Question

10．小明用玻璃杯、吸管、水等器材進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你完成下列內(nèi)容．
（1）如圖甲所示，把一根直吸管斜插入裝有水的玻璃杯中，然后用手指堵住上端的管口，從水中提起吸管后發(fā)現(xiàn)吸管中有一段水柱，且水不會(huì)流下來(lái)，如圖乙所示，這主要是由于水柱受到大氣壓對(duì)它向上的作用．
（2）在吸管下端裝入適量的鋼珠，并用蠟封住吸管的下端使底部平整，然后讓它豎直漂浮在水中，如圖丙所示．
①測(cè)得吸管底面積為3×10^-5m²，浸入水中的深度為8×10^-2m，吸管受到的浮力為2.4×10^-2N．（g取10N/kg）
②小明利用此吸管制作簡(jiǎn)易密度計(jì)．根據(jù)圖丙在吸管上標(biāo)出1.0刻度線（單位g/cm³，下同），若將該吸管放入某液體中，吸管浸入液體的深度為10cm．則在該處標(biāo)記0.8刻度線．小明的同學(xué)也用吸管制作了密度計(jì)，他發(fā)現(xiàn)密度計(jì)相鄰兩刻度線之間的距離太小，導(dǎo)致用此密度計(jì)測(cè)量液體密度時(shí)誤差較大，為此同學(xué)們提出了如下改進(jìn)方案，其中可行的是B．
A．換大的容器做實(shí)驗(yàn)          B．換細(xì)的吸管制作密度計(jì)
C．換稍長(zhǎng)的吸管制作密度計(jì)     D．適當(dāng)減小密度計(jì)的配重．

Answer 1

分析 （1）兩端開(kāi)口的飲料管插入水中，管內(nèi)外水面上方受到大氣壓的作用，所以?xún)?nèi)外液面將保持相平，用手堵住口的一端，管內(nèi)水將在外界大氣壓的作用下不會(huì)掉下來(lái)；
（2）①根據(jù)吸管的底面積和浸入水中的深度就可以算出吸管排開(kāi)水的體積，根據(jù)阿基米德原理就可以計(jì)算出吸管受到的浮力；
②為了使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，使密度計(jì)上兩條刻度線之間的距離大一些，因?yàn)椤鱒=sh，所以可知減小S，即可使h變大，據(jù)此設(shè)計(jì)即可．

解答 解：
（1）當(dāng)用手指堵住上端開(kāi)口時(shí)，上端不再與大氣相通，下端受到大氣壓的作用，所以水不會(huì)從下端流出，吸管中有一段水柱．
（2）①吸管浸在水中，排開(kāi)水的體積：V_排=Sh=3×10^-5m²×0.08m=2.4×10^-6m³
因此吸管受到的浮力：F_浮=ρ_水gV_排=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2.4×10^-6m³=2.4×10^-2N．
②由于密度計(jì)不管是在水中還是在液體中，都是漂浮狀態(tài)，
所以F_浮水=F_浮液=G，
設(shè)密度計(jì)的底面積為S，已知吸管浸入水中的深度為8cm，浸入液體中的深度為10cm，
則ρ_水gSh_水=ρ_液gSh_液，
即：1.0g/cm³×g×S×0.08m=ρ_液×g×S×0.1m，
解得：ρ_液=0.8g/cm³；
所以將該吸管放入某液體中，吸管浸入液體的深度為10cm，則在該處標(biāo)記0.8刻度線；
因?yàn)椤鱒=S△h，所以，要使△h變大，應(yīng)減小S，具體做法是：用更細(xì)的吸管；故選B．
故答案為：（1）大氣壓；（2）①2.4×10^-2； ②0.8；B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查大氣壓強(qiáng)的存在、浮力大小的計(jì)算及物體的浮沉條件，屬于中等題．