题目内容

1.如图所示,质量为50g,体积为40cm3的铁制小球放入盛水的水槽中,在小球正上方有一已接入电路的螺线管,小灯泡标有“6V,3W”字样,闭合开关后,通电螺线管中电流I与螺线管对小球吸引力F的关系如表所示(g=10N/kg,灯丝电阻不变,不考虑小球与螺线管距离远近对力F的影响).求:
I/A0.10.20.30.40.5
F/N0.050.10.150.20.25
(1)若槽中水深为10cm,槽底所受水的压强?
(2)当小灯泡正常发光时,小球露出水面的体积?

分析 (1)利用公式p=ρgh可计算槽底所受水的压强;
(2)根灯泡正常发光,可求出其电流,再从表中得出对应的吸引力的大小;求出球的重力,根据F浮=G球-F吸引,可求出浮力的大小,再根据公式F浮=ρ水gV排的变形可求出排水体积,再进一步求出露出的体积.

解答 解:
(1)槽底所受水的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa;
(2)当小灯泡正常发光时:I=I额=$\frac{{P}_{额}}{{U}_{额}}$=$\frac{3W}{6V}$=0.5A,
由表中数据可知,当I=0.5A时,小球所受吸引力F吸引=0.25N,
小球的重力:G球=mg=50×10-3kg×10N/kg=0.5N,
对小球进行受力分析可知,小球受到三个力的作用,分别是向下的重力G、向上的浮力F浮和向上的吸引力F吸引,在三个力的作用下,小球处于平衡状态,
所以,小球所受的浮力:F浮=G球-F吸引=0.5N-0.25N=0.25N,
由F浮=ρ水gV排得,小球排开水的体积:
V排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.25N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2.5×10-5m3=25cm3,
小球露出水面的体积:V露=V-V排=40cm3-25cm3=15cm3.
答:(1)若槽中水深为10cm,槽底所受水的压强为1000Pa;
(2)当小灯泡正常发光时,小球露出水面的体积为15cm3.

点评 本题考查了我们对液体压强公式、电功率公式、重力公式、浮力公式的综合运用能力,最后一问是本题的难点,理清思路是解答的关键.

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