科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤.他们找来个瓶身为柱状体的空饮料瓶,剪掉瓶底,旋

科技小组的同学想利用学到的浮力知识制作一个浮力秤.他们找来个瓶身为柱状体的空饮料瓶,剪掉瓶底,旋紧瓶盖,在瓶盖系上块质量适当的石块,然后将其倒置在水桶里,如图所示.使用时,只要把被测物体投人瓶中,从水面所对的刻度就可以直接读出被测物体的质量.
(1)在这里石块的作用是什么?试应用所学物理知识分析其中的道理.
(2)这种浮力秤的质量刻度是均匀的吗?为什么?

分析:(1)从空饮料瓶受到的重力和石块受到的重力比较,从而可知如果没有石块,整套装置的重心将会高于浮力的作用点,在浮力和重力的作用下,浮力秤容易歪斜.
(2)设被测物体的质量为m,瓶身浸入的深度增加值为h,根据阿基米德原理和物体的漂浮条件得出h与m的关系式,进而判断刻度是否均匀.
解答:解:(1)石块受到的重力远大于空饮料瓶受到的重力,所以浮力秤的重心较低,并低于浮力的作用点,如图所示:

当浮力等于重力时,浮力秤将竖直漂浮在水中.如果没有石块,整套装置的重心将会高于浮力的作用点,在浮力和重力的作用下,浮力秤容易歪斜,难以竖直漂浮在水中.所以石块的作用可以使浮力秤能够竖直地漂浮在水中.
(2)设被测物体的质量为m,饮料瓶圆柱状部分的半径为r,在浮力秤中放入被测物体后,瓶身浸入的深度增加值为h,则:
浮秤再次漂浮时,增大的浮力等于增大的重力:△F浮=G,
即:ρ水gπr2h=mg,
可得:h=
m
ρ水πr2

∵ρ水、π、r为定值,
∴h与m成正比,即该浮力秤质量的制度是均匀的.

点评:本题考查了学生对阿基米德原理和物体漂浮条件的掌握和运用,能找出h与m的关系式是本题的关键;此题涉及到的知识点较多,综合性较强,而且有一定的难度,属于难题.
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