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现有一质地均匀密度为ρ0的实心圆柱体,底面积为S0、高为h0,将其中间挖去底面积...

现有一质地均匀密度为ρ0的实心圆柱体,底面积为S0、高为h0,将其中间挖去底面积为的小圆柱体,使其成为空心管,如题1所示.先用硬塑料片将空心管低端密封(硬塑料片的体积和质量不计),再将其低端向下竖直放在底面积为S的柱形平底容器底部,如图2所示.然后沿容器内壁缓慢注入密度为ρ的液体,在注入液体的过程中空心管始终保持竖直状态.

1)当注入一定量的液体时,空心管对容器底的压力刚好为零,且空心管尚有部分露在液面外,求此时容器中液体的深度.

2)去掉塑料片后,空心管仍竖直立在容器底部,管外液体可以进入管内,继续向容器中注入该液体.若使空心管对容器底的压力最小,注入液体的总重量最少是多少?

 

(1)h1=ρ0h0/2ρ;(2)ρh0(2S-S0)/2; 【解析】 试题(1)空心管对容器底的压力刚好为零,此时空心管处于漂浮状态,浮力等于重力,设注入液体的深度为h1,浮力F浮=ρgS0h1,空心管的重力G=mg=ρ0 gh0(S0-S0/2),即ρgS0h1=ρ0gh0(S0-S0/2),解得液体的深度;(2)若管的密度大于液体的密度,设液体深度为h,若使空心管对容器底的压力最小,即浮力最大,此时空心管应恰好完全浸没,即液体的深度等于管的高度,h2=h0,所以液体的质量m2=ρ(S-S0/2)h0=ρh0(2S-S0)/2;若管的密度小于液体的密度,设液体深度为h3,若使空心管对容器底的压力最小,此时空心管处于漂浮状态,浮力等于其重力,浮力F浮=ρgS0h3/2,空心管的重力G=mg=ρ0gh0(S0-S0/2),即ρgS0h3/2 =ρ0gh0(S0-S0/2),解得液体的深度h3=ρ0h0/ρ,液体的质量m3 =ρ(S-S0/2)ρ0h0/ρ=ρ0 h0(2S-S0)/2.
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考点分析:
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小明想知道酱油的密度,但小明没有量筒,小华说只用天平也能测出酱油的密度,于是小华设计了如下实验步骤,请你补充完整。

a、调好天平,用天平测出空烧杯的质量为m0

b、将一个烧杯______,用天平测出烧杯和水的总质量为m1

c、用另一个相同的烧杯装满酱油,用天平测出烧杯和酱油的总质量为m2

d、酱油的密度表达式ρ=______(已知水的密度为ρ

 

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小明用筷子和铁丝自制了一个测量牛奶密度的“密度计”。

(1)如图甲所示,将铁丝缠到筷子的一端,目的是______

(2)先后将“密度计”浸入水和牛奶中,待静止后,筷子上与液面相平的位置分别标记为AB,如图乙所示,则______是浸在牛奶中的标记,这和轮船从河里开到海里会______一些的原理相同;

(3)设水的密度是ρ,假定筷子的横截面积均为S,浸在水中时筷子在水中的深度是h1,浸入牛奶中时筷子在牛奶中的深度是h2,则牛奶的密度表达式是ρ牛奶______

(4)在实际操作过程中,发现“密度计”上的两条标记线靠得很近,为了更易区分,请你提出一条改进“浮标”的建议______

(拓展)设密度计的重力为G,横截面积为S,则hAhB______。(假设AB两点对应的液体密度分别为ρAρB)

 

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在探究“浮力的大小与哪些因素有关”的实验中,主要实验步骤如下:

a.将一个金属圆柱体悬挂在弹簧测力计下,按如图甲所示组装器材.

b.向空烧杯中缓慢注入清水,直到没过金属体一段距离(烧杯未加满水),如图乙中①~⑤所示,待示数稳定后分别读取弹簧测力计的示数F1F5

c.如图乙中⑥所示,再向烧杯中加入适量盐,并轻轻搅拌,直至弹簧测力计示数稳定后读数为F6

1)图乙中_____(选填①~⑥序号)可以得出浮力的大小跟物体排开液体的体积有关.在图⑤中,金属体所受到的浮力F=_____(用测量器的字母来表示).

2)图乙中_____(选填①~⑥序号)可以得出浮力的大小跟物体浸没的深度无关.金属体的体积V=____(用已知量ρg和测量器的字母来表示).

3)因为浮力的大小跟液体的密度有关,可知图⑤、⑥中,F5_____ F6(选填“>、=、<”),图⑥中盐水密度:ρ盐水=____(用已知量ρ和测量器的字母来表示).

 

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在测量某液体密度的实验中小红同学用水、铜柱(密度大于被测液体密度)、烧杯、弹簧测力计测出了该液体的密度。步骤如下:

(1)用细线系住铜柱,并挂在弹簧测力计下,测得其重力为G,如图甲所示;

(2)用弹簧测力计拉住铜柱使其浸没在水中,测得拉力为F1,如图乙所示;

(3)擦干铜柱后,再用弹簧测力计拉住铜柱使其______在待测液体中,测得拉力为F2

由以上数据可以得出待测液体密度的表达式ρ______ (用本次实验收集到的物理量表达,水的密度为ρ)。

 

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利用如图所示器材测量物体甲的密度:

在水平位置平衡的杠杆A点挂上物体甲,将重为G0的物体乙挂在杠杆的另一端,调节物体乙悬挂的位置至B点,使杠杆在水平位置平衡,如图甲所示,用刻度尺测出OAOB的长度分别为l1l2

保持悬挂点AO的位置不变,将物体甲浸没水中,调节物体乙悬挂的位置至C点,使杠杆仍在水平位置平衡,如图乙所示,测得______

物体甲密度的表达式:ρ______。(用已知物理量和所测得的物理量的符号表示,水的密度为ρ)

 

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