初中物理阿基米德原理的应用综合题

阅读下列短文，回答问题。

可燃冰

可燃冰是一种新型能源，主要成分是甲烷和水，分布在深海沉积物里或陆域的永久冻土中，如图所示。可燃冰形似冰块却能燃烧，燃烧后几乎不产生任何残渣。1m ³的可燃冰分解后可释放出约0.8m ³的水和164m ³的天然气，天然气中甲烷的含量占80%～99.9%。

可燃冰的生成有三个基本条件：首先要求低温，可燃冰在0﹣10℃时生成，超过20℃便会分解，海底温度一般保持在2～4℃左右；其次是高压，可燃冰在0℃时，只需海水产生29个标准大气压即可生成，而以海洋的深度，此高压容易保证；最后是充足的气源，海底的有机物沉淀，其中丰富的碳经过生物转化，可产生充足的气源。在温度、压强、气源三者都具备的条件下，可燃冰就会生成。

请回答下列问题：[1个标准大气压取1×10 ⁵Pa，海水的密度取1×10 ³kg/m ³，g取10N/kg。c _水＝4.2×10 ³J/（kg•℃），甲烷的热值取4.2×10 ⁷J/m ³]

（1）可燃冰的主要成分是 　       　。

（2）若要在0℃的海底生成可燃冰，海水的深度至少要 　        　m。

（3）如图所示，海底上有一块体积为100m ³且底部与海底紧密相连的可燃冰A，其受到海水的浮力为 　     　N。

（4）0.5m ³的可燃冰分解后，其中的甲烷完全燃烧放出的热量，在标准大气压下，至少可以将质量为 　      　kg温度为20℃的水加热至沸腾。

“贵阳至南宁高速铁路”项目于2016年12月开工，全线长约512km，设计最高行车速度达350km/h。该高铁线途径河池市的环江、金城江、都安等地，预计2021年正适通车运行，通车后河池市将步入高铁时代。建设中用到的某种起重机的结构示意图如图所示，用该起重机将放在水平地面上的长方体混凝土墩放入水中。起重机的吊臂OAB粗细不计，可以看作杠杆，吊臂B端连着滑轮组，已知混凝土墩的密度为2.5×10³kg/m³、底面积为4m²、高为2m，ρ_水＝1.0×10³kg/m³．求：

（1）混凝土墩的质量；

（2）混凝土墩被提起到最高点静止时，立柱CA恰好竖直，OA：OB＝1：6．若忽略滑轮组、钢丝绳和吊臂的重力及各种摩擦，则起重机立柱CA对吊臂A点竖直向上的作用力是多少N。

（3）混凝土浸没在水中后，它匀速下降过程中所受钢丝绳的拉力。（不计水的阻力）

如图所示是小明自制的用来探究影响浮力大小因素的装置：将弹簧和标尺固定在支架上，用细线将一个金属块悬挂在弹簧下端，弹簧静止时指针正对标尺上的 $A$ 位置（本装置使用时，弹簧未超过弹性限度）。

（1）向杯中缓慢注水，从金属块底部接触水面，到金属块刚好浸没水中的过程中，指

针由标尺上的 $A$ 位置缓慢上移至 $C$ 位置，说明物体所受浮力的大小跟 　　有关，此过程中支架上 $O$ 点所受拉力的最大变化量为△ $F_1$ ；继续向杯中注水，指针 　　（选填"上移"、"不动"或"下移" $)$ ：当注满水时，金属块底部受到的压强为 $p_1$ 。

（2）将水倒尽，向杯中缓慢注入某种液体 $({\rho }_{液}\ne {\rho }_{水})$ ，当指针指在 $C$ 位置时，金属块底部受到的压强为 $p_2$ ，则 $p_1$ 　　 $p_2$ （选填" $>$ "、" $=$ "或" $<$ " $)$ ，分析推理可知：金属块所受浮力的大小还与 　　有关。

（3）将液体倒尽，用等体积塑料块 $({\rho }_{水}<{\rho }_{\mathit{塑料}}<{\rho }_{\mathit{金属}})$ 替换金属块进行实验。向杯中缓慢注水，从塑料块底部接触水面，到塑料块浸没水中的过程中，支架上 $O$ 点所受拉力的最大变化量为△ $F_2$ ，则△ $F_1$ 　　△ $F_2$ （选填" $>$ "、" $=$ "或" $<$ " $)$ 。

小明制作了一个可测量物体质量的装置，如图甲所示小筒与大筒均为圆柱形容器。小筒和托盘的总质量为200g，小筒底面积50cm ²，高12cm，大筒中装有适量的水，托盘上不放物体时，在小筒和大筒上与水面相平的位置的刻度均为"0"，将小筒竖直压入水中，当水面距小筒底10cm时，在小筒和大筒上与水面相平位置的刻度均为最大测量值，小筒和大筒的分度值相同。把被测物体放入托盘中，读出小筒或大筒上与水面相平位置对应的刻度值，即为被测物体的质量。

（1）该装置所能测量物体的最大质量为 　 　g；

（2）小筒上相邻两刻度线的间距比大筒上相邻两刻度线间的距离 　 　（选填"大"或"小"）；

（3）他想利用此装置测算出石块的密度，操作如下，如图乙所示，将石块放入托盘中，读出大筒上的示数为m ₁；如图丙所示，将此石块沉入水中，读出大筒上的示数为m ₂，该石块密度的表达式为ρ _石＝ 　 　（水的密度用ρ _水表示）

【2015年云南昭通市中考物理】为安全起见，妈妈为小明买了一块浮板辅助练习游泳．妈妈认为浮板能漂在水面上是因为它轻，小明认为妈妈的说法不对，科学的说法是因为浮板的密度比水的密度小．为验证自己的说法，小明设计了如下实验：21教育名师原创作品
（1）找一根轻质均匀木棍、细绳（质量忽略不计）和一块标有“净重115g”字样的新肥皂，用如图所示的方法进行测量．测量时，使木棍在              位置平衡，记下A、B的位置，用刻度尺测出OA=10cm，OB﹣40cm，则浮板的质量为  kg．

（2）把浮板压入装满水的桶中刚好浸没，用塑料袋（质量忽略不计）收集溢出的水，用（1）所述方法测得溢出水的质量为4.6kg，则浮板的体积为          m³，密度为          kg/m³；用刻度尺测肥皂的长、宽、厚，算出肥皂的密度为1.33×l0³kg/m³．浮板在水中漂浮而肥皂在水中下沉，说明小明的说法是正确的．小明用此浮板游泳时浮板受到的最大浮力为                      N．
（3）根据这个实验结果，妈妈说原来用密度比水小的材料制成的物体才能漂浮在水上，这种说法     （选填“正确”或“不正确”）．请举例说明                         ．

如图所示，金鱼吐出的气泡在水中上升的过程中，下列说法正确的是     ．

A．气泡受到水的压强变小、浮力变小

B．气泡受到水的压强变小、浮力变大

C．气泡受到水的压强变大、浮力变小

D．气泡受到水的压强变大、浮力变大

选择理由：                                          ．

如图甲，底面积为80cm²的圆筒形容器内装有适量的水，放在水平桌面上； 底面积为60cm²、高为12cm的实心圆柱形物体A用细线拴好并悬挂在弹簧测力计下．小王要探究圆柱形物体A逐渐浸人圆筒形容器内的水中时（ 水没有溢出容器），弹簧测力计的示数F与圆柱形物体A下表面离水面的距离h的关系．（ 使用刻度尺测量h，不计细线重）
（1）小王从圆柱形物体A接触水面至接触容器底之前，分别记下多组F、h，并将测量的结果填写在实验表格中，依据实验表中数据，在图乙中的方格纸中画出了F与h关系的图象．
①由图象乙可知，物体A的重力为　 　N．
②观察图象乙，可以得出结论：在物体A没有浸没之前，当h增大时，弹簧测力计的示数F　 　（ 选填“增大”、“减小”或“不变”）； 在物体A浸没后，当增大h时，弹簧测力计的示数F　 　 （ 选填“增大”、“减小”或“不变”），由此可知浸没在液体中的物体所受浮力与浸入深度　 　 （ 选填“有关”或“无关”）．
③由图象乙可知：当h等于10cm时，物体A受到的浮力为　 　N．
（2）物体A在容器内浸没后与未放入物体A前比较，水对容器底产生的压强增加了　 　Pa．

最近，中央电视台科教频道播出了在我市拍摄的“汽车落水后如何水下逃生”的纪录片．纪录片中，实验人员开着小车从高处落入滚滚的岷江，并在门窗紧闭的车中，尝试用不同的方法砸碎车窗玻璃逃生，惊心动魄．为了确保实验人员的安全，摄制组精心设计了紧急救援装置，用于当实验人员无法从车中逃生时迅速吊起汽车．现某课外活动小组，照此设计了如图所示的简单机械，模拟紧急救援落水汽车．实验中用实心圆柱体A代替小车，已知A的体积为0.12m3，质量为210kg．（g取10N/kg，设整个过程A均为匀速运动状态，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）求A完全浸没在水中时受到的浮力是多大？（ρ_水=1.0×10³kg/m³）
（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0.5m/s的速度被匀速提升，求岸上钢绳拉力F的功率．
（4）从A上表面刚出水面到A完全离开水面的过程中，滑轮组机械效率如何变化？请简述理由．

随着我国经济的不断增长，国防力量也在加强，我国第一艘航空母舰“辽宁号”已正式交接．根据某航母的主要参数值列式计算：（g=10N/kg，ρ_海水=1.03×10³kg/m³）

主要参数值
航母总质量（包括舰载飞机）	6×10^7kg
每架舰载飞机的质量	5150kg
每架舰载飞机与甲板的总接触面积	5000cm^2
航母正常航行速度	54km/h
航母以正常航行速度行驶时所受阻力	3.6×10^8N

求：（1）求每架舰载飞机对甲板的压强．
（2）求航母所受的总重力和浮力的大小．
（3）若航母以正常航行速度匀速从甲地开往乙地，行驶了540km．求此过程中航母牵引力的功率．
（4）若其中一架舰载飞机起飞后，求航母排开海水的体积减少了多少？

在“想想做做”教学活动中，老师组织学生开展了用橡皮泥进行“造船”比赛活动。要求每个学生用一块质量为60g、密度为1.5×l0³ kg/m³的橡皮泥造一艘小船，然后把图钉或者螺母、沙粒等当“货物”装进去，看谁的小船装载的“货物”最多，最后是小华同学造的小船以装载了100g的“货物”获胜，如下图所示。求：

(l)这块橡皮泥直接放入水中所受到的浮力。
(2)小华“造”的小船装载100g货物时受到的浮力。
(3)根据上面的计算，说一说用钢铁造的船能浮在水而上的道理。

现有细线、弹簧测力计、带提手的小水桶、量筒、水、溢水杯、形状不规则的小石块等器材，请你选取其中的器材，测出完全浸入水中的小石块所受的浮力。写出选用的器材和简要步骤（包括浮力表达式）。