9. 学完阿基米德原理之后,小伟和小雪用如图2-7所示的实验装置做了一个课外实验。他们将溢水杯放在电子秤上,向溢水杯中加水后(如图2-7甲所示),在表格中记录下测力计A、B及电子秤的第一次实验数据;然后他们将物体缓慢下降,当物体的部分体积浸在水中时(如图2-7乙所示),记录下第二次实验数据;剪断系在物体上的细线,将物体缓慢沉入到水底后(如图2-7丙所示),记录下第三次的实验数据。(g取10N/kg)

表2-10
| 实验次数 | 测力计A/N | 测力计B/N | 电子秤示数/g |
| --- | --- | --- | --- |
| 第一次 | 1.00 | 0.02 | 500.00 |
| 第二次 | 0.60 |
0.22 | 520.00 |
| 第三次 | 0 | | 540.00 |
(1)观察乙、丙两图可知物体在
(2)在整理数据时,小雪和小伟发现第三次实验中测力计B的示数记录不同,小雪记的是0.62 N,小伟记的是0.42 N,他们讨论推理后认为有一个数据是正确的,请判断谁的记录是正确的,并说明理由。
表2-10
| 实验次数 | 测力计A/N | 测力计B/N | 电子秤示数/g |
| --- | --- | --- | --- |
| 第一次 | 1.00 | 0.02 | 500.00 |
| 第二次 | 0.60 |
| 第三次 | 0 | | 540.00 |
(1)观察乙、丙两图可知物体在
丙
图中所受浮力更大,是因为此时物体浸在水中的体积
更大。(2)在整理数据时,小雪和小伟发现第三次实验中测力计B的示数记录不同,小雪记的是0.62 N,小伟记的是0.42 N,他们讨论推理后认为有一个数据是正确的,请判断谁的记录是正确的,并说明理由。
小雪的记录正确,物体、杯子、水、桶总重力不变,共6.02 N,由此可得测力计B示数应为0.62 N
答案
(1) 丙 体积
(2) 小雪的记录正确,物体、杯子、水、桶总重力不变,共 6.02 N,由此可得测力计B示数应为 0.62 N
(2) 小雪的记录正确,物体、杯子、水、桶总重力不变,共 6.02 N,由此可得测力计B示数应为 0.62 N
解析
【分析】
要解决这道题,需结合阿基米德原理和整体受力分析的思路:
1. 第(1)问根据阿基米德原理,浮力大小由排开液体的体积决定,对比乙、丙两图的排开体积即可判断浮力大小;
2. 第(2)问利用整体法,整个系统(物体、溢水杯、水、小桶)的总重力恒定,通过第一次实验数据算出总重力,再结合第三次实验的电子秤示数,就能算出测力计B的正确示数,进而判断记录是否正确。
【解析】
(1)根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,所受浮力越大。观察乙、丙两图,丙图中物体完全浸没,排开水的体积比乙图(部分浸入)更大,因此物体在丙图中所受浮力更大,原因是浸在水中的体积更大。
(2)整个系统(物体、溢水杯、水、小桶)的总重力保持不变,总重力等于测力计A的示数、测力计B的示数与电子秤示数对应的重力之和。
第一次实验中:测力计A示数$F_{A1}=1.00N$,测力计B示数$F_{B1}=0.02N$,电子秤示数$m_1=500g=0.5kg$,对应重力$G_1=m_1g=0.5kg×10N/kg=5N$,总重力$G_{总}=F_{A1}+F_{B1}+G_1=1.00N+0.02N+5N=6.02N$。
第三次实验中,测力计A示数$F_{A3}=0$,电子秤示数$m_3=540g=0.54kg$,对应重力$G_3=m_3g=0.54kg×10N/kg=5.4N$;总重力$G_{总}=F_{A3}+F_{B3}+G_3$,因此$F_{B3}=G_{总}-F_{A3}-G_3=6.02N-0-5.4N=0.62N$,故小雪的记录正确。
【答案】
(1) 丙;体积
(2) 小雪的记录正确,物体、杯子、水、桶总重力不变,共6.02 N,由此可得测力计B示数应为0.62 N
【知识点】
阿基米德原理、浮力计算、整体受力分析
【点评】
本题结合实验装置考查阿基米德原理的应用,需理解浮力与排开体积的关系,同时掌握整体法在受力分析中的应用,通过实验数据推导物理量,难度适中。
【难度系数】
0.5
要解决这道题,需结合阿基米德原理和整体受力分析的思路:
1. 第(1)问根据阿基米德原理,浮力大小由排开液体的体积决定,对比乙、丙两图的排开体积即可判断浮力大小;
2. 第(2)问利用整体法,整个系统(物体、溢水杯、水、小桶)的总重力恒定,通过第一次实验数据算出总重力,再结合第三次实验的电子秤示数,就能算出测力计B的正确示数,进而判断记录是否正确。
【解析】
(1)根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$,液体密度相同时,物体排开液体的体积越大,所受浮力越大。观察乙、丙两图,丙图中物体完全浸没,排开水的体积比乙图(部分浸入)更大,因此物体在丙图中所受浮力更大,原因是浸在水中的体积更大。
(2)整个系统(物体、溢水杯、水、小桶)的总重力保持不变,总重力等于测力计A的示数、测力计B的示数与电子秤示数对应的重力之和。
第一次实验中:测力计A示数$F_{A1}=1.00N$,测力计B示数$F_{B1}=0.02N$,电子秤示数$m_1=500g=0.5kg$,对应重力$G_1=m_1g=0.5kg×10N/kg=5N$,总重力$G_{总}=F_{A1}+F_{B1}+G_1=1.00N+0.02N+5N=6.02N$。
第三次实验中,测力计A示数$F_{A3}=0$,电子秤示数$m_3=540g=0.54kg$,对应重力$G_3=m_3g=0.54kg×10N/kg=5.4N$;总重力$G_{总}=F_{A3}+F_{B3}+G_3$,因此$F_{B3}=G_{总}-F_{A3}-G_3=6.02N-0-5.4N=0.62N$,故小雪的记录正确。
【答案】
(1) 丙;体积
(2) 小雪的记录正确,物体、杯子、水、桶总重力不变,共6.02 N,由此可得测力计B示数应为0.62 N
【知识点】
阿基米德原理、浮力计算、整体受力分析
【点评】
本题结合实验装置考查阿基米德原理的应用,需理解浮力与排开体积的关系,同时掌握整体法在受力分析中的应用,通过实验数据推导物理量,难度适中。
【难度系数】
0.5
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