Question

如图是在第四届广东省中学物理教师创新实验能力展示交流活动中，来自潮州的黄杰华老师设计的一个“巧妙测出不规则固体密度”的实验装置图，该实验的主要步骤和实验记录如下：

①如图（a）将两个已调好零刻度的弹簧测力计悬挂在铁架台下，将一溢水杯和另一空杯用细线拴在测力计下，向溢水杯中加入一定量的水，使水满过溢水口流入空杯中；
②当水不再流出时，读出弹簧测力计的读数G₁=0.94N和G₂=0.40N；
③如图（b）将一不溶于水的小石块用细线拴住并慢慢放入溢水杯中，此时溢出的水全部流入另一杯中，当水不再流出时，读出弹簧测力计的读数G₃=1.1N和G₄=0.5N；
根据以上数据，取g=10N/kg，ρ_水=1.0×10³kg/m³，请计算：
（1）小石块受到的浮力是多少？
（2）小石块的体积是多少？
（3）小石块的密度是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）小石块排开水的重力等于右侧小杯增加的重力，根据阿基米德原理求出小石块受到的浮力；
（2）知道小石块排开水的重力，根据G=mg求出排开水的质量，根据ρ=求出排开水的体积，即为小石块的体积；
（3）小石块的重力等于现在溢水杯中水和小石块的重加流入空杯的水重再减去原来溢水杯中的水重，知道小石块的重力求出小石块的质量，知道小石块的质量和体积，根据密度公式求出小石块的密度．
解答：解：（1）小石块排开水的重力：
G_排=0.5N-0.4N=0.1N，
根据阿基米德原理可知，小石块受到的浮力：
F_浮=G_排=0.1N；
（2）∵小石块完全浸没，
∴根据ρ=可得，小石块的体积：
V=V_排====10^-5m³；
（3）∵小石块的重力等于现在溢水杯中水和小石块的重加流入空杯的水重再减去原来溢水杯中的水重，
∴G_石=G₃+G_排-G₁=1.1N+0.1N-0.94N=0.26N，
∵G=mg，
∴m_石===0.026kg，
石块的密度：
ρ_石===2.6×10³kg/m³．
答：（1）小石块受到的浮力是0.1N；
（2）小石块的体积是10^-5m³；
（3）小石块的密度是2.6×10³kg/m³．
点评：本题考查了石块密度的计算，涉及到阿基米德原理、密度公式、重力公式的应用，关键是知道小石块的重力等于现在溢水杯中水和小石块的重加流入空杯的水重再减去原来溢水杯中的水重．