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利用浮力原理测定物体密度,如何表示浮力

(图片来源于网络)
这类题既然是利用浮力原理来解决的,那么必然有一个表示浮力的环节,这意味着我们需要用已知量和测定量来表示浮力 F浮 等于什么。下面针对常见的四种测量工具:刻度尺、量筒/量杯、弹簧测力计、天平(带砝码)来分别表示浮力 F浮等于什么。在做这类问题时,烧杯基本都可以看作是一个规则的圆柱形容器,也就是其内装液体体积 V = Sh( S 为烧杯底面积,h 为液面高度)。如果测量工具只有刻度尺,所给的物体往往是木块这类密度较小可以漂浮在液面的物质,但是万一给铁球这类密度较大的物质怎么办?大家放心,这类题在设计之初,就是利用漂浮最多悬浮的场景来表示浮力。万一题目给了一个铁球,可以把铁球放到烧杯中,再把烧杯放到更大的、装有液体的外部容器中,利用空烧杯漂浮、空烧杯+ 铁球漂浮来获得铁球所受浮力(此时铁球所受浮力 F浮= G球 = m球g )。这类题设计场景大致如下图所示:
铁球漂浮场景,浮力表示如图:

测量工具为量筒/量杯
如果测量工具只有量筒或者量杯,可以直接测出对应体积。也分为木块漂浮或者铁球漂浮的场景。这类题目设计场景大致如下图所示:
铁球漂浮场景,浮力表示如图:

测量工具为弹簧测力计
如果测量工具只有弹簧测力计,出题场景往往是密度较大的石块或者铁球。这个时候利用的是拉力示数差。浮力的表示原理如图:
测量工具为天平
如果测量工具只有天平,所给的物体往往是石块或者铁球这类密度较大的物质,结合细线,需要将重物完全浸没在液体中,注意不要让重物接触容器壁。在讲这个场景之前,需要先理解一个类似的场景:假设有一个烧杯,内装有一定质量的水,冻成冰后,往冰面上放置一个铁块,如图:
我们实际使用的场景应该是:

相当于用了大小恰好为 F浮的力压在了原来的支持面上,对天平而言,支持面就是天平的托盘。
利用浮力原理测物体密度的终极奥义:
- 找出整个过程中的不变量(判断 V排还是 F浮 不变)
关于浮力的其他知识点,可以参阅前面的其他文章。
初中物理——压强浮力解读(二)
初中物理——解读电学里的用电器档位
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