Question

【題目】物理小組想利用學(xué)到的浮力知識(shí)制作一個(gè)浮力秤。他們找來一個(gè)瓶身為柱狀體的空飲料瓶，剪掉瓶底，旋緊瓶蓋，在瓶蓋系上一塊質(zhì)量適當(dāng)?shù)氖瘔K，然后將其倒置在水桶里，如圖甲所示。使用時(shí)，只要把被測物體投入瓶中，從水面所對(duì)的刻度就可以直接讀出被測物體的質(zhì)量,請(qǐng)你按要求完成:

甲 乙

(1)寫出石塊所起的作用_____，并在乙圖中畫出石塊在甲圖中所示狀態(tài)的受力示意圖________。

(2)已知被測物體的質(zhì)量為m,飲料瓶圓柱狀部分的半徑為r，在浮力秤中放入被測物體后，瓶身浸入的深度增加值為k，通過計(jì)算分析,這種浮力秤的質(zhì)量刻度是否均勻_________。

(3)經(jīng)測量，該飲料瓶圓柱狀部分的直徑為8.0cm，當(dāng)浮力秤中不放被測物體時(shí)，水面所對(duì)位置為零刻度(如圖甲所示)。請(qǐng)根據(jù)甲圖中左側(cè)標(biāo)明的長度值,通過計(jì)算,在左側(cè)“4”刻度線的右側(cè)給浮力秤標(biāo)明對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值是______g.(π取3.14,最后結(jié)果只保留整數(shù)，不必寫出計(jì)算過程)。

Answer 1

【答案】 可以使浮力秤能夠豎直地漂浮在水中 是均勻的 200（201）

【解析】解答：（1）石塊受到的重力遠(yuǎn)大于空飲料瓶受到的重力，所以浮力秤的重心較低，并低于浮力的作用點(diǎn)，如右圖所示，當(dāng)浮力等于重力時(shí)，浮力秤將豎直漂浮在水中．如果沒有石塊，整套裝置的重心將會(huì)高于浮力的作用點(diǎn)，在浮力和重力的作用下，浮力秤容易歪斜，難以豎直漂浮在水中．所以石塊的作用是可以使浮力秤能夠豎直地漂浮在水中．此時(shí)石塊靜止受豎直向下的重力，豎直向上的浮力和拉力，如下圖所示：

（2）設(shè)被測物體的質(zhì)量為m，飲料瓶圓柱狀部分的半徑為r，在浮力秤中放入被測物體后，瓶身浸入的深度增加值為h，則浮力秤再次漂浮時(shí)，增大的浮力等于增大的重力，即△F浮＝G，結(jié)合阿基米德原理可得：ρ水gπr2h＝mg，可得：h＝，因?yàn)棣?/span>水、π、r為定值，所以h與m成正比，即這種浮力秤的質(zhì)量刻度是均勻的；（3）因?yàn)?/span>h＝，所以m＝ρ水πr2h--------①，其中ρ水＝1.0×103kg/m3，r＝＝4.0cm， h4＝4cm，

將以上數(shù)據(jù)代入①式，可得對(duì)應(yīng)4刻度線的質(zhì)量值應(yīng)標(biāo)記為200g．如下圖如所示：

答：（1）石塊的作用是可以使浮力秤能夠豎直地漂浮在水中；（2）是均勻的；見解答過程；

（3）4刻度線所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量值應(yīng)分別標(biāo)為200g．