Question

【題目】為了觀察勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，小張?jiān)O(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置：將彈簧測(cè)力計(jì)固定在天花板上，把灌有適量水和水銀的透明長(zhǎng)塑料管懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上，然后用細(xì)線(xiàn)將鋼珠和彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤相連，并使鋼珠位于水面下的 O 點(diǎn)處。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（不計(jì)細(xì)線(xiàn)的質(zhì)量）

(1)此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為 F0，它的大小等于塑料管、水、水銀以及______所受的總重力；

(2)剪斷懸掛鋼珠的細(xì)線(xiàn)，鋼珠隨即向下運(yùn)動(dòng)，最終它將靜止在___________ （選填“塑料管底部”或“水與水銀的交界面”）位置處；（已知：ρ 水銀>ρ 鋼珠）

(3)若鋼珠所受重力為 0.4N，它在水中向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，某時(shí)刻受到的浮力為 0.05N，水對(duì)它的阻力為 0.2N，根據(jù)作用力與反作用力大小相等的知識(shí)可知，此時(shí)鋼珠對(duì)水施加的合力為_________N；

(4)為了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，需要在不倒出塑料管內(nèi)的水和水銀的情況下取出鋼珠，你的辦法是： ________。

(5)經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，小張發(fā)現(xiàn)鋼珠在 AB 段運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)等于 F0，由此他判斷鋼珠在 AB 段做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。他做出這個(gè)判斷的理由是________________；

Answer 1

【答案】鋼珠 水與水銀的交界面 0.25 用磁鐵將鋼珠沿塑料管壁自下而上吸出 見(jiàn)解析

【解析】

(1)[1] 將塑料管、水、水銀以及鋼珠看成整體，則塑料管、水、水銀以及鋼珠整體處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力平衡，即整體所受拉力等于整體的重力，根據(jù)力作用的相互性，彈簧測(cè)力計(jì)受到的拉力等于整體對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力，因此 F0的大小等于塑料管、水、水銀以及鋼珠所受的總重力。

(2)[2]剪斷懸掛鋼珠的細(xì)線(xiàn)，鋼珠隨即向下運(yùn)動(dòng)，最終停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，浮力等于重力，而ρ 水銀>ρ 鋼珠，所以鋼珠不可能靜止在水銀中，故鋼珠最終將靜止在水與水銀的交界面位置處。

(3)[3]在鋼珠水中向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，某時(shí)刻受到的浮力為 0.05N，浮力的方向豎直向上，水對(duì)它的阻力為 0.2N，鋼珠向下運(yùn)動(dòng)，故阻力方向豎直向上，故水對(duì)鋼珠的作用力為

0.05N+0.2N=2.5N

根據(jù)作用力與反作用力大小相等的知識(shí)可知，此時(shí)鋼珠對(duì)水施加的合力為2.5 N。

(4)[4]因?yàn)榇盆F能夠鋼珠，在不倒出塑料管內(nèi)的水和水銀的情況下取出鋼珠，可用磁鐵將鋼珠沿塑料管壁自下而上吸出。

(5)[5] 若將水、水銀和塑料管當(dāng)作一個(gè)整體，其所受重力為 G 管，又假設(shè)鋼珠對(duì)水施加的力為 F 珠-水，則 ，所以 ，又由于鋼珠對(duì)水施加的力大小等于水對(duì)鋼珠施加的浮力和阻力的合力，受力分析后可知鋼珠所受合力為零，于是鋼珠做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。