初中物理阿基米德原理的应用试题

如图所示是某同学设计的一台浮力电子秤，其结构由浮力秤和电路两部分组成，小筒底面积为 $10c{m}^2$，大筒底面积为 $50c{m}^2$，装有适量水，金属滑片 $P$固定在托盘下面并随托盘一起自由滑动（滑片质量和滑片受到导线的拉力均忽略不计），定值电阻 $R_0=8\Omega$， $\mathit{AB}$是一根长为 $20\mathit{cm}$的均匀电阻丝，其阻值为 $20\Omega$，电源电压为 $6V$．当托盘中不放物体时， $P$位于 $A$端，小筒浸入水中 $5\mathit{cm}$（称量过程中大筒水未溢出），则： $R_0$在电路中的作用是　　，托盘和小筒的总质量为　　 $g$，当开关 $S$闭合且在托盘中放入质量为 $100g$的物体时， $R_0$消耗的功率为　　 $W$。

在三支相同的平底试管内装入等量铁砂，然后分别放入装有甲、乙、丙三种不同液体的烧杯里，其静止状态如图所示，则下列说法正确的是 $($　　 $)$

A．三种液体对试管的浮力大小关系是 $F_{甲}>F_{乙}>F_{丙}$

B．三种液体的重力大小关系是 $G_{甲}=G_{乙}=G_{丙}$

C．三种液体对烧杯底部的压强大小关系是 $p_{甲}>p_{乙}>p_{丙}$

D．三支试管底部所受液体压强大小关系是 $p_{甲}\text{'}=p_{乙}\text{'}=p_{丙}\text{'}$

“背漂”是儿童练习游泳时常佩戴的一种救生装置。某科技小组的同学为测量背漂浸没在水中时的浮力，进行了如下实验：在底部装有定滑轮的圆台形容器中加入适量的水后，再静放在水平台秤上（如图甲），台秤的示数 $m_1$为 $6\mathit{kg}$，然后把质地均匀的长方体背漂浸入水中，用一轻质的细线通过定滑轮缓慢地将背漂拉入水中，拉力 $F$的方向始终竖直向上，当背漂的一半体积浸入水中时（如图乙），台秤的示数 $m_2$为 $5\mathit{kg}$，当背漂的全部体积浸没在水中时，台秤的示数 $m_3$与 $m_2$相比变化了 $2\mathit{kg}$，则（不考虑滑轮的摩擦，在整个过程中水始终没有溢出，背漂不吸水、不变形，且未与容器接触，取 $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3)$；

（1）容器、水和滑轮的总重力为　　 $N$；

（2）台秤的示数 $m_3$为　　 $\mathit{kg}$；

（3）为确保儿童游泳时的安全，穿上这种背漂的儿童至少把头部露出水面，若儿童头部的体积占人体总体积的十分之一，儿童的密度取 $1.08\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，则穿着此背漂游泳的儿童体重不能超过　　 $\mathit{kg}$（结果保留整数）。

如图所示，光滑带槽的长木条 $\mathit{AB}$（质量不计）可以绕支点 $O$转动，木条的 $A$端用竖直细线连接在地板上， $\mathit{OA}=0.6m$， $\mathit{OB}=0.4m$。在木条的 $B$端通过细线悬挂一个长方体木块 $C$， $C$的密度为 $0.8\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $B$端正下方放一盛满水的溢水杯。现将木块 $C$缓慢浸入溢水杯中，当木块浸入水中一半时，从溢水口处溢出 $0.5N$的水，杠杆处于水平平衡状态，然后让质量为 $300g$的小球从 $B$点沿槽向 $A$端匀速运动，经 $4s$的时间系在 $A$端细绳的拉力恰好等于0，下列结果不正确的是（忽略细线的重力， $g$取 $10N/\mathit{kg}\left)\right($　　 $)$

A．木块受到的浮力为 $0.5N$

B．木块 $C$受到细线的拉力为 $0.3N$

C．小球刚放在 $B$端时 $A$端受到细线的拉力为 $2.2N$

D．小球的运动速度为 $0.2m/s$

密度为 $0.5\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，质量为 $1\mathit{kg}$的正方体木块，静止漂浮在密度为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的水面上，求：

（1）木块浸在水中的体积；

（2）把密度为 $9.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，质量未知的正方体铜块轻轻放在正方体木块的中央，过一会儿，其整体静止悬浮在水中时，铜块对木块的压强。

如图所示，其对应判断正确的是 $($　　 $)$

A．甲图，用恒定不变的拉力 $F$，沿斜面匀速向上拉木块。速度 $v$随时间 $t$的变化规律可用图象①表示             

B．乙图，探究“杠杆的平衡条件”，在阻力与阻力臂一定时，测出多组动力臂 $L_1$和动力 $F_1$的数据， $F_1-L_1$的关系可用图象②表示             

C．丙图，往量杯中匀速注水直至注满。此过程中，量杯底部受到水的压强 $p$随时间 $t$变化的关系可用图象③表示             

D．丁图，弹簧测力计下挂一物体，将物体从盛有适量水的烧杯上方离水面某一高度处缓缓下降，然后将其逐渐浸入水中。弹簧测力计示数 $F$与物体下降高度 $h$之间的关系可用图象④表示

小刚做“探究浮力与排开液体体积关系”的实验。他先在空气中测量圆柱体的重力，弹簧测力计的示数如图甲所示；再将圆柱体逐渐浸入注有 $35.0\mathit{mL}$水的量筒中，弹簧测力计示数 $F$和圆柱体排开水的体积 $V$如表：

次数	1	2	3	4	5	6
$F/N$	1.0	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5
$V/\mathit{mL}$	10.0	20.0	$/$	40.0	50.0	60.0

（1）图甲中弹簧测力计的读数为　　 $N$。

（2）第3次测量时量筒液面位置如图乙所示，读数为　　 $\mathit{mL}$。

（3）第3次实验时圆柱体受到的浮力 $F_{浮}$为　　 $N$。

（4）利用表中数据，在图丙中画出 $F_{浮}-V$图线。

（5）如改用酒精做实验，在图丙中在画出对应的 $F_{浮}-V$图线，并在图线上标注“酒精”。

如图，最近有报道，奇男子方恕云凭借一根不经任何加工的毛竹横渡富春江。 $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）已知人与手上物体的总质量为 $80\mathit{kg}$，他两只脚站在毛竹上的受力面积是 $400c{m}^2$，求他对毛竹的压强。

（2）若他所用的一根毛竹质量为 $210\mathit{kg}$，体积 $0.3m^3$，则他能否实现水上漂行？

如图甲，将底面积为 $100c{m}^2$、高为 $10\mathit{cm}$的柱形容器 $M$置于电子秤上，逐渐倒入某液体至 $3\mathit{cm}$深；再将系有细绳的圆柱体 $A$缓慢向下浸入液体中，液体未溢出，圆柱体不吸收液体，整个过程电子秤示数 $m$随液体的深度 $h$变化关系图象如图乙。若圆柱体的质量为 $216g$，密度为 $0.9g/c{m}^3$，底面积为 $40c{m}^2$，求：

（1）容器的重力；

（2）液体的密度；

（3）在圆柱体浸入液体的过程中，当电子秤示数不再变化时液体对容器底的压强比圆柱体浸入液体前增加了多少？

图甲是我国首艘国产航母 $-001A$型航空母舰，它属于中型常规动力航母。该航母满载时的总质量为 $7\times {10}^{4}t$，航母上配置了滑跃式起飞的歼 $-15$舰载机，每架舰载机的质量为 $30t$，舰载机与航母甲板的总接触面积为 $6000c{m}^2$．2018年5月13日该航母再次下水进行试航，航母在 $10\mathit{min}$内航行了 $6\mathit{km}$。如图乙所示是该航母试航过程中牵引力 $F$与航行速度 $\nu$的关系图象。 $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$

试计算：

（1）航母试航时的平均速度是多少？

（2）航母满载时排开水的体积是多少？

（3）每架舰载机对航母甲板的压强是多少？

（4）试航过程中，航母的牵引力所做的功是多少？

弹簧测力计下悬挂一个 $0.32\mathit{kg}$的重物，把重物完全浸没在水中时，弹簧测力计的示数如图所示， $(g$取 $10N/\mathit{kg})$。

（1）弹簧测力计的示数为　       　 $N$。

（2）重物完全浸没在水中时受到的浮力为　       　 $N$。

（3）重物的密度为　       　 $\mathit{kg}/m^3$。

我国第二艘航空母舰已于2018年5月13日开始出海试航，将来可增加我国海军实力。如图所示，辽宁号航空母舰训练过程中，舰载飞机飞离航母，与飞离前相比，母舰会　   （选填“上浮一些”、“下沉一些”或“保持不变” $)$。舰载机起飞时，机翼上表面空气流动速度　　（选填“大于”、“小于”或“等于” $)$下表面空气流动速度。

我国自主研制的第三代常规动力潜艇具备先进的通讯设备、武器、导航等系统和隐蔽性强，噪声低、安全可靠等优异性能，主要技术参数如下表（海水的密度近似为 $1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

排水量	水上 $2250t$，水下 $3000t$	最大潜水深度	$300m$
最大航速	水上 $30\mathit{km}/h$，水下 $36\mathit{km}/h$	最大输出功率（水下）	$3000\mathit{kW}$

（1）潜艇在水上航行时受到的浮力是多少？在水下行驶时排开水的体积是多少？

（2）潜艇由水下某位置下潜到最大潜水深度处，潜艇上一个面积是 $400c{m}^2$的观察口受到海水的压力增大了 $4\times {10}^{4}N$，则潜艇原来位置的深度是多少？

（3）潜艇在水下以最大输出功率匀速行驶 $1h$，发动机输出的能量是多少？若发动机以最大输出功率工作时螺旋桨推进器效率为 $80\%$，潜艇以最大航速匀速行驶时受到水的平均阻力 $f$是多少？

如图所示，将一长方体物体浸没在装有足够深水的容器中恰好处于悬浮状态，它的上表面受到的压力为 $1.8N$，下表面受到的压力为 $3N$，则该物体受到的浮力大小为　　 $N$；如将物体再下沉 $5\mathit{cm}$，则它受到的浮力大小为　　 $N$。

小明同学在探究浮力的实验中：

（1）如图甲，把半径为 $3\mathit{cm}$、密度均匀的实心小球 $A$用细线挂在弹簧测力计上，测得其重力为　　 $N$，他用手竖直向上轻轻托起小球，弹簧测力计示数将变　　。

（2）他又将小球 $A$缓慢放入盛有适量水的烧杯中，弹簧测力计的示数逐渐变小，说明小球受浮力作用且浮力的方向是竖直向　　，当小球顶部距水面 $7\mathit{cm}$时，弹簧测力计示数为 $1.9N$，如图乙，小球受到的浮力大小是　　 $N$。

（3）为进一步研究浮力产生的原因，小明自制了薄壁实验箱，左右分别是柱形箱 $B$和 $C$， $B$箱下部有一圆孔与 $C$箱相通，他将上下表面是橡皮膜的透明空心立方体 $M$放在圆孔上紧密接触，并向 $B$箱中加入适量的水使 $M$浸没且沉在箱底，如图丙。现往 $C$箱加水至与 $M$下表面相平时， $M$下表面橡皮膜　　（选填“受到”或“不受” $)$水的压力作用；继续向 $C$箱中加水至 $M$上下表面橡皮膜形变程度相同时，则 $M$上下表面受到水的压力　　（选填“相等”或“不相等” $)$；再向 $C$箱中加一定量的水， $M$上下表面形变程度如图丁，则下表面受到水的压力　　（选填“大于”“小于”或“等于” $)$上表面受到水的压力。这就是浮力产生的真正原因。

（4）同组小斌同学根据第（2）小题中小球受到的浮力大小和第（3）小题探究浮力产生的原因巧妙地计算出图乙中小球 $A$受到水对它向下的压力是　　 $N$．（圆面积公式 $S=\pi r^2$，取 $\pi =3)$