14. 如图 8 所示,将重 4 N 的石块缓慢放入装满水的溢水杯中,石块静止时弹簧测力计的示数为 2.4 N。$g$取 10 N/kg,$\rho_{水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$。求:
(1)石块所受的浮力;
(2)石块的体积;
(3)石块的密度。

(1)石块所受的浮力;
(2)石块的体积;
(3)石块的密度。
答案
(1)石块受到的浮力:
根据称重法可得:
$F_{浮}=G - F_{示}=4\ N - 2.4\ N = 1.6\ N$;
(2)根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,可得石块排开水的体积:
$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{1.6\ N}{1.0×10^{3}\ kg/m^{3}×10\ N/kg}=1.6×10^{-4}\ m^{3}$;
因为石块浸没在水中,所以石块的体积$V = V_{排}=1.6×10^{-4}\ m^{3}$;
(3)根据$G = mg$,可得石块的质量:
$m=\frac{G}{g}=\frac{4\ N}{10\ N/kg}=0.4\ kg$;
则石块的密度:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.4\ kg}{1.6×10^{-4}\ m^{3}} = 2.5×10^{3}\ kg/m^{3}$;
综上,答案依次为:(1)$1.6\ N$;(2)$1.6×10^{-4}\ m^{3}$;(3)$2.5×10^{3}\ kg/m^{3}$。
根据称重法可得:
$F_{浮}=G - F_{示}=4\ N - 2.4\ N = 1.6\ N$;
(2)根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,可得石块排开水的体积:
$V_{排}=\frac{F_{浮}}{\rho_{水}g}=\frac{1.6\ N}{1.0×10^{3}\ kg/m^{3}×10\ N/kg}=1.6×10^{-4}\ m^{3}$;
因为石块浸没在水中,所以石块的体积$V = V_{排}=1.6×10^{-4}\ m^{3}$;
(3)根据$G = mg$,可得石块的质量:
$m=\frac{G}{g}=\frac{4\ N}{10\ N/kg}=0.4\ kg$;
则石块的密度:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.4\ kg}{1.6×10^{-4}\ m^{3}} = 2.5×10^{3}\ kg/m^{3}$;
综上,答案依次为:(1)$1.6\ N$;(2)$1.6×10^{-4}\ m^{3}$;(3)$2.5×10^{3}\ kg/m^{3}$。
15. 浮筒可用于港内、航道和海上突发性、灾难性应急抢救及打捞。空浮筒的体积(含空腔部分)为$1800m^{3}$,质量为$6×10^{5}kg$。已知海水的密度$\rho_{海水}=1.0×10^{3}kg/m^{3}$,忽略浮筒体积变化和筒内气体质量,$g$取 10 N/kg。
(1)既然称为浮筒,它如何沉入水下?它又如何才能从水底浮上水面?
(2)浮筒浸没在水中受到的浮力是多少?
(3)打捞时,一个这样的浮筒最多能提供多大的拉力?
(1)既然称为浮筒,它如何沉入水下?它又如何才能从水底浮上水面?
(2)浮筒浸没在水中受到的浮力是多少?
(3)打捞时,一个这样的浮筒最多能提供多大的拉力?
答案
(1)沉入水下:向浮筒内注水,增大浮筒总重力,使重力大于浮力;浮上水面:将浮筒内的水排出,减小浮筒总重力,使浮力大于重力。
(2)$F_{浮}=\rho_{海水}gV_{排}=1.0×10^{3}\mathrm{kg/m}^{3}×10\mathrm{N/kg}×1800\mathrm{m}^{3}=1.8×10^{7}\mathrm{N}$。
(3)$G=mg=6×10^{5}\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=6×10^{6}\mathrm{N}$,$F_{拉}=F_{浮}-G=1.8×10^{7}\mathrm{N}-6×10^{6}\mathrm{N}=1.2×10^{7}\mathrm{N}$。
(2)$F_{浮}=\rho_{海水}gV_{排}=1.0×10^{3}\mathrm{kg/m}^{3}×10\mathrm{N/kg}×1800\mathrm{m}^{3}=1.8×10^{7}\mathrm{N}$。
(3)$G=mg=6×10^{5}\mathrm{kg}×10\mathrm{N/kg}=6×10^{6}\mathrm{N}$,$F_{拉}=F_{浮}-G=1.8×10^{7}\mathrm{N}-6×10^{6}\mathrm{N}=1.2×10^{7}\mathrm{N}$。
16. 提升题 图 9 所示为利用一根吸管制作的一个简易密度计。

(1)在吸管的下端缠绕一些铜丝作为配重,并把吸管的下端用蜡封口,这样做的目的是让这个密度计可以漂浮在液体中。
(2)$O$位置处的刻度值为$g/cm^{3}$。用该密度计测量某液体的密度时,液面下的深度$h_{2}>h_{1}$,则$O'$位置处的刻度值比$O$位置处的刻度值。
(3)某同学发现该密度计相邻两刻度线之间的距离太小,导致用它测量液体的密度时误差较大。为此,同学们提出了以下改进方案,其中可行的是(填字母)。
A. 更换稍大点的容器做实验
B. 更换稍粗点的吸管制作密度计(质量不变)
C. 将吸管适当剪短
D. 更换更细长的吸管制作密度计(质量不变)
(4)测量液体的密度时,若液体深度不够,密度计沉在容器的底部,则测得的密度值(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
(1)在吸管的下端缠绕一些铜丝作为配重,并把吸管的下端用蜡封口,这样做的目的是让这个密度计可以漂浮在液体中。
(2)$O$位置处的刻度值为$g/cm^{3}$。用该密度计测量某液体的密度时,液面下的深度$h_{2}>h_{1}$,则$O'$位置处的刻度值比$O$位置处的刻度值。
(3)某同学发现该密度计相邻两刻度线之间的距离太小,导致用它测量液体的密度时误差较大。为此,同学们提出了以下改进方案,其中可行的是(填字母)。
A. 更换稍大点的容器做实验
B. 更换稍粗点的吸管制作密度计(质量不变)
C. 将吸管适当剪短
D. 更换更细长的吸管制作密度计(质量不变)
(4)测量液体的密度时,若液体深度不够,密度计沉在容器的底部,则测得的密度值(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
答案
(1) 竖直
(2) 1,小
(3) D
(4) 大于
(2) 1,小
(3) D
(4) 大于
解析
(1) 在吸管下端缠绕铜丝并封口是为了使其能够竖直漂浮在液体中。
(2) 水的密度是 $1 g/cm^3$,因此 $O$ 位置处的刻度值为 $1 g/cm^3$。由于 $h_2 > h_1$,说明该液体的密度小于水的密度,因此 $O'$ 位置处的刻度值小于 $O$ 位置处的刻度值。
(3) 为了增大相邻两刻度线之间的距离,可以选用更细长的吸管制作密度计,在质量不变的情况下,增加吸管的长度可以增大刻度线之间的距离。因此选择 D。
(4) 如果密度计沉在容器底部,说明密度计所受浮力小于其重力,测得的液体密度值将小于实际值。
(2) 水的密度是 $1 g/cm^3$,因此 $O$ 位置处的刻度值为 $1 g/cm^3$。由于 $h_2 > h_1$,说明该液体的密度小于水的密度,因此 $O'$ 位置处的刻度值小于 $O$ 位置处的刻度值。
(3) 为了增大相邻两刻度线之间的距离,可以选用更细长的吸管制作密度计,在质量不变的情况下,增加吸管的长度可以增大刻度线之间的距离。因此选择 D。
(4) 如果密度计沉在容器底部,说明密度计所受浮力小于其重力,测得的液体密度值将小于实际值。
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