Question

【题目】如图所示，将质量为80g，体积为100cm3的铁制小球放入盛水的薄玻璃容器的水中在玻璃容器下方有一已经接入电路的螺线管，小灯炮L标有“6V 3W”字样，通过螺线管的电流Ⅰ与螺线管对铁制小球的作用力F的关系如下表所示（灯丝电阻保持不变，不考虑铁制小球与螺线管距离的远近对作用力F的影响）求：

（1）断开开关铁制小球静止时露出水面的体积是多少？

（2）闭合开关，调节滑动变阻器的滑片使铁制小球能悬停在水中，此时小灯泡消耗的功率是多大？

（3）闭合开关，调节滑动变阻器的滑片使小灯泡正常发光，当铁制小球静止时，小球对容器底的压力是多大？

Answer 1

【答案】（1）20cm3；（2）1.92W；（3）0.05N

【解析】

（1）小球的密度为：

可见小球的密度小于水的密度，所以，断开开关时，铁制小球静止时处于漂浮状态，受到的浮力和自身的重力相等，则小球受到的浮力：

由可得，小球排开水的体积：

则小球露出水面的体积为：

；

（2）闭合开关，调节滑动变阻器的滑片使铁制小球能悬停在水中时，小球受到的浮力为：

因小球悬停静止时，处于平衡状态，由力的平衡条件可得：

则螺线管对铁制小球的作用力：

根据表格可知，此时电路中的电流为0.4A；

根据可得，灯泡的电阻：

所以此时小灯泡消耗的功率为：；

（3）当小灯泡正常发光时，电路中的电流：

根据表格可知，此时螺线管对铁制小球的作用力，此时小球受到竖直向上的浮力和支持力、竖直向下的重力和螺线管对铁制小球的作用力处于平衡状态，由力的平衡条件可得：，

则小球受到的支持力：

，

因小球对容器底的压力和受到的支持力是一对相互作用力，二力大小相等，所以小球对容器底的压力为：。