Question

【題目】如圖所示，一質量為40g、體積為的空心鐵球放入盛水的薄玻璃容器中，在玻璃容器下方有接入電路的螺線管，通過螺線管的電流與螺線管對鐵球的作用力的關系如表所示。電路中定值電阻的阻值為，取，水的密度，不考慮小球與螺線管距離的遠近對力的影響。求：

	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

(1)斷開開關，鐵球靜止時排開水的體積；

(2)閉合開關，調節(jié)滑動變阻器使小球懸浮在水中，此時定值電阻消耗的功率。

Answer 1

【答案】(1)；(2)

【解析】

(1)小球的平均密度

ρ球=

因

ρ球＜ρ水

所以，斷開開關，鐵制小球靜止時處于漂浮狀態(tài)，小球受到的浮力

F浮=G球=m球g=40×10-3kg×10N/kg=0.4N

排開水的體積

V排

(2)球懸浮時，排開水的體積

V排′=V球=50cm3=5×10-5m3

此時鐵球受到的浮力

F浮′=ρ水V排′g=1×103kg/m3×5×10-5m3×10N/kg=0.5N

此時小球受到豎直向上的浮力和豎直向下的重力、螺線管對鐵球向下的吸引力F，由力的平衡條件可得

G球+F=F浮′

則螺線管對鐵制小球的吸引力

F=F浮′-G球=0.5N-0.4N=0.1N

查表可得，此時電路中電流

I=0.2A

定值電阻消耗的功率

P=I2R=(0.2A)2×12Ω=0.48W

答：(1)斷開開關，鐵球靜止時排開水的體積為4×10-5m3；

(2)閉合開關，調節(jié)滑動變阻器尼使小球懸浮在水中，此時定值電阻消耗的功率為0.48W。