Question

【題目】如圖所示，將質量為80g，體積為100cm3的鐵制小球放入盛水的薄玻璃容器的水中在玻璃容器下方有一已經接入電路的螺線管，小燈炮L標有“6V 3W”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的關系如下表所示（燈絲電阻保持不變，不考慮鐵制小球與螺線管距離的遠近對作用力F的影響）求：

（1）斷開開關鐵制小球靜止時露出水面的體積是多少？

（2）閉合開關，調節滑動變阻器的滑片使鐵制小球能懸停在水中，此時小燈泡消耗的功率是多大？

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

Answer 1

【答案】（1）20cm3；（2）1.92W；（3）0.05N

【解析】

（1）小球的密度為：

可見小球的密度小于水的密度，所以，斷開開關時，鐵制小球靜止時處于漂浮狀態，受到的浮力和自身的重力相等，則小球受到的浮力：

由可得，小球排開水的體積：

則小球露出水面的體積為：

；

（2）閉合開關，調節滑動變阻器的滑片使鐵制小球能懸停在水中時，小球受到的浮力為：

因小球懸停靜止時，處于平衡狀態，由力的平衡條件可得：

則螺線管對鐵制小球的作用力：

根據表格可知，此時電路中的電流為0.4A；

根據可得，燈泡的電阻：

所以此時小燈泡消耗的功率為：；

（3）當小燈泡正常發光時，電路中的電流：

根據表格可知，此時螺線管對鐵制小球的作用力，此時小球受到豎直向上的浮力和支持力、豎直向下的重力和螺線管對鐵制小球的作用力處于平衡狀態，由力的平衡條件可得：，

則小球受到的支持力：

，

因小球對容器底的壓力和受到的支持力是一對相互作用力，二力大小相等，所以小球對容器底的壓力為：。