 $A$放在圆筒形的容器的底部，容器的底部水平，木块 $A$的密度 ${\rho }_{木}=0.6\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，另一个实心的立方体小铁块 $B$重 $2N$．求：

（1）木块 $A$的质量；

（2）木块 $A$对容器底部的压强；

（3）将小铁块 $B$放在 $A$的上面，缓慢向容器内倒水直到水注满容器，木块稳定时，木块 $A$露出水面的体积。

学习了密度和浮力的相关知识后，某学校综合实践活动小组利用弹簧测力计、合金块、细线、已知密度的多种液体、笔、纸等，设计改装成一支密度计。他们的做法是：在弹簧测力计下面挂一个大小适度的合金块，分别将合金块完全浸没在水和煤油中，静止时弹簧测力计示数如图所示，在弹簧测力计刻度盘上标上密度值。再将合金块分别完全浸没在不同的校验液体中，重复上述操作，反复校对检验。这样就制成一支测定液体密度的“密度计”。 $\left(g=10N/\mathit{kg},{\rho }_{\mathit{煤油}}=0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

（1）求合金块的密度。

（2）利用学过的公式原理，从理论上分析推导说明，待测液体的密度和弹簧测力计的示数的关系式，指出改装的密度计刻度是否均匀？改装后密度计的分度值是多少？决定密度计量程大小的关键因素是什么？

（3）计算说明密度为 $2.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的刻度应该标在弹簧测力计的哪个位置？

中国研制的“鲲龙” $\mathit{AG}600$是目前世界上最大的水陆两栖飞机，可用于森林灭火、水上救援等，其有关参数如表所示。在某次测试中，飞机在水面以 $12m/s$的速度沿直线匀速行驶，水平动力的功率为 $2.4\times {10}^{6}W$．水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。求：

鲲龙” $\mathit{AG}600$有关参数
最大起飞质量	$53.5t$
最大巡航速度	$500\mathit{km}/h$
最大航行时间	$12h$
最大航行路程	$4500\mathit{km}$

（1）飞机以最大巡航速度飞行 $4000\mathit{km}$所用的时间；

（2）飞机在水面匀速行驶时，水平动力的大小；

（3）飞机关闭动力系统静止在水面上，达最大起飞质量时排开水的体积。

如图所示，某考古队用滑轮组将重 $4.8\times {10}^{3}N$，体积为 $100d{m}^3$的文物打捞出水，定滑轮重 $100N$．滑轮组上共有三根绳子 $a$， $b$和 $c$，其中 $a$是悬挂定滑轮， $b$绕在定滑轮和动滑轮上， $c$悬挂文物，整个打捞过程始终缓慢匀速提升文物，文物完全浸没在水中时，滑轮组的机械效率为 $95\%({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg}$，绳重、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均忽略不计）。请解答下列问题：

（1）文物浸没在水中时受到的浮力是多大？

（2）动滑轮的重力是多大？

（3）在整个打捞过程中， $a$、 $b$、 $c$三根绳中哪根绳承受的拉力最大？该绳至少要承受多大的拉力？

如图所示，一容器放在水平桌上容器内装有 $0.2m$深的水， $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）水对容器底的压强；

（2）如果将体积为 $200c{m}^3$，密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的木块放入水中，待木块静止后，浸在水中的体积有多大？

（3）取出木块，再将体积为 $100c{m}^3$，重 $1.8N$的一块固体放入水中，当固体浸没在水中静止时，容器底部对它的支持力有多大？

小明用同一物体进行了以下实验。实验中，保持物体处于静止状态，弹簧测力计的示数如图所示。请根据图中信息，求： $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）物体的质量；

（2）物体在水中受到的浮力；

（3）某液体的密度。

如图甲所示，将边长都为 $10\mathit{cm}$的正方体物块 $A$和 $B$用细线（质量忽略不计）连接在一起，放在水中， $A$和 $B$恰好悬浮在水中某一位置，此时容器中水的深度为 $40\mathit{cm}$， $B$下表面距容器底 $6\mathit{cm}$。当把细线轻轻剪断后，物块 $A$上升，物块 $B$下沉，最后 $A$漂浮在水面上静止，且 $A$露出水面的体积是它自身体积的 $\frac{2}{5}$， $B$沉到容器底后静止（物块 $B$与容器底不会紧密接触），如图乙所示。 $(A$和 $B$都不吸水， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）甲图中物块 $B$下表面受到水的压强；

（2）物块 $A$的密度；

（3）图乙中物块 $B$对容器底部的压强；

（4）物块 $B$从图甲位置下落到图乙位置的过程中重力对物块 $B$做的功。

如图所示，一个质量 $600\mathit{kg}$、体积 $0.2m^3$的箱子沉入 $5m$深的水底，水面距离地面 $2m$，若利用滑轮组和电动机组成的打捞机械，以 $0.5m/s$的速度将箱子从水底匀速提到地面，每个滑轮重 $100N$（不计绳重、摩擦和水的阻力， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）箱子在水底时，箱子下表面受到的水的压强；

（2）箱子全部浸没在水中时，箱子受到的浮力；

（3）物体完全露出水面后，继续上升到地面的过程中，滑轮组的

机械效率；

（4）整个打捞过程中请你分析哪个阶段电动机的输出功率最大，并计算出这个最大值。