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如图所示,是小明同学通过定滑轮用水桶从井中匀速提水的示意图。水桶为粗细均匀的铁质...

如图所示,是小明同学通过定滑轮用水桶从井中匀速提水的示意图。水桶为粗细均匀的铁质圆柱形容器,其外径为D,水桶高为h0;水桶装满水总重为G0,水桶自重为G1,水的密度记为ρ0,铁的密度记为ρ1。若不考虑水的阻力,不计绳重和滑轮摩擦,且整个上升过程中,井水深度变化不计。请完成下列分析和计算:

(1)求解水桶受到水的浮力的最大值;

(2)求解在水桶露出水面之前,绳子的拉力F

(3)推导出自水桶桶口与水面相平开始到水桶整体刚刚被提出水面的过程中,绳子的拉力F随上升高度h变化的关系式。

 

(1) ρ0gπ()2h0;(2) G1-G1;(3) G0-ρ0gπ()2×(h0-h) 【解析】 (1)当木桶刚好露出水面时,水桶受到的浮力最大,水桶受到水的浮力的最大值: F浮=ρ0gπ()2h0; (2)由G=mg可得,铁的质量:m1= 由ρ=可得,铁的体积:V1==, 铁受到的浮力:F浮′=ρ0gV1=ρ0; 在水桶露出水面之前,水受到的浮力与重力刚好相等,因此绳子的拉力: F=G1-F浮′=G1-G1; (3)水桶桶口与水面相平开始到水桶整体刚刚被提出水面的过程中,水桶受到水和桶的向下的重、向上受到拉力和浮力作用,由二力平衡条件可得: G0=F+F浮 G0=F+ρ0gV排 G0=F+ρ0gπ()2×(h0-h) F=G0-ρ0gπ()2×(h0-h)  
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某同学制作了一个“浮子”他用质量为2m、高为、横截面积为2的质地均匀实心圆柱体,将其中间挖掉横截面积为、高为的圆柱体,做成“空心管”然后用另一个不同材质、质地均匀的实心圆柱体将管的空心部分恰好填满,做成“浮子”,如图甲所示将“浮子”放入盛有足量水、底面积为的圆柱形薄壁容器中,“浮子”刚好悬浮在水中,如图乙所示已知水的密度为,请解答下列问题

(1)该“浮子”的平均密度是多少

(2)实验中,组成“浮子”的“空心管”和“填充柱体”在水中完全脱离,致使容器中水面高度发生了变化,待水面恢复稳定后,水对容器底部的压强变化了多少?

 

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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?

 

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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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