Question

5．測量一形狀不規(guī)則的塑料泡沫浸沒在水中所受浮力大小時，小明利用一輕質滑輪，一輕質杠桿，一個5g的鉤碼，一個盛有適量水的水槽和細線，并設計了圖示實驗方案．g=10N/kg．
（1）圖乙中滑輪的作用是：改變力的方向；
（2）甲圖中杠桿平衡時l₁﹕l₂=1﹕2，則塑料泡沫重為0.1N；
（3）圖乙中杠桿平衡時l₃=3l₁，則泡沫所受浮力F_浮=0.25N；
（4）若使泡沫漂浮在水面，則泡沫露出水面的體積為15cm³．

Answer 1

分析 （1）定滑輪可以改變力的方向，但不省力；
（2）先根據G=mg求出1個鉤碼的重力，然后根據杠桿平衡的條件求出塑料泡沫的重力；
（3）先根據杠桿平衡的條件求出作用在杠桿左端的力，然后塑料泡沫受平衡力求出浮力的大小；
（4）先根據（3）中浮力的大小和阿基米德求出塑料泡沫的體積，然后根據泡沫漂浮時浮力等于重力，并結合阿基米德求出泡沫浸沒的體積，進一步求出泡沫露出水面的體積．

解答 解：（1）使用定滑輪就是為了改變力的方向，因此圖乙中滑輪的作用是改變力的方向；
（2）一個鉤碼的重力：G=mg=0.005kg×10N/kg=0.05N，
由杠桿平衡條件可得：G_泡沫l₁=Gl₂
G_泡沫=$\frac{G{l}_{2}}{{l}_{1}}$=$\frac{0.05N×2}{1}$=0.1N；
（3）由杠桿平衡條件可知：Fl₁=Gl₃
F=$\frac{G{l}_{3}}{{l}_{1}}$=$\frac{0.05N×3}{1}$=0.15N，
則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，泡沫的體積：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；
當泡沫漂浮在水面上時，泡沫受到的浮力：F_浮′=G_泡沫=0.1N，
由F_浮=ρ_水gV_排可知，泡沫浸沒的體積：V_浸沒=$\frac{{F}_{浮}′}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=0.1×10^-4m³=10cm³；
則泡沫露出水面的體積為：V_露=25cm³-10cm³=15cm³．
故答案為：（1）改變力的方向；（2）0.1；（3）0.25；（4）15．

點評 本題考查了浮力、重力、杠桿的平衡條件的應用阿基米德原理的應用，綜合性強．關鍵是對公式和公式變形的理解和應用．