Question

如图所示，质量为60g，体积为50cm³的铁制小球放入盛水的水槽中，在小球正上方有一己接入电路的螺线管，小灯泡标有“6V 3W”字样，通电螺线管中电流I与螺线管对小球吸引力F的关系如下表所示（g=10N/kg，ρ_水=1.0×10³kg/m³，灯丝电阻不变，不考虑小球与螺线管距离远近对立F的影响）．要求：

I/A	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
F/N	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

（1）若槽中水深10cm，槽底所受水的压强是多大？
（2）闭合开关，调节滑动变阻器使小球悬浮在水中，此时小灯泡消耗的功率是多大？
（3）当小灯泡正常发光时，小球露出水面的体积有多大？

Answer

（1）由液体压强公式p=ρ水gh可以求出槽底所受水的压强．
（2）先算出小球悬浮在水中，螺线管对小球的力，再从表中找出对应的电流．由小灯泡标有“6V 3W”字样，算出电阻，就可算出小灯泡消耗的功率．
（3）先算出小灯泡正常发光时的电流，从表中找出此时通电螺线管对小球的吸引力，然后求出小球受到的浮力，由浮力公式求出小球排开水的体积，最后求出小球露出水的体积．
【解析】
（1）p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1×103Pa；
（2）小球悬浮时，对小球由平衡条件得：
F1+F浮=mg，则F1=mg-ρ水vg=0.06kg×10N/kg-1×103kg/m3×50×10-6m3×10N/kg=0.1N，
由表中数据可知，此时电路电流I1=0.2A，
∵P=，
∴灯泡电阻R灯===12Ω，
此时灯泡的实际功率：P1=I21R灯=（0.2A）2×12Ω=0.48W；
（3）∵P=UI，
∴灯正常发光时的电流I额===0.5A，
由表中数据可知，当电流是0.5A时，
螺线管对小球吸引力F2=0.25N，
此时小球受到的浮力F浮=mg-F2=0.06kg×10N/kg-0.25N=0.35N，
∵F浮=ρ水V排g，
∴V排===0.35×10-4 m3=35cm3；
小球露出水面的体积V露=V-V排=50cm3-35cm3=15cm3；
答：（1）若槽中水深10cm，槽底所受水的压强是1×103Pa．
（2）闭合开关，调节滑动变阻器使小球悬浮在水中，此时小灯泡消耗的功率是0.48W．
（3）当小灯泡正常发光时，小球露出水面的体积是15cm3．