题目内容

【题目】“曹冲称象”是家喻户晓的典故。某校兴趣小组模仿这一现象,制作了一把“浮力秤”。将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中,如下图所示。已知玻璃杯的质量为200g,底面积为30cm2,高度为15cm。(ρ水=1×103kg/m3,g取10N/kg)求:

(1)将杯子开口向上竖直放入水中时(注:水未进入杯内),杯子受到的浮力。

(2)此时杯子浸入水中的深度(即为该浮力秤的零刻度位置)

(3)此浮力秤的最大称量(即量程)。

【答案】(1)2 N(1)6.7 cm(3)2.5 N

【解析】(1)杯子的重力:G=mg=0.2kg×10N/kg=2N,

因为杯子漂浮在水面上,所以F浮 =G=2N;

(2)由F浮 =ρ液 gV排 得:V排 =F浮/ρ液g,

则此时杯子排开水的体积:V排 =F浮/ρ水g=2N/1.0×103kg/m3×10N/kg=2×10-4 m3 ,

此时杯子浸入水中的深度:h=V排/S=2×104m3/30×104m2≈0.067m;

(3)当杯子下沉的深度为0.15米时,此时杯子受到的浮力最大,

F浮 ′=ρ水 gV排 ′=1.0×103 kg/m3 ×10N/kg×30×10-4 m2 ×0.15m=4.5N,

即:F=F浮 ′-F浮 =4.5N-2N=2.5N,

则此浮力秤的最大称量为:mmax =F/g=2.5N/10N/kg=0.25kg。

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