Question

3．如圖所示，實驗臺上有一只盛有水的杯子，水中漂浮著一個實心塑料球，小明想知道這個塑料球的重，除了上述器材，老師還給他提供了一只量筒和足量的水，已知水的密度為ρ_水，請你僅利用上述器材幫他設計出能較為精確地測出這個塑料球重力的實驗方案，實驗過程中不能使杯子傾斜、球不能放入量筒中，要求：
（1）寫出實驗步驟及所需測量的物理量；
（2）寫出塑料球所受重力的數學表達式（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）實驗的原理是利用漂浮條件，求得木塊的重力；
（2）利用排水法得到實心塑料球排開水的體積，根據阿基米德原理即可求出浮力；再利用漂浮條件即可得知塑料球的重力．

解答 解：（1）實驗步驟：
①將實心塑料球從杯中取出，向杯子里注滿水，將實心塑料球輕輕放入水中，當實心塑料球漂浮在水面上，并有一部分水溢出杯子；
②將實心塑料球從杯中輕輕取出拿走；
③在量筒內倒入部分水，記下此時水的體積V₁；
④將量筒中的水慢慢注入杯子中，直到杯子重新注滿，讀出此時量筒中剩下的水的體積V₂．
（2）由于實心塑料球漂浮在水面上時溢出的水，由量筒里的再次注滿，則V_排=V₁-V₂，
根據漂浮條件可知：G=F_浮=ρ_水gV_排=ρ_水g（V₁-V₂）．
答：（1）實驗步驟：
①將實心塑料球從杯中取出，向杯子里注滿水，將實心塑料球輕輕放入水中，當實心塑料球漂浮在水面上，并有一部分水溢出杯子；
②將實心塑料球從杯中輕輕取出拿走；
③在量筒內倒入部分水，記下此時水的體積V₁；
④將量筒中的水慢慢注入杯子中，直到杯子重新注滿，讀出此時量筒中剩下的水的體積V₂．
（2）塑料球所受重力的數學表達式：G=ρ_水g（V₁-V₂）．

點評 此題主要考查學生對于漂浮條件的理解和掌握，解題關鍵是找出實心塑料球漂浮在水面上時溢出的水體積的測量方法．