2016年初中应用物理知识竞赛专题讲座10 浮力（解析版）

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　　初中应用物理知识竞赛专题讲座10
　　专题十  浮力
　　【重点知识解读】
　　1.    浮力是浸在流体中的物体受到流体向上托的力。浮力的方向总是竖直向上的。阿基米德原理：浸入液体（气体）中的物体受到向上浮力的大小等于它排开液体（气体）的重力，即F=ρgV排。。
　　2.    当物体的密度大于液体密度时，物体在液体中下沉；物体的密度小于液体密度时，物体在液体中上浮；物体的密度等于液体密度时，物体在液体中可以悬浮在任何深处。
　　3.    漂浮在液体表面的物体，其所受浮力等于物体重力。
　　【竞赛知识拓展】
　　密度计是用来测量液体密度的仪器，它根据漂浮时的受力平衡及阿基米德原理而制成的。液体密度较大时，密度计露出部分多，反之就少。密度计上的刻度数是上面较小下面较大，密度计上的刻度数值表示待测液体密度是水密度的倍数。
　　【经典竞赛题分析】
　　例1．(2016全国初中应用物理知识竞赛)半潜船是专门从事运输大型海上石油钻井平台、大型舰船、潜艇等超长超重而又无法分割吊运的超大型设备的船舶。如图8甲所示，半潜船把装货甲板潜入水中，使货物能够进入装货甲板上。然后半潜船上浮至船身和货物一起浮出水面，将货物运走，如图8乙所示为用半潜船运送损坏的舰艇。下列说法中正确的是（   ）
　　A．半潜船是由密度比水小的实心材料制成的
　　B．建造半潜船时内部一定留有很大体积的空舱
　　C．没有装载任何货物处于下潜状态的半潜船，与它装载着舰艇并浮出水面时受到的浮力大小一定相等
　　D．图8乙中的半潜船的质量必需要小于舰艇的质量
　　【参照答案】B
　　例2. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）把重为0.5N的物体放入盛有水的烧杯中，溢出水的重力为0.3N,则物体受到的浮力（   ）
　　A．可能为0.4N      B．可能为0.2N
　　C．一定为0.5N      D．一定为0.3N
　　【参照答案】．
　　例3. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）某潜水艇在海面下隐蔽跟踪某个目标，现根据战时需要上浮或下潜（但始终未露出海面）。在下潜过程中潜水艇所受的重力为G1、浮力为F1；上浮过程中所受的重力为G2、浮力为F2。则（）
　　A．F1<F2,G1=G2     B．F1=F2,G1>G2
　　C．F1>G1,F2<G2     D．F1<G1,F2>G2
　　【参照答案】．B、D      学科网
　　例4（2012年“志英杯”物理竞赛）如图所示，装有少量细沙的长直平底玻璃管漂浮于水面．玻璃管的底面积为5×10-4m2 ，浸入水中的长度是0.1m．求：
　　（1）玻璃管和细沙总重多少？
　　（2）当向水中撤入一些食盐并搅拌均匀后，玻璃管向上浮起0.01m，此时食盐水的密度多大？（ρ水＝1.0×l03 kg/m3，g＝l0N/kg）
　　解得ρ盐水＝1.1×103 kg/m3
　　例5（2011全国初中应用物理知识竞赛试题）小明的父亲为了解决全家人夏季淋浴问题，想自己动手:作一个太阳淋浴器，他买来了一个圆柱形金属桶，一个压力传感开关，两个圆柱体以及细线若干。初步设计如图13所示，其中A、B两个圆柱体通过细绳与压力传感开关相连。
　　己知:圆柱形金属桶的底面积Sl=0.5 m2，高h1=50 c m;压力传感开关的作用是当它受到竖直向下的拉力达到10 N时闭合，通过控制水泵从进水口向桶内注水，当拉力等于4N时断开，水泵停止向桶内注水:两个圆柱体的底面积S2=40 cm2，高h2=12 cm，每个圆柱体重G=6N。要求当水桶内储水量达200 L时停止注水，当储水量剩余40L时开始注水。
　　请你帮助小明的父亲在其初步设计的基础上，求出满足上述要求的两段细线的长度。(压力传感开关与金属桶间的距离、细绳质量与体积、计算储水量时圆柱体排水体积忽略不计)
　　例6．(2009全国初中应用物理知识竞赛题)科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤。他们找来一个瓶身为柱状体的空饮料瓶，剪掉瓶底，旋紧瓶盖，在瓶盖系上一块质量适当的石块，然后将其倒置在水桶里，如图所示。使用时，只要把被测物体投入瓶中，从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量。
　　1．在这里石块的作用是什么?试应用所学物理知识分析其中的道理。
　　2．这种浮力秤的质量刻度是均匀的吗?为什么?
　　3．经测量，该饮料瓶圆柱状部分的直径为8.0cm，当浮力秤中不放被测物体时，水面所对位置为零刻度(如图所示)。请根据图中标明的长度值，通过计算，在1、2、3、4各刻度线右侧给浮力秤标明对应的质量值。
　　(π取3.1，最后结果只保留整数)
　　【竞赛实战训练】
　　1. （2011上海初中物理知识竞赛题）如图所示，密度均匀的长方体木块漂浮在水面上。若将木块虚线以下的部分截去，则（    ）
　　A. 木块和水面均下降，且下降的高度相同
　　B. 木块和水面均下降，且木块下降的高度更大
　　C. 木块和水面均下降，且水面下降的高度更大
　　D. 木块下降，水面上升，且变化的高度不相同
　　【参考答案】：B
　　2 (2009上海初中物理知识竞赛复赛题).如图所示容器内放有一长方体木块M，  上面压有一铁块m，木块浮出水面的高  度为h1（图a）；用细绳将该铁块系在木  块的下面，术块浮出水面的高度为h2(图  b)；将细绳剪断后（图c），则木块浮出水面的高度h3为：(  )
　　(A) h1 +ρ铁(h2- h1)/ρ水
　　(B) h2 +ρ铁(h2- h1)/ρ水
　　(c) h1 +ρ木(h2- h1)/ρ水
　　(D) h2 +ρ铁(h2- h1)/ρ木
　　【参考答案】：A
　　由图c，利用平衡条件可得ρ水gS(h-h3)= Mg,，
　　m=ρ铁(h2- h1)S，
　　联立解得：h3= h1 +ρ铁(h2- h1)/ρ水，选项A正确。
　　二．填空题
　　3.(2009上海初中物理知识竞赛复赛题).在一个底面积为200厘米2、高度为20厘米的圆柱形薄壁玻璃容器底部，放入一个边长为10厘米的实心正方体物块，然后逐渐向容器中倒入某种液体。右图反映了物块对容器底部压力的大小F与容器中倒入液体的深度h（0～6厘米）之间的关系。
　　由此可知这种液体的密度大小为_________千克/米3，当倒入液体的深度h为l2厘米时，物块对容器的底部压力的大小F大小为________牛。
　　【参考答案】：1.25×103     7.5
　　三、计算题
　　1.（12分）容器水平底面上有一个大小为a×b    的长方形洞。用半径为a，长度为b的圆柱体盖住此洞（如图所示为其侧视图）。现往容器里慢慢注入密度为ρ的液体，试分析说明圆柱体的质量M应该多大，才能使它在任何液位下不会浮起。
　　2.（陇川竞赛题）儿童练习游泳时穿的一种“救生衣”实质是将泡沫塑料包在背心上，使用时，穿上这种“救生衣”泡沫塑料位于人的胸部，为了确保儿童的安全，必须使人的头部露出水面，儿童体重约300牛，人的密度约为1.06×103千克/米3，人的头部约占人体总体积的十分之一，泡沫塑料的密度约为10千克/米3，求：
　　（1）此儿童的体积大约是多少？（3分）
　　（2）此儿童仅头部露出水面时受到多大的浮力？（3分）
　　（3）此儿童使用的“救生衣”的最小体积为多大才能保证儿童的安全？（4分）
　　3．（10分）（2007青岛竞赛题）物理兴趣小组的一位同学做了一个实验：这位同学把一块长方体木块浮在水面上，然后在木块上面放砝码，当砝码的总质量为345g时，木块恰好浸没在水中（如图8甲）。这位同学想用细线把砝码系在木块下面，也使木块恰好浸没在水中（如图8乙），这位同学试了几次都不成功。你能否帮助这位同学算出该用多少克砝码？（砝码的密度是7.9g/cm3）
　　4、（2007全国初中应用物理知识竞赛复赛题）12分）我们已经知道，肺活量是一个人做最大吸气后再做最大呼气所呼出的气体的体积，单位是毫升（ml）。肺活量是身体机能的重要指标之一，对青少年的成长及日后身体是否健康都关系重大。我们要注意增强自身的肺活量。图2所示的是一种测定肺活量的实用方法，图中A为倒扣在水中的开口薄壁圆筒，测量前排尽其中的空气（即测量前筒内充满水）。测量时，被测者吸足空气，再通过B尽量将空气呼出，呼出的空气通过导管进入A内，使A浮起。测得圆筒质量为m，横截面积为S，筒底浮出水面的高度为H，大气压强为p0，求：
　　1、此时圆筒内气体的体积。
　　2、此时筒内气体的压强。
　　3、“肺活量体重指数”是人体重要的呼吸机能指数，它主要通过人体的肺活量与体重的比值来反映肺活量和体量的相关程度，用以对不同年龄、性别的个体与群体进行客观的定量比较分析。
　　肺活量体重指数=肺活量/体重，单位是ml/kg
　　例如，我国初三年级男生肺活量体重指数标准：67以上为优秀；50-66为良好；33-49为及格；32以下为不及格。
　　如果体重60kg的小强用上面的肺活量仪测肺活量，测得H=18cm，已知筒A的质量为200g，横截面积为200cm2，请计算他的肺活量体重指数是多少？
　　四、探究题
　　1．小明选用了如图中的质量约600g 的金属皇冠模型，若能测出模型所受重力G 模型、模型浸没在水中所受的浮力F浮，且知水的密度ρ水，就可以根据  ,  ，求出模型密度
　　（1）证明式子成立.
　　图27
　　（2）现有足量的水和图28 中的各种可选的器材，要利用测出模型的密度，根据实验要求从器材A、B、C、D、E、F 中选择实验所必须的器材，并写出测模型密度的实验步骤及所需记录的数据.
　　a. 选择的器材（填代号）：
　　b. 实验步骤及需要记录的数据：

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