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  4. 密度公式的应用物体的浮沉条件及其应用

甲、乙、丙三只完全相同的杯子里盛满水,将质量相同的实心铜块、铁块、铝块分别投入甲、乙、丙中的水面下方之后,溢出水量最少的是()(ρ铜>ρ铁>ρ铝)A.甲杯B.乙杯C.丙杯D.三杯

一、题文

甲、乙、丙三只完全相同的杯子里盛满水,将质量相同的实心铜块、铁块、铝块分别投入甲、乙、丙中的水面下方之后,溢出水量最少的是(  ) (ρ>ρ>ρ
A.甲杯B.乙杯C.丙杯D.三杯一样多

考点提示:密度公式的应用,物体的浮沉条件及其应用

二、答案

∵ρ>ρ>ρ>ρ
∴铜块、铁块、铝块放入水中后都将下沉,
∴v=v
∵ρ=
m
v

∴铜块的体积最小,铜块排开水的体积最小、溢出的水量最少.
故选A.

三、考点梳理

知名教师分析,《甲、乙、丙三只完全相同的杯子里盛满水,将质量相同的实心铜块、铁块、铝块分别投入甲、乙、丙中的水面下方之后,溢出水量最少的是()(ρ铜>ρ铁>ρ铝)A.甲杯B.乙杯C.丙杯D.三杯》这道题主要考你对 密度公式的应用物体的浮沉条件及其应用 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:密度公式的应用,物体的浮沉条件及其应用

考点名称:密度公式的应用
  • 密度公式的应用:
    (1)利用m=ρV求质量;利用V=m/ρ求体积

    (2)对于密度公式,还要从以下四个方面理解
    ①同种物质,在一定状态下密度是定值,它不随质量大小或体积大小的改变而改变。当其质量(或体积)增大几倍时,其体积(或质量)也随着增大几倍,而比值是不变的。因此,不能认为物质的密度与质量成正比,与体积成反比;
    ②具有同种物质的物体,在同一状态下,体积大的质量也大,物体的体积跟它的质量成正比;
    ③具有不同物质的物体,在体积相同的情况下,密度大的质量也大,物体的质量跟它的密度成正比

    ④具有不同物质的物体,在质量相同的条件下,密度大的体积反而小,物体的体积跟它的密度成反比

  • 密度公式的应用:
    1. 有关密度的图像问题
    此问题一般是给出质量一体积图像,判断或比较物质密度。解答时可在横坐标(或纵坐标)任选一数值,然后在纵坐标(或横坐标)上找到对应的数值,进行分析比较。
     例1如图所示,是甲、乙两种物质的m一V图像,由图像可知(   )
    A.ρ
    B.ρ
    C.ρ
    D.无法确定甲、乙密度的大小

    解析:要从图像直接看出甲、乙两种物质的密度大小目前还做不到,我们要先借助图像,根据公式ρ =总结规律后方可。
    如图所示,在横轴上任取一点V0,由V0作横轴的垂线V0B,分别交甲、乙两图线于A、B两点,再分别从A、B两点作纵轴垂线,分别交纵轴于m、m两点。则甲、乙两种物质的密度分别为,ρ= ,因为m<m,所以ρ甲<ρ乙,故C正确。

    2. 密度公式ρ =及变形、m=ρV的应用:
    密度的公式是ρ =,可得出质量计算式m=ρV 和体积计算式。只要知道其中两个物理量,就可以代入相应的计算式进行计算。审题时注意什么量是不变的,什么量是变化的。
    例2某瓶氧气的密度是5kg/m3,给人供氧用去了氧气质量的一半,则瓶内剩余氧气的密度是_____;容积是10L的瓶子装满了煤油,已知煤油的密度是 0.8×103kg/m3,则瓶内煤油的质量是_____,将煤油倒去4kg后,瓶内剩余煤油的密度是______。
     解析:氧气用去一半,剩余部分仍然充满整个氧气瓶,即质量减半体积不变,所以氧气的密度变为 2.5kg/m3。煤油倒去一半后,体积质量同时减半,密度不变。
    答案:2.5kg/m3;8kg;0.8×10kg/m3

    3. 比例法求解物质的密度
       利用数学的比例式来解决物理问题的方法称之为 “比例法”。能用比例法解答的物理问题具备的条件是:题目所描述的物理现象,由初始状态到终结状态的过程中至少有一个量保持不变,这个不变的量是由初始状态变成终结状态的桥梁,我们称之为“中介量”。
    例3甲、乙丽个物体的质量之比为3:2,体积之比为l:3,那么它们的密度之比为(   )
    A.1:2B.2:1C.2:9D.9:2
    解析:(1)写出所求物理量的表达式:
    (2)写出该物理量比的表达式:

    (3)化简:代入已知比值的求解:


    密度、质量、体积计算中的“隐含条件” 问题:
      很多物理问题中的有些条件需要仔细审题才能确定,这类条件称为隐含条件。因此寻找隐含条件是解决这类问题的关键。以密度知识为例,密度计算题形式多样,变化灵活,但其中有一些题具有这样的特点:即质量、体积、密度中的某个量在其他量发生变化时保持不变,抓住这一特点,就掌握了求解这类题的规律。

    1.隐含体积不变
    例1一个瓶子最多能装0.5kg的水,它最多能装_____kg的水银,最多能装_____m3的酒精。 ρ水银=13.6×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,ρ酒精= 0.8×103kg/m3)
    解析:最多能装即装满瓶子,由最多装水量可求得瓶子的容积为V=5×10-4m3,则装水银为m水银=13.6×103kg/m3×5×10-4m3=6.8kg。装酒精的体积为瓶子的容积。
    答案6.8;5×10-4

    2. 隐含密度不变
    例2一块石碑的体积为V=30m3,为测石碑的质量,先取了一块刻制石碑时剔下来的小石块作为样品,其质量是m=140g,将它放入V1=100cm3的水中后水面升高,总体积增大到V2=150cm3,求这块石碑的质量m
    解析:此题中隐含的条件是石碑和样品是同种物质,密度相同,而不同的是它们的体积和质量。依题意可知,样品体积为:
    V=V2-V1=150cm3一100cm3=50cm3 =5.0×10-5m3
    =84t
    答案:84t

    3. 隐含质量不变
    例3质量为450g的水结成冰后,其体积变化了 ____m3。(ρ水=0.9×103kg/m3)
    解析:水结成冰后,密度减小,450g水的体积为,水结成冰后,质量不变,因此冰的体积为=500cm3=5.0×10-4m3=5.0× 10-4m3一4.5×10-4m3=5×10-5m3

    合金物体密度的相关计算:
         首先要抓住合金体的总质量与总体积分别等于各种物质的质量之和与体积之和这一特征,然后根据具体问题,灵活求解。
    例两种不同的金属,密度分别为ρ1、ρ2:
    (1)若墩质量相等的金属混合后制成合金,则合金的密度为____。
    (2)若取体积相等的金属混合后制成合金,则合金的密度为_____。
    解析:这道题的关键是抓住“两总”不变,即总质量和总体积不变。在(1)中,两种金属的质量相等,设为m1=m2=m,合金的质量m=2m,则密度为ρ1的金属的体积V1=,密度为ρ2的金属的体积V2=,合金的体积,则合金的密度
    在(2)中两种金属的体积相等,设为,合金的体积,密度为ρ1的金属的质量m1=,密度为ρ2的金属的质量为,合金的质量m总,合金的密度为
    答案:
    注意:上述规律也适用于两种液体的混合,只要混合液的总质量和总体积不变即可。
考点名称:物体的浮沉条件及其应用
  • 物体浮沉条件:
    上浮下沉悬浮漂浮沉底
    F>GF<GF=GF=GF+N=G
    实心物体ρρρ
    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ρρ
    物体体积V与物体排开液体体积V的大小V=VV>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。

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