Question

20．问题解决--测量石块所受的浮力：
小雨想要知道一块形状不规则的小石块浸没在水中时所受浮力的大小，身边只有一把轻质硬木刻度尺、一个质量为m的砝码，一个盛有适量水的水槽和细线绳．
（1）测量步骤（可配图说明，图画在方框内）；
（2）利用上述测量值算出小石块所受的浮力F_浮=$\frac{{L}_{2}-{L}_{3}}{{L}_{1}}$•mg．

Answer 1

分析 把刻度尺当杠杆，根据杠杆的平衡条件分别测出石块的重力和石块浸没在水中时的拉力，根据F_浮=G-F计算浮力．

解答 解：（1）①如左图所示，将刻度尺从中点悬挂起来，在左端挂石块，右侧合适的位置挂砝码，使刻度尺在水平位置平衡，读出力臂L₁和L₂；
②将石块浸没中水中，保持支点位置不变，移动砝码的位置，使刻度尺重新平衡，读出此时砝码到支点的距离L₃．
（2）由步骤①，根据杠杆的平衡条件有：
G×L₁=mgL₂，
所以石块重力G=$\frac{{L}_{2}}{{L}_{1}}$•mg，
由步骤②，若石块受到杠杆拉力为F，根据杠杆的平衡条件有：
F×L₁=mgL₃，
F=$\frac{{L}_{3}}{{L}_{1}}$•mg，
则石块受到的浮力：F_浮=G-F=$\frac{{L}_{2}}{{L}_{1}}$•mg-$\frac{{L}_{3}}{{L}_{1}}$•mg=$\frac{{L}_{2}-{L}_{3}}{{L}_{1}}$•mg．
故答案为：（1）步骤同上；（2）$\frac{{L}_{2}-{L}_{3}}{{L}_{1}}$•mg．

点评 本题是一道实验设计题，考查了称量法算浮力和杠杆平衡条件的综合应用，难度较大．要认真思考，是一道培养综合解答问题能力的好题．