Question

5．测量一形状不规则的塑料泡沫浸没在水中所受浮力大小时，小明利用一轻质滑轮，一轻质杠杆，一个5g的钩码，一个盛有适量水的水槽和细线，并设计了图示实验方案．g=10N/kg．
（1）图乙中滑轮的作用是：改变力的方向；
（2）甲图中杠杆平衡时l₁﹕l₂=1﹕2，则塑料泡沫重为0.1N；
（3）图乙中杠杆平衡时l₃=3l₁，则泡沫所受浮力F_浮=0.25N；
（4）若使泡沫漂浮在水面，则泡沫露出水面的体积为15cm³．

Answer 1

分析 （1）定滑轮可以改变力的方向，但不省力；
（2）先根据G=mg求出1个钩码的重力，然后根据杠杆平衡的条件求出塑料泡沫的重力；
（3）先根据杠杆平衡的条件求出作用在杠杆左端的力，然后塑料泡沫受平衡力求出浮力的大小；
（4）先根据（3）中浮力的大小和阿基米德求出塑料泡沫的体积，然后根据泡沫漂浮时浮力等于重力，并结合阿基米德求出泡沫浸没的体积，进一步求出泡沫露出水面的体积．

解答 解：（1）使用定滑轮就是为了改变力的方向，因此图乙中滑轮的作用是改变力的方向；
（2）一个钩码的重力：G=mg=0.005kg×10N/kg=0.05N，
由杠杆平衡条件可得：G_泡沫l₁=Gl₂
G_泡沫=$\frac{G{l}_{2}}{{l}_{1}}$=$\frac{0.05N×2}{1}$=0.1N；
（3）由杠杆平衡条件可知：Fl₁=Gl₃
F=$\frac{G{l}_{3}}{{l}_{1}}$=$\frac{0.05N×3}{1}$=0.15N，
则泡沫塑料受到的浮力：F_浮=F+G_泡沫=0.15N+0.1N=0.25N；
（3）由F_浮=ρ_水gV_排可知，泡沫的体积：V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.25N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.25×10^-4m³=25cm³；
当泡沫漂浮在水面上时，泡沫受到的浮力：F_浮′=G_泡沫=0.1N，
由F_浮=ρ_水gV_排可知，泡沫浸没的体积：V_浸没=$\frac{{F}_{浮}′}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.1×10^-4m³=10cm³；
则泡沫露出水面的体积为：V_露=25cm³-10cm³=15cm³．
故答案为：（1）改变力的方向；（2）0.1；（3）0.25；（4）15．

点评 本题考查了浮力、重力、杠杆的平衡条件的应用阿基米德原理的应用，综合性强．关键是对公式和公式变形的理解和应用．