Question

2．由某種合金制成的兩個大小不同的工藝品，其中一個實心，一個空心．小華為判定哪個是空心的，進(jìn)行了如下實驗．（已知ρ_水=1.0g/cm³，取g=10N/kg）
【實驗過程】將下列實驗步驟中空白處補充完整．
（1）用彈簧測力計測出小工藝品的重力G₁=2N．
（2）將掛在測力計下方的小工藝品浸沒水中，小工藝品受到3個力的作用，此時測力計的示數(shù)F₁=1.6 N，則浮力F_浮=0.4 N．
（3）用測力計測出大工藝品的重力G₂=3N．
（4）如圖所示，將掛在測力計下方的大工藝品浸沒水中，測力計的示數(shù)F₂=2.2 N．
（5）結(jié)合測量數(shù)據(jù)判斷大（選填“大”或“小”）工藝品是空心的．理由是大工藝品所受浮力是小工藝品所受浮力的二倍，說明大工藝品體積是小工藝品體積的二倍，但質(zhì)量小于二倍關(guān)系．
（6）計算合金的密度ρ=5.0 g/cm³．
（7）空心工藝品空心部分的體積是20cm³．

Answer 1

分析 （1）對浸沒水中的小工藝品受力分析可知受到的力，利用稱重法求出受到的浮力；
（2）根據(jù)彈簧測力計的分度值讀出示數(shù)；
（3）根據(jù)稱重法求出大工藝品受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理求出大工藝品和小工藝品排開水的體積即為工藝品的體積，根據(jù)密度公式和重力公式求出兩者的密度，密度大的為實心的且密度為合金的密度，小的為空心的；
（4）根據(jù)密度公式求出空心工藝品中合金的體積，總體積減去合金的體積即為空心部分的體積．

解答 解：
實驗過程：
（2）對浸沒水中的小工藝品受力分析可知，小工藝品受到豎直向下的重力和豎直向上繩子的拉力、液體的浮力，故小工藝品受到三個力的作用；
根據(jù)稱重法可知，小工藝品受到的浮力F_浮=G₁-F₁=2N-1.6N=0.4N；
（4）圖中彈簧測力計的分度值為0.2N，測力計的示數(shù)F₂=2.2N；
（5）大工藝品受到的浮力F_浮′=G₂-F₂=3N-2.2N=0.8N，
大工藝品所受浮力是小工藝品所受浮力的二倍，說明大工藝品體積是小工藝品體積的二倍，但質(zhì)量小于二倍關(guān)系，
可以判斷大工藝品是空心的；
（6）兩者完全浸沒，根據(jù)阿基米德原理可得，兩者排開液體的體積即合金的體積：
V₁=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.4N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=4×10^-5m³，V₂=$\frac{F{′}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.8N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=8×10^-5m³，
根據(jù)m=$\frac{G}{g}$得小工藝品的質(zhì)量m₁=$\frac{{G}_{1}}{g}$=$\frac{2N}{10N/kg}$=0.2kg，大工藝品的質(zhì)量m₂=$\frac{{G}_{2}}{g}$=$\frac{3N}{10N/kg}$=0.3kg；
小工藝品的密度ρ₁=$\frac{{m}_{1}}{{V}_{1}}$=$\frac{0.2kg}{4×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=5×10³kg/m³=5g/cm³，
即合金的密度為5g/cm³
（7）大工藝品中合金的體積：
V_合金=$\frac{{m}_{2}}{{ρ}_{合金}}$=$\frac{0.3kg}{5g/c{m}^{3}}$=6×10^-5m³，
空心工藝品空心部分的體積：
V_空=V₂-V_合金=8×10^-5m³-6×10^-5m³=2×10^-5m³=20cm³．
故答案為：（2）3；0.4；（4）2.2；（5）大；大工藝品所受浮力是小工藝品所受浮力的二倍，說明大工藝品體積是小工藝品體積的二倍，但質(zhì)量小于二倍關(guān)系；（6）5.0；（7）20．

點評 本題考查了稱重法求浮力和阿基米德原理、密度公式的應(yīng)用以及彈簧測力計的讀數(shù)，關(guān)鍵是會根據(jù)兩者的密度判斷是否空心和空心部分體積的計算．