初中物理阿基米德原理的应用解答题

风是永不枯竭的能源。自古以来风能就受到人们的青睐，帆船、风车都是对风能的利用。现在，由于电能的广泛利用，风力发电得到世界各国的高度重视。

（1）风力发电机是根据　　原理制成的。为提高捕获风能的效率，叶片设计是风力发电机研制的核心技术之一，叶片截面制成图甲的形状，当风以图乙所示的角度流经叶片时，叶片会按　　方向转动（选填“顺时针”或“逆时针” $)$。

（2）由于远海的风能资源更丰富，海上发电必定会向远海发展。远海发电机需安装在漂浮式基础上（如图丙），若它们的总质量达11200吨，则漂浮式基础的总体积至少需要多少米 ${}^3$？（海水密度取 $1.0\times {10}^3$千克 $/$米 ${}^3)$

（3）传统的火力发电不仅会释放各种大气污染物，而且效率不高，每生产1千瓦时的电能需要消耗标准煤约0.4千克。若功率为30000千瓦的风力发电机组工作24小时，相当于替代标准煤多少吨？

某型号一次性声呐，其内部有两个相同的空腔，每个空腔的容积为 $2\times {10}^{-3}{m}^3$，每个空腔的侧上方都用轻薄易腐蚀材料制成的密封盖密封，密封盖在海水中浸泡24小时后，将被海水完全腐蚀。

某次公海军事演习，反潜飞机向海中投入该声呐，声呐在海中静止后露出整个体积的 $\frac{1}{4}$，声呐处于探测状态，如图甲所示，24小时后，声呐没入海中处于悬浮状态，声呐停止工作，如图乙所示，再经过24小时后，声呐沉入海底，如图丙所示。已知 ${\rho }_{\mathit{海水}}=1.1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g$取 $10N/\mathit{kg}$，问：

（1）每个空腔能容纳海水的重量有多大？

（2）声呐整个体积有多大？

（3）图甲中，声呐有多重？

（4）图丙中，海底对声呐的支持力有多大？

如图甲所示，放在水平桌面上的圆柱形容器的底面积为100cm ²，装有20cm深的水，容器的质量为0.02kg，厚度忽略不计。A、B是由密度不同的材料制成的两实心物块，已知B物块的体积是A物块体积的 $\frac{1}{8}$ ．当把A、B两物块用细线相连放入水中时，两物块恰好悬浮，且没有水溢出，如图乙所示，现剪断细线，A物块上浮，稳定后水对容器底的压强变化了60Pa，物块A有 $\frac{1}{4}$ 体积露出水面。已知水的密度为1.0×10 ³kg/m ³，g取10N/kg。试求：

（1）如图甲所示，容器对水平桌面的压强；

（2）细线被剪断后水面的高度差；

（3）A、B两物块的密度。

如图，"验证阿基米德原理"的实验步骤如下：

①用弹簧测力计测出物体所受的重力 $G$ （图甲）；

②将物体浸没在水面恰好与溢口相平的溢水杯中，用空的小桶接从溢水杯里被物体排开的水，读出这时测力计的示数 $F$ （图乙）；

③测出接水后小桶与水所受的总重力 $G_1$ （图丙）；

④将小桶中的水倒出，测岀小桶所受的重力 $G_2$ （图丁）；

⑤分别计算出物体受到的浮力和排开的水所受的重力，并比较它们的大小是否相同。

回答下列问题：

（1）物体浸没在水中，受到水的浮力 $F_{浮}=$ 　 $G-F$ 　，被排开的水所受的重力 $G_{排}=$ 　　。（用上述测得量的符号表示）

（2）指出本实验产生误差的原因（写出两点）

（a） 　　；

（b） 　　。

（3）物体没有完全浸没在水中， 　　（选填"能"或"不能" $)$ 用实验验证阿基米德原理。

测量液体密度的仪器叫做密度计。图（a）和图（b）是自制的简易密度计，它是在木棒的一端缠绕一些铜丝做成的，将其放入盛有不同液体的两个烧杯中。

（1）请判断哪杯液体密度大，并说明理由。

（2）实验室的密度计的上部是一个用来标刻度的空心圆柱形玻璃管，管下部为一玻璃泡，内装有铅粒。某密度计圆柱形玻璃管长L＝10cm，横截面积S＝2.5cm²，该密度计总质量m＝20g，将它放入水中静止时，水面距玻璃管上端为4cm；将此密度计放入未知液体中静止时，发现液面距玻璃管上端为2cm。求这种液体的密度以及密度计玻璃管上能标出的最大刻度值和最小刻度值。（已知水的密度为1.0×10³kg/m³，g＝10N/kg）

在综合实践活动中，小明利用图示装置来测量烧杯中液体的密度，已知物块的体积是 $50c{m}^3$，图1、2中物块均处于静止状态，弹簧测力计示数如图所示， $g$取 $10N/\mathit{kg}$。

（1）图2中，物块受到的浮力为　　 $N$，烧杯中液体的密度为　　 $g/c{m}^3$。

（2）小明对本实验原理进行了进一步分析，从而得到弹簧测力计的示数与被测液体的密度之间的函数关系，则符合此关系的应是图3中的图线　　（选填“①”、“②”或“③” $)$；

（3）根据上述结论，小明对弹簧测力计刻度进行重新标度，将图2装置改装成一个密度秤，它的零刻度应标在　　 $N$处，用它测量时，待测液体密度 ${\rho }_{液}$应不超过　　 $g/c{m}^3$；

（4）用此密度秤测量时，若物块未完全浸没，则测得液体密度值将偏　　；

（5）原物块质量、体积和密度分别记为 $m_0$、 $V_0$、 ${\rho }_0$，将原物块更换为下列哪些物块后，可以提高该密度秤测量液体密度时的精确度？你选择的是：　　（选填选项前的字母）

$A$．质量为 $m_0$、密度比 ${\rho }_0$小的物块

$B$．质量为 $m_0$，密度比 ${\rho }_0$大的物块

$C$．质量比 $m_0$大而密度比 ${\rho }_0$小的物块

$D$．体积比 $V_0$小的物块。

某实验小组利用弹簧测力计、小石块、溢水杯等器材，按照图所示的步骤，探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系。

（1）先用弹簧测力计分别测出空桶和石块的重力，其中石块的重力大小为　3.8　 $N$。

（2）把石块浸没在盛满水的溢水杯中，石块受到的浮力大小为　　 $N$．石块排开的水所受的重力可由　　（填字母代号）两个步骤测出。

（3）由以上步骤可初步得出结论：浸在水中的物体所受浮力的大小等于　　。

（4）为了得到更普遍的结论，下列继续进行的操作中不合理的是　　。

$A$．用原来的方案和器材多次测量取平均值

$B$．用原来的方案将水换成酒精进行实验

$C$．用原来的方案将石块换成体积与其不同的铁块进行实验

（5）另一实验小组在步骤 $C$的操作中，只将石块的一部分浸在水中，其他步骤操作正确，则　　（选填“能”或“不能” $)$得到与（3）相同的结论。

2020年11月10日，中国"奋斗者"号载人潜水器在"地球第四极"--马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10909米，创造了中国载人深潜的新纪录。本次万米深潜任务成功的一大亮点是采用了许多自主研发的国产新材料。

（1）"奋斗者"号采用的钛合金材料强度高、韧性好、耐腐蚀，与下列哪种材料类型相同？ 　　。

A．	①塑料
B．	②不锈钢
C．	③玻璃

（2）"奋斗者"号下潜时，外部携带了4块压载铁，总质量将近2吨。压载铁被悬挂的模型如图所示。试计算4块压载铁水下浸没时对"奋斗者"号的作用力约为多少？（压载铁的密度近似为 $8\times {10}^3$ 千克 $/$ 米 ${}^3$ ，海水的密度近似为水的密度）

（3）完成水下作业之后，"奋斗者"号抛去压载铁上浮，为了使"奋斗者"号在深海有足够大的浮力返航，采用了一种新的固体浮力材料，由大量纳米级大小的空气玻璃微珠组成。为了满足设计需求，该材料需要具备怎样的性质？ 　　（答出一点即可）。

科技小组的同学用泡沫塑料盒灯泡制作了一个航标灯模具，如图所示。航标灯 $A$总重 $4N$， $A$底部与浮子 $B$用细绳相连。当水位上升时，浮子 $B$下降；水位下降时，浮子 $B$上升，使航标灯 $A$静止时浸入水中的深度始终保持为 $5\mathit{cm}$，航标灯 $A$排开水的质量为 $500g$。浮子 $B$重 $0.5N$（不计绳重和摩擦， $g=10N/\mathit{kg})$。求：

（1）航标灯 $A$底部受到水的压强是多大？

（2）航标灯 $A$静止时受到的浮力是多大？

（3）浮子 $B$的体积为多大？

小刚做“探究浮力与排开液体体积关系”的实验。他先在空气中测量圆柱体的重力，弹簧测力计的示数如图甲所示；再将圆柱体逐渐浸入注有 $35.0\mathit{mL}$水的量筒中，弹簧测力计示数 $F$和圆柱体排开水的体积 $V$如表：

次数	1	2	3	4	5	6
$F/N$	1.0	0.9	0.8	0.7	0.6	0.5
$V/\mathit{mL}$	10.0	20.0	$/$	40.0	50.0	60.0

（1）图甲中弹簧测力计的读数为　　 $N$。

（2）第3次测量时量筒液面位置如图乙所示，读数为　　 $\mathit{mL}$。

（3）第3次实验时圆柱体受到的浮力 $F_{浮}$为　　 $N$。

（4）利用表中数据，在图丙中画出 $F_{浮}-V$图线。

（5）如改用酒精做实验，在图丙中在画出对应的 $F_{浮}-V$图线，并在图线上标注“酒精”。

小明要测量木块的密度。实验器材有：木块、弹簧测力计 $(0~5N)$ 、底部固定有滑轮的水槽、细线及足量的水。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

（1）先用弹簧测力计测木块的重力，如图甲，示数为 　 　 $N$ ；再用细线绕过滑轮将木块与测力计连接起来，接着往水槽倒入适量的水，使木块浸没在水中，如图乙，木块在水中静止时测力计示数为 $1.6N$ ．木块的体积为 　　 $m^3$ ，密度为 　　 $\mathit{kg}/m^3$ ．本实验中滑轮的作用是 　　。

（2）小明分析发现，如果把水换成其他液体，测力计的示数就会不同，于是他把测力计的刻度改成相应的密度值，将该装置改装为测量液体密度的"密度计"。原测力计的 $1.0N$ 刻度处应标注为 　　 $\mathit{kg}/m^3$ ，该"密度计"的刻度分布 　　（选填"均匀"或"不均匀" $)$

（3）若要增大这种"密度计"的最大测量值，可以采取的方法有 　　（写出一种即可）。

小明要测量木块的密度。实验器材有：木块、弹簧测力计 $(0~5N)$ 、底部固定有滑轮的水槽、细线及足量的水。 $(g$ 取 $10N/\mathit{kg})$

（1）先用弹簧测力计测木块的重力，如图甲，示数为 　 　 $N$ ；再用细线绕过滑轮将木块与测力计连接起来，接着往水槽倒入适量的水，使木块浸没在水中，如图乙，木块在水中静止时测力计示数为 $1.6N$ ．木块的体积为 　　 $m^3$ ，密度为 　　 $\mathit{kg}/m^3$ ．本实验中滑轮的作用是 　　。

（2）小明分析发现，如果把水换成其他液体，测力计的示数就会不同，于是他把测力计的刻度改成相应的密度值，将该装置改装为测量液体密度的"密度计"。原测力计的 $1.0N$ 刻度处应标注为 　　 $\mathit{kg}/m^3$ ，该"密度计"的刻度分布 　　（选填"均匀"或"不均匀" $)$

（3）若要增大这种"密度计"的最大测量值，可以采取的方法有 　　（写出一种即可）。

小华用弹簧测力计、烧杯、水、薄塑料袋测量酱油的密度。

（1）测量前，应检查弹簧测力计指针是否指在　　刻度线上。

（2）把适量的酱油装入塑料袋，排出空气后扎紧口，用弹簧测力计测出重力为 $3.6N$；然后用弹簧测力计提着塑料袋浸没在水中，如图所示，弹簧测力计示数为　　 $N$。

（3）水的密度为 $1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$，则可算出酱油的密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$。

（4）小华想用上述器材继续测量白酒的密度，但白酒的密度比水小。

请帮她想出一个可行的办法并简要说明：　　。

小红和小芳准备测量一块橡皮的密度。

（1）小红将天平放在水平桌面上，当游码归零后发现指针静止时的指向如图甲，她应将平衡螺母向　　调节。测量中，天平平衡时所加砝码和游码位置如图乙，则橡皮质量为　　 $g$．她继续测出橡皮的体积为 $10c{m}^3$，橡皮密度为　　 $\mathit{kg}/m^3$。

（2）小芳设计了另一方案：

①把橡皮挂在图丙所示的测力计下；

②测出橡皮重力 $G$；

③将橡皮浸没水中，读出测力计示数 $F$。

则橡皮的密度 ${\rho }_{像}$的表达式可表示为 ${\rho }_{像}=$　　。小红认为该方案不能准确测得橡皮密度，理由是　　。

水平桌面上放一盛满水的烧杯，水深 $12\mathit{cm}$。将一个质量为 $55g$的鸡蛋，轻轻放入烧杯后沉入底部，排出 $50g$的水，然后向烧杯中加盐并搅拌，直到鸡蛋悬浮为止，已知 $g=10N/\mathit{kg}$， ${\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$．求

（1）水对烧杯底的压强；

（2）鸡蛋在水中受到的浮力；

（3）当鸡蛋悬浮时，盐水的密度。