【题目】小明用空塑料瓶和细砂等实验器材探究影响浮力大小的因素。他根据生活经验提出了如下三种猜想,并举出了相应的实例。
猜想一:浮力大小与物体的密度有关。实例:铁块在水中下沉,木头可以浮在水面上;
猜想二:浮力大小与液体的密度有关。实例:鸡蛋在水中下沉,在盐水中可以浮起来;
猜想三:浮力大小与浸入液体中的深度有关。实例:泳池里,人下蹲时感觉到水向上托自己的力增大。
为了验证猜想是否正确,他进行了如下所示实验。
(1)根据步骤d和___________(填写序号),可以确定猜想二是正确的。
(2)根据步骤c和d可以验证猜想三是___________(正确/错误)的,对该猜想所对应的实例,合理的解释是___________。
(3)他观察c和d发现。物体排开液体的体积不变,浮力大小也没有发生改变,据此他认为浮力与排开的液体体积有关,你认为他这样分析判断是___________(正确/错误) 的,若按照这样的分析方法,由步骤c和d还能得出___________的结论(写出一种即可)。
(4)同学们讨论认为,猜想一和猜想二中的实例反映了物体的浮与沉可能与密度有关,要选用一个能漂浮在图e中盐水面上的物体,该物体密度应小于___________g/cm3.(计算结果保留2位小数)
【答案】 e 错误 人下蹲时,排开水的体积变大,受到的浮力变大 错误 浮力的大小与物体的密度有关 1.13
【解析】(1)探究浮力的大小与液体密度关系时,应控制物体的密度和排开液体的体积相同,改变液体的密度,由图可知d、e符合;(2)步骤c和d中,物体密度和排开液体的体积相同,浸没的深度不同,弹簧测力计的示数相同,受到的浮力相同,可以验证猜想三是错误的;对该猜想对应的实例,合理的解释是:在游泳池里,人越往下蹲排开水的体积越大,人受到的浮力越大,说明浮力的大小与物体排开液体的体积有关;(3)步骤c和d中,物体排开液体的体积不变,浮力大小也没有发生改变,不能说明物体排开液体体积不同时浮力不同,故小明得出浮力与排开的液体体积有关的方法是错误的;若按照这样的分析方法,物体的密度不变,由步骤c和d还能得出浮力的大小与物体的密度有关的结论;(4)由a、c两图知,物体浸没在水中所受浮力:F浮=G﹣F′=0.36N﹣0.06N=0.3N,物体浸没在盐水中受到的浮力:F浮′=G﹣F″=0.36N﹣0.02N=0.34N,因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,所以,由F浮=ρgV排可得:V排=,则盐水的密度:ρ盐水=
ρ水=
1.0
103kg/m3≈1.13
103kg/m3=1.13g/cm3,物体的浮与沉与密度有关,要选用一个能漂浮在图e中盐水上的物体时,物体的密度应小于1.13g/cm3。
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【题目】如图所示是小安测量未知电阻Rx的实验电路,电源两端电压为U不变,其中R0为阻值已知的定值电阻。当开关S1、S2闭合,开关S3断开时,电压表示数为U1;当开关S1、S3闭合,开关S2断开时,电压表示数为U2.则下列四个表达式中正确的是( )
A. U1=U B. U2=U
C. Rx=R0 D. Rx=
R0
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【题目】请阅读《等效替代》并回答问题。
等效替代
在由西晋史学家陈寿所著《三国志》中曾描写过一位神童:冲少聪察,生五六岁,智意所及,有若成人之智。时孙权曾致巨象,太祖欲知其斤重,访之群下,咸莫能出其理。冲曰:“置象大船之上,而刻其水痕所至,称物以载之,则校可知矣。”太祖大悦,即施行焉。你知道这个聪明的萌娃是谁吗?
有不少同学已经猜到了,就是曹冲。“曹冲称象”在中国几乎是妇孺皆知的故事。年仅六岁的曹冲,利用漂浮在水面上的物体重力等于水对物体的浮力这一物理原理,解决了一个连许多有学问的成年人都一筹莫展的大难题,这不能不说是一个奇迹。可是,在那个年代(公元200年),虽然阿基米德原理已经发现了500年,但这一原理直到1627年才传入中国,小曹冲不可能知道这个原理,更不用说浮沉条件了。
实际上,聪明的曹冲所用的方法是“等效替代法”。用许多石头代替大象,在船舷上刻划记号,让大象与石头产生等量的效果,再一次一次称出石头的重量,使“大”转化为“小”,分而治之,这一难题就得到圆满的解决。
等效替代法是一种常用的科学思维方法。美国大发明家爱迪生有一位数学基础相当好的助手叫阿普顿。有一次,爱迪生把一只电灯泡的玻璃壳交给阿普顿,要他计算一下灯泡的容积。阿普顿看着梨形的灯泡壳,思索了好久之后,画出了灯泡壳的剖视图、立体图,画出了一条条复杂的曲线,测量了一个个数据,列出了一道道算式。经过几个小时的紧张计算,还未得出结果。爱迪生看后很不满意。只见爱迪生在灯泡壳里装满水,再把水倒进量杯,不到一分钟,就把灯泡的容积“算”出来了。这里,爱迪生用倒入量杯里的水的体积代替了灯泡壳的容积,用的也是等效替代法。
等效替代是在保证某种效果相同的前提下,将实际、复杂的物理问题和过程等效为简单的、易于研究的问题和过程来研究和处理的方法。
等效替代法既是科学家研究问题的方法,更是我们在学习和生活中经常用到的思想方法。你现在还能回忆起研究哪些物理问题用过这种方法吗?
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)请你分别以静止状态下的“大象和船”及“石块和船”为研究对象做受力分析,写出平衡方程并说明“曹冲称象”的实验原理__________。
(2)请你根据平时学到的物理知识并结合本文内容判断以下研究过程中使用等效替代法的是_____。(选填选项前的字母,只有一个选项正确)
A.在研究平面镜成像特点时,我们利用两个大小相同的模型来探究像与物的大小关系
B.在研究磁场时,引入磁感线来形象描述磁场的方向与强弱
C.探究动能大小与什么因素有关时,我们用小木块在平面上被推动的距离来反映小球的动能大小
D.将发声的音叉靠近乒乓球,小球被弹开,说明发声的音叉在振动
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【题目】小明和小雨通过实验探究将物体浸入液体的过程中,容器底部受到液体压力的变化情况。如图所示,他们将重力分别为30N和40N的甲、乙两个柱形物体,先后挂在弹簧测力计下,并将其逐渐浸入同一薄壁柱形容器的液体中(液体不溢出).他们读出测力计示数F,并测得容器底部受到液体压力F底,然后根据相关物理量计算出物体所受浮力F浮,将数据记录在表一、表二中。
表一 物体甲的重力为30N
实验序号 | F(N) | F浮(N) | F底(N) |
1 | 20 | 10 | 30 |
2 | 16 | 14 | 34 |
3 | 12 | 18 | 38 |
4 | 8 | 22 | 42 |
5 | 4 | 22 | 42 |
表二 物体乙的重力为40N
实验序号 | F(N) | F浮(N) | F底(N) |
6 | 30 | 10 | 30 |
7 | 25 | 15 | 35 |
8 | 18 | 22 | 42 |
9 | 10 | 30 | 50 |
10 | 8 | 30 | 50 |
(1)小明分析比较实验序号_____后得出结论:不同柱形物体浸入液体中,物体所受浮力相同,容器底部受到液体压力相同。
(2)小雨分析比较实验序号1、2、3、4或6、7、8、9后得出初步结论:同一柱形物体浸入液体中,_____越大,容器底部受到液体压力越大。
(3)分析实验序号4与5(或9与10)的数据,发现测力计示数F不同,物体所受浮力F浮和容器底部受到液体压力F底均相同,出现这种情况的原因是:_____。
(4)两位同学仔细分析表一(或表二)的数据,并通过一定的计算,可知容器内液体的重力为_____N。
(5)分析实验序号2和7可以得出,容器底部受到液体压力的增加量分别为_____N和_____N。
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【题目】悬浮在海水中的潜艇排开海水的质量为3×106kg(g=10N/kg,海水的密度取1×103kg/m3).求:
(1)潜艇排开的海水所受重力?
(2)潜艇所受浮力多大?
(3)潜水艇排开海水的体积?
(4)处于水下150m深度处有一个面积为2.4m2的舱盖,求它所受海水的压强和压力各是多大.
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【题目】如图所示,水平桌面上玻璃杯中装有适量的水。将重12N的金属球挂在弹簧测力计的挂钩上,手提弹簧测力计使金属球没入水中(玻璃杯中水未溢出),静止时弹簧测力计的示数为9.6N,水深23cm.已知玻璃杯的内底面积为80cm2.求:
(1)金属球受到的浮力;
(2)金属球排开水的体积;
(3)金属球的密度;
(4)把金属球从水中取出后,水对玻璃杯底的压强和压力。
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【题目】如图所示,R0是一个光敏电阻,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,R 是电阻箱(已调至合适阻值),它们和继电器组成自动控制电路来控制路灯.白天灯熄,夜晚灯亮.则给路灯供电的电源应接在______(a、b 或 b、c)两端;如果将电阻箱 R 的阻值调小一些,则路灯比原来______(早一些/迟一些)亮.
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【题目】如图所示是两种物质温度随时间变化的曲线,其中________物质是晶体,它的熔点是________℃,其物质的熔化过程需要________min;该物质在BC段处于________(选填“固体”、“液体”或“固液共存”)状态,此过程中吸收热量,温度不变,内能________.
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