Question

【題目】為了觀察勻速直線運動狀態(tài)，小張設計了如圖所示的實驗裝置：將彈簧測力計固定在天花板上，把灌有適量水和水銀的透明長塑料管懸掛在彈簧測力計的掛鉤上，然后用細線將鋼珠和彈簧測力計的掛鉤相連，并使鋼珠位于水面下的 O 點處。

請回答下列問題：（不計細線的質量）

(1)此時彈簧測力計的示數為 F0，它的大小等于塑料管、水、水銀以及______所受的總重力；

(2)剪斷懸掛鋼珠的細線，鋼珠隨即向下運動，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，它在水中向下運動的過程中，某時刻受到的浮力為 0.05N，水對它的阻力為 0.2N，根據作用力與反作用力大小相等的知識可知，此時鋼珠對水施加的合力為_________N；

(4)為了重復實驗，需要在不倒出塑料管內的水和水銀的情況下取出鋼珠，你的辦法是： ________。

(5)經過多次實驗，小張發(fā)現鋼珠在 AB 段運動的過程中，彈簧測力計示數等于 F0，由此他判斷鋼珠在 AB 段做勻速直線運動。他做出這個判斷的理由是________________；

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狀態(tài)，受力平衡，即整體所受拉力等于整體的重力，根據力作用的相互性，彈簧測力計受到的拉力等于整體對彈簧測力計的拉力，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]剪斷懸掛鋼珠的細線，鋼珠隨即向下運動，最終停止運動時，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]在鋼珠水中向下運動的過程中，某時刻受到的浮力為 0.05N，浮力的方向豎直向上，水對它的阻力為 0.2N，鋼珠向下運動，故阻力方向豎直向上，故水對鋼珠的作用力為

0.05N+0.2N=2.5N

根據作用力與反作用力大小相等的知識可知，此時鋼珠對水施加的合力為2.5 N。

(4)[4]因為磁鐵能夠鋼珠，在不倒出塑料管內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、水銀和塑料管當作一個整體，其所受重力為 G 管，又假設鋼珠對水施加的力為 F 珠-水，則 ，所以 ，又由于鋼珠對水施加的力大小等于水對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運動。