文档内容
八年级下册物理学霸赛考卷03(解析版)
初中物理
(考试时间:90分钟 试卷满分:100分)
注意事项:
1.测试范围:人教版八年级下册第7-12章。
2.g=10N/kg。
3.本卷平均难度系数0.2。
第Ⅰ卷 选择题
一、选择题(本题共12小题,每小题3分,共36分。在每小题给出的四个选项中,只有
一项是符合题目要求的)
1.轻质弹簧S的上端固定在天花板上,下端悬挂一质量为m的物体,平衡时弹簧的长度
为L ,现将一根与S完全相同的弹簧剪为S 和S 两部分;将质量分别为m 和m 的两
1 1 2 1 2
物体分别与S 和S 相连并悬挂在天花板上(m +m =m)如图所示。平衡时S +S 的长
1 2 1 2 1 2
度之和为L ,则( )
2
A.L 一定等于L
2 1
B.L 一定大于L ,且m 越大、S 原长越长,L 就越长
2 1 1 1 2
C.L 一定小于L ,且m 越大、S 原长越长,L 就越短
2 1 1 2 2
D.L 一定小于L ,且m 越大、S 原长越长,L 就越短
2 1 2 1 2
【答案】C
【解答】解:
设长为S的弹簧有n圈,每圈弹簧的倔强系数为k,长为S 的弹簧有n 圈,长为S 的弹
1 1 2
簧有n 圈,故n=n +n ,
2 1 2
所以第一种情况下弹簧S的长度L =S+ n;
1第二种情况下弹簧的长度L =S + n +S + n =S+ n + n ;
2 1 1 2 2 1 2
所以L ﹣L = n﹣ n ﹣ n = n >0,故L 一定大于L ,且m 越大,其差
1 2 1 2 2 1 2 1
值就越大,L 就越短;n 越大(即S 原长越长),其差值也越大,所以C是正确的。
2 2 2
故选:C。
2.如图所示,物体A在沿斜面向上的拉力F的作用下处于静止状态,下列说法中正确的
是( )
A.物体A受到重力、支持力和拉力F合力可能为零
B.斜面对物体A的合力大小等于物体A的重力
C.物体A一定受到沿斜面向上的摩擦力
D.物体A一定受到沿斜面向下的摩擦力
【答案】A
【解答】解:如果物体相对斜面没有运动的趋势,则物体不受摩擦力,此时由于物体静
止,物体A受到的重力、支持力和拉力F的合力可能为零,故A正确;
斜面对物体A的力可以等效为一个力,此时物体是在斜面给物体的合力、物体A的重力
和外界拉力三个力共同作用下保持平衡状态。斜面对物体A的合力与物体A的重力不是
一对平衡力,大小不等,故B错误;
物体A处于静止状态,合力为零,物体A是否受到摩擦力不确定,如果物体A相对斜
面没有运动趋势,则A不受摩擦力,
如果A有向下运动的趋势,则A受到沿斜面向上的摩擦力,如果A有向上运动的趋势,
则A受到沿斜面向下的摩擦力,故CD错误。
故选:A。
3.如图甲所示,在一个足够高的圆柱形容器内放一个重为18N的实心金属圆柱体,现不
断向容器内注水,并记录水对容器底部的压强p与注水体积V的关系如图乙所示,整个
过程圆柱体与容器底部没有紧密结合,下列说法正确的是( )A.圆柱体的底面积为25cm2
B.圆柱体的密度为8.9×103kg/m3
C.注水60cm3时,容器底部受到水的压力为1.5N
D.注水260cm3时,圆柱体上表面受到水的压力为1.1N
【答案】C
【解答】解:
AB、由图可知,当注水体积为V =150cm3时,水的压强是p =1500Pa;实心金属圆柱
1 1
体的高度与水的深度相同;
注水体积为:V =250cm3时,水的压强是p =1900Pa;
2 2
当注水体积为大于150cm3时,由于实心金属圆柱体沉底,
则ΔV=V ﹣V =250cm3﹣150cm3=100cm3,Δp=p ﹣p =1900Pa﹣1500Pa=400Pa,
2 1 2 1
根据p= gh可得水的深度变化量为:Δh= = =
4×10﹣2m= ρ 4cm,
则容器的底面积:S容 = = =25cm2,根据p= gh可得实心金属圆柱体的
ρ
高度:h柱 =h
1
= = =0.15m=15cm,
而V
1
=(S容 ﹣S柱 )h
1
,即:150cm3=(25cm2﹣S柱 )×15cm,解得:圆柱体的底面积
S柱 =15cm2,
实心金属圆柱体的体积:V柱 =S柱h柱 =15cm2×15cm=225cm3=2.25×10﹣4m3,根 据 G = mg = gV 可 得 实 心 金 属 圆 柱 体 的 密 度 : 柱 = =
ρ ρ
=8×103kg/m3;故AB错误;
C、注水60cm3时水的深度:h′= = =6cm=6×10﹣2m,
容器底部受到水的压强:p′= 水gh′=1×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣2m=600Pa,
容器底部受到水的压力;F′=ρp′S容 =600Pa×25×10﹣4m2=1.5N;故C正确;
D、注水 260cm3时圆柱体上表面的深度:h′′= = =
4.4cm=0.044m,
圆柱体上表面受到水的压强:p′′= 水gh′′=1×103kg/m3×10N/kg×0.044m=
440Pa, ρ
圆柱体上表面受到水的压力;F′′=p′′S柱 =440Pa×15×10﹣4m2=0.66N;故D错误。
故选:C。
4.小雅用传感器设计了如图甲所示的力学装置,竖直细杆 B的下端通过力传感器固定在
容器底部,它的上端与不吸水的实心正方体A固定,不计细杆B及连接处的质量和体积;
力传感器可以显示出细杆B的下端受到作用力的大小,现缓慢向容器中加水,当水深为
13cm时,正方体A刚好浸没,力传感器的示数大小F随水深变化的图象如图乙所示,
则下列说法错误的是( )
A.物体A的质量为0.6kg
B.物体A的密度为0.6g/cm3
C.当容器内水的深度为10cm时,正方体A受到的浮力为10N
D.当力传感器的示数为5N时,水对容器底部的压强为400Pa【答案】C
【解答】解:A、由图乙可知,当h =0cm时,力传感器的示数为F =6N,由细杆的质
0 0
量不考虑可知,细杆对力传感器的压力等于物体A的重力,即物体A的重力G=F =
0
6N,由G=mg得,物体A的质量m= = =0.6kg,故A正确;
B.分析题意结合图乙可知,当h =3cm时,水面恰好与物体A的下表面接触,
1
当容器内水的深度h =13cm时,物体A刚好浸没,
2
则物体A的边长为:L=13cm﹣3cm=10cm=0.1m,
物体A的体积为:V=L3=(0.1m)3=1×10−3m3,
物体A的密度为: = = =0.6×10−3kg/m3=0.6g/cm3,故B正确;
ρ
C、当容器内水的深度h =10cm时,物体A浸入水的深度为:
3
h浸 =h
3
﹣h
2
=10cm﹣3cm=7cm=0.07m,
物体A排开水的体积为:V排 =L2h浸 =(0.1m)2×0.07m=7×10−4m3,
物体A受到的浮力为F浮 = 水gV排 =1×103kg/m3×10N/kg×7×10−4m3=7N,故C错误;
D、当力传感器的示数为5Nρ时,其方向竖直向下,此时物体A受到的浮力为:
F浮 ′=G﹣F′=6N﹣5N=1N,
由阿基米德原理F浮 = 水gV排 可得:
ρ
物体A排开水的体积为;V排 ′= = =1×10﹣4m3,
物体A浸入水的深度为:h浸 ′= = =1×10﹣2m
此时容器内水的深度为:h′=h
1
+h浸 ′=3×10﹣2m+1×10﹣2m=4×10﹣2m,
水对容器底的压强为:p= 水gh′=1.0×103kg/m3×10N/kg×4×10﹣2m=400Pa,故D正确。
故选:C。 ρ
5.如图所示,取一根质量为8g,横截面积为4cm2且足够长的薄壁平底试管,向管内倒入
40g水,使它竖直自由漂浮于足够深的某种液体中,试管正上方用细绳悬挂一质量为
18g的实心金属小球,管内液面比管外液面高2cm。下列结论正确的是( )A.管外液体密度为1.25×103kg/m3
B.若继续向试管内加水,两液面之间高度差逐渐增大
C.若在试管上加竖直向下0.06N的力,稳定时管内外液面恰好相平
D.若剪断细绳,小球落入试管中静止后,管内外液面恰好相平,则
球
=3g/cm3
【答案】B ρ
【解答】解:A、平底试管内水的体积为:V水 = = =40cm3,
则平底试管内水的深度为:h水 = = =10cm,
则平底试管浸入液体中的深度为:h浸 =h水 ﹣Δh=10cm﹣2cm=8cm,
则平底试管排开液体的体积为:V排 =Sh浸 =4cm2×8cm=32cm3,
此时平底试管漂浮在液体中,则受到的浮力为:
F浮 =G总 =m总g=(0.04kg+0.008kg)×10N/kg=0.48N,
由阿基米德原理可知,液体的密度为:
液
= = =1.5×103kg/m3,故A错误;
ρB、继续向试管内加水,试管仍然处于漂浮状态,浮力仍等于重力,
根据ΔF浮 =ΔG,即 液gSΔh液 = 水gSΔh水 ,
ρ ρ
所以 = = <1,
即Δh液 <Δh水 ,试管内外液面的高度差变大,故B正确;
C、若在试管上加竖直向下0.06N的力,此时物体受到重力、压力和浮力,
则F浮 ′=G总+F=0.48N+0.06N=0.54N,
根据F浮 = gV排 可得,塑料管排开液体体积为:
ρV排 = = =3.6×10﹣5m3,
试管浸入液体中的深度为:
h液 ′= = =0.0.09m=9cm<h水 ,
所以管内外液面不相平,故C错误;
D、设小球的体积为V,剪断细绳,小球落入试管中静止后,管内外液面恰好相平,
此时试管受到浮力为:F浮 “=G总+G球 =0.48N+0.018kg×10N/kg=0.66N,
由阿基米德原理可知,
F浮 “= 液gV排'= 液g(V水+V)=1.5×103kg/m3×10N/kg×(40+V)×10﹣6m3=0.66N,
解得:Vρ=4cm3,
ρ
所以小球的密度为: = = =4.5g/cm3,故D错误。
ρ
故选:B。
6.一质量为2kg的滑块,以4m/s的速度在光滑的水平面上向左滑行,从某一时刻起,在
滑块上作用一向右的水平力,经过一段时间,滑块的速度方向变为向右,大小为 4m/s,
在这段时间里水平力做的功为( )
A.0 B.8 J C.16 J D.32 J
【答案】A
【解答】解:W
F
= mv右 2﹣ mv左 2= 2kg×(4m/s)2﹣ ×2kg×(4m/s)2=0J。
故选:A。
7.如图,小明在做模拟“蹦极”的实验时,将橡皮筋一端系上小球,另一端固定在A点,
B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置,C点是小球从A点下落所能到达的
最低点,在小球下落过程中不考虑空气阻力,以下说法正确的是( )A.小球到达B点时受力平衡,其动能达到最大
B.从A点到C点小球的机械能守恒
C.小球在C点时受力平衡,速度为零
D.从A点到C点小球重力势能的减少量等于橡皮筋弹性势能的增加量
【答案】D
【解答】解:
A、由题可知,B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置,不考虑空气阻力,
小球到达B点时只受重力作用,故受力不平衡;
小球从A到B的过程中,重力势能转化为动能,动能一直在增加,但从B到C的过程
中,小球受到向上的弹力,随着形变的增大,弹力增大,在弹力小于重力这段时间内,
合力向下,小球做加速运动,其动能逐渐增大;当弹力等于重力时,速度最大,因此在
B点时速度不是最大,故动能不是最大,故A错误;
B、小球从A点到B点过程中,质量不变,速度变大,动能变大;高度减小,重力势能
减小。此过程中重力势能转化为动能。
小球从B到C点的过程中,质量不变,速度变小,动能变小;高度减小,重力势能减小;
橡皮筋发生形变,具有弹性势能。所以此过程是重力势能首先转化为动能,动能再转化
为橡皮筋的弹性势能,所以从A点到C点小球的机械能不守恒,故B错误。
C、小球到达C点时速度为0,此时的弹力大于小球的重力,所以受到的力不是平衡力,
故C错误;
D、从A点到C点过程中,重力势能减小,弹簧的长度增加,即弹性势能增加,
由于在小球下落过程中不考虑空气阻力,因此减小的重力势能最终转化成了皮筋的弹性
势能,即从A点到C点小球重力势能的减少量等于橡皮筋弹性势能的增加量,故 D正
确。
故选:D。
8.如图所示,地面上某圆柱形容器内装有水,水的质量为 m水 ,容器底面积为40cm2。将
物体B放入容器水中浸没时,B受到的浮力为F ,容器对地面的压力为3N;使用杠杆
1
提起物体B,当杠杆C端挂质量为m 的物体时,杠杆在水平位置恰好平衡,物体 B刚
A
好有 体积露出水面,此时容器对地面的压力为1.6N,物体B受到的浮力为F ,容器内
2
液面下降了0.5cm。设物体B的密度为 ,已知:OD:OC=1:2(g取10N/kg)。下列
结果正确的是( ) ρA.m =70g; =2.5×103kg/m3
A
B.m
A
=70g;ρ=5×103kg/m3
C.F
2
=0.8N;ρm水 =100g
D.F
1
=0.6N;m水 =100g
【答案】A
【解答】解:(1)设容器和水的总重力为G;作用在D端绳子上的拉力为F ,
D
根据题意可得:G+G =3N﹣﹣﹣﹣①
B
G+G ﹣F =1.6N﹣﹣﹣﹣②
B D
①﹣②得:F =1.4N;
D
根据杠杆平衡的条件可得,F •OD=G •OC,1.4N×1=G ×2,解得:G =0.7N,
D A A A
A的质量为:m = = =0.07kg=70g;
A
(2)因为物体B刚好有1/4体积露出水面,容器内液面下降了0.5cm,则B的体积V
B
=4×0.5cm×40cm2=80cm3,
B受到的浮力为F
1
为:F
1
= 水gV
B
=1×103kg/m3×10N/kg×8×10﹣5m3=0.8N,
ρ
物体B受到的浮力F 为:F = F = ×0.8N=0.6N;
2 2 1
(3)右图中B受到竖直向下的重力和竖直向上的浮力和拉力作用,即 G =F +F =
B 2 D
0.6N+1.4N=2N,则m = = =0.2kg;
B
物体B的密度为: = = =2.5×103kg/m3;
ρ综上所述,A正确。
故选:A。
9.如图所示,用三种方法拉动同一物体在相同的水平地面上做匀速直线运动,使物体以相
等速度移动相同的距离。所用拉力分别是F 、F 、F ,这三个力的作用点移动距离分别
1 2 3
是s 、s 、s ,移动速度分别为v 、v 、v ,不计滑轮摩擦,则( )
1 2 3 1 2 3
A.F :F :F =2:1:4 s :s :s =2:1:4
1 2 3 1 2 3
B.F :F :F =2:1:4 s :s :s =2:4:1
1 2 3 1 2 3
C.F :F :F =2:4:1 v :v :v =2:1:4
1 2 3 1 2 3
D.F :F :F =2:1:4 v :v :v =4:2:1
1 2 3 1 2 3
【答案】B
【解答】解:由图可见,本题中三个滑轮都是克服摩擦力做功,假设物体与水平面的摩
擦力f,物体移动的速度为V ,运动的时间为t,则对这三个图分析可得:
0
(1)甲图:滑轮为定滑轮,因为定滑轮相当于一个等臂杠杆,不能省力,所以根据二
力平衡,此时拉力F =f;拉力的作用点移动的速度V =V ,作用点移动的距离S =
1 1 0 1
V t。
0
(2)乙图:滑轮为动滑轮,因为动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂 2倍的杠杆,省一
半的力,所以根据二力平衡,此时拉力F = f;但是费2倍的距离,拉力的作用点移动
2
的速度V =2V ,作用点移动的距离S =2V t。
2 0 2 0
(3)丙图:滑轮为动滑轮,拉力的作用点在动滑轮的轴上,因此是个费力杠杆,费2
倍的力,省2倍的距离,因此F =2f,
3
拉力的作用点移动的速度V = V ,作用点移动的距离S = V t。
3 0 3 0
综上分析可知:
①F :F :F =f: f:2f=2:1:4;②V :V :V =V :2V : V =2:4:1;③
1 2 3 1 2 3 0 0 0S :S :S =V t:2V t: V t=2:4:1。
1 2 3 0 0 0
故选:B。
10.如图,每个滑轮质量相同,重为G的物体,在拉力的作用下匀速上升,已知乙滑轮组
的效率为 ,不计摩擦、绳重和木板重,下列说法不正确的是( )
η
A.两滑轮组的机械效率可能相等
B.F 一定大于F
1 2
C.每个滑轮重
D.甲、乙将重物提升相同的高度时,拉力的功率可能相等
【答案】A
【解答】解:
(1)由图可知,甲滑轮组只有1个动滑轮,乙滑轮组有2个动滑轮,且不计摩擦、绳
和木板的重,
因克服物体重力G做的功为有用功,克服物重和动滑轮重做的功为总功,
所以,两滑轮组的机械效率分别为: = = , = = ,则
甲 乙
甲
>
乙
,故A错误; η η
η η
由 = 可得,动滑轮的重力(即每个滑轮重):
乙
η
G动 = ,故C正确;
(2)由图可知,n甲 =2,n乙 =4,不计摩擦、绳和木板的重,则两滑轮组绳子的拉力分别为:
F
1
= (G+G动 )= (2G+2G动 ),F
2
= (G+2G动 ),
因(2G+2G动 )>(G+2G动 ),
所以,F >F ,故B正确;
1 2
甲、乙将重物提升相同的高度,拉力做功为总功,则F 与F 的功率分别为:
1 2
P甲 = = ,P乙 = = ,
因t甲 和t乙 的关系不确定,所以,F
1
与F
2
的功率可能相等,故D正确。
故选:A。
11.如图所示,用28N的力F沿水平方向拉滑轮,可使重100N的物体A以0.2m/s的速度
在水平面上匀速运动。物体B重30N,弹簧测力计的示数恒为5N(不计滑轮、测力计、
绳子的重量,滑轮的转轴光滑)。下列说法正确的是( )
A.滑轮移动的速度是0.4m/s
B.物体A受到地面的摩擦力是9N
C.水平拉力F的功率是5.6W
D.在10s内绳子对物体A做的功为18J
【答案】B
【解答】解:
A、A移动的速度即绳端移动的速度为 0.2m/s,所以滑轮的移动速度为 ×0.2m/s=
0.1m/s,所以A错误;
B、因为F=28N,所以对A的拉力为: ×28N=14N,弹簧测力计的示数恒为5N,则
物体B对A的摩擦力为5N,方向向右,所以地面对A的摩擦力为14N﹣5N=9N,所以
B正确;
C、水平拉力F的功率:P= = =Fv=28N×0.1m/s=2.8W,所以C错误;
D、绳子对物体A的拉力是14N,10s物体A移动的距离为s=vt=0.2m/s×10s=2m,所以W=Fs=14N×2m=28J,所以D错误。
故选:B。
12.甲、乙两个实心立方体分别放在水平地面上(
甲
>
乙
),它们对水平地面的压强相
等。若沿竖直方向将甲、乙两个立方体各切除体积ρ 相同ρ的一部分,再将切除部分分别叠
放在各自剩余部分上面,则水平地面受到甲、乙的压强( )
A.p甲 <p乙 B.p甲 =p乙
C.p甲 >p乙 D.以上情况均有可能
【答案】C
【解答】解:(1)实心立方体对水平地面压强:
p= = = = = = gh,
∵甲乙对地面的压强相等,∴ 甲ghρ甲 = 乙gh乙
又∵
甲
>
乙
,∴h甲 <h乙 ﹣﹣ρ﹣﹣﹣﹣ρ①
(2)ρ各切ρ除体积相同的一部分,由于甲的边长较小(侧面积较小),故甲切去的厚度
较大,即h甲切 >h乙切 ,
如图所示(右侧为切除部分):
把切除部分叠放在各自剩余部分上面,
则甲的底面积为s甲 ′=(h甲 ﹣h甲切 )h甲 ,乙的底面积为s乙 ′=(h乙 ﹣h乙切 )h乙 ,
∵把切掉的部分又放到物体的上方,∴它们对地面的压力不变,
此时甲对地面的压强:p甲 ′= = = ﹣﹣﹣﹣﹣
﹣②
同理可得,此时乙对地面的压强:p乙 ′= ﹣﹣﹣﹣﹣﹣③此 时 甲 、 乙 对 地 面 的 压 强 之 比 : = × =
= ④,
由图可知,h甲h乙切 <h乙h甲切 ,所以根据④可得: >1,
所以p甲 ′>p乙 ′,
故选:C。
第Ⅱ卷 非选择题
二.填空题(本题共6小题,每空3分,共18分)
13.小明用铅笔写字时,笔尖与纸之间的摩擦是 滑动 摩擦,用橡皮擦去纸上的痕迹时
用力越大,效果越明显,说明摩擦力的大小与 压力 有关。小明握笔时,手与笔之间
的摩擦是 有益 (选填:“有益”或“有害”)摩擦。小明和小华用同一弹簧拉力器
锻炼身体时,小明手臂长,但小华手臂粗,他们分别将弹簧拉力器拉开, 小明 用力
较大。
【答案】见试题解答内容
【解答】解:用铅笔写字时,笔尖与纸之间的摩擦属于滑动摩擦。
用橡皮擦去纸上的痕迹时用力越大,效果越明显,说明摩擦力的大小与压力大小有关。
小明握笔时,手与笔之间的摩擦是有益摩擦。
小明手臂长,将弹簧拉力器拉开时,弹簧伸长较长,形变大;故拉力较大。
故答案为:滑动;压力;有益;小明。
14.边长为20cm的薄壁正方形容器(质量不计)放在水平桌面上,将质地均匀的实心圆
柱体竖直放在容器底部,其横截面积为 200cm2,高度为10cm,如图甲所示。然后,向
容器内缓慢注入某种液体,圆柱体始终直立,圆柱体对容器底部的压力与注入液体质量
的关系,如图乙所示。则圆柱体的重 140 N,液体的密度为 1.5×1 0 3 kg/m3,当
液体对容器底部的压强与容器对桌面的压强之比为1:3时,容器内液体的质量为 2. 8
kg。【答案】140;1.5×103;2.8
【解答】解:(1)由图乙可知,当注入液体的质量为0时,此时圆柱体对容器底部的
压力F压 等于圆柱体的重力G
0
,即F压 =G
0
=140N;
(2)由题意可知,圆柱体的体积为 V柱 =S柱h柱 =200cm2×10cm=2000cm3=2×10﹣
3m3,
正方体容器的底面积为S容 =20cm×20cm=400cm2=0.04m2,
圆柱体刚好浸没时,液体的体积为V液 =(S容 ﹣S柱 )h柱 =(0.04m2﹣0.02m2)×0.1m
=2×10﹣3m3,
由图乙可知,圆柱体刚好浸没时,注入液体的质量为m液 =3kg,
液体的密度为
液
= = =1.5×103kg/m3;
(3)由(2)中ρ可知,圆柱体刚好浸没时注入液体的质量为3kg,当注入液体质量m 小
1
于等于3kg时,容器内的液体深度为h′= ,
ΔS=S容 ﹣S柱 =0.04m2﹣0.02m2=0.02m2,
由p= gh可得,此时液体对容器底的压强为p
1
= 液g ﹣﹣﹣﹣﹣①
由图乙ρ可知,当没有注入液体时,圆柱体对容器ρ底的压力为140N,即圆柱体的重力为
140N,则注入液体后,由受力分析可知,容器对桌面的压力为
F=140N+m g,
1
容器对桌面的压强为:p = = ﹣﹣﹣﹣②,
2由题意可知p :p =1:3,
1 2
联立,解得m =2.8kg。
1
当注入液体的质量大于3kg时,即注入液体的深度大于10cm,因液体体积与圆柱体体
积之和等于容器底面积乘以液体的深度,即V液+V柱 =S容h′,
液体的体积为V液 = ,
故可得 +V柱 =S容h′,
解得此时液体的深度为h′= ,
由p= gh可得,此时液体对容器底的压强为p液 = 液gh′= 液g× ,
ρ ρ ρ
由受力分析可知,容器对桌面的压强为p容 = = ,
由题意可知p液 :p容 =1:3,
故可得(mg+ 液gV柱 ):(140N+mg)=1:3,
代入数据可得ρ(m×10N/kg+1.5×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3):(140N+m×10N/kg)=
1:3,
解得m=2.5kg,由于m<3kg,应舍去。
故答案为:140;1.5×103;2.8。
15.如图甲所示,一重4N、底面积为100cm2的容器放在水平桌面上,容器上部和下部都
是正方体,底部中央固定有一根沿竖直方向的轻杆(轻杆的体积和质量均不计),轻杆
的上端连接着密度为0.6g/cm3的圆柱体A。现向容器中加水,控制水以10cm3/s的速度
流入,同时开始计时直至圆柱体A浸没时停止加水,水对容器底的压力F随时间t变化
的规律如图乙所示。则圆柱体A刚好浸没时水对容器底部的压强为 1200 Pa,当t=
95s时,容器对桌面的压强为 140 4 Pa。【答案】1200;1404。
【解答】解:由乙图可知圆柱体A刚好浸没时水对容器底部的压力为12N,则圆柱体A
刚好浸没时水对容器底部的压强为:p= = =1200Pa;
从第60s到第94s水对容器底部的压力由6N变为10N,则水对容器底部的增加的压强为:
Δp= = =400Pa,
该段时间内水面上升的高度为:h= = =0.04m,
该段时间内水增加的体积为:V=10cm3/s×(94s﹣60s)=340cm3,
圆柱体A在该部分的体积为:V =Sh﹣V=100×10﹣4m2×0.04m﹣340×10﹣6m3=6×10﹣
A1
5m3,
则圆柱体A的底面积为:S = = =1.5×10﹣3m2,
A
从第94s到第96s水对容器底部的压力由10N变为12N,则水对容器底部的增加的压强
为:Δp′= = =200Pa,水面上升的高度为:h′= = =0.02m,
则该部分圆柱体A的体积为:V =S h′=1.5×10﹣3m2×0.02m=3×10﹣5m3,
A2 A
圆柱体A的质量为:m = (V +V )=0.6×103kg/m3×(6×10﹣5m3+3×10﹣5m3)=
A A A1 A2
0.054kg, ρ
当t=95s时,容器中水的体积为:V水 =10cm3/s×95s=950cm3,
容器中水的质量为:m水 = 水V水 =1.0×103kg/m3×950cm3×10﹣6=0.95kg,
容器中物体的重力为:G′ρ=(m水+m
A
)g=(0.95kg+0.054kg)×10N/kg=10.04N,
容器对桌面的压力即容器和容器中的物体的重力之和,所以容器对桌面的压强为:p=
= = =1404Pa。
故答案为:1200;1404。
16.如图所示,粗细均匀的蜡烛长l ,它底部粘有一质量为m的小铁块。现将它直立于水
0
中,它的上端距水面h。如果将蜡烛点燃,假定蜡烛燃烧时油不流下来,且每分钟烧去
蜡烛的长为Δl,则从点燃蜡烛时开始计时,经 时间蜡烛熄灭(设
蜡烛的密度为 ,水的密度为 ,铁的密度为 )。
1 2
ρ ρ ρ
【答案】见试题解答内容
【解答】解:(1)设蜡烛的密度为 ,水的密度为 ,铁的密度为 .铁块受到浮力
1 2
F,蜡烛截面积S。 ρ ρ ρ
蜡烛与铁块整体处于漂浮状态,受力平衡分析:蜡烛重力+铁重力=蜡烛的浮力+铁的浮
力
L Sg+mg= (L ﹣h)Sg+F﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
1 1 1
ρ ρ(2)蜡烛灭的时候,设蜡烛燃烧长度x,这时蜡烛的长度刚刚在水面,整个蜡烛长度的
重力加铁重力刚好等于蜡烛的浮力加铁的浮力。
蜡烛重力+铁重力=蜡烛的浮力+铁的浮力
② (L ﹣x)Sg+mg= (L ﹣x)Sg+F
1 1 1
ρ ρ
①﹣②得x= ,蜡烛燃烧的时间t= = ,
故答案为:= 。
17.如图甲所示,底面积为200cm2的轻质薄壁柱形容器放置在水平桌面上,正方体A、圆
柱体B浸没在某种液体中。正方体A的体积为1000cm3、重力为6N,通过不可伸长的
细线与容器底部相连,B放在A上。打开阀门K放出液体,容器中液体深度h与细线上
拉力F关系如图乙所示,则圆柱体B的高度为 5 cm。当液体深度为20cm时,关闭
阀门,剪断细线,将B从A上取下放入液体中。待A、B静止后,与剪线前相比,克服
A的重力做功 0.2 7 J。
【答案】5;0.27。
【解答】解:(1)由图乙可知,液体深度为25cm时,圆柱体的上表面与液面相平,液
体深度为20cm时,B全部露出水面,正方体的上表面刚好与液面相平,深度小于20cm
后,A部分露出水面,所以圆柱体B的高度h =h ﹣h =25cm﹣20cm=5cm;
B 2 3
(2)由题意可知,A的体积V =1000cm3,那么A的边长a= =10cm=
A
0.1m;
则A的底面积S =a2=(0.1m)2;
A
当液体的深度为20cm关闭阀门时,B全部露出水面,A的上表面刚好与液面相平,此
时A下表面与容器底的距离为h′=h ﹣a=20cm﹣10cm=10cm=0.1m;
3容器中液体的体积V液 =S容h
3
﹣V
A
=200×10﹣4m2×0.2m﹣1000×10﹣6m3=3×10﹣3m3;
A排开液体的体积V排2 =V
A
=10﹣3m3;
根据阿基米德原理可知,A受到的浮力F浮2 = 液gV排2 ;
此时A、B这个整体受到三个力:竖直向下的总ρ 重力、拉力和竖直向上的浮力的作用处
于平衡状态,
所以F浮2 =G
A
+G
B
+F
2
,即 液×10N/kg×10﹣3m3=6N+G
B
+8N ①;
当液体深度为16cm时,绳ρ子的拉力为0,说明A、B这个整体处于漂浮状态,所受的浮
力等于两者的总重力,即F浮3 =G
A
+G
B
;
此时排开液体的体积 V排3 =V
A
﹣S
A
Δh
3
=10﹣3m3﹣0.01m2×(0.2m﹣0.16m)=6×10﹣
4m3;
根据阿基米德原理:此时A受到的浮力F浮3 = 液gV排3 ;
所以, 液×10N/kg×6×10﹣4m3=6N+G
B
②ρ ;
解①②ρ两式得,液体的密度及B的重力分别为:
液
=2×103kg/m3,G
B
=6N;
由图乙可知,液体深度大于 25cm时,A、B整体ρ浸没在液体中,此时细线的拉力为
12N,A、B整体受到三个力:竖直向下的总重力、拉力和竖直向上的浮力的作用处于
平衡状态,
所以,F浮1 =G
A
+G
B
+F
1
=6N+6N+12N=24N;
根 据 阿 基 米 德 原 理 可 知 , 此 时 排 开 液 体 的 体 积 V 排 = =
=1.2×10﹣3m3;
则B的体积V
B
=V排 ﹣V
A
=1.2×10﹣3m3﹣10﹣3m3=2×10﹣4m3;
且F浮2 = 液gV排2 =2×103kg/m3×10N/kg×10﹣3m3=20N>G
A
;
所以剪断细ρ 线,将B从A取下放入液体中后,A静止时处于漂浮状态,此时A所受的重
力与浮力是一对平衡力,即F浮A =G
A
=6N;
所以A排开的液体的体积V
A排
= = =3×10﹣4m3;B也静止后,A浸入的深度h
A浸
= = =0.03m;
液体的深度h= = =0.175m;
此时A的下表面与容器底的距离h″=h﹣h
A浸
=0.175m﹣0.03m=0.145m;
待A、B静止后,与剪线前相比,A的重心移动的距离Δh=h″﹣h′=0.145m﹣0.1m=
0.045m;
这个过程中克服A的重力所做的功W=G Δh=6N×0.045m=0.27J。
A
故答案为:5;0.27。
18.如图所示,粗细相同密度均匀的细棒做成“L”形,其中AC与CB垂直,AC长L,
CB长L/2,整根细棒的重力是G,并放在固定的圆筒内,圆筒内侧面和底面均光滑,圆
筒横截面的直径为L.平衡时细棒正好处于经过圆简直径的竖直平面内。此时细棒对圆
筒底面的压力大小为 G ;细棒B端对圆筒侧面的压力为 。
【答案】见试题解答内容
【解答】解:(1)如图分析:“L”形细棒处于静止状态,根据物体受力平衡条件得:物体在水平方向和竖直方向上和合力为零,
则:N= + =G,
N =N ,
1 2
(2)以C点为杠杆ACB的支点,则根据杠杆平衡条件得:
+ =N Lcos + ,
1
∴6N sin +4Gsin =12N cos +Gcosα,
1 2
又∵N 1 =αN 2 , α α α
∴N (6sin ﹣12cos )=(cos ﹣4sin )G,
1
α α α α
∴N = ﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
1
因圆筒横截面的直径为L,由几何关系得:
L=Lsin + Lcos ,
∴2sin +cαos ﹣2=α0,
又知:αsin2 +αcos2 =1,
α α
解得:sin = ,cos = ,
代入①式α得: α
N = = 。
1
故答案为:G; 。
三.实验探究题(本题共2小题,每题5分,共10分)19.小明为研究动能大小与哪些因素有关,设计了如图实验,让小球静止从斜面上滚下后
与固定在右端的弹簧碰撞,斜面底端和水平面平滑相接,请结合实验回答下列问题:
(1)实验中通过 弹簧被压缩的程度 反映小球动能的大小;实验中让同一小球从斜
面上不同高度滚下,当高度 越大 (选填“越大”或“越小”)时,观察到弹簧被压
缩得越短,说明小球动能大小与速度有关。
(2)为了研究动能大小是否和物体质量有关,应该让不同质量的小球从斜面上相同的
高度滚下,这样做的目的是 使小球达到水平时速度相同 。
(3)实验中小明发现小球压缩弹簧后被弹簧弹回到斜面上,为了研究小球被弹回到斜
面上的高度与哪些因素有关,小明分别将玻璃板、木板和毛巾铺在接触面(含斜面和平
面)上,进行实验,而保证小球质量和高度 相同 (选填“相同”或“不同”),发
现当小球在玻璃表面滚动时被弹回的高度最大,在毛巾表面滚动时被弹回的高度最小,
因此小明认为小球被弹回的高度与接触面粗糙程度有关。
(4)小明在(3)实验所得结论基础上进行推理,接触面越光滑小球被弹回的越高,如
果接触面光滑到没有摩擦,那么小球将 D
A.沿着斜面匀速直线运动 B.不能上升到初始高度,最终静止在平面上
C.上升到初始高度后静止 D.能上升到初始高度,并在斜面和弹簧之间往复运
动
(5)小明在(4)中用到一种科学方法,下面哪个定律或原理的得出用到了同一种方法
C
A.阿基米德原理 B.杠杆原理 C.牛顿第一定律。
【答案】见试题解答内容
【解答】解:
(1)小球压缩弹簧,对弹簧做功,做功的多少反映了小球动能的多少,弹簧被压缩的
程度越大,说明小球的动能越大。所以,可以通过弹簧被压缩的程度来反映小球动能的
多少;实验中让同一小球从斜面上不同高度滚下,当高度越小时,小球达到水平面上的
速度越小,弹簧被压缩得越短,说明小球动能大小与速度有关;(2)要研究动能大小与质量的关系,由控制变量法的应用可知:就要控制速度不变,
让质量变化;速度是通过起始点的高度来控制的,所以要控制两球从同一高度滚下;
(3)斜面实验中,小球从同一斜面的同一高度滚下,可以让小球到达水平面上时保持
相同的初速度;
(4)接触面越光滑小球被弹回的越高,由此推理,如果接触面光滑到没有摩擦,只有
动能和势能相互转化,机械能保持不变,那么小球将能上升到初始高度,并在斜面和弹
簧之间往复运动;
(5)牛顿第一定律:水平面越光滑,对小车的阻力越小,小车运动得越远,小车的速
度减小得越慢;由此推理,当水平面绝对光滑时,运动的小车受到的阻力为0,即小车
在水平方向上不受力的作用时,小车将匀速直线运动下去;牛顿第一定律也是在实验和
科学推理相结合的基础上得出的。
故答案为:(1)弹簧被压缩的程度;越大;(2)使小球达到水平时速度相同;(3)
相同;(4)D;(5)C。
20.“探究杠杆平衡条件”的实验中,把杠杆的中点支在支架上,杠杆停在如图甲所示的
位置,
(1)为了使杠杆在水平位置平衡,可以调节右端的平衡螺母,使它向 左 (填
“左”或“右”)移动。
(2)调节好的杠杆,如图乙,用弹簧测力向上拉动杠杆使其水平平衡,若每个钩码重
为2N,则弹簧测力计的读数为 2. 4 N
(3)如图丙,当弹簧测力计由M位置倾斜至N位置时,用力使杠杆在水平位置处于平
衡,弹簧测力计的示数将会变 大 ,这是因为 动力臂变小了 。
(4)实验中测得的数据如表所示
测量序号 动力F /N 动力臂l /cm 阻力F /N 阻力臂l /cm
1 1 2 2
① 1 20 2 10
② 2 15 1.5 20③ 3 5 1 15
有的同学按现有方案得出如下结论“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力
作用点的距离。”这个结论与杠杆平衡条件不符,原因是实验过程中 B 。
A.没有改变力的大小
B.没有改变力的方向
C.没有改变力的作用点
D.没有改变平衡螺母的位置从而让杠杆在水平位置重新平衡。
【答案】见试题解答内容
【解答】解:
(1)杠杆停在如图甲所示的位置,左端上翘,要使杠杆在水平位置处于平衡状态,平
衡螺母向上翘的左端移动;
(2)根据动力×动力臂=阻力×阻力臂,可得3×2N×2L=F×5L,解得:F=2.4N。
(3)弹簧测力计在M位置时,力臂是红色的线段;弹簧测力计在N位置时,力臂是绿
色的线段。根据动力×动力臂=阻力×阻力臂,阻力和阻力臂都不变,动力臂变短,动力
变大,故弹簧测力计示数变大。
(4)“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,是在杠杆
在水平位置平衡且动力和阻力的方向都是竖直向下的条件下得出的,也就是实验过程中
没有改变动力或阻力的方向。故选项A、C、D错误,选项B正确。
故答案为:(1)左;(2)2.4;(3)大;动力臂变小了;(4)B。
四.计算题(本题共3小题,每题12分,共36分)
21.如图所示,轻质薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上,容器高度都为6h,A容器底面
积为2S,B容器底面积为S,A中盛有深度为3h的液体甲,B中盛有深度为4h的液体
乙,在图示水平面MN处两种液体的压强相等。试求:
(1)若液体甲的质量为6千克,体积为5×10﹣3米3,求液体甲的密度
甲
;
(2)若液体乙的质量为m乙 ,B容器底面积为S,求B容器对水平面的ρ压强p
B
;
(3)若在A容器中继续加入液体甲、在B容器中继续加入液体乙,加入的液体体积都为ΔV,此时容器对水平面的压强为p '和p ',请通过计算比较p '和p '的大小关系及其
A B A B
对应ΔV的取值范围。
【答案】(1)液体甲的密度是1.2×103kg/m3;
(2)B容器对水平面的压强是 ;
(3)p '>p ',ΔV的取值范围是ΔV≤2Sh。
A B
【解答】解:(1)液体甲的密度
甲
= = =1.2×103kg/m3;
ρ
(2)B容器对水平面的压强p = = = ;
B
(3)由于水平面MN处两种液体的压强相等,则p= 甲×g×2h,p= 乙×g×3h,所以
2 甲 =3 乙 ; ρ ρ
ρ 甲容ρ 器中能加入液体的体积 ΔV≤2S×(6h﹣3h),乙容器中能加入液体的体积
ΔV≤S×(6h﹣4h),则ΔV的取值范围:ΔV≤2Sh;
p
A
'= 甲×g×(3h+ )= 乙×g×(3h+ ),p
B
'= 乙×g×(4h+ ),
ρ ρ ρ
p
A
'﹣p
B
'= 乙×g×(3h+ )﹣ 乙×g×(4h+ )= 乙gh﹣ 乙g× =)=
ρ ρ ρ ρ
乙gh﹣ 乙g× =0(当ΔV=2Sh为最大时,减数最大差最小),则 p
A
'﹣p
B
'>0,
所ρ以p '>p 'ρ。
A B
答:(1)液体甲的密度是1.2×103kg/m3;
(2)B容器对水平面的压强是 ;
(3)p '>p ',ΔV的取值范围是ΔV≤2Sh。
A B
22.如图所示,放置在水平桌面上的薄壁圆柱形容器高度为 h=10cm,底面积为 S=200cm2,容器内装水深度为h =8.5cm。甲、乙是两个质量分布均匀的实心圆柱体,甲
0
的底面积为S甲 =50cm2、高度为h甲 =12cm、密度为
甲
=1.5g/cm3;乙的密度为
乙
,
质量为m乙 。忽略物体吸附液体等次要因素,已知
水
=ρ 1×103kg/m3,g=10N/kg。ρ
(1)求容器中水的质量。 ρ
(2)若细线拉着甲竖直缓慢浸入水中,直到甲下表面据水面深度为 8cm时停止,求此
时水对容器底部的压强。
(3)若不将甲浸入水中而是将乙竖直缓慢放入容器中,为保证释放乙并稳定后液体不
会溢出,求乙物体的质量m乙 的取值范围(用
乙
、
水
、h
0
、h、S表示)。
ρ ρ
【答案】(1)1.7kg
(2)1000Pa
(3)当
乙
≥
水
时,m乙 ≤ 乙S(h﹣h0),当
乙
<
水
时m乙 ≤ 水S(h﹣h
0
)
【解答】ρ(1)ρ容器内水的体ρ 积V=Sh =200cmρ2×8.5ρcm=1.7×10ρ ﹣3m3,根据m= V=
0
1.0×103kg/m3×1.7×10﹣3m3=1.7kg,故容器中水的质量为1.7kg。 ρ
(2)容器中剩余的体积为S(h﹣h )=200×(10﹣8.5)=300cm3,由于 ,
0
V=S甲×h′,300cm3=50cm2×h′,所以h′=6cm,所以当甲下表面距离水面8cm时
水已溢出,此时对容器底的压强p= gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa
ρ
(3)①当
乙
≥
水
时,乙完全浸没,当 时水不溢出,此时m乙 ≤
ρ ρ ρ
乙S(h﹣h0)②当
乙
<
水
时乙漂浮,若要使水不溢出,要求V排≤S(h﹣h
0
),漂浮
ρ ρ
浮力等于重力,有F浮 =mg, ,要求V排小于等于S
(h﹣h
0
),所以m乙 ≤ 水S(h﹣h
0
),故答案为:当
乙
≥
水
时, ,
ρ ρ ρ当
乙
<
水
时m乙 ≤ 水S(h﹣h
0
)。
23.如ρ图甲ρ所示,MN是ρ以O为支点的轻质杠杆,OM:ON=4:1,物体A是棱长为10cm
的实心均匀正方体,将A自由放置在底面积为200cm2的薄壁柱形容器中,在A的正上
方是一个质量为1kg、底面积为60cm2、高为10cm的长方体B,用轻质细杆分别将B和
C竖直连接在杠杆M、N两端,且杠杆在水平位置平衡,C是重为100N,边长为10cm
的实心均匀正方体。现向容器中注水,物体A所受的浮力F与水的深度h的变化关系如
图乙所示。求:
(1)A的质量;
(2)未向容器中注水时,C对水平地面的压强;
(3)当C对地面的压强为8800Pa时,向容器中一共注入水的质量。
【答案】(1)A的质量为0.6kg;
(2)C对水平地面的压强为6000Pa;
(3)液体的质量为3.1kg。
【解答】解:(1)由图象知,当h水深为6﹣13cm时,浮力不变,且小于A的边长,
说明没有浸没,故此时物体A漂浮,
再利用浮沉条件此时F浮 =G
A
,所以G
A
=6N;
所以物体A的重力为6N;
A的质量为m= = =0.6kg;
(2)当未注入水时,物体B所受到的重力G =mg=1kg×10N/kg=10N,
B
利用杠杆平衡条件可知,G
B
OM=F拉C ON,
由于OM:ON=4:1,所以此时C所受到的拉力F拉C =40N,
C所受到支持力F支 =G
C
﹣F拉C =100N﹣40N=60N,
由于压力和支持力互为相互作用力,F压 =F支 =60N,由p= 可得,C对地面的压强为p= = =6000Pa;
C对水平地面的压强为6000Pa;
(3)由F=ps可得,此时C对水平地面的压力为F=pS=8800Pa×100cm2=88N;
由于压力和支持力互为相互作用力,C所受到支持力F支 ′=F压 ′=88N,
C所受到拉力F拉C ′=G
C
﹣F支′=100N﹣88N=12N,
利用杠杆平衡条件可知,F拉B OM=F拉C ′ON,
由于OM:ON=4:1,所以此时B所受到的拉力F拉B =3N,
假设此时A未浸没,
B所受到A的作用力为F
A对B
=G
B
﹣F拉B =10N﹣3N=7N,
此时A所受到的浮力为F浮A =G A +F B对A =6N+7N=13N,
而A全浸没所受到的浮力F浮全 = 液gV排 =1×103kg/m3×1000×10﹣6m3×10N/kg=10N,
与假设的条件不符,所以A应该已ρ经全浸没,
那么A所受到B对A的作用力F
B对A
=F浮全 ﹣G
A
=10N﹣6N=4N,
B所受到A对B的作用力F
A对B
=4N,
B受到的浮力为F浮B =G
B
﹣F
A对B
﹣F拉B =10N﹣4N﹣3N=3N,
由F浮 = 水V排g可得浮体排开水的体积:
V排B =3×ρ10﹣4m3=300cm3,
B浸入深度为:h浸B = =5cm,
由图表可知A漂浮且AB之间接触而无作用力的水深为13cm,
由F浮 = 水V排g可得A排开水的体积:
V排A =6ρ×10﹣4m3=600cm3,
h浸A = =6cm,
所以此时水面的深度为:
h水 =h浸B +(L
A
﹣h浸A )+13cm=5cm+(10cm﹣6cm)+13cm=22cm,
那么此时加入的 V 液 =V 总 ﹣V 排A ﹣V 排B =22cm×200cm2﹣1000cm3﹣300 cm3=
3100cm3,液体的质量m液 = 液V液 =1×103kg/m3×3300×10﹣6m3=3.1kg;
答:(1)A的质量ρ为0.6kg;
(2)C对水平地面的压强为6000Pa;
(3)液体的质量为3.1kg。