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    小明为了测定一个正方体木块和牛奶的密度,设计了如下实验方案.
    魔方格

    (1)根据密度公式ρ=
    m
    v
    ,为了测定木块的密度,小明先用托盘天平测量木块的质量m.在测量之前,小明已经调节好了天平的横梁平衡,在测量质量的过程中,小明看到指针在中央两侧摆动,摆动的幅度如图1,他调节的方法是______.
    (2)测量正方体木块的边长L0,如图2是小明测量木块边长的情形,则木块的边长是______cm.
    (3)接下来测量牛奶的密度.小明向杯子中装入适量牛奶,然后将木块轻轻放在牛奶中,使之浮在牛奶表面,接着取出木块,根据木块表面留下的奶渍的痕迹,用刻度尺量出木块浸入牛奶中的深度L,则牛奶的密度为______(用m,L0和L表示).
    (4)对木块施加力的作用,使它缓缓下降至图3中虚线位置,在下降的过程中,令木块下表面到液面的深度为h,木块下表面受到的液体压强为p,则p与h的关系图象正确的是______.
    A.

    魔方格
    B.
    魔方格
    C.
    魔方格
    D.
    魔方格

    本题信息:2012年黄石物理问答题难度较难 来源:未知
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本试题 “小明为了测定一个正方体木块和牛奶的密度,设计了如下实验方案.(1)根据密度公式ρ=mv,为了测定木块的密度,小明先用托盘天平测量木块的质量m.在测量之前...” 主要考查您对

液体压强计算公式的应用

浮力的应用

物体的浮沉条件及其应用

液体密度的测量

等考点的理解。关于这些考点您可以点击下面的选项卡查看详细档案。
  • 液体压强计算公式的应用
  • 浮力的应用
  • 物体的浮沉条件及其应用
  • 液体密度的测量

利用液体压强的计算公式计算:ρ、h。
液体压强中隐含“密度不同”的有关计算:
     由液体的压强公式可知,液体的压强大小取决于液体的密度和深度,深度的不同比较直观,一眼可以看到,而密度不同需引起注意,有时直接给出物质不同,密度不同,有时则隐含着密度不同,需要自己发现。
例如图所示,两支相同的试管,内盛等质量的液体,甲管竖直放置,乙管倾斜放置,液体对管底压强的大小关系是()

A.p甲<p乙
B.p甲>p乙
C.p甲=p乙
D.上述三种情况都有可能
解析:比较压强就从甲、乙两支试管中液体的密度和深度分析。依据题意已知h相等,因此本题只要比较出甲、乙管中液体的密度ρ,即可判断出正确答案。由质量关系已知,要比较密度很容易想到密度公式,从而转向寻找甲、乙两支试管中液体的体积关系,这样问题就得到了解决。由题意可知,两试管液面相平,高度相等,虽然两试管中所装的液体质量相等,但乙管倾斜放置,,所以,据可知
答案:B

液体对容器底的压力与液体的重力
1.由于液体具有流动性,静止在水平放置的容器中的液体,对容器底的压力不一定等于液体的重力。只有当容器是柱形时,容器底的压力才等于液体的重力:底小口大的容器底受到的压力小于液体的重力;底大口小的容器底受到的压力大于液体的重力。液体对容器底的压力F=pS=ρghS,而Sh的含义是以容器底为底、以液体深度为高的柱体的体积。即V=Sh,所以F=pS=ρghS=,G的含义为以V为体积的那部分液体的重力,如图中阴影部分。即若容器为柱体,则F=G;若容器为非柱体,则


2.在盛有液体的容器中,液体对容器底的压力、压强遵循液体的压力、压强规律;而容器对水平桌面的压力、压强遵循固体的压力、压强规律。
例:在水平桌面上放置一空玻璃杯,它的底面积为0.01m2,它对桌面的压强为200Pa。
(1)求玻璃杯的重力。
(2)在玻璃杯中装入1kg水后,水对杯底产,£的压强为900Pa,求水的深度;并通过计算推测出玻璃杯的大致形状是图中甲、乙、丙的哪一种?(水的密度p= 1.0×103k/m3,取g=10N/kg,杯壁的厚度可忽略)

解析:
(1)由得:玻璃杯的重力:
(2)由得水的深度:
假设杯壁是竖直的,装入1KG水后杯中水的深度应为:,因为h'>h,所以水杯底小,口大,大致形状是甲图。

液体对容器底的压强、压力与容器对支持面的压强、压力的计算方法:
  液体对容器底的压强和压力与容器对支持面的压强和压力不是一同事。
1.液体内部压强是由液体的重力产生的,但液体对容器底的压力并不一定等于液体的重力,而等于底面积所受的压强乘以受力面积,因此,处理液体内部问题时,先求压强再算压力。
2.容器对支持面的压力和压强,可视为固体问题 处理,先分析压力大小,再根据计算压强大小。
例:如图所示,一开口的杯子,装上8cm高的水后,放在水平桌面上。已知杯子内部底面积为50cm2,外部底面积为60cm2;杯子装上水后的总质量为 0.6kg,则水对杯底的压力为___N,杯子对桌面的压强为_____Pa.

解析:从杯子的形状可知,杯中水对杯底的压力并小等于水的重力,要求液体对容器底的压力时,一般是先求出压强,再根据F=pS求压力,即F=pS=10-3m2=4N,而杯子对桌面的压力为杯与水的总重,即,压强
答案:4N  1×103


浮力的应用:轮船、潜水艇、气球和飞艇等。
浮力的利用:
1.盐水选种我国农民常采用盐水浸泡法来选种,如图,这种方法是把种子放入浓度适宜的盐水中,干瘪、虫蛀的种子密度小于盐水的密度会上浮至液面,而饱满的种子则因为密度大于盐水的密度因此它们会沉在底部。

2.轮船用密度大于水的材料制成能够浮在水面的物体,必须使它能够排开更多的水。根据这个原理,人们制造了轮船,轮船是用密度大于水的钢铁制成的,把它做成空心的,使它的平均密度小于水的密度时,它就会漂浮在水面上,这时船受到的浮力等于自身的重力,所以能浮在水面上。只要船的重力不变,无论船在海里还是河里,它受到的浮力不变。根据阿基米德原理如: GgV。它在海里和河里浸入水中的体积不同。轮船的大小通常用排水量来表示,排水量就是轮船按设计的要求装满货物即满载时排开水的质量。
3.潜水艇
(1)潜水艇的上浮和下沉是靠压缩空气调节水舱里水的多少来控制自身的重力而实现浮沉的。(如图所示)

 (2)浸没在水中的潜水艇排开水的体积,无论下潜多深,始终不变,所以潜水艇所受的浮力始终不变。若要下沉,可充水,使F浮<G。;若要上浮,可排水,使F浮> G。在潜水艇浮出海面的过程中,因为排开水的体积减小,所以浮力逐渐减小,当它在海面上行驶时,受到的浮力大小等于潜水艇的重力。
物体浮沉条件:
上浮 下沉 悬浮 漂浮 沉底
F>G F<G F=G F=G F+N=G
实心物体 ρ ρ ρ
V=V
ρ
V<V
ρ
V=V
处于动态(运动状态不断改变),受非平衡力作用 可以停留在液体的任何深度处 是“上浮”过程的最终条件 是“下沉”过程的最终状态
处于静态,受平衡力

漂浮和悬浮的异同:
悬浮 漂浮
区别 物体在液体中的位置 物体可以静止在液体内部任一位置 物体静止在液体表面上
物体实心时,ρ和ρ的大小 ρ ρ
物体体积V与物体排开液体体积V的大小 V=V V>V
相似 物体都处于平衡状态,各自所受的浮力与重力式一对平衡力

利用浮力知识求物体或液体的密度:
1.对于漂浮的物体,浮力等于重力,而浮力F= ρgV,重力GgV,因F≈G,只要知道V与V的关系和ρ(或ρ)就可求出ρ(或ρ)。
例1:将密度为0.6×103kg/m3,体积125cm3的木块放入盐水中,木块有1/2的体积露出盐水面,则木块受到的浮力为____N,盐水的密度____________ kg/m3(g取10N/kg)
解析:木块漂浮,所受浮力等于重力,F=G= Mg=pVg=0.6×103kg/m3×0.125×10-3m3× 10N/kg=0.75N,盐水的密度:
=1.2×103kg/m3

2. 若,物体完全浸没在液体中,根据阿基米德原理,及称重法,可求出,又因为,此时,可得。根据此式,已知ρ液,可求出ρ,已知ρ可求出ρ

液面升降问题的解法:

1. 组合物体漂浮类型
要看液面是上升还是下降,关键是比较前后两次物体排开液体的体积的变化。设物体原来排开液体的体积为V,后来排开液体的体积为V‘,若V’>V,则液面上升,若V’<V,则液面下降;若V’=V,则液面高度不变,又根据阿基米德原理知,物体在液体中所受的浮力,故,因为液体的密度ρ液不变,固物体的排开液体的体积取决于物体所受的浮力,所以只要判断出物体前后所受浮力的变化情况,即可判断出液面的升降情况。

例1一个水槽内漂浮着一个放有小铁球的烧杯,若将小铁球取出放入水槽里,烧杯仍漂浮在水槽中,则水面将(   )
A.上升  B.不变 C.下降 D.无法判断
解析:铁球和烧杯漂浮在水中,装有铁球的烧杯所受的浮力F与烧杯和铁球的总重力平衡,则有:。把铁球放入水槽中,铁球下沉,铁球单独受到的浮力,;烧杯单独受到的浮力为。铁球放入水槽中后,铁球和烧杯所受浮力之和为F浮2,因此,烧杯和铁球后来排开水的体积之和小于原来排开的水的体积,所以水面下降,故正确选项为C。

2.纯冰熔化类型:
    此类题的规律技巧:若冰块漂浮于水中,则冰熔化后液面不变;若冰块漂浮于密度大于水的液体中,则冰熔化后液面上升;若冰块漂浮于(或浸没于)密度小于水的液体中,则冰熔化后液面下降。
    要判断液面的升降,必须比较冰排开液体的体积与冰熔化成水的体积之间的关系。冰未熔化时,若它漂浮在液面上,则所受的浮力与重力相等,即。冰块所受的,冰块的重力,由此可得;冰熔化后,化成水的体积。所以当冰块漂浮于水中时,,液面不变;当时,,液面上升。若冰块浸没液体中,则冰块排开液体的体积等于冰块的体积,而冰熔化后的体积小于冰的体积,故液面下降。

例2如图所示,烧杯中的冰块漂浮在水中,冰块上部高出杯口,杯中水面恰好与杯口相平,待这些冰全部熔化后(   )

A.将有水从杯中溢出
B.不会有水从杯中溢出,杯中水面也不会下降
C.烧杯中水面下降
D.熔化过程中水面下降,完全熔化后有水溢出
解析:冰熔化后烧杯中的水面将保持不变,故不会有水溢出。
答案:B

漂浮物体切去露出部分后的浮沉情况:
      漂浮物体,如将露出液面的部分切去后,物体的重力减小,而浸在液体中的部分没有变,根据F= ρgV知物体所受浮力不变。这时浮力大于重力,剩余部分上浮。
例1长为L的蜡烛底部粘有一铁块,使其竖直停留在水中,如图所示,这时露出水面的长度为L0,将其点燃,直到自然熄灭,设燃烧掉的长度为d,则(   )

A.d<L0
B.d=L0
C.d>L0
D.无法判断
解析:假设将露出的部分一次切去,再分析剩余部分的沉浮情况就很容易得出结论。如将露出水面的部分切去,这时蜡烛的重力减小,而在水中的部分未变,即排开的水的重力——浮力未变,显然这时浮力大于重力,剩余部分将上浮。可见,蜡烛燃烧过程是逐渐上浮的,所以最终烧掉的长度大于L0,故正确选项为C。
答案:C


密度计:
    在物理实验中使用的密度计是一种测量液体密度的仪器。它是根据物体浮在液体中所受的浮力等于重力的原理制造与工作的。密度计是一根粗细不均匀的密封玻璃管,管的下部装有少量密度较大的铅丸或水银。使用时将密度计竖直地放入待测的液体中,待密度计平稳后,从它的刻度处读出待测液体的密度。常用密度计有两种,一种测密度比纯水大的液体密度,叫重表;另一种测密度比纯水小的液体,叫轻表。
   
     密度计的原理是:FgV=G(不变)。密度计在不同的液体中所受浮力相同,ρ增大时,V减小,密度计在液面以上的部分增大,刻度越靠下密度值越大。

气体的浮力:
      气体的浮力与液体的同理,物体在空气中时,上下表面受到空气的压力差就是空气的浮力。故物体在空气中称得的重量,并不是物体真正的重量,但因其所受的浮力很小可以忽略不计。不但空气如此,物体在任何气体中,均受到气体的浮力。
     氢气球和热气球浮沉原理比较:
上升 下降
氢气球 充入密度小于空气的氢气 放掉球内部分气体,使球体积减小
热气球 充入加热后的热空气 停止加热,热空气冷却,热气球内空气密度增大

饺子的浮沉:
     生饺子被放入锅中时便沉到锅底,煮熟的饺子就浮起来了,如果把饺子放凉,再放入锅中,又会沉到锅底这是为什么呢?因为生饺子放人锅中,由于浮力小于重力而下沉;煮熟的饺子因为饺子内气体受热膨胀,浮力增大,当浮力大于重力时,饺子上浮;凉的熟饺子因遇冷体积缩小使浮力减小,浮力小于重力而下沉。
测量密度的原理:
原理:由密度公式可知,要测量某种物质的密度,需要测量由这种物质构成的物体的质量的体积。

测量方法:
液体的体积可用直接用量筒(或量杯)测出,其质量就要通过“质量差法”来测定,即先称出容器的质量,再称出容器与液体的总质量,两者之差就是倒入容器内液体的质量,再根据求得密度。

液体密度测量方法:
一、常规法:
器材:烧杯、量筒、天平、待测液体
步骤:
1.用天平称出烧杯的质量M1
2.将待测液体倒入烧杯中,测出总质量M2
3.将烧杯中的液体倒入量筒中,测出体积V;
4.计算表达:ρ=(M2-M1)/V

二、等容法
器材:烧杯、水、待液体、天平。
步骤:
1.用天平称出烧的质量M1
2.往烧杯内倒满水,称出总质量M2
3.倒去烧杯中的水,往烧杯中倒满待测液体,称出总质量M3
4.计算表达:ρ=ρ(M3-M1)/(M2-M1

三、浮力法
器材:弹簧秤、水、待测液体、小石块、细绳子
步骤:
1.用细绳系住小石块,用弹簧秤称出小石块的重力G;
2.将小块浸没入水中,用弹簧秤称出小石的视重G1
3.将小块浸没入待测液体中,用弹簧秤称出小石块的视重G2
4.计算表达:ρ=ρ(G-G2)/(G-G1) 

四、压强法
用刻度尺、两端开口的直玻璃管(一端有橡皮膜)、烧杯、适量的水、足量的牛奶、细线。计一种测量奶密度的方法。
实验步骤:
1.在玻璃管内倒入一定深度的牛奶;
2.将管竖直放入水中,带橡皮膜水平时,用刻度尺量出管底到牛奶面和水面的深度,分别为h1、h2
3.根据p1=p2得表达式:ρ牛奶=h2ρ/h

五、U形管法:
器材:U形管、水、待测液体、刻度尺步骤:
1.将适量水倒入U形管中;
2.将待测液体从U形管的一个管口沿壁缓慢注入;
3.用刻度尺测出管中水的高度h1,待测液体的高度h2
4.计算表达:ρ=ρh1/h

(用此种方法的条件是:待测液体不溶于水,待测液体的密度小于水的密度)

六、密度计法:
器材:密度计、待测液体
方法:将密度计放入待测液体中,直接读出密度。 

 



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