7章密度與浮力.doc

第七章密度與浮力一、（15分）（1996年復(fù)賽）小華用一只有頸圓柱形的塑料飲料瓶和一桶水、一把尺就巧妙地測(cè)出了食用油的密度。寫出他的操作步驟，用字母代表測(cè)量量，推導(dǎo)出計(jì)算密度的公式。答案：(1)剪去飲料瓶的上部，保留中間的圓柱部分。(2)瓶中放入幾個(gè)石塊和少量水，使水沒(méi)過(guò)石塊，將它放入桶中。使它浮在水面上，測(cè)量露出水面的瓶高h(yuǎn)1。(3)在瓶?jī)?nèi)注入一些待測(cè)的食用油，測(cè)量瓶?jī)?nèi)水面上的油層厚度H。(4)再次將瓶放入桶中，測(cè)量露出水面的瓶高h(yuǎn)2。推導(dǎo)計(jì)算油的公式：瓶的直徑記為D，第一次放入桶中以后，排開(kāi)水的體積記為V1，注入食用油后排開(kāi)水的體積記為V2，于是水的密度記為水，根據(jù)阿基米德原理，食用油所受的重力為：mg=水(V2V1)g11（1997年全國(guó)復(fù)賽）已知磚的密度為1.5103千克/米3，用長(zhǎng)25厘米、寬12厘米、厚6厘米的磚塊砌房子的墻，若房子內(nèi)外墻的總面積為720平方米，墻的厚度為25厘米，則修建此房約需磚_塊，如果汽車一次能裝載4噸，則最少要拉_次才能將這些磚拉來(lái)。答案：5104，3415（1997年全國(guó)復(fù)賽）有一塊金、銅合金塊，總質(zhì)量為185.5克，合金塊的體積為15厘米3，已知金=19.3103千克/米3，銅=8.9103千克/米3，則可知此合金含金_克。答案：95.6九、（13分）（1998年全國(guó)復(fù)賽）有一個(gè)形狀不規(guī)則的石蠟塊，現(xiàn)要測(cè)出它的密度，但身邊沒(méi)有天平，也沒(méi)有量筒，只有兩個(gè)可以放進(jìn)石蠟塊的杯子和一根自行車胎氣門芯用的細(xì)長(zhǎng)橡皮管，還有一桶水和一根大頭針。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)出這塊石蠟的密度。（要求寫出實(shí)驗(yàn)的原理和主要步驟，并導(dǎo)出計(jì)算石蠟的密度的公式。）答案：1，原理：當(dāng)石蠟塊漂浮在水面時(shí)，由F浮=G (1分) 可得：蠟=水 . (2分)設(shè)從同一水位高度，從同一根膠皮滴管滴出的每滴水滴的體積V0相同，則有 V排=n1V0 , V蠟=n2V0. (1分) (1分) 蠟=水 .2實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 將杯子甲裝滿水，輕輕放入待測(cè)蠟塊，排除部分水之后，小心取出蠟塊。用另一個(gè)杯子乙裝滿水，利用橡皮滴管的虹吸現(xiàn)象，把乙杯中的水逐滴滴入甲杯，直至甲杯水位恢復(fù)原來(lái)裝滿的狀態(tài)。此過(guò)程中必須記下滴入甲杯的全部水滴數(shù)n1. （3分）（2）在將蠟塊用大頭針頂住，使之完全浸入甲杯水中，待完全排出后，小心取出蠟塊，再重復(fù)上一步驟的方法，將水逐滴滴滿甲杯，記下這次總水滴數(shù)n2。 (3分)3公式： 蠟=水 . （1分）二、（10分）（1999年全國(guó)復(fù)賽）小明用薄玻璃管做了一個(gè)液體密度計(jì)，他先把管的下端密封，裝入少許鉛粒，然后豎直放入水中，在水的位置做個(gè)刻度，標(biāo)為1.0。這個(gè)刻度的單位是什么？如果再設(shè)法做出其它刻度，較大的刻度是在上面還是在下面？管中為什么要放入鉛粒？如果不放入鉛粒，對(duì)這種物質(zhì)的密度有什么要求？答案：1.0的單位是g/cm3，較大的刻度在下面。管中放入鉛粒是為了使管能直立在液體中，如果不放鉛粒而放別的顆粒，這種物質(zhì)的密度越大越好。四、（14分）（第十二屆全國(guó)復(fù)賽）已知空氣的的密度為1.29kg/m3估算人體在空氣中受到的浮力。答案：游泳時(shí)，可以用呼吸控制人在水中的浮沉，這個(gè)事實(shí)說(shuō)明人體的密度與水的密度大致相同。由此可以算出人的體積這也是人排開(kāi)空氣的體積。人受到的空氣浮力則為人的質(zhì)量以60kg計(jì)，代入數(shù)值，得 F0.8N一、（第十四屆全國(guó)復(fù)賽）1998年某地區(qū)遭受特大洪澇災(zāi)害。為了抗洪搶險(xiǎn)，急需在20 h 內(nèi)從甲地調(diào)運(yùn)65 t 鋼材到乙地?，F(xiàn)僅剩下一艘滿載時(shí)排水量為80 t 的貨船，船身（包括船員）質(zhì)量約17 t ，已知甲、乙兩地的水路距離為80 km ，船行駛的平均速度為10 km/h（不計(jì)水流速度）。（1）請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)完成此項(xiàng)任務(wù)的可行性方案；（2）通過(guò)分析、計(jì)算，找出最佳方案。（鋼材的密度為7.9103 kg/m3）答案：（1）設(shè)計(jì)方案：根據(jù)問(wèn)題中所給條件，又在這種特定情況下，可以把部分鋼材放在船體外的水中，并設(shè)法將其“貼”在船體上為防止船體發(fā)生傾斜，船體兩側(cè)所放置鋼材的質(zhì)量應(yīng)該相等（2）最佳方案：設(shè)放置在船體兩側(cè)鋼材的質(zhì)量為m，因船與船體外鋼材組合的整體浮在水面上，故F浮=G，即 F船浮+F外鋼浮=G船+G鋼代入數(shù)據(jù)后F船浮=80103kg10N/kg=8105NF外鋼浮=1103kg/m310N/kg(m7.9103kg/m3)G船+G鋼（6517）103kg10N/kg8.2105N從以上各式求得m=15.8103kg=15.8t 在這種極特殊的情況下(正常情況下是不可取的)，只能采用把至少158t鋼材均分放置在船外兩側(cè)的水中且緊貼船體，經(jīng)t=s/v=80km10km/h=8h即可送到乙地。 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： (1)7分； (2)7分四、（6分）（1992年全國(guó)初賽）一種廁所便桶水箱結(jié)構(gòu)如圖（圖中略去了向水箱中注水的裝置）。出水口上的橡膠蓋是空心的，放水時(shí)它漂浮在水面上，水從出水口流出，如圖(a)。隨著水的流出，水面降低，直到橡膠蓋蓋住出水口，放水過(guò)程結(jié)束。注水過(guò)程中和注滿水后，橡膠蓋都蓋住出水口，如圖(b)。1請(qǐng)你判斷，圖(a)中空心橡膠蓋所受的重力與它所受的浮力大小有什么關(guān)系。2請(qǐng)你說(shuō)明，圖(b)中為什么橡膠蓋能緊緊地蓋在出水口而不浮起。3這種裝置的一個(gè)重要缺點(diǎn)是，每次沖便桶都要用掉一箱水。為節(jié)約用水，請(qǐng)你對(duì)橡膠蓋做些改造，使得按下手柄時(shí)橡膠蓋抬起放水，放開(kāi)手柄后橡膠蓋能立即蓋上出水口，停止放水。答案：1相等2圖(b)中橡膠蓋受到注水從上向下的壓力卻幾乎不受水從下向上的壓力，所以橡膠蓋不受浮力，不會(huì)浮起。3在橡膠蓋上打孔，填入砂?；蛟谙鹉z蓋上加重物使它們所受的總重力大于它們完全浸沒(méi)水中時(shí)所受的浮力。七、（8分）（1992年全國(guó)初賽）不同品種，不同產(chǎn)地的小麥，即使麥粒都很飽滿，其中各種成分的比例及麥粒的堅(jiān)實(shí)度也不一樣，因此麥粒的密度也略有不同。請(qǐng)你利用實(shí)驗(yàn)課上用過(guò)的儀器，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)定飽滿麥粒密度的實(shí)驗(yàn)方案，要求：1寫明所需器材、測(cè)量步驟及操作中為減小誤差而需要注意的事項(xiàng)；2用字母代表物理量，寫出計(jì)算麥粒密度的公式。答案：器材：天平、量筒、水步驟(1)量筒中裝入適量的水，記下水的體積V1；(2)取一些麥粒，數(shù)量以倒入量筒不使水面超過(guò)最大刻度為限，用天平稱出質(zhì)量m；(3)把麥粒倒入量筒，記下這時(shí)的量筒讀數(shù)V2。為減小誤差需注意的事項(xiàng)：除去癟粒，選用的麥粒要干凈，（不帶泥土雜物）；把麥粒倒入量筒的水中以后要適當(dāng)搖晃，排出氣泡；麥粒不可在水中浸泡時(shí)間太長(zhǎng)，測(cè)量失敗重作時(shí)要用新粒。7（1993年全國(guó)初賽）量筒做得細(xì)而高（圖3所示），不做成粗而矮的形狀，這主要是因?yàn)?C A實(shí)驗(yàn)中，細(xì)高的量筒便于操作。B細(xì)高的量筒可以做出相對(duì)較大的底座，增加穩(wěn)度。C細(xì)高的量筒與粗矮的相比，相應(yīng)的刻度間隔較大，便于準(zhǔn)確地讀數(shù)。D粗矮量筒中的液體較多，筒壁所受壓強(qiáng)較大，需用較厚的玻璃，因而不便讀數(shù)。3（1993年全國(guó)初賽）圖7所示，水中有甲、乙兩支密度計(jì)，水面與甲的最上端刻度齊，與乙的最下端刻度齊，在回答“測(cè)牛奶的密度應(yīng)該用哪支密度計(jì)？”這個(gè)問(wèn)題時(shí)，一位同學(xué)用到了以下7句話：(1)把密度計(jì)放入牛奶中它會(huì)漂浮在液面上：(2)密度計(jì)漂浮在任何液體的液面上時(shí)，它所排開(kāi)的液體受到的重力都與它自身受到的重力相等；(3)牛奶的密度大于水的密度；(4)一定體積的牛奶受到的重力大于同體積的水重；(5)密度計(jì)排開(kāi)較小體積的牛奶就可以獲得足夠的浮力；(6)密度計(jì)漂浮在牛奶中的位置要比在水中的位置高一些；(7)應(yīng)該選用密度計(jì)甲。這些話中有的是多余的，采用下列哪種說(shuō)法可以把問(wèn)題講得既精練又準(zhǔn)確？ B A(1)(2)(3)(4)(6)(7)B(2)(3)(5)(6)(7)C(2)(3)(5)(6)D(2)(3)(4)(7)五、（7分）（1993年全國(guó)初賽）圖10為一種設(shè)計(jì)中的牲畜飲水用自動(dòng)裝置。底蓋A平時(shí)頂住水箱的出水口，一旦飲水槽水位下降，浮子受到的浮力減小，水就從小箱流入飲水槽。設(shè)計(jì)中水箱水位最高為60厘米，水箱出水口直徑是6厘米，底蓋A及豎桿B的總質(zhì)量是420克，浮子D的質(zhì)量是580克，體積是2分米3，橫桿C的質(zhì)量可以忽略。通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，這個(gè)自動(dòng)裝置在水箱蓄滿水時(shí)不能正常工作。答案：如圖13所示，作用于底蓋、豎桿和浮子的力有：向上的浮力：F浮=Vg=10321039.8=19.6（牛）向下的總重力：G總=(0.42+0.58)9.8=9.8（牛）水箱的水向下的壓力：F壓=ghS=1039.80.63.140.032=16.6（牛）向下的力的總和F向下=G總+F壓=26.4牛F浮底蓋A將下移，裝置無(wú)法正常工作。2(1994年全國(guó)初賽)一個(gè)質(zhì)量為50千克的人，他整個(gè)身體的體積大約是 C A0.005米3。B0.01米3。C0.05米3。D0.l米3。4(1994年全國(guó)初賽)有四種飛行器：（l）直升飛機(jī)；(2)飛艇；(3)熱氣球；(4)滑翔機(jī)。其中利用空氣浮力升空的是 B A(1)和(4)。B(2)和(3)。C(1)和(3)。D(2)和(4)。六、（7分）(1994年全國(guó)初賽)常用浮筒打撈海底沉船。充滿海水的浮筒靠自重下沉，向浮筒內(nèi)充氣，將筒內(nèi)海水排出，浮筒即產(chǎn)生上舉力。浮筒為用鋼制成的空心圓柱體，若底面外半徑r=5米，外高L=12米，其質(zhì)量為2105千克，當(dāng)浮筒沉入60米深處時(shí)，充氣的壓強(qiáng)至少應(yīng)為多少個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)才能把筒內(nèi)的氣體排出？它能產(chǎn)生多大的上舉力？（略去充入氣體的質(zhì)量。海水的密度=1.03103千克米3）答案：P=7標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；上舉力FC=7.55106牛9(1995年全國(guó)初賽)測(cè)定血液的密度不用比重計(jì)（圖為這樣做需要的血液量太大），而采用巧妙的辦法：先在幾個(gè)玻璃管內(nèi)分別裝入濃度不同的、呈淡藍(lán)色的硫酸銅溶液，然后分別在每個(gè)管中滴進(jìn)一滴血液。分析人員只要看到哪一個(gè)管中血滴懸在中間，就能判斷血液的密度。其根據(jù)是 C A帕斯卡定律。B液體內(nèi)同一深度各方向壓強(qiáng)相等。C物體的浮沉條件。D血滴上部所受硫酸銅溶液的壓強(qiáng)等于下部所受硫酸銅溶液的壓強(qiáng)。10(1995年全國(guó)初賽)某同學(xué)用托盤天平測(cè)一物體的質(zhì)量，測(cè)量完畢后才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤地將物體放在了右盤，而將砝碼放在了左盤。因無(wú)法重測(cè)，只能根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)定值。他記得當(dāng)時(shí)用了50g、20g和10g三個(gè)砝碼，游碼位置如圖所示，則該物體的質(zhì)量為 B A81.4g。B78.6g。C78.2g。D81.8g。1(1995年全國(guó)初賽)某工廠生產(chǎn)酒精，要求含水量（按質(zhì)量計(jì)算）不超過(guò)10，他們用抽測(cè)密度的方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢查，則合格酒精的密度應(yīng)在_千克米3至_千克米3范圍內(nèi)。（不考慮酒精與水混合后的體積變化）答案：0.8103 0.816103或0.821032(1995年全國(guó)初賽)兒童練習(xí)游泳時(shí)穿的一種“救生衣”實(shí)質(zhì)是將泡沫塑料包縫在背心上。使用時(shí)，穿上這種“救生衣”，泡沫塑料位于人的胸部。為確保人的安全，必須使人的頭部露出水面兒童的體重約為300牛，人的密度約為l.06103千克米3，人的頭部體積約占人體總體積的十分之一，泡沫塑料的密度約為10千克米3，則此兒童使用的“救生衣”的最小體積為_(kāi)。答案：4.6710-2米312（1996年全國(guó)初賽）如圖3，燒杯中的冰塊漂浮在水中，冰塊上部高出杯口，杯中水面恰好與杯口相平。待這些冰塊全部熔化后， B A將有水從燒杯中溢出。B不會(huì)有水從燒杯中溢出，杯中水面也不會(huì)下降。C燒杯中水面會(huì)下降。D熔化過(guò)程中水面下降，完全熔化后有水溢出。1、（1998年全國(guó)初賽）氫氣球上升的過(guò)程中將出現(xiàn)的現(xiàn)象是：D上升到最大高度后由于受到的浮力等于重力，會(huì)長(zhǎng)期懸浮在空中；由于受到的浮力大于重列車長(zhǎng)，氣球一直上升；因?yàn)楦呖諟囟群艿?，球?nèi)氣體遇冷收縮，氣球體積越來(lái)越??；因?yàn)樯铣淌竭^(guò)程中球內(nèi)壓強(qiáng)大于球外壓強(qiáng)，氣球不斷膨脹，到一定高度后氣球破裂。4、（1998年全國(guó)初賽）某地質(zhì)勘探隊(duì)將設(shè)備裝在木筏上渡河，若不載貨物，人和木筏共重為，木筏露出水面的體積是木筏總體積的，則此要筏的載貨重到多為（ ）。答案： 9、（1998年全國(guó)初賽）已知某種食用油的密度為千克米，現(xiàn)在準(zhǔn)備了個(gè)容量為升的飲料瓶去商店采購(gòu)食油，最多可裝（ ）千克食油。答案：3(1999年全國(guó)初賽)已知空氣的密度為1.29千克/米3，人體的平均密度與水的密度相當(dāng)。質(zhì)量為60千克的人在空氣中受到的浮力大約是_牛。答案：0.76。答案在0.757至0.774之間都給分。7. （2000年全國(guó)初賽） 一個(gè)雞蛋的質(zhì)量、課本中一張紙的厚度、一塊橡皮從桌上落到地面所用的時(shí)間，大約分別為： C A. 60克、0.8毫米、0.5秒； B. 10克、80微米、5秒；C. 60克、80微米、0.5秒； D. 10克、0.8毫米、5秒。8. （2000年全國(guó)初賽） 一艘宇宙飛船關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后在大氣層外繞地球飛行，飛船內(nèi)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是：D A. 物體的質(zhì)量消失； B. 物體自由下落的速度變快；C. 蠟燭正常燃燒； D. 水滴呈球形漂浮在空氣中。3. （2000年全國(guó)初賽） 下圖為測(cè)量降水量的雨量筒，無(wú)風(fēng)時(shí)正確的使用方法如圖甲所示。有風(fēng)時(shí)正確的使用方法為圖 所示；如果使用了圖中的錯(cuò)誤方法，測(cè)得的降水量將比實(shí)際降水量 （填“多”、“少”）。答案： 乙，多。4. （2000年全國(guó)初賽） 商店常用案秤稱量貨物的質(zhì)量（如圖）。稱量時(shí)，若在秤盤下粘了一塊泥，稱量的結(jié)果比實(shí)際質(zhì)量 （填“大”、“小”）；若砝碼磨損了，稱量的結(jié)果比實(shí)際質(zhì)量 （填“大”、“小”）；若調(diào)零螺母的位置比正確位置向右多旋進(jìn)了一些，稱量的結(jié)果比實(shí)際質(zhì)量-（填“大”、“小”）。答案： 大，大，小。1. (十一屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽)宇宙飛船進(jìn)入預(yù)定軌道并關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，在太空運(yùn)行，在這飛船中用天平測(cè)物體的質(zhì)量，結(jié)果是（D）A.和在地球上測(cè)得的質(zhì)量一樣大B. 比在地球上測(cè)得的大C. 比在地球上測(cè)得的小D.測(cè)不出物體的質(zhì)量4.(6分) (十三屆全國(guó)初中應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽)右圖是一臺(tái)常見(jiàn)的臺(tái)秤。參照天平的使用方法,從放置臺(tái)秤開(kāi)始,到稱出物品的質(zhì)量為止,說(shuō)出它的使用步驟。各步驟用序號(hào)(l)、(2)、（3）標(biāo)出。答案：.(1)把秤放到水平桌面上:(2)硅碼盤上不放磚碼,秤盤不放物品,游碼放到最左邊,調(diào)整調(diào)零螺絲使秤桿平衡:(3把被稱物品放到秤盤中:4從大到小依次把槽碼放到磚碼盤上進(jìn)行試稱,當(dāng)某一硅碼能夠壓下硅碼盤而比它小一級(jí)的硅碼剛好不能壓下時(shí),保留后一磚碼:(5移動(dòng)游碼,使秤桿平衡:6把所用槽碼上面刻寫的質(zhì)量數(shù)與游碼位置所標(biāo)的質(zhì)量數(shù)相加,就得到被稱物品的質(zhì)量.圖52（4分）（第十四屆全國(guó)應(yīng)用物理知識(shí)競(jìng)賽）在遠(yuǎn)洋輪船的船舷上，都漆著幾條“載重線”。輪船滿載時(shí)，水面不能超過(guò)規(guī)定的載重線。如圖5所示為一艘遠(yuǎn)洋輪船及載重線的示意圖，其中標(biāo)有W的是北大西洋載重線，標(biāo)有S的是印度洋載重線。運(yùn)用你學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，分析一下這種標(biāo)識(shí)說(shuō)明了什么？答案：不同海域的海水的密度不一樣，北大西洋