浮力秤

浮力秤

浮力秤是現代詞,是一個物理專有名詞,是物理術語。

基本介紹

  • 中文名:浮力秤
  • 外文名:Buoyancy balance
測密度,稱質量,

測密度

例1:地質隊員在高山深谷中探礦,利用一種叫浮力秤的輕便儀器就可以精確測出礦石的密度。如圖1是浮力秤的示意圖,它中部是一密封的空心圓筒,圓筒下端掛著小籃,圓筒上端有一根刻有標誌線的豎直桿,桿頂部裝有小盤。因為圓筒是空心的,下面掛的小籃又較重,所以浮力秤放在水中能保持直立漂浮狀態。現需測一礦石的密度,地質隊員進行了如下操作: (a)先將浮力秤放入水中,如圖1(a),在小盤內加砝碼,使浮力秤下沉到標誌線與水面齊平,記下盤內砝碼質量m1=125g。
(b)拿掉盤內全部砝碼,盤內改放待測礦石,如圖1(b),這時標誌線在水面上方,再在盤內添加砝碼,使浮力秤重新下沉到標誌線與水面齊平,記下盤內砝碼質量m2=25g。
(c)拿掉盤內全部砝碼,將待測礦石放入小籃內,再往盤內重新放砝碼,如圖1(c),使浮力秤再次下沉到標誌線與水面齊平,記下盤內砝碼質量m3=45g。問:(1)礦石的質量為多少?(2)礦石的密度為多少?
解析:要計算出被測礦石的質量和密度,不僅要讀懂題目,理解所描述的浮力秤的測量過程,還要求知道浮力秤的製作原理,熟練套用阿基米德原理,才能順利解答。
(1)通過浮力秤(a)、(b)的操作求出礦石的質量m。在(a)中砝碼質量ml,(b)中砝碼和礦石質量分別為m2、m,因為(a)與(b)中都是標誌線與水面齊平,即浮力秤排開水的體積相等,所以兩種情況所受浮力一樣,Fa=Fb。
根據漂浮在液面上的物體受到的浮力等於本身重力,得到(a)與(b)中浮力秤小盤中所放物體質量相等ma=mb,而ma=ml,mb=m+m2,則礦石的質量m=ml-m2=125g-25g=100g。
(2)根據浮力秤(c)的操作求出礦石的體積V礦。依題意(c)情況相比(a)、(b),浮力秤排開水的體積不變,所受浮力相等Fa=Fb=Fc。而礦石在小籃中,因此Fc=m3g+(mg—F礦)。所以礦石受的浮力F礦=m3g+mg-Fc=m3g+mg-(m+m2)g=m3g一m2g
由阿基米德定律,,礦石的體積
礦石的密度
這是一綜合問題,通過對浮力秤的操作過程的描述,分別計算出被測礦石的質量和體積,最後求出礦石的密度、把對基礎知識和基本能力的考查,放到了用浮力秤測量礦石密度的具體情景中,特別能體現出學生的分析解決實際問題的能力和創新能力,很好地反映出學生的綜合素質,也體現了新課程的新理念。

稱質量

例2:李良同學在科技製作中,受“曹沖稱象”的啟發,製作了如圖2所示的浮力秤,他將一橫截面積為200cm2的空心柱形容器作為秤盤,放入一底面積為300cm2的盛水容器中,在水面處刻下零刻度線,然後在距離零刻度線上方10cm刻下最大稱量,那么: (1)該浮力秤的最大秤量是多少?
(2)當它達到最大秤量時,裝水容器底部的壓強增加了多少?
解析:這種浮力秤較之前一種,製作簡單,使用方便。只能用於稱量物體的質量,不能用於測量密度。但兩種浮力秤的製作原理是相同的,都是利用了飄浮在液面上的物體,受到的浮力等於本身的重力。
(1)該浮力秤的最大秤量是下沉到最大稱量線時,排開水的重力(受到的浮力)。由阿基米德原理,
所以最大稱量
(2)容器底部增加的壓強,有兩種算法
方法一:根據排開水的體積V排,算出水面增加的高度,利用液體的壓強公式,求得增加的壓強
方法二:根據圓柱形盛水容器,底部增加的壓力等於所放物重G物,利用壓強公式求得增加的壓強
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