Question

【題目】如圖所示，質(zhì)量為60g，體積為50cm3的鐵質(zhì)小球浸沒(méi)在盛水的水槽中，在小球正上方有一已接入電路的螺線管，小燈泡標(biāo)有“6V 3W”字樣，通電螺線管中電流I與螺線管對(duì)小球吸引力F的關(guān)系如表所示：（燈絲電阻不變，不考慮小球與螺線管距離遠(yuǎn)近對(duì)力F的影響），試求：

I/A	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
F/N	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

（1）若槽中水深10cm，槽底所受水的壓強(qiáng)是多大？
（2）閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小球懸浮在水中，此時(shí)小燈泡消耗的功率是多大？
（3）當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，小球露出水面的體積有多大？

Answer 1

【答案】
（1）解：若槽中水深10cm，槽底所受水的壓強(qiáng)；

p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1×103Pa；

答：若槽中水深10cm，槽底所受水的壓強(qiáng)是1×103Pa．

（2）解：如圖，小球投入水中后會(huì)下沉．

小球懸浮時(shí)，對(duì)小球由平衡條件得：

F1+F浮=mg，則F1=mg﹣ρ水vg=0.06kg×10N/kg﹣1×103kg/m3×50×10﹣6m3×10N/kg=0.1N，

由表中數(shù)據(jù)可知，此時(shí)電路電流I1=0.2A，

根據(jù)P= 可得燈泡電阻R燈= = =12Ω，

此時(shí)燈泡的實(shí)際功率：P1=I21R燈=（0.2A）2×12Ω=0.48W；

答：閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小球懸浮在水中，此時(shí)小燈泡消耗的功率是0.48W．

（3）解：根據(jù)P=UI可得燈正常發(fā)光時(shí)的電流I額= = =0.5A，

由表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電流是0.5A時(shí)，

螺線管對(duì)小球吸引力F2=0.25N，

此時(shí)小球受到的浮力F浮=mg﹣F2=0.06kg×10N/kg﹣0.25N=0.35N，

根據(jù)F浮=ρ水V排g可得V排= = =0.35×10﹣4 m3=35cm3；

小球露出水面的體積V露=V﹣V排=50cm3﹣35cm3=15cm3；

答：當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，小球露出水面的體積是15cm3．

【解析】（1）由液體壓強(qiáng)公式p=ρ水gh可以求出槽底所受水的壓強(qiáng)．（2）先算出小球懸浮在水中，螺線管對(duì)小球的力，再?gòu)谋碇姓页鰧?duì)應(yīng)的電流．由小燈泡標(biāo)有“6V 3W”字樣，算出電阻，就可算出小燈泡消耗的功率．（3）先算出小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，從表中找出此時(shí)通電螺線管對(duì)小球的吸引力，然后求出小球受到的浮力，由浮力公式求出小球排開(kāi)水的體積，最后求出小球露出水的體積．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解液體的壓強(qiáng)的計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，掌握液體內(nèi)部壓強(qiáng)的公式：p=ρgh ρ指密度,單位kg/m3,g=9.8N/kg, h指深度,單位:m,壓強(qiáng)單位(Pa) 注意：h 指液體的深度，即某點(diǎn)到液面的距離，以及對(duì)阿基米德原理的理解，了解阿基米德原理：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開(kāi)的液體所受的重力．這個(gè)規(guī)律叫做阿基米德原理，即 F浮= G排 =ρ液gv排．