“曹冲称象”是家喻户晓的典故,某校兴趣小组模仿这一现象,制作了1台“浮力秤”,将厚底直筒形状的玻璃杯浸入水中.已知玻璃杯
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解题思路:(1)由于该玻璃杯是一把“浮力秤”,它漂浮在水面上,所以它受到的浮力等于重力;

(2)可先根据阿基米德原理算出该玻璃杯在水中的V,然后再用V除以底面积,就可以算出杯子浸入水中的深度;

(3)当杯子下沉的深度为0.15米时,此时杯子受到的浮力最大,所以我们需要先算出杯子的体积,即为最大V,然后根据阿基米德原理算出杯子受到的最大浮力,最后用最大浮力减去第(2)问中的浮力即为该浮力秤的最大称量.

(1)杯子的重力:G=mg=0.2kg×10N/kg=2N,

因为杯子漂浮在水面上,所以F=G=2N;

(2)由FgV得:V=

F浮

ρ液g,

则此时杯子排开水的体积:V=

F浮

ρ水g=[2N

1.0×103kg/m3×10N/kg=2×10-4m3

此时杯子浸入水中的深度:h=

V排/S]=

2×10−4m3

30×10−4m2≈0.067m;

(3)当杯子下沉的深度为0.15米时,此时杯子受到的浮力最大,

F′=ρgV′=1.0×103kg/m3×10N/kg×30×10-4m2×0.15m=4.5N,

即:F=F′-F=4.5N-2N=2.5N,

则此浮力秤的最大称量为:mmax=[F/g]=[2.5N/10N/kg]=0.25kg.

答:(1)将杯子开口向上竖直放入水中时,杯子受到的浮力是2N.

(2)杯子浸入水中的深度是0.067米.

(3)此浮力秤的最大称量为0.25kg.

点评:

本题考点: 物体的浮沉条件及其应用;阿基米德原理;浮力大小的计算.

考点点评: 本题中计算浮力用到了两种方法:一是利用阿基米德原理去计算(它是通用公式),二是根据F浮=G去计算(它只适合于漂浮或悬浮).要明确:物体在液体中受到的浮力有一个最大值,那就是当物体浸没在液体中时,V排=V物.不过该题中玻璃杯是不能浸没在液体中的,因为它的上端是开口的.

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