Question

小明对“篮球在空气中是否受到浮力”进行探究，由此进行一系列的思考与实验，并最终设计出可直接测量空气密度的简易“空气密度仪”。

(1)如图甲，将一个带阀门的篮球放在天平的托盘上，阀门连接未充气的气球，且处于关闭状态。加砝码使天平平衡。打开阀门，气球变大，天平指针向右偏转。指针向右偏转的原因是______；

(2)为测量篮球受到的浮力大小，小明设计了如图乙所示的电路。电路中电源电压U为6伏，定值电阻R₀的阻值为10欧，R是力敏电阻，其阻值与所受压力F_B的关系如图丙所示。当左盘中篮球未给气球充气时，电流表示数为0.2安，当篮球给气球充气到体积为篮球的2倍时(篮球体积不变)，电流表示数为0.15安。力敏电阻R所受压力F_B与篮球对左侧托盘的压力F_A的关系如图丁所示。请计算篮球所受的浮力______；

(3)图乙中篮球和气球内的气体总质量保持不变，并控制气球体积为篮球的2倍，在电压表指针所指的刻度盘上标上对应的空气密度值，就制成了一台测量当地空气密度的“空气密度仪”。现用此装置测量大于1.29千克/米³的空气密度，指针大致指示在何处？______请在图戊的刻度盘中用箭头标出，并写出你的判断依据。______

Answer

气球受到浮力变大 篮球所受的浮力为0.09N 气球体积为篮球的2倍，即气球的体积不变，现用此装置测量大于1.29千克/米3的空气密度，根据阿基米德原理，气球受到的浮力变大，篮球对托盘的压力变小，力敏电阻R所受压力FB也变小，可知压敏电阻变大，根据串联电阻的规律，电路的总电阻变大，由欧姆定律，电路的电流变小，根据U＝IR，定值电阻的电压变小，即电压表示数变小，故用此装置测量大于1.29千克/米3的空气密度，指针应在电压表盘1.29刻度线的左侧

【解析】

(1)[1]打开阀门，气球变大，根据阿基米德原理，气球受到的浮力变大，蓝球对托盘的压力变小了，故天平指针向右偏转。

(2)[2]R与定值电阻串联，电流表测量电路的电流，电压表测定值电阻的电压，当左盘中篮球未给气球充气时，电流表示数为0.2A时，根据串联电路的规律及欧姆定律

由图丙知，F1B＝309N；当篮球给气球充气到体积为篮球的2倍时(篮球体积不变)，电流表示数为0.15A，根据串联电路的规律及欧姆定律

解得：F2B＝300N；由图丁知，FB＝50FA，

故

托盘A所受压力的变化量为

篮球给气球充气到体积为篮球的2倍，由阿基米德原理，即篮球所受的浮力为

(3)[3][4]气球体积为篮球的2倍，即气球的体积不变，现用此装置测量大于1.29千克/米3的空气密度，根据阿基米德原理，气球受到的浮力变大，篮球对托盘的压力变小，力敏电阻R所受压力FB也变小，可知压敏电阻变大，根据串联电阻的规律，电路的总电阻变大，由欧姆定律，电路的电流变小，根据U＝IR，定值电阻的电压变小，即电压表示数变小，故用此装置测量大于1.29千克/米3的空气密度，指针应在电压表盘1.29刻度线的左侧，如下所示：

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