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备战2021年中考物理光、热、力学典型专题各个击破专题 13 浮力相关加水、放水问题a t ft*a t ft*a t ft*a t ft*a t ft*a ft*a ft* * * *0* * * x*0* * * *0* * * w0* * * *0* * * *0* * * *0* * * *0* * * *考点击破题型一 注水、放水问题题型解读:当容器内逐渐加水时,容器底受到的浮力逐渐增大,当浮力等于物体的重力时, 物体恰好处于漂浮状态,再继续加水,物体会随着水面一起上升,因此压强的变化关系是先 快后慢。u.l 啦 I Al 4 nt lCf 甲 由坐标图可知,物体的密度小于水的密度; 当 m=0.6kg 时,物体恰好处于漂浮状态,但此时物体还没有离开容器底,此时容器底所受 压强为300pa,由此可计算出此时水深3cm。h3 根据浮体定比的规律,P =浸P = x103 kg / M3二0.6 x103 kg / m3。物 h 水 5物 当加入水的超过 0.6kg 以后,继续加水,物体随着水一起上浮,离开容器底,此过程中加 入了 0.8kg的水,容器底所受液体压强增量为200pa,因此可根据s = 4x 10-2m2,计算出容器的底面积。容 Ap 200pa 0.6kg的水对应的体积为0.6L,根据这个关系可计算物体的底面积。V =(s -s )h得水 容器 物 浸V到 s =s -水 =4x10-2m2 2x10-2m2 = 2x10-2m2物 容器 h浸 可计算物体的重力, G = F =P gV =1x103kg / m3 x10N /kgx2x10-2m2x3x10-2m=6N浮 水 排 可计算任何时刻容器对桌面的压强,例如计算当p =5x102pa时,容器对桌面的压强:水方法一:以容器、水和物体三者为整体进行受力分析, F =G +G +G =14N+1N+6N=21N 支水容物F F21N容器对桌面的压强为p压= = 525 pa固压 s s 4 xlO-2 m 2方法二:以容器底为研究对象受力分析:F =F +G =ps+G = 500pax4x10-2m2 + 1N = 21N支 水压 容容F F 2l N容器对桌面的压强为p =压= = 525 pa固压 s s4 x10-2 m 2题型击破.选择题(共 5小题)1.如图甲所示为一个浮力感应装置,竖直细杆的上端通过力传感器连在天花板上,传感器可以显示出细 杆的上端受到作用力的大小;下端与物体M相连,水箱的质量为0.8kg,细杆及连接处的重力可忽略不 计,向图甲所示的空水箱中加水直到刚好加满,图乙是力传感器的示数大小随水箱中加入水质量变化的 图像,下列说法错误的是( )力传感器字甲乙A. 水箱加满水时,水受到的重力为60NB. 物体M的密度为0.2g/cm3C当向水箱中加入质量为2.2kg的水,力传感器的示数变为F0, F0大小为1ND.继续向水箱中加水,当力传感器的示数大小变为5F0时,水箱对地面的压力为39N【解答】解:A、由图乙可知,当水箱加满水时水的质量m ,=6kg,则此时水受到的重力G ,=m 水g水水水= 6kgX10N/kg=60N;故 A 正确;B、由图乙可知,水箱中没有水时(m=0),压力传感器受到的拉力F = 2N,则物体M的重力G=FX= 2N,所以,物体M的质量:m=G= 0.2kg;g 10N/kg由图乙可知,当M完全浸没时,压力传感器的示数为F2=8N2N,细杆对传感器的作用力为压力,故传感器对细杆有向下的作用力F=F2=8N作用于物体M:此时物体M受到竖直向上的浮力、竖直向下的重力和杆的作用力,处于静止状态,则M受到的浮力F厂G+F=2N+8N=10N,r 浮11-| t.t根据F浮円液gV排可得物体M的体积g厂-十10一3m3,所以,物体 M 的密度:p=0.2X 103kg/m3 = 0.2g/cm3;故 B 正确;V lX10JmJC、综上可知,加水2kg时水面达到M的下表面(此时浮力为0),加水4kg时M刚好浸没(此时浮力 为 10N),该过程中增加水的质量为2kg,浮力增大了 10N,所以,每加1kg水,物体M受到的浮力增加5N,5N当向水箱中加入质量为2.2kg的水时,受到的浮力F7=(2.2kg-2kg)X-=1N2N,由此可 知,此时杆的作用力为压力,物体M受到的浮力F浮2=G+F3 = 2N+5N=7N,此时容器内水的质量m , = 2kg+7NX=3.4kg,水5N把水箱和水、物体M看做整体,受力分析可知,受到竖直向下的总重力和杆向下的压力5F0、水平面的支持力作用处于平衡状态,由整体受到的合力为零可得:F十=(m ,+m ) g+G+F3=(3.4kg+0.8kg)X10N/kg+2N+5N=49N,支持水 2 水箱3此时水箱对水平面的压力F = F =49N;故D错误。压 支持故选: D。2.图甲中圆柱形容器装有适量的水,当水温从0C升到15r时,水的密度p和水温t关系如图乙所示,此过程水的质量不变,不考虑圆柱形容器的热胀冷缩,如图丙,把测力计下悬挂的实心金属块M (体积不变)浸没在水中,M处于静止状态,下列选项中能正确反映测力计示数F和水温t关系的是()圜柱形容器测力计羽*【解答】解:由图乙可知,当水温从Oc升到15C时,水的密度p先变大后变小;实心金属块M (体积不变)浸没在水中时,根据F浮=卩液gV排可知,金属块受到的浮力先变大后变小; 浮液排金属块 M 受到本身重力、水对它的浮力、弹簧测力计对它的拉力三个力的作用处于静止状态,弹簧测力计示数F即弹簧测力计对它的拉力,三者之间关系F、_ = G-F,由于水的密度p受水温影响,金属块浮在水中浸没时受到的浮力先变大后变小,所以测力计示数F先变小后变大,故C正确,ABD错误。 故选: C。3如图所示,底端装有电子阀门的圆柱形容器放在水平桌面上,容器中装有适量的水,一木块漂浮在水面上。控制阀门,使容器中相同时间内流出的水量相等。下列表示木块的重力势能Ep、木块所受浮力 大小F、木块下表面处水的压强p1和容器对桌面的压强p2随时间t变化的关系图线中,可能正确的是 ()【解答】解:在容器内水流出的过程中,水面下降,木块也随水面向下运动,木块仍然处于漂浮状态; 当木块接触到容器底时,木块不再运动,水继续流出;A、在容器内的水流出后,木块的质量不变,高度减小,则木块的重力势能减小,当木块沉底时,木块 的重力势能不再变化,即木块的重力势能先变小后不变,故A错误;B、根据图示可知,当水位在一定高度时,木块处于漂浮状态,即浮力等于重力;当木块接触到容器底 时,水继续流出,木块排开水的体积减小,浮力减小;所以木块受到浮力先不变后减小;故B正确。C、根据图示可知,在容器内水流出的过程中,并且当水位在一定高度时,木块下表面处水的深度不变, 由p= pgh可知,木块下表面受到水的压强不变;故C错误D、由题意知,控制阀门,使容器中相同时间内流出的水量相等,所以,相同时间内水减少的重力相同,F容器对桌面减小的压力相同,由p=寻可得,容器对桌面的压强p2随时间均匀减小,故D错误;I1故选:B。4如图甲所示,左上方装有电子阀门的圆柱形容器放在水平桌面上,用细线将木块底部与容器底面相连, 控制阀门,使容器中相同时间内流入的水量相等,注水直至图乙所示状态,下列表示容器对桌面的压强P、木块所受浮力大小巧、细线对木块的拉力大小F2和木块的重力势能Ep随时间t变化的关系图线中,【解答】解:A、由题意知,控制阀门,使容器中相同时间内流出的水量相等,所以,相同时间内水增F加的重力相同,容器对桌面增加的压力相同,由p=令可得,容器对桌面的压强p2随时间均匀增加,故11A错误;B、由题意知,控制阀门,使容器中相同时间内流出的水量相等,所以,相同时间内排开水的体积逐渐增加,根据F、_ = pgV排知,浮力逐渐增加,当水位在一定高度时,木块处于漂浮状态,即浮力等于重 浮排力,浮力不再变化,到完全浸没后浮力又逐渐增大,故B错误;C、在绳子伸直之前,绳子没有拉力,即拉力为零,绳子伸直后,随着时间变长,拉力均匀增大,完全浸没后,浮力不再变化,拉力也不再变化,故C正确;D、在木块浮起来之前,木块的重力势能不变化,且为零,浮起来后,浮力逐渐增加,重力势能逐渐增力口,绳子伸直后,物体不再升高,重力势能不再变化,故D错误。故选:Co5如图甲,左上方装有电子阀门的圆柱形容器放在水平桌面上。控制阀门,使容器中相同时间内流入液体的质量相等,注入液体直至图乙状态。下列表示液面上升的速度v随时间t变化的关系、液面上升的 速度v随液面到容器底部高度h的关系、容器和液体的总质量m随液体的体积V变化的关系、液体的 密度p随液体的体积V变化的关系图线中,可能正确的( )【解答】解:Av 0AB.容器中相同时间内流入液体的质量Am相等,则相同时间内液面上升的高度!=,则液面上升的速度v不随时间t和深度h的变化而变化,故AB错误;C. 容器中相同时间内流入液体的质量相等,则容器和液体的总质量m=m宀+AmXt可知,m与t容的关系为一次函数,故C正确;D. 因液体的密度是物质本身的一种特性,与液体的体积和质量无关,所以液体密度不随其体积的变化而变化,故D错误。故选:Co 二多选题(共 1小题)6. 如图所示,电源电压恒定不变,R0为定值电阻,物体M悬挂于P点放入容器中,保持静止状态,打开 阀门T,使相同时间内注入容器的水量相等。已知物体M的密度大于水的密度,弹簧电阻忽略不计, 下列表示物体M所受浮力做的功W、弹簧的拉力F、电流表示数I和滑动变阻器消耗的功率P随容器AB、由图可知,物体M没有与容器的底部接触,有一定的高度,所以,控制阀门后流出的水,在水面 升高到物体M下表面接触之前,物体M没有受到浮力作用,弹簧的拉力F保持不变;当物体M开始浸入水之后,物体M受到浮力的作用,由于使容器中相同时间内流出的水量相等,所以, 相同时间内排开水的体积逐渐增加,根据F 浮 = pgV排知,浮力逐渐增加;浮排已知物体M的密度大于水的密度,当水位在一定高度时,物体M处于浸没状态;排开水的体积不变, 根据F ff = pgV排知浮力不变;在物体浸没之前,由于受浮力作用,根据物体受力平衡可知弹簧的拉力F减小,则弹簧的伸长量变小, 所以物体会上升,根据W=Fs可知浮力做功:当物体浸没之后,由于物体浮力保持不变,则弹簧的拉力F也保持不变,物体M的高度不再发生变化, 根据W=Fs可知浮力做功为0;由上
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