小组同学制作了一把“浮力秤”,如图所示,他们将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中漂浮,用来称量物体的质量.已知玻璃杯的质量为200g,底面积为40cm2,高度为15cm.(

发布时间:2020-08-07 01:55:36

小组同学制作了一把“浮力秤”,如图所示,他们将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中漂浮,用来称量物体的质量.已知玻璃杯的质量为200g,底面积为40cm2,高度为15cm.(g取10N/kg)求:
(1)将杯子开口向上竖直放入水中,静止后杯子浸入水中的深度即为该浮力秤的零刻度位置,该浮力秤的零刻度线离杯口的距离为多少?
(2)把一重物放入杯中,测得水面离杯口的距离为4cm,则该重物的质量是多少?

网友回答

解:(1)∵将杯子开口向上竖直放入水中时,杯子处于漂浮状态,
∴杯子受到的浮力:
F浮=G=mg=0.2kg×10N/kg=2N,
∵F浮=ρ液gV排,
∴V排===2×10-4m3,
此时杯子浸入水中的深度:
h浸===0.05m,
该浮力秤的零刻度线离杯口的距离:
h0=h-h浸=0.15m-0.05m=0.1m;
(2)把一重物放入杯中,测得水面离杯口的距离为4cm时,
杯子浸没的深度:
h浸′=h-h′=0.15m-0.04m=0.11m,
杯子排开水的体积:
V排′=Sh浸′=40×10-4m2×0.11m=4.4×10-4m3,
此时杯子受到的浮力:
F浮′=ρ水gV排′=1.0×103kg/m3×10N/kg×4.4×10-4m3=4.4N,
杯子的总重力:
G总=F浮′=4.4N,
重物的重力:
G物=G总-G=4.4N-2N=2.4N,
由G=mg可得,该重物的质量:
m物===0.24kg.
答:(1)该浮力秤的零刻度线离杯口的距离为0.1m;
(2)该重物的质量是0.24kg.
解析分析:(1)将杯子开口向上竖直放入水中时,杯子处于漂浮状态,根据漂浮体积和重力公式求出杯子受到的浮力,再根据阿基米德原理求出排开水的体积,进一步根据体积公式求出杯子浸没的深度,最后求出杯子路出水面的高度即为浮力秤的零刻度线;
(2)根据题意求出重物放入杯中排开水的体积,根据阿基米德原理求出受到的浮力,根据漂浮条件和求出此时杯子的总重力,杯子的总重力减去空杯子的重力即为该重物的重力,利用G=mg求出其质量.

点评:本题中计算浮力用到了两种方法:一是利用阿基米德原理去计算(它是通用公式),二是根据F浮=G去计算(它只适合于漂浮或悬浮).要明确:物体在液体中受到的浮力有一个最大值,那就是当物体浸没在液体中时,V排=V物,不过该题中玻璃杯是不能浸没在液体中的,因为它的上端是开口的.
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