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    小明同学的爸爸是一名潜水员,暑假期间他随爸爸参加一次水下考察活动,爸爸告诉他本次考察潜水的最大深度为150m,还告诉他穿耐压低的潜水服比穿耐压高的潜水服活动更方便,让他帮爸爸选择潜水服.小明同学发现有两种潜水服,第一种最大耐压为2×106Pa,第二种最大耐压为6×106Pa.
    (1)小明同学为爸爸选了哪一种?通过计算说明理由.
    (2)爸爸带好一切潜水设备后总质量为80kg,潜到水下后恰好能达到悬浮在水中的状态.在爸爸用了10min从150m深处浮到水面的过程中,浮力对他所做的功及功率分别是多少?
    本题信息:2009年凉山州物理问答题难度较难 来源:未知
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本试题 “小明同学的爸爸是一名潜水员,暑假期间他随爸爸参加一次水下考察活动,爸爸告诉他本次考察潜水的最大深度为150m,还告诉他穿耐压低的潜水服比穿耐压高的潜水...” 主要考查您对

物体的浮沉条件及其应用

功的计算

功率的计算

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  • 物体的浮沉条件及其应用
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  • 功率的计算
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。
功的计算公式:
功(W)等于力(F)跟物体在力的方向上通过的距离(s)的乘积。(功=力×距离),W=FS。

单位:
国际单位制中,力的单位是N,距离的单位是m,功的单位是N·m,它有一个专用名称叫做焦耳,简称焦,用符号J表示,1J=1N·m。
在利用该公式进行计算时的注意点:
(1)力与物体移动的距离在方向上必须一致;

(2)力与物体移动的距离必须对应于同一物体;

(3)力与物体移动的距离必须对应于同一段时间。

功率的计算公式:
(1)P=W/t,其中P代表功率,单位为W,W代表功,单位为J;t代表时间,单位为s。
(2)因为P=W/t,W=Fs,v=s/t,所以P=W/t=Fs/t=Fv,P=Fv是功率的又一表达式。

公式法计算功率:
     运用时一定要注意三个量的对应关系。“W”一定是对应“t”完成的,不能张冠李戴。单位要统一,P、W、t的单位分别为瓦、焦、秒。
例1 如图所示,铁明同学向上跳台阶进行晨练,铁明重500N,在10s内匀速连跳12个台阶,每个台阶的高度为0.2m。在这个过程中,已知铁明克服摩擦做功为2800J,求出此过程中:

(1)铁明竖直向上跳的平均速率多大?
(2)铁明克服重力做功是多少?
(3)铁明做功的总功率多大?
解析:竖直向上跳的平均速度可以通过向上跳的总高度与所用时间利用速度公式求出,克服重力做功等于重力与高度的乘积,即,总功率可以通过所做的总功和时间利用功率公式求得。
(1)0.24m/s
(2)
(3)

例2在打捞海底沉船时,常用水下机器人潜入水下打捞船上物品,已知ρ海水=1.03×103kg/m3
(1)机器人在水下70m处受到海水产生的压强是多大?
(2)某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m3,密度为2.7×103kg/m3的物体静止不动,求该力的大小。
(3)若机器人在水下运动时,所受海水阻力与速度的关系如图所示,求机器人在水下以0.5m/s的水平速度匀速运动时,机器人水平推进力的功率。

解析:(1)由液体压强公式得,
(2)物体在水下受平衡力的作用,则

(3)由题图可知,海水阻力与机器人的运动速度成正比,当机器人运动速度为0.5m/s时,f=175N 机器人匀速前进时,机器人水平推进力F=f
P=Fv=175N×0.5m/s=87.5W
答案:(1)7.21×105Pa(2)334N(3)87.5W


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