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$ 解:F_{浮}=ρgV_{排},小木块和大石块浸没在水中,则它们$
$排开水的体积等于它们自身的体积,而大石块的体积大于$
$小木块的体积,所以大石块排开水的体积大于小木块排开$
$水的体积,大石块受到的浮力大。$
2.5
20
0.2
下沉
0.75
1.2×103
【分析】
1. 第(1)问:先确定弹簧测力计的分度值,再根据指针位置读取金属块的重力。
2. 第(2)问:利用量筒两次示数的差值计算金属块排开水的体积,注意单位换算。
3. 第(3)问:将排开水的体积换算为国际单位,代入阿基米德原理公式计算浮力。
4. 第(4)问:比较金属块的重力和受到的浮力大小,根据物体浮沉条件判断其浮沉状态。
【解析】
(1) 弹簧测力计的分度值为0.2N,指针指向2.5N刻度线,因此金属块的重力$G=2.5\mathrm{N}$。
(2) 图(b)中左量筒示数为$20\mathrm{mL}$,右量筒示数为$40\mathrm{mL}$,排开水的体积$V_{\mathrm{排}}=40\mathrm{mL}-20\mathrm{mL}=20\mathrm{mL}=20\mathrm{cm}^3$。
(3) 已知$\rho_{\mathrm{水}}=1×10^3\mathrm{kg/m}^3$,$g=10\mathrm{N/kg}$,$V_{\mathrm{排}}=20\mathrm{cm}^3=20×10^{-6}\mathrm{m}^3$,根据$F_{\mathrm{浮}}=\rho_{\mathrm{水}}gV_{\mathrm{排}}$,代入数据得:
$F_{\mathrm{浮}}=1×10^3\mathrm{kg/m}^3×10\mathrm{N/kg}×20×10^{-6}\mathrm{m}^3=0.2\mathrm{N}$。
(4) 金属块的重力$G=2.5\mathrm{N}$,浸没时受到的浮力$F_{\mathrm{浮}}=0.2\mathrm{N}$,因为$G>F_{\mathrm{浮}}$,根据物体浮沉条件,金属块浸没在水中时会下沉。
【答案】
(1) $\boldsymbol{2.5}$
(2) $\boldsymbol{20}$
(3) $\boldsymbol{0.2}$
(4) $\boldsymbol{下沉}$
【知识点】
弹簧测力计读数、阿基米德原理、物体浮沉条件
【点评】
本题是探究物体浮沉条件的基础实验题,综合考查测量工具的读数、公式计算及浮沉条件的应用,需掌握相关工具使用方法与公式应用。
【难度系数】
0.7
【分析】
首先,木块漂浮在盐水中,根据物体漂浮条件可知,木块受到的浮力等于自身重力。因此,我们可以先通过木块的密度和体积计算出木块的质量,再由重力公式算出木块重力,即可得到浮力。接着,已知木块有一半体积露出水面,可求出排开盐水的体积,再利用阿基米德原理的变形公式,就能计算出盐水的密度。计算过程中需注意单位的统一,将立方厘米换算为立方米。
【解析】
1. 单位换算与木块质量计算:
木块体积$ V_{\mathrm{木}} = 125 \, \mathrm{cm}^3 = 125 × 10^{-6} \, \mathrm{m}^3 = 1.25 × 10^{-4} \, \mathrm{m}^3 $
由密度公式$ \rho = \frac{m}{V} $变形得,木块质量$ m_{\mathrm{木}} = \rho_{\mathrm{木}} V_{\mathrm{木}} = 0.6 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 × 1.25 × 10^{-4} \, \mathrm{m}^3 = 0.075 \, \mathrm{kg} $
2. 利用漂浮条件求浮力:
因为木块漂浮在盐水中,根据物体漂浮条件,浮力等于重力,即:
$ F_{\mathrm{浮}} = G_{\mathrm{木}} = m_{\mathrm{木}} g = 0.075 \, \mathrm{kg} × 10 \, \mathrm{N/kg} = 0.75 \, \mathrm{N} $
3. 计算排开盐水的体积:
木块有一半体积露出水面,所以排开盐水的体积$ V_{\mathrm{排}} = \frac{1}{2} V_{\mathrm{木}} = \frac{1}{2} × 1.25 × 10^{-4} \, \mathrm{m}^3 = 6.25 × 10^{-5} \, \mathrm{m}^3 $
4. 利用阿基米德原理求盐水密度:
根据阿基米德原理$ F_{\mathrm{浮}} = \rho_{\mathrm{盐水}} g V_{\mathrm{排}} $,变形得盐水密度:
$ \rho_{\mathrm{盐水}} = \frac{F_{\mathrm{浮}}}{g V_{\mathrm{排}}} = \frac{0.75 \, \mathrm{N}}{10 \, \mathrm{N/kg} × 6.25 × 10^{-5} \, \mathrm{m}^3} = 1.2 × 10^3 \, \mathrm{kg/m}^3 $
【答案】
0.75;$1.2×10^3$
【知识点】
物体漂浮条件、阿基米德原理
【点评】
本题考查物体漂浮条件与阿基米德原理的综合应用,解题关键是抓住漂浮时浮力等于重力的核心关系,同时注意单位换算的准确性,属于基础题型,需熟练掌握密度、重力、浮力相关公式的综合运用。
【难度系数】
0.7