浮力是初中物理的一个重要知识点,以下是一个浮力综合题的例题和解答:
浮力综合题
有一个长方体,其上下底面积之比为3:2,把它放入水中后,上表面与水面相齐,下表面受到水的压力为2.94牛。求:
1. 该长方体的质量(g取10牛/千克)
2. 当该长方体上表面没入水中一定深度时,下表面受到水的压力为3.588牛,此时它受到的浮力是多大?
解答
首先,我们需要理解浮力的概念。浮力是指物体在流体中受到的向上托的力,这个力的大小等于物体所排开的流体的重力。
1. 对于第一个问题,我们可以根据浮力公式 F =ρgV,其中F是浮力,ρ是液体密度,V是物体排开液体的体积(也就是物体的体积),g是重力加速度,是一个常数,而V = S h,其中S是底面积,h是深度。
已知下表面受到水的压力为2.94牛,根据牛顿第三定律,这个压力大小等于物体受到的浮力。由于物体上下底面积之比为3:2,所以物体的高度h与底面积S的比例为2:3。因此,物体的体积可以表示为 V = 2S × h。
将这个体积代入浮力公式 F = ρgV,我们就可以得到物体的质量 m = F/g = ρVg/g = ρV = ρ × 2S h。
已知水的密度为1千克/升,所以该长方体的质量为:
m = 1 × 2 × (2.94/9.8) = 0.6千克
2. 对于第二个问题,由于上表面没入水中一定深度时,下表面受到水的压力为3.588牛,这个压力大小等于物体受到的浮力加上重力。因此我们可以得到浮力 F' = F - G = 3.588 - 0.6 × 10 = 3.588 - 6 = -2.4牛。由于浮力与重力方向相反,所以此时浮力大小为-2.4牛。
希望这个解答对你有所帮助!
例题:
有一个小木块,把它放在盛满水的溢水杯中,木块漂浮在水面上,并从杯中溢出10g水。若将该木块放在盛满煤油的溢水杯中,则木块将( )
A. 沉底
B. 悬浮
C. 漂浮
D. 无法确定
解析:
在水中时,木块受到的浮力为F_{浮} = G_{排} = m_{排}g = 10 × 10^{- 3}kg × 10N/kg = 0.1N。由于木块的密度小于水的密度,所以木块在水中漂浮。由于不知道木块的密度与煤油的密度大小关系,所以无法判断木块在煤油中的状态,故选D。
在解决浮力问题时,要灵活选择公式。当已知物体重力或质量时,可用G = mg求出重力再求浮力;当已知物体浸没在液体中的体积时,可用F_{浮} = G_{排} = rho_{液}gV_{排}求浮力;当已知物体排开液体的重力或质量时,可用G_{排} = mg或m_{排} = rho_{液}V_{排求出物体质量或密度。同时还要注意物体在液体中的状态。
初中物理浮力学综合题常见问题
一、物体的浮沉问题
1. 木块放入水中漂浮,石块放入水中沉底,比较木块和石块质量的大小。
2. 同一物体在水中是漂浮还是悬浮,与物体质量的大小有关吗?
二、物体的浮力问题
1. 物体在液体中受到的浮力大小是否与物体浸没的深度有关?
2. 铁球在水中沉底,能否通过改变条件使它浮起来?
三、浮力的应用
1. 如何利用浮力工作?比如轮船、潜水艇、气球等。
2. 如何让一个密度大于液体密度的物体漂浮在液体表面?
例题:
问题:一个体积为500cm³的木块,密度为0.6g/cm³,把它放入一个盛有水的容器中,待木块静止后处于什么状态?受到的浮力多大?
分析:木块放入水中后,受到重力、浮力和容器底的支持力的作用。根据平衡条件和阿基米德原理求解。
解:木块的质量为m = ρV = 0.6g/cm³ × 500cm³ = 300g = 0.3kg。
木块的重力G = mg = 0.3kg × 9.8N/kg = 2.94N。
木块静止时,受到的浮力F_{浮} = G_{排} = rho_{水}gV_{排} = 1 × 10^{3}kg/m^{3} × 9.8N/kg × (5 × 10^{- 6}m^{3}) = 4.9N < 2.94N。
所以木块漂浮在水面上,受到的浮力为F_{浮} = G = 2.94N。
答:木块静止时漂浮在水面上,受到的浮力为2.94N。