液體的壓強、浮力大小比較是力學(xué)的難點,而物體在不同液體中浮沉?xí)r的壓強、浮力大小比較更是難上加難,下面針對常見的三種類型逐一舉例加以突破。
一、同一物體在不同液體中的浮沉判斷
解題思路:根據(jù)浮沉狀態(tài)判斷出物體所受重力與浮力的大小關(guān)系(物體相同)→判斷出物體所受浮力的大小關(guān)系→判斷出物體排開液體質(zhì)量的大小關(guān)系;根據(jù)浮沉狀態(tài)判斷出液體的密度大小關(guān)系→判斷出容器底部所受壓強的大小關(guān)系。
例1 (2024·河南一模)水平桌面上甲、乙兩個質(zhì)量相等但底面積不同的圓柱形容器內(nèi)裝有質(zhì)量相等的不同液體,將同一物體分別放在甲、乙兩容器中靜止時如圖1所示。下列判斷正確的是( )。
A.甲容器中的物體所受浮力大
B.甲容器中的液體的密度大
C.乙容器對水平桌面的壓強大
D.乙容器底部所受液體的壓力大
解析:根據(jù)圖示可知:物體在甲容器中處于懸浮狀態(tài),受到的浮力等于自身的重力,液體的密度等于物體的密度;在乙容器中處于漂浮狀態(tài),受到的浮力等于自身的重力,液體的密度大于物體的密度。又因為是同一物體,它所受的重力不變,所以物體在甲、乙兩容器中受到的浮力相同,乙容器中液體的密度大于甲容器中液體的密度,故A、B錯誤。容器的質(zhì)量相同,重力相同,液體的重力、物體的重力相同,所以甲、乙兩個裝置的總重力是相同的,對水平桌面的壓力相同,乙的受力面積小,根據(jù)p = [FS]可知,乙容器對水平桌面的壓強大,故C正確。根據(jù)圖示可知,兩個容器都是規(guī)則形狀的,則容器底部受到的壓力都等于液體和物體的重力,所以兩個容器底部受到的壓力大小相同,故D錯誤。
答案:C
點評:本題考查了物體浮沉條件的應(yīng)用、壓強公式的應(yīng)用,解題關(guān)鍵是掌握物體浮沉情況與密度的關(guān)系,同時要搞清不同狀態(tài)下(懸浮、漂?。┪矬w所受重力與浮力的大小關(guān)系。
二、不同物體在不同液體中的浮沉判斷
解題思路:根據(jù)物體在液體中的狀態(tài),利用物體浮沉條件得出其密度關(guān)系,再利用密度公式判斷其質(zhì)量大小。根據(jù)物體的浮沉情況及物體的浮沉條件,可判斷出物體密度和液體密度的大小關(guān)系:物體漂浮,則物體密度小于液體密度;物體下沉,則物體密度大于液體密度。
例2 (2024·江蘇·宿遷三模)如圖2所示,兩個容器中分別盛有甲、乙兩種不同的液體,把體積相同的A、B兩個實心小球放入甲液體中,兩球沉底;放入乙液體中,兩球靜止時的情況如圖乙所示,此時兩容器中液面恰好相平,下列說法正確的是( )。
A.小球A的質(zhì)量大于小球B的質(zhì)量
B.甲液體的密度大于乙液體的密度
C.小球B在甲液體中受到的浮力大于在乙液體中受到的浮力
D.乙液體對容器底的壓強比甲液體對容器底的壓強大
解析:在乙液體中,A漂浮,則A的密度小于乙液體的密度;B下沉,則B的密度大于乙液體的密度。比較可知,A的密度小于B的密度。兩個小球的體積相同,根據(jù)m = ρV可知,A的質(zhì)量小于B的質(zhì)量,故A錯誤。A、B實心小球在甲液體中均下沉,則甲液體的密度小于兩個小球的密度,由上面分析可知,乙液體的密度大于A的密度,所以甲液體的密度小于乙液體的密度,故B錯誤。由圖可知,在甲、乙液體中B球下沉,排開的液體的體積相同,由于甲液體的密度小于乙液體的密度,根據(jù)F浮 = ρ液gV排得,F(xiàn)浮甲 < F浮乙,故C錯誤。甲液體的密度小于乙液體的密度,兩容器中液面相平,根據(jù)p = ρgh可知,乙液體對容器底的壓強大于甲液體對容器底的壓強,故D正確。
答案:D
點評:此題通過分析小球在液體中的浮沉情況,考查了阿基米德原理、浮沉條件的應(yīng)用,同時考查了密度知識和液體壓強公式的應(yīng)用,難度較大。
三、同一物體在不同液體中均處于漂浮
解題思路:根據(jù)物體漂浮可知,物體所受的浮力相等→根據(jù)物體排開液體體積的大小關(guān)系判斷出液體密度的大小關(guān)系→判斷出兩容器底部所受液體壓強的大小關(guān)系。
例3 (2024·湖北·黃岡一模)小亮用一支自制的簡易密度計測量液體的密度。他將簡易密度計分別放入盛有不同液體的甲、乙兩個燒杯中,如圖3所示。下列說法正確的是( )。
A.甲杯中液體密度比乙杯中液體密度大
B.密度計在甲、乙兩杯中所受浮力相等
C.在甲杯中,密度計底部所受液體壓強較大
D.甲、乙兩杯底部所受液體的壓強相等
解析:密度計在兩杯中都處于漂浮狀態(tài),浮力等于重力,因此密度計在甲、乙兩杯中所受浮力相等,故B正確。由于密度計在甲杯中排開液體的體積大于乙杯,而密度計在甲、乙兩杯中所受浮力相等,根據(jù)浮力的計算公式F浮 = ρ液gV排可知,甲杯中液體的密度小于乙杯中液體的密度,故A錯誤。根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因可知,浮力等于物體下表面和上表面所受壓力之差,而密度計漂浮,其上表面受到的壓力為0,所以下表面受到的壓力相等,密度計底面積一定,故密度計底部所受液體的壓強相等,故C錯誤。由圖可知,兩容器中液體的深度相同,由于甲杯中液體的密度小于乙杯中液體的密度,根據(jù)p = ρ液gh可知,乙杯底所受液體的壓強大,故D錯誤。
答案:B
點評:本題考查了阿基米德原理、物體的漂浮條件、液體壓強公式等的掌握和運用,利用好密度計測液體密度時漂?。‵浮 = G)是本題的關(guān)鍵。
拓展訓(xùn)練
1. 三個相同容器內(nèi)分別盛滿不同的液體,現(xiàn)將三個完全相同的小球輕輕放入容器中,小球靜止后的狀態(tài)如圖4所示,下列判斷正確的是( )。
A.液體的密度關(guān)系是ρ甲 > ρ丙 > ρ乙
B.容器對桌面的壓強關(guān)系是p乙 < p丙 < p甲
C.小球受到的浮力大小關(guān)系是F乙 > F丙 > F甲
D.液體對容器底部的壓強關(guān)系是p乙 > p丙 > p甲
2. 甲、乙兩個完全相同的容器放在水平桌面上,其中分別裝有密度不同的液體。將兩個完全相同的圓臺形物體A、B分別倒、正放在甲、乙兩個容器中,此時兩容器內(nèi)液面及A、B物體上、下底面恰好相平,如圖5所示。若A、B物體在甲、乙容器中所受浮力分別為FA、FB,甲、乙容器中液體對容器底部的壓強分別為p甲和p乙,下列判斷正確的是( )。
A. p甲 > p乙,F(xiàn)A = FB
B. p甲 < p乙,F(xiàn)A > FB
C. p甲 > p乙,F(xiàn)A < FB
D. p甲 < p乙,F(xiàn)A = FB
3. 水平桌面上放有兩個完全相同的容器,分別盛有兩種不同液體,現(xiàn)將同一實心物體分別放入A、B兩種液體中,物體靜止時容器中液面相平,如圖6所示,則下列說法正確的是( )。
A.物體在A液體中所受的浮力較大
B. A液體的密度小于B液體的密度
C. 盛有A液體的容器底部所受的液體壓強較小
D. 物體的下表面受到的A、B兩種液體的壓強一樣大
參考答案:1. D 2. A 3. D
(作者單位:江蘇省射陽縣長蕩初級中學(xué))
初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)·中考版2024年9期