初中物理物体的浮沉条件及其应用计算题

一壁很薄的透明瓶子，瓶身部分为圆柱形，瓶子的底面积为 $40c{m}^2$，瓶中装有高度为 $28\mathit{cm}$的水（如图甲所示），将瓶子倒置并使其在水中竖直漂浮（如图乙所示），此时瓶子露出水面的高度为 $4.5\mathit{cm}$，瓶子内外水面的高度差为 $2.5\mathit{cm}$。求：

（1）瓶子（含瓶盖）的重力。

（2）瓶子在水中悬浮时瓶中水的质量。

如图所示，将边长为 $5\mathit{cm}$的实心正方体木块轻轻地放入装满水的溢水杯中，木块静止时，从杯中溢出水的质量为 $0.1\mathit{kg}(g$取 $10N/\mathit{kg})$。求：

（1）木块受到的浮力；

（2）木块的密度；

（3）木块下底面受到水的压强。

入夏以来，我国部分地区发生洪涝灾害，实践小组为了减轻巡堤人员的工作量，设计了水位自动监测装置。其原理如图所示，电源电压恒定， $R_0$是压敏电阻，所受压力每增加 $10N$，电阻减小 $5\Omega$． $R$是长 $1m$、电阻 $100\Omega$的电阻丝，其连入电路的电阻与长度成正比。电流表量程为 $0~0.6A$，其示数反应水位变化。 $R_0$下方固定一个轻质绝缘“ $\perp$”形硬杆。轻质金属滑杆 $\mathit{PQ}$可以在金属棒 $\mathit{EF}$上自由滑动， $\mathit{PQ}$下方通过轻质绝缘杆与重 $100N$、高 $4m$的圆柱体 $M$固定在一起。当水位上升时， $\mathit{PQ}$随圆柱体 $M$向上移动且保持水平。（整个装置接触良好且无摩擦， $\mathit{PQ}$和 $\mathit{EF}$的电阻不计， ${\rho }_{\mathit{河水}}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）闭合开关，当 $\mathit{PQ}$恰好位于 $R$最下端时，为警戒水位。电流表示数为 $0.06A$．此时 $M$漂浮，有 $\frac{1}{4}$体积浸在水中， $M$所受的浮力为　　 $N$；

（2）当水位上升， $\mathit{PQ}$向上移动过程中， $R$连入电路中的电阻　　（选填“变大”、“不变”或“变小” $)$。 $\mathit{PQ}$上升到 $R$的最上端，刚好与“ $\perp$”形杆接触，且对杆无压力时，为三级预警。

（3）当水位继续上升。 $\mathit{PQ}$开始通过“ $\perp$”杆对 $R_0$产生压力；当达到二级预警时，电流表示数为 $0.15A$；水位再上升 $0.4m$，达到一级预警时，电流表示数为 $0.20A$．电源电压为　　 $V$。

（4）在保证电路安全的情况下，此装置能测量的最高水位高于警戒水位　　 $m$。

（5）若将水位对警戒线上升的高度标记在电流表对应的刻度线上，即把电流表改装成水位计，水位计的刻度　　（选填“均匀”或“不均匀” $)$。

钓鱼岛自古以来就是中国固有领土，早在1373年我国渔民就已经发现了钓鱼岛，如图所示是我国一艘装备精良的现代化综合公务船正在钓鱼岛附近巡航。

（海水密度取 $1.02\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$）

（1）若该船的声呐探头距海面深度为 $10m$，则该声呐探头受到海水的压强是多少？

（2）该船满载时排开海水体积为 $3000m^3$，此时船受到的浮力和重力各是多少？

（3）该公务船以 $36\mathit{km}/h$的速度匀速航行 $5h$，若航行时受到阻力为船重的0.05倍，则这一过程中动力所做的功是多少？

如图所示，一实心正方体铝块浸没在密度为 $0.9\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的油中，其质量为 $2.7\mathit{kg}$，上表面与液面相平行，上、下表面的深度分别为 $h_1$和 $h_2$，且 $2h_1=h_2=20\mathit{cm}$，求：

（1）铝块上表面处的液体压强；

（2）若使铝块在图示位置处于静止状态，还应使其在竖直方向受到一个多大的力；

（3）若图中正方体是由密度为 $3.6\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$的合金制成，且处于悬浮状态，则该正方体空心部分体积是多少？

小明准备用空矿泉水瓶做一个“救生衣”。已知小明的质量是 $50\mathit{kg}$，身体平均密度约等于水的密度，为确保安全至少他的头部要露出水面，头部的体积约占身体总体积的 $1/10$．（不计空矿泉水瓶的质量和塑料的体积）

（1）求小明头部的体积。

（2）请你帮小明计算一下，制作“救生衣”至少需要多少个图示的空矿泉水瓶。

如图是湖南师范大学学生发明的水上自行车，车下固定5个充满气的气囊，每个气囊的体积均为 $3.0\times {10}^{-2}{m}^3$，已知该水上自行车的总质量为 $25\mathit{kg}$，不计车轮浸入水中的体积。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）当自行车停放在水面上没人骑行时，气囊排开水的总体积为多少？

（2）当质量为 $75\mathit{kg}$的人骑行时，固定在正中间的1个气囊破裂，该自行车是否还能安全骑行？请通过计算说明。

边长为 $0.1m$的正方体木块，漂浮在水面上时，有 $\frac{2}{5}$的体积露出水面，如图甲所示。将木块从水中取出，放入另一种液体中，并在木块表面上放一重 $2N$的石块。静止时，木块上表面恰好与液面相平，如图乙所示。取 $g=10N/\mathit{kg}$，已知水的密度 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求：

（1）图甲中木块受的浮力大小；

（2）图乙中液体的密度；

（3）图乙中木块下表面受到液体的压强。

如图甲所示，在容器底部固定一轻质弹簧，弹簧上端连有一边长为 $0.1m$的正方体物块 $A$，容器中水的深度为 $40\mathit{cm}$时，物块 $A$刚好完全浸没在水中。容器侧面的底部有一个由阀门 $B$控制的出水口，打开阀门 $B$，使水缓慢流出，当物块 $A$有 $\frac{2}{5}$的体积露出水面时，弹簧恰好处于自然伸长状态（即恢复原长没有发生形变），此时关闭阀门 $B$．弹簧受到的拉力 $F$跟弹簧的伸长量△ $L$关系如图乙所示。（已知 $g$取 $10N/\mathit{kg}$，水的密度为 ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，不计弹簧所受的浮力，物块 $A$不吸水）。求：

（1）打开阀门前物块 $A$受到的浮力；

（2）物块 $A$的密度；

（3）弹簧恰好处于自然伸长状态时水对容器底部压强。

图1是一艘完全依靠太阳能驱动的船，该船长30米，宽15米，排水量60吨，船的表面安装有太阳能电池板，接收太阳能的功率为 $1.6\times {10}^{5}W$，若接收的太阳能只用来驱动船前进。在一次航行中，从某一时刻开始，太阳能船受到水平方向的牵引力 $F$随时间 $t$的变化关系如图2甲所示，船的运动速度 $v$随时间 $t$的变化关系如图2乙所示。 $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

求：

（1）满载时太阳能船受到的浮力；

（2）第 $50s$到第 $100s$内牵引力做的功；

（3）第 $50s$到第 $100s$的运动过程中，太阳能船的效率。

“蛟龙号”是我国首台自主设计、自主集成研制、世界上下潜最深的作业型深海载人潜水器。“蛟龙号”体积约为30米 ${}^3$，空载时质量约为22吨，最大荷载240千克。

（1）“蛟龙号”空载漂浮在水面时受到的浮力为多大？

（2）若“蛟龙号”某次满载时下沉是采用注水方式实现的，则至少注入多少立方米的水？（海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3$， $g$取10牛 $/$千克）

如图所示，水平桌面上有一个薄壁溢水杯，底面积是 $8\times {10}^{-3}{m}^2$，装满水后水深 $0.1m$，总质量是 $0.95\mathit{kg}$。把一个木块（不吸水）轻轻放入水中，待木块静止时，从杯中溢出水的质量是 $0.1\mathit{kg}$。求：（水的密度 $\rho =1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）水对溢水杯底的压力。

（2）木块受到的浮力。

（3）溢水杯对桌面的压力。

2018年5月13日，中国首艘国产航母01A型航空母舰离开大连港码头，开始海试。（g取10N/kg）请问：

（1）航母001A设计排水量约6.5万吨，那么它满载时受到的浮力是多少？

（2）一位体重为600N的歼15舰载机飞行员，双脚与水平甲板的接触面积是400cm²，则他双脚站立时对甲板的压强是多少？

（3）若舰载机飞行员驾驶歼15战机以1800km/h的巡航速度飞越渤海海峡时，发动机的推力为2×10⁵N，则飞机发动机的功率为多少？

体积为100cm ³的一个形状不规则物块，重为1.6N，放在密度为1.0×10 ³kg/m ³的水中（g取10N/kg）。求：

（1）通过计算说明物块下沉的原因？

（2）当物块浸没在水中时，容器中的水深15cm，则容器底受到水的压强是多大？

（3）物块在水中静止时，物块对容器底部的压力是多大？

如图所示，已知重为10N的长方体木块静止在水面上，浸入在水中的体积占木块总体积的 $\frac{4}{5}$（g取10N/kg）。

（1）求木块所受到的浮力大小；

（2）若木块下表面所处的深度为0.2米，求木块下表面受到水的压强；

（3）若要将木块全部浸没水中，求至少需要施加多大的压力。