41浮力計(jì)算（原卷版）

備戰(zhàn)中考試題解讀第四部分必考解答題41浮力計(jì)算一、解答題1．（2021·寧波）如圖所示是世界上第一艘飛艇，它是由法國工程師吉法爾于1852年制造的。這艘飛艇的氣囊充滿氫氣后，長44m，直徑11.9m，體積2100m3，形狀像一個(gè)巨大的橄欖。這年的9月24日，吉法爾乘坐該飛艇從巴黎的馬戲場出發(fā)，用一臺(tái)2.2kW的蒸汽機(jī)帶動(dòng)螺旋槳，以8km/h的速度，飛行了28km。（1）飛艇的氣囊形狀像一個(gè)橄欖，在前進(jìn)過程中可以減小。（2）充滿氫氣后氣囊受到的浮力是多少？(空氣密度取1.29kg/m3)（3）這次飛行，飛行所需時(shí)間、蒸汽機(jī)做的功及飛行時(shí)受到的平均阻力各為多少？2．（2021·杭州）小金把家里景觀水池底部的鵝卵石取出清洗他先將一個(gè)重為10N的空桶漂浮在水面上，然后將池底的鵝卵石撈出放置在桶內(nèi)，桶仍漂浮在水面(不考慮撈出過程中帶出的水，ρ水=1.0×103kg/m3（1）空桶漂浮在水面時(shí)所受浮力大小（2）鵝卵石撈出放置在桶內(nèi)時(shí)，水池水面高度與鵝卵石未撈出時(shí)相比會(huì)▲(選填“上升”3．（2021·溫州）圖甲所示為一種水下滑翔機(jī)，圖乙是其部分結(jié)構(gòu)示意圖。該滑翔機(jī)通過液壓泵將油在內(nèi)、外油囊間來回轉(zhuǎn)移，從而改變浮力大小以達(dá)到上浮和下潛的目的，再結(jié)合其它技術(shù)即可滑行，以執(zhí)行海洋環(huán)境的監(jiān)測任務(wù)。??（1）該滑翔機(jī)具有低能耗、高續(xù)航的特點(diǎn)，電池一次充電后能提供1千瓦時(shí)電能。它在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中前進(jìn)速度保持0.2米/秒，但只有9％的時(shí)間耗電，耗電時(shí)功率僅為4瓦。該滑翔機(jī)充電一次總共能航行的路程為多少千米？（2）該滑翔機(jī)總重515牛。當(dāng)外油囊中無油時(shí)，滑翔機(jī)排開水的體積為0.0495米3。已知海水密度隨深度變化情況如圖丙所示。當(dāng)該滑翔機(jī)在600米深度懸浮時(shí)，外油囊中油的體積為多少米3。（忽略海水壓強(qiáng)對(duì)油和滑翔機(jī)外殼體積的影響）4．（2021·湖州）2020年11月10日，中國“奮斗者”號(hào)載人潛水器在“地球第四極”——馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909米，創(chuàng)造了中國載人深潛的新紀(jì)錄。本次萬米深潛任務(wù)成功的一大亮點(diǎn)是采用了許多自主研發(fā)的國產(chǎn)新材料（1）“奮斗者”號(hào)采用的鈦合金材料強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕，與下列哪種材料類型相同①塑料②不銹鋼③玻璃（2）“奮斗者”號(hào)下潛時(shí)，外部攜帶了4塊壓載鐵，總質(zhì)量將近2噸。壓載鐵被懸掛的模型如右圖所示。試計(jì)算4塊壓載鐵水下浸沒時(shí)對(duì)“奮斗者”號(hào)的作用力約為多少?(壓載鐵的密度近似為8×103千克/米3，海水的密度近似為水的密度)（3）完成水下作業(yè)之后，“奮斗者”號(hào)拋去壓載鐵上浮。為了使“奮斗者”號(hào)在深海有足夠大的浮力返航，采用了一種新的固體浮力材料，由大量納米級(jí)大小的空氣玻璃微珠組成。為了滿足設(shè)計(jì)需求，該材料需要具備怎樣的性質(zhì)?(答出一點(diǎn)即可)5．2019年12月17日，由我國自主建造的第一艘國產(chǎn)航母——山東艦(如圖甲)，正式交付海軍。該艦標(biāo)準(zhǔn)排水量為5萬噸，可同時(shí)停放36架殲15艦載機(jī)，若每架艦載機(jī)質(zhì)量為25噸。(海水的密度取1．03×103千克/立方米)（1）艦載機(jī)起飛時(shí)(如圖乙)，以艦載機(jī)為參照物，航母是(選填“運(yùn)動(dòng)”或“靜止”)（2）在標(biāo)準(zhǔn)排水量時(shí)，航母所受的浮力為。（3）當(dāng)36架艦載機(jī)全部飛離航母后，航母排開海水的體積減少了立方米。(結(jié)果保留一位小數(shù))6．如圖所示，一個(gè)內(nèi)底面積為100cm2的柱形容器中盛有深度為60cm的水，水底有一塊底面積為50cm2，高6cm的長方體鋁塊?，F(xiàn)用一電動(dòng)機(jī)以恒定不變的輸出功率把鋁塊提出水面并繼續(xù)提升一段距離。已知鋁塊浸沒在水中時(shí)上升速度恒為0.27m/s。鋁的密度為2.7×103kg/m3，g取10N/kg，鋁塊提升過程中受到的阻力、繩子自重和摩擦等都不計(jì)。求：（1）鋁塊的重力。（2）把鋁塊提升到上表面與水面相平所需的時(shí)間。（3）電動(dòng)機(jī)輸出功率的大小。（4）鋁塊露出水面后勻速上升的速度。（5）鋁塊從浸沒于水中到完全露出水面，水對(duì)容器底部壓強(qiáng)的減小值。7．（2020·杭州）如圖甲、乙所示，水平桌面上有兩個(gè)高為30cm的柱形容器，現(xiàn)將兩個(gè)完全相同的圓柱形金屬塊(重120N、高20cm底面積100cm2)分別置于柱形容器底部。其中，乙圖的金屬塊與容器底部之間用少量蠟密封(不計(jì)蠟的質(zhì)量)。取g=10N/kg（1）計(jì)算甲圖中金屬塊對(duì)容器底部的壓強(qiáng)（2）乙圖中，向容器內(nèi)加水至液面高度為10cm，求金屬塊對(duì)容器底部的壓力。(取大氣壓強(qiáng)p=1.0×105Pa)（3）若向甲圖中容器內(nèi)加水，畫出從開始加水至容器裝滿水的過程中金屬塊對(duì)容器底部壓力F隨容器中液面高度h變化的圖像(需標(biāo)注相應(yīng)的數(shù)據(jù))。8．（2021·婺城模擬）如圖甲，氦氣球和熱氣球都是利用浮力升空的裝置。請(qǐng)閱讀材料回答問題：材料一：2017年，國家明令禁止使用的氫氣灌裝手持氣球，應(yīng)改為使用氦氣。材料二：熱氣球由一個(gè)巨大的氣囊、一個(gè)吊籃和用于加熱空氣的燃燒器組成。熱氣球上升前，對(duì)氣囊充入足夠多的空氣使其鼓起來，然后用燃燒器對(duì)氣囊內(nèi)的空氣加熱一段時(shí)間，就可以實(shí)現(xiàn)升空，飛行過程中其體積基本不變。（1）國家明令禁止使用的氫氣灌裝手持氣球是因?yàn)闅錃饩哂械男再|(zhì)。（2）分折材料二回答，該過程如何調(diào)節(jié)力的大小實(shí)現(xiàn)熱氣球升空？（3）某熱氣球氣囊外殼、吊籃以及加熱器的總質(zhì)量為460千克，貨物和人總質(zhì)量2000干克。熱氣球上升過程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示，計(jì)算熱氣球在勻速上升階段克服貨物和人的重力做的功。9．（2021·鄞州模擬）如圖甲所示，水平放置的方形容器里有一個(gè)重為8N、棱長為10cm的正方體物塊M，M與容器底部不密合。以5mL/s的恒定水流向容器內(nèi)注水，容器中水的深度h隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示如圖甲所示，水平放置的方形容器里有一個(gè)重為8N、棱長為10cm的正方體物塊M，M與容器底部不密合。請(qǐng)回答下列問題：（1）當(dāng)t＝140s時(shí)，物塊M在水中處于（選填“沉底”“懸浮”或“漂浮”）狀態(tài)；（2）當(dāng)t＝140s時(shí)，水對(duì)容器底部的壓力大小是多少？（3）圖乙中a的值是多少？10．（2021·奉化模擬）如圖甲所示是利用電動(dòng)機(jī)和滑輪組（圖中未畫出），將實(shí)心圓柱體A從水庫底勻速豎直起吊的裝置示意圖．鋼纜繩對(duì)A的拉力F1隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，不計(jì)鋼纜繩重、鋼纜繩與滑輪間的摩擦及水的阻力．求：（1）長方體A的體積；（2）長方體A完全離開水面后，電動(dòng)機(jī)對(duì)繩的拉力F為8×103N，滑輪組的機(jī)械效率為75%，求動(dòng)滑輪的總重力．11．（2021·瑞安模擬）如圖甲，氦氣球和熱氣球都是利用浮力升空的裝置，請(qǐng)閱讀材料回答問題：材料一：2017年，國家明令禁止使用氫氣灌裝手持氣球，應(yīng)改為使用氨氣。材料二：熱氣球由一個(gè)巨大的氣囊、一個(gè)吊籃和用于加熱空氣的燃燒器組成。熱氣球上升前，對(duì)氣囊充入足夠多的空氣使其鼓起來，然后用燃燒器對(duì)氣囊內(nèi)的空氣加熱一段時(shí)間，就可以實(shí)現(xiàn)升空，飛行過程中其體積基本不變。（1）國家明令禁止使用氫氣灌裝手持氣球是因?yàn)闅錃饩哂械男再|(zhì)。（2）分析材料二回答，該過程如何調(diào)節(jié)力的大小以實(shí)現(xiàn)熱氣球升空。。（3）某熱氣球氣囊外殼、吊籃以及加熱器的總質(zhì)量為460千克，貨物和人總質(zhì)量2000千克。熱氣球上升過程中速度與時(shí)間的關(guān)系如圖乙所示，求熱氣球在勻速上升階段克服貨物和人的重力做的功。12．（2021·瑞安模擬）某科學(xué)探究小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲裝置，用于測量石塊密度。R為滑動(dòng)變阻器，其最大阻值為20歐。Rx為力敏電阻，力敏電阻的阻值與壓力的關(guān)系如圖乙所示。測量時(shí)，先將石塊沉入水底，再向礦泉水瓶中加一定量的水，直到石塊離開杯底浸沒在水中，讀出電流表示數(shù)I1；第二次向礦泉瓶中加適量水，直到石塊離開水面，靜止在空中，讀出此時(shí)電流表示數(shù)I2。通過計(jì)算獲得石塊的密度。（1）實(shí)驗(yàn)過程中，石塊離開杯底到石塊上部露出水面前，電流表示數(shù)的變化情況是(填“變大”、“變小”或“不變”)。（2）已知電源電壓為6伏，測量某石塊密度時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片恰好位于中點(diǎn)，力敏電阻所受壓力FA與繩子對(duì)石塊的拉力F拉的關(guān)系如下表所示。若實(shí)驗(yàn)中讀得I1為0.2安，I2為0.3安，求該石塊的密度(不計(jì)礦泉水瓶、滑輪、杠桿自身質(zhì)量)。FA(牛)50100150200250F拉(牛)12345（3）若在實(shí)驗(yàn)中滑輪質(zhì)量不能忽略，則該測量方法對(duì)結(jié)果有定的影響。小明認(rèn)為可以通過調(diào)節(jié)滑片來消除這種影響。請(qǐng)指出為了消除滑輪質(zhì)量的影響，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)滑片位置并說明理由。13．（2021·江北模擬）某款水位自動(dòng)測控儀的測量原理如圖甲所示，電源電壓U恒為15V，定值電阻R0＝10Ω，R1為一豎直固定的光滑金屬棒，總長40cm，阻值為20Ω，其接入電路的阻值與對(duì)應(yīng)棒長成正比。彈簧上端固定，滑片P固定在彈簧下端且與R1接觸良好，滑片及彈簧的阻值、重力均不計(jì)。圓柱體M通過無伸縮的輕繩掛在彈簧下端，重80N，高60cm，底面積為100cm2。當(dāng)水位處于最高位置A時(shí)，M剛好浸沒在水中，此時(shí)滑片P恰在R1最上端；當(dāng)水位降至最低位置B時(shí)，M的下表面剛好離開水面。已知彈簧所受拉力F與其伸長量△L的關(guān)系如圖乙所示。（已知ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg）閉合開關(guān)S，試問：（1）當(dāng)水位下降時(shí)，金屬棒接入電路的長度，電壓表示數(shù)。（兩空均填“增大”或“減小”）（2）當(dāng)水位處于位置A時(shí)，電壓表的示數(shù)為多少？（3）水位由位置A降至B這一過程，彈簧的長度增加了多少？定值電阻R0消耗的電功率變化了多少？14．（2021·普陀模擬）如圖是某商場前豎立的大型充氣金箍棒，工作人員用充氣泵把空氣源源不斷地打入金箍棒中。某科學(xué)興趣小組的兩位同學(xué)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，提出了不同的方法來估算它所受到空氣浮力的大小。小胡：根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因，計(jì)算充氣金拖棒上下表面的壓力差，就是浮力的大小。小奇：根據(jù)課內(nèi)掌握阿基米德原理，用其原理公式計(jì)算浮力，兩位同學(xué)通過測量發(fā)現(xiàn)此金箍棒可以看做上下底面積3m2、高10m的圓柱體，并查閱資料，發(fā)現(xiàn)海拔2000m以內(nèi)，每升高10m，大氣壓降低100Pa左右，且地面附近空氣的密度為1.3kg/m3（1）請(qǐng)你根據(jù)小胡和小奇的方法，分別估算該充氣金箍棒受到的浮力大小。（2）雖然各有誤差，兩位同學(xué)都發(fā)現(xiàn)充氣金箍棒受到的浮力不足以抵消其自身的重力，也就無法漂浮，若要使充氣金棒“浮”在空中，應(yīng)采用什么方法?。（3）同組的小峰同學(xué)發(fā)現(xiàn)，充滿氣的金箍棒氣球，哪怕密封得很嚴(yán)，也會(huì)隨著時(shí)間的推移而慢慢漏氣。你能解釋其中的原因嗎?。15．（2021·慈溪模擬）按照“五水共治、治污先行”的原則，某市許多河道內(nèi)放置了水生植物生長的平臺(tái)——綠色生態(tài)浮島(如圖所示)。綠色生態(tài)浮島具有凈化水體、改善河道生態(tài)的作用。請(qǐng)回答下列有關(guān)問題：（1）生態(tài)浮島上的植物對(duì)水體凈化的原理主要是能夠吸收水中的元素，從而抑制水中藻類等浮游植物的生長。（2）為了達(dá)到理想的治污效果，浮島植物的選擇很重要。你認(rèn)為選擇浮島植物應(yīng)該考慮下列因素中的(選填數(shù)字序號(hào))。①適合水中生長，具有發(fā)達(dá)的根系②具有較強(qiáng)的抗污、抗病能力③容易培植，生長較快（3）浮床是浮島植物生長的固定器，由耐用的漂浮材料組成。若某組浮床種植植物后，浮床露出水面部分的體積減少了0.2m3，則至少種植了重為多少牛的植物？(寫出計(jì)算過程)16．（2021·婺城模擬）2020年11月10日，我國具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“奮斗者”號(hào)載人潛水器(如圖)任馬里亞納海溝成功坐底，此次坐底深度10909米，創(chuàng)造了中國載人深潛的新紀(jì)錄?！皧^斗者”號(hào)的關(guān)鍵技術(shù)是耐高壓材料和固體浮力材料，以鈦合金為“蛋形艙體”的外殼，海試時(shí)承受住約1.12×108帕的壓強(qiáng)，外殼總體積約34米3，滿載質(zhì)量約36噸，含4塊共2噸左右的壓載鐵，準(zhǔn)備上浮時(shí)需要拋掉壓載鐵即可實(shí)現(xiàn)上浮。請(qǐng)回答(海水密度取1.0×103干克/米3，g取10牛/千克)：（1）下列關(guān)于潛水器下沉和上浮時(shí)的敘述中正確的有；A．浸入越深受到海水壓強(qiáng)越大B．下沉?xí)r受到的浮力一直會(huì)變大C．坐底后對(duì)海床沒有壓力作用D．拋掉壓載鐵后浮力大于重力才能上?。?）“奮斗者”號(hào)載人潛水器坐底時(shí)艙體受到的浮力有多大？（3）“奮斗者”號(hào)載人潛水器海試時(shí)所承受的壓強(qiáng)相當(dāng)于干多少噸的物體直接作用在4米2的水平地面上？17．（2021·嵊州模擬）興趣小組自制簡易“浸沒式液體密度計(jì)”，活動(dòng)過程如下：①將一實(shí)心小球懸掛在彈簧測力計(jì)下方，靜止時(shí)測力計(jì)示數(shù)為5牛（圖甲）；②將小球浸沒在水中，靜止時(shí)測力計(jì)示數(shù)為4牛（圖乙）；③將小球浸沒在某未知液體中，靜止時(shí)測力計(jì)示數(shù)為3牛（圖丙）。求：（1）小球在水中受到浮力。（2）小球的體積。（3）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)過程及該密度計(jì)的構(gòu)造，下列說法合理的是。A．小球的密度為3×103kg/m3B．丙圖容器內(nèi)所裝液體的密度為3×103kg/m3C．該浸入式液體密度計(jì)的最大測量值為5×103kg/m3D．該浸沒式液體密度計(jì)的刻度值分布均勻18．（2021·下城模擬）一個(gè)密度為3×103kg/m3、體積為200cm3的長方體實(shí)心物體用細(xì)線拉著，緩慢浸入水中直到與柱形薄壁容器底部接觸（如圖所示）。容器底面積為2×10－2m2。取g=10N/kg。求：（1）物體浸沒在水中時(shí)受到的浮力。（2）甲、乙兩圖中水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)差。（3）當(dāng)丙圖中F3為1N時(shí)，求甲、丙兩圖中容器對(duì)水平桌面的壓力差。19．（2021·樂清模擬）小明設(shè)計(jì)了一測液體密度的裝置，如圖甲。高薄壁柱形平底容器的底面積為200厘米2、M為重1牛，邊長10厘米的正方體，內(nèi)有600厘米3空心體積的密閉塑料盒子，將拉力傳感器裝在一細(xì)桿中，其體積忽略不計(jì)。將裝滿被測液體的M，掛在天花板上，向容器中緩慢勻速注水，根據(jù)壓力傳感器顯示受力的大小與注水時(shí)間測出液體的密度。某次實(shí)驗(yàn)時(shí)注水速度為100厘米3/分，壓力傳感器顯示受力的大小如圖乙所示。

（1）加水前物體M的下表面到容器底的距離為厘米；（2）根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算這種液體的密度。20．（2021·余杭模擬）一盛水的圓柱形平底容器靜置于水平桌面上，容器的底面積為200cm2，容器和水的總重為100N；用一輕質(zhì)細(xì)繩（繩的粗細(xì)和重力均不計(jì)）將一圓柱體M掛在彈簧測力計(jì)上，此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)為24N，如圖甲所示；讓圓柱體M從水面上方沿豎直方向緩慢浸入水中直至浸沒，此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)為16N，如圖乙所示；然后將輕質(zhì)細(xì)繩剪斷，圓柱體M最終沉在容器底部，如圖丙所示（不考慮水的阻力，上述過程中水均未溢出，g取10N/kg）。求：（1）圓柱體M的密度；（2）圓柱形平底容器處于圖丙所示狀態(tài)時(shí)比處于圖乙所示狀態(tài)時(shí)，對(duì)水平桌面的壓強(qiáng)增加了多少？21．（2020·南潯模擬）一個(gè)圓柱形容器放在水平桌面上，在容器中放著一個(gè)密度小于水的均勻圓柱體M，且圓柱體M通過細(xì)線與圓柱形容器底部相連，如圖甲所示（細(xì)線未畫出）?，F(xiàn)慢慢向容器中加水，圓柱形容器內(nèi)水面高度為h，如圖乙所示。測得水面高度h與所加水的質(zhì)量m的關(guān)系如圖丙所示。所加水量在3kg以內(nèi)的過程中無水溢出。（圖甲圖乙中圓柱體和容器大小，以及細(xì)繩的長度不具有暗示意義）求：（1）由甲圖可知圓柱體M剛好漂浮時(shí)容器中水的深度h=8cm，請(qǐng)回答圓柱體M的高度H=cm。（2）圓柱體M的密度;（3）圓柱體M的的重力;22．（2020·杭州模擬）小葉想要知道一塊形狀不規(guī)則的塑料泡沫浸沒時(shí)所受的浮力大小，身邊只有一個(gè)輕質(zhì)滑輪，一把輕質(zhì)硬木刻度尺，一個(gè)密度小于水的正方體木塊，一個(gè)盛有適量水的水槽和線繩.測量步驟如下：①如圖甲所示，將塑料泡沫和木塊分別掛在刻度尺兩端，使杠桿水平平衡，讀出力臂l1和l2；②用刻度尺測量出正方體的邊長為a，把木塊放入水槽中，如圖乙所示，用刻度尺測出它的下表面到水面的距離為h；③如圖丙所示，用此裝置使塑料泡沫浸沒在水中，并使杠桿水平平衡，讀出力臂l1和l3.請(qǐng)用已給出的符號(hào)表示（水的密度用ρ水表示）：（1）木塊的重力G木。（2）塑料泡沫的重力G塑。（3）塑料泡沫受到的浮力。23．（2020·富陽模擬）如圖甲所示，水平放置的方形