Question

3．某物理小組決定測量一塊鵝卵石的密度，但是手邊的測量工具只有量筒．他們設(shè)計了如圖所示的實驗裝置先把鵝卵石浸沒在水杯內(nèi)的水中，向礦泉水瓶中逐漸加水，當(dāng)加入225mL的水時，瓶子在如圖甲所示的位置平衡拿掉水杯后，再向瓶中加入150mL的水，此時瓶子在如圖乙所示的位置平衡．若不考慮鵝卵石的吸水性，忽略礦泉水瓶子的質(zhì)量，g取10N/kg．求：
（1）鵝卵石在水中受到的浮力；
（2）鵝卵石的體積；
（3）鵝卵石的密度．

Answer 1

分析 （1）因為使用的是定滑輪，由圖乙可求出石塊重；再利用稱重法F_浮=G_石-F求鵝卵石在水中受到的浮力；
（2）求出了受到的浮力，利用阿基米德原理求排開水的體積（鵝卵石的體積）；
（3）知道鵝卵石重，利用重力公式求鵝卵石的質(zhì)量，再利用密度公式求鵝卵石的密度．

解答 解：（1）根據(jù)定滑輪特點，由圖乙得：
G_石=G_水=m_水g=ρ_水v_水g，
由圖甲得鵝卵石在水中受到的浮力：
F_浮=G_石-F=ρ_水v_水g-ρ_水vg=ρ_水△v_水g=1.0×10³kg/m³×150×10^-6m³×10N/kg=1.5N，
（2）由F_浮=ρ_水gv_排得，
v_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.5N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.5×10^-4m³，
因為石塊浸沒，
所以v_石=v_排=1.5×10^-4m³，
（3）石塊的密度：
ρ_石=$\frac{{m}_{石}}{{V}_{石}}$=$\frac{{ρ}_{水}{V}_{水}}{{V}_{石}}$=$\frac{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×（225+150）×1{0}^{-6}{m}^{3}}{1.5×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.5×10³kg/m³．
答：（1）鵝卵石在水中受到的浮力為1.5N；
（2）鵝卵石的體積為1.5×10^-4m³；
（3）鵝卵石的密度為2.5×10³kg/m³．

點評 本題綜合了定滑輪的特點、阿基米德原理、密度公式、重力公式，學(xué)生應(yīng)通過受力分析將以上知識點加以綜合利用．