Question

小軍在參加學(xué)校組織的拓展訓(xùn)練時(shí)，在湖邊撿到一塊漂亮的小石塊，他想測(cè)出小石塊的密度．小軍書(shū)包里有一個(gè)水杯、一把鋼尺和一些細(xì)線，他利用鋼尺、水杯和細(xì)線設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量小石塊密度的實(shí)驗(yàn)方案，以下是他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)將其補(bǔ)充完整．
（1）用一根細(xì)線拴好小石塊系在鋼尺的一端A，用另一根細(xì)線系在鋼尺的某一適當(dāng)位置O，手提細(xì)線將鋼尺懸掛，鋼尺恰好在水平位置平衡，______；
（2）把小石塊浸沒(méi)在盛有湖水的水杯中，將鋼尺的懸掛點(diǎn)向遠(yuǎn)離A端移動(dòng)到另一適當(dāng)位置O′，使鋼尺再次在水平位置平衡，______；
（3）已知湖水的密度為ρ_水，利用上述測(cè)量出的物理量和已知量計(jì)算小石塊密度的表達(dá)式為ρ_石=______．

Answer 1

解：（1）用一根細(xì)線拴好小石塊系在鋼尺的一端A，用另一根細(xì)線系在鋼尺的某一適當(dāng)位置O，手提細(xì)線將鋼尺懸掛，鋼尺恰好在水平位置平衡，讀出OA的長(zhǎng)度L₁和O點(diǎn)到鋼尺中心距離L₂，如下圖所示：

根據(jù)杠桿的平衡條件可得：G_石×L₁=G_尺×L₂…①；
（2）把小石塊浸沒(méi)在盛有湖水的水杯中，將鋼尺的懸掛點(diǎn)向遠(yuǎn)離A端移動(dòng)到另一適當(dāng)位置O′，使鋼尺再次在水平位置平衡，讀出O′A的長(zhǎng)度L₁′和O′點(diǎn)到鋼尺中心距離L₂′，如下圖所示：

根據(jù)杠桿的平衡條件可得：（G_石-F_浮）×L₁′=G_尺×L₂′…②；
（3）①式與②式相比得：=，因?yàn)镚_石=ρ_石V_石g，F(xiàn)_浮=ρ_水gV_石，代入式子，進(jìn)一步化簡(jiǎn)得：
ρ_石=ρ_水．
故答案為：（1）讀出OA的長(zhǎng)度L₁和O點(diǎn)到鋼尺中心距離L₂；
（2）讀出O′A的長(zhǎng)度L₁′和O′點(diǎn)到鋼尺中心距離L₂′；
（3）ρ_水．
分析：（1）杠桿的平衡條件是：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂；
（2）小石塊在空氣中時(shí)，對(duì)鋼尺A端的拉力與它的重力相等；小石塊浸沒(méi)在水中時(shí)，對(duì)鋼尺A端的拉力等于石塊重力與浮力的差．
（3）根據(jù)小軍的兩次操作，畫(huà)出示意圖，再結(jié)合浮力知識(shí)和杠桿的平衡條件，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)計(jì)算就可以得到石塊密度的表達(dá)式．
點(diǎn)評(píng)：本題重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)浮力知識(shí)和杠桿平衡條件的應(yīng)用，關(guān)鍵是知道第二次石塊浸沒(méi)在水中時(shí)，拉動(dòng)鋼尺的力為石塊重力和浮力之差．