题目内容

【题目】某学习小组自制“浮力秤”,用来称量物体的质量,如图所示。浮力秤由浮体和外筒,浮体包括秤盘和高度为100cm、底面积为20cm的圆柱体(圆柱体包含底部的固定物P,它的作用是能让浮体直立漂浮在水中),浮体总质量为0.25kg。外筒是足够高的底面积为25cm的圆柱形玻璃容器,容器壁厚度可忽略不计。现向外筒中加入适量水浮体直立漂浮在水面上,将被称物体放在秤盘上,测出浮体的圆柱体浸入水中的深度就可以“称”出物体的质量。水的密度为ρ=1.0×103kg/m3,下列说法中正确的是(  )

A.当秤盘上不放物体时,浮体的圆柱体浸入水中的深度h012.5cm

B.若将一个物体放到秤盘中,静止时圆柱体露出水面37.5cm,该物体的质量是1kg

C.要使此“浮力秤”能够达到最大称量值,使用前应筒中至少加入水的质量为0.5kg

D.如果改用盐水可以减小“浮力秤”的量程

【答案】ABC

【解析】

A.当秤盘上不放物体时,由漂浮条件可得浮体所受到的浮力

F0=G0=m0g

由阿基米德原理可得

F0=G0=ρgSh0

则浮体的圆柱体浸入水中的深度

A正确;
B.若将一个物体放到秤盘中,静止时圆柱体露出水面37.5cm,则浮体的圆柱体浸入水中的深度

h1=100cm-37.5cm=62.5cm=0.625m

此时浮筒受到的浮力F1=ρgSh1,由漂浮条件可得浮体所受到的浮力

F1=G1=m0+m1g

则该物体的质量

m1=ρSh1-m0=1.0×103kg/m3×20×10-4m2×0.625m-0.25kg=1kg

B正确;
C.当此“浮力秤“能够达到最大称量值且恰好漂浮时,加入水的质量最少,则此时加水的体积

V=S-Sh=25cm2-20cm2×100cm2=500cm3

加水的最少质量

m=ρV=1.0g/cm3×500cm2=500g=0.5kg

C正确;
D.浮体的圆柱体最大排开液体的体积一定,由F=ρgV可知,改用盐水后浮力秤受到的最大浮力增大,由物体漂浮条件可知,浮力秤的总重力增大,则称量物体的最大质量变大,增大了“浮力秤“的量程,故D错误。
故选ABC

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