初中物理难题解析系列:浮力压强综合计算分类(一)

发布于 2021-04-21 08:24 ,所属分类:知识学习综合资讯

中国院士介绍:

彭士禄

中国核潜艇之父

彭士禄(1925.11.18-2021.03.22),汉族,中国共产党英烈彭湃之子,广东省汕尾市海丰人,中国第一任核潜艇总设计师,中国工程院首批及资深院士,被誉为“中国核潜艇之父”。他是中国中共十一大、十二大、十三大党代会代表,中共十二大候补中央委员,四届及八届全国人大代表,八届全国人大常委会委员、人大环保与资源委员会委员。现任中国核工业集团公司顾问、中国核学会名誉理事长。

1956年,彭士禄毕业于苏联莫斯科化工机械学院,后又在苏联莫斯科动力学院核动力专业进修。1958年回中国后一直从事核动力的研究设计工作,曾先后被任命为中国造船工业部副部长兼总工程师、中国水电部副部长兼总工程师、中国广东大亚湾核电站总指挥、中国国防科工委核潜艇技术顾问、中国核工业部总工程师兼科技委第二主任、中国秦山二期核电站联营公司首任董事长。

彭士禄是中国著名的核动力专家,中国核动力领域的开拓者和奠基者之一,为中国核动力的研究设计做出了开创性工作。2020年1月16日,核工业功勋榜发布,彭士禄作为我国第一任核潜艇总设计师而上榜。

2021年3月22日,彭士禄在北京逝世,享年96岁。

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▲ 知识点讲解

一、计算压强的方法

1.公式p=F/S普遍适用,p=ρgh适用于液体和各种直柱体。

2.对于固体,先求出压力,再求压强。

3.对于液体,先求压强,再求压力。

二、计算浮力的方法

1.称重法:F浮=G-F(F表示的物体浸在液体中弹簧测力计示数)。

2.压力差法:F浮=F向上-F向下(用浮力产生的原因求浮力)。

3.阿基米德原理法:F浮=G排或F浮=ρ液V排g(知道物体排开液体的质量或体积时常用)。

4.平衡法:F浮=G物,适用于漂浮或悬浮的自由状态的物体。

三.漂浮问题“五规律”:

规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它所受的重力;(二力平衡)

规律二:同一物体在不同液体里漂浮,所受浮力相同;(二力平衡)

规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;

规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;

规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的浮力。


命题点一:利用公式F浮=F下-F上计算

1.如图所示,将长方体物块A完全浸没在水中,此时弹簧测力计的示数为10N,若物块上、下表面所受水的压力分别为18N和23N,则物块A的质量是多少kg?(g=10N/kg)

【解析】物块A所受的浮力

F浮=F下表面﹣F上表面=23N﹣18N=5N;

物块A的重力是

G=F浮+G视=5N+10N=15N。

据G=mg得:

m===1.5kg。

答:物块A的质量是1.5kg。


命题点二:利用公式F浮=G-F示计算

2.如图所示,重为19.6牛的物块A静止在水中,此时弹簧测力计的示数为4.9牛。

①求物块A受到的浮力F浮。

②求物块A的体积V物。


【解析】解:

(1)该物体A受到的浮力:

F浮=G﹣F=19.6N﹣4.9N=14.7N;

(2)根据F浮=ρ液gV排可得排开水的体积:

V排=

=

=1.5×10﹣3m3;

由于物体处于浸没状态,则物块A的体积

V物=V排=1.5×10﹣3m3。

答:①物块A受到的浮力F浮=14.7N。

②物块A的体积V物=1.5×10﹣3m3。


命题点三:利用公式F浮=ρ液V排g计算

3.某容器放在水平桌面上,盛有足量的水。现将体积为1.25×10﹣4m3、质量为0.4kg的实心正方体放入水中,正方体不断下沉,直到沉底,如图所示。(已知ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)求:

(1)正方体受到的重力的大小;

(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮;

(3)容器底部对正方体的支持力的大小和正方体对容器底部的压强。

【解析】解:

(1)正方体的重力

G=mg=0.4kg×10N/kg=4N;

(2)正方体浸没在水中,

V排=V=1.25×10﹣4m3,

则

F浮=ρ水gV排

=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.25×10﹣4m3

=1.25N;

(3)正方体沉在底部,由于处于静止状态,则受力平衡,

即G=N+F浮,

所以,N=G﹣F浮=4N﹣1.25N=2.75N;

由于支持力与压力是一对相互作用力,则可知正方体对容器底部的压力

F=N=2.75N,

正方体的边长

L===0.05m,

则正方体对容器底部的压强

p==1.1×103Pa。

答:(1)正方体受到的重力的大小为4N;

(2)正方体浸没在水中受到的浮力的大小F浮=1.25N;

(3)容器底部对正方体的支持力的大小为2.75N,正方体对容器底部的压强为1.1×103Pa。

精选习题解答

1.如图所示,弹簧测力计下面悬挂一个重16 N的物体,当把物体浸没在水中时,弹簧测力计示数为10 N,此时容器内水的深度为0.3 m(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10 N/kg),求:

(1)水对容器底部的压强;

(2)物体受到水的浮力;

(3)物体排开水的体积.

【答案】

(1)水对容器底的压强是:

p=ρgh=1.0×103kg/m3×10 N/kg×0.3 m=3×103Pa

(2)物体受到水的浮力是:

F浮=G-F=16 N-10 N=6 N

(3)由F浮=ρ水gV排得:

物体排开水的体积是:

V排=ρ水gF浮=1.0×103kg/m3×10 N/kg6 N=6×10-4m3.


2.如图所示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3.0×10-2m3,已知该水上自行车的总质量为25 kg,不计车轮浸入水中的体积。(g取10 N/ 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 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。

【答案】

(1)当自行车停放在水面上没人骑行时处于漂浮状态,则自行车受到的浮力

F浮=G车=m车g=25 kg×10 N/kg=250 N,

由F浮=ρgV排可得气囊排开水的总体积

V排=F浮/ρ水g

=250N/1.0×103 kg/m3×10 N/kgN

=0.025 m3 

(2)当质量为75 kg的人骑行恰好漂浮时,则受到的浮力

F浮′=G总=(m人+m车)g=(75 kg+25 kg)×10 N/kg=1 000 N,

排开水的体积

V排′=F浮/ρ水g=1.0×103 kg/m3×10 N/kg1 000 N

=0.1 m3,

剩余气囊的总体积

V=4×3.0×10-2m3=0.12 m3,

因V排<V,所以该自行车能安全骑行

3.如图甲所示,有一种圆柱形薄壁烧杯,它的底面积为50 cm2,烧杯自重1.2 N,置于水平桌面上,在烧杯内倒入200 mL的盐水时,杯底所受盐水的压强为440 Pa.(g=10 N/kg)求:

(1)烧杯内盐水的密度;

(2)烧杯对桌面的压强;

(3)如图乙所示,把一个鸡蛋轻轻放入盐水中,鸡蛋刚好悬浮,液面上升到250 mL刻线处,求鸡蛋的重力.

【答案】(1)烧杯内盐水深度

h=SV=50 cm2200 cm3=4 cm=0.04 m

由p=ρgh可得,

烧杯内盐水密度

ρ=ghp=10 N/kg×0.04 m440 Pa=1.1×103kg/m3

(2)烧杯内盐水重力

G盐水=F=pS=440 Pa×50×10-4m2=2.2 N

烧杯对桌面的压强

p′=SF′=SG杯+G盐水=50×10-4 m21.2 N+2.2 N=0.68×103Pa=680 Pa

(3)鸡蛋放入盐水中,排开盐水的体积:

V排=250 cm3-200 cm3=50 cm3

F浮=ρ液gV排=1.1×103kg/m3×10 N/kg×50×10-6m3

=0.55 N

因为鸡蛋悬浮,所以

G物=F浮=0.55 N

4.图甲是修建码头时用钢缆绳拉着实心长方体A沿竖直方向以0.3 m/s的速度匀速下降的情景。图乙是A下降到水底之前钢缆绳对A的拉力F随时间t变化的图象(水的密度为ρ=1.0×103kg/m3,g取10 N/ kg)。求:

(1)长方体A的高度。

(2)长方体A浸没在水中后受到的浮力。

(3)长方体A的密度。

【答案】

(1)由图乙可知,长方体A从下底面接触水面到刚好浸没所用的时间

t=15 s-10 s=5 s,

根据v=ts可得,长方体A的高度

s=vt=0.3 m/s×5 s=1.5 m 

(2)由图乙可知,前10 s钢绳拉力不变,等于物体A的重力,此时物体在水面以上,所以拉力与重力是一对平衡力,

则G=F=3×104N,

10~15 s,钢绳的拉力减小,是物体A从与水面接触到刚好完全浸没,由图可知,当A完全浸入水中时,

拉力F′=1×104N,

所以A完全浸没受到的浮力

F浮=G-F′

=3×104N-1×104N

=2×104N 

(3)根据F浮=ρ水gV排可得,

A的体积

V=V排=ρ水gF浮

=1×103 kg/m3×10 N/kg2×104 N

=2 m3,

所以A的密度

ρ=Vm=VgG

=2 m3×10 N/kg3×104 N

=1.5×103kg/m3



1935年方志敏在《可爱的中国》里写道:

朋友,我相信,到那时,到处都是活跃的创造,到处都是日新月异的进步,欢歌将代替了悲叹,笑脸将代替了哭脸,富裕将代替了贫穷,康健将代替了疾病,智慧将代替了愚昧,友爱将代替了仇恨,生之快乐将代替了死之忧伤,明媚的花园将代替了暗淡的荒地!这时,我们民族就可以无愧色的立在人类的面前,而生育我们的母亲,也会最美丽地装饰起来,与世界上各位母亲平等的携手了。

1919年,青年毛泽东在《湘江评论》创刊词中疾呼:

“天下者,我们的天下。国家者,我们的国家。社会者,我们的社会。我们不说,谁说?我们不干,谁干?”



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