Question

【題目】如圖，一質量為40g。體積為50cm3的鐵制小球放入盛水的薄玻璃容器中，在玻璃容器下方有一已經接入電路的螺線管，小燈泡標有“6V3W“字樣，通過螺線管的電流I與螺線管對鐵制小球的作用力F的關系如表，假設燈絲電阻保持不變，不考慮小球與螺線管距離的遠近對力F的影響。

I/A	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
F/N	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

（1）閉合開關后，通電螺線管A端是______極，調節滑動變阻器，滑片向右移動，則通電螺線管的_____會增強。

（2）閉合開關，調節滑動變阻器使鐵制小球能夠懸浮在水中，此時，小燈泡消耗的功率是多少W____？

（3）閉合開關，調節滑動變阻器使小燈泡正常發光，當鐵制小球靜止時，小球對容器底的壓力是多少N__？

Answer 1

【答案】N 磁性 0.48W 0.15N

【解析】

（1）根據安培定則，螺線管中電流從B端流入、A端流出，則螺線管的A端為N極；滑動變阻器P向右移動時，接入電路中的電阻變小，電路中電流變大，再線圈匝數一定時，螺線管中電流越大，磁性越強。

（2）小球受到的重力G=mg=40×10-3kg×10N/kg=0.4N。S閉合后，小球懸浮，此時F浮=G+F。此時小球所受浮力F浮=ρ水gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×10N/kg×50×10-6m3=0.5N，則F= F浮-G=0.5N-0.4N=0.1N。查表可知，此時電路中的電流I=0.2A。根據燈的銘牌可知RL===12Ω，此時燈泡消耗的功率是PL=I2RL=（0.2A）2×12Ω=0.48W。

（3）當小燈泡正常發光時，電路中電流為I=IL===0.5A，查表可知此時通電螺線管對小球的吸引力F=0.25N，此時小球受到向下的力為F+G=0.25N+0.4N=0.65N，而受到向上的力為F浮= 0.5N，0.65N>0.5N，所以小球將沉底。當小球沉底靜止時，除了受到F、G、F浮之外，還受到容器底的支持力F支，由受力分析可知：F+G=F浮+F支，則F支=F+G-F浮=0.25N+0.4N-0.5N=0.15N。因容器底對小球的支持力與小球對容器底的壓力為一對相互作用力，所以小球對容器底的壓力F壓= F支=0.15N。