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''0''刻度线
平衡螺母
154
140
1.1
偏大
​$\frac {m_{1}ρ_{水}}{m_{3}-m_{2}}$​
N
解:​$(1)$​开关闭合后通电螺线管具有了磁性,其上端为​$N$​极,
​$(2)$​小球的密度:
​$ρ=\frac {m}{V}=\frac {80\ \mathrm {g}}{100\ \mathrm {cm}^3}=0.8\ \mathrm {g/cm}^3$​,
因小球的密度小于水的密度,
所以,断开开关时,铁制小球静止时处于漂浮状态,受到的浮力和自身的重力相等,
则小球受到的浮力:
​$F_{浮}=G=mg=80×10^{-3}\ \mathrm {kg}×10\ \mathrm {N/kg}=0.8\ \mathrm {N}$​,
由​$F_{浮}=ρgV_{排}$​可得,小球排开水的体积:
​$V_{排}=\frac {F_{浮}}{ρ_{水}g}=\frac {G}{ρ_{水}g}=\frac {0.8\ \mathrm {N}}{1.0×10^3\ \mathrm {kg/m}^3×10\ \mathrm {N/kg}}=8×10^{-5}\ \mathrm {m^3}=80\ \mathrm {cm}^3$​,
则小球露出水面的体积:
​$V_{露}=V-V_{排}=100\ \mathrm {cm}^3-80\ \mathrm {cm}^3=20\ \mathrm {cm}^3$​;
​$(3)$​闭合开关,调节滑动变阻器的滑片使铁制小球能悬停在水中时,
因物体浸没时排开液体的体积和自身的体积相等,
所以,小球受到的浮力:
​$F_{浮}'=ρ_{水}gV_{排}=1.0×10^3\ \mathrm {kg/m}^3×10\ \mathrm {N/kg}×100×10^{-6}\ \mathrm {m^3}=1\ \mathrm {N}$​,
因小球悬停静止时,受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力、螺线管对铁制小球的作用力处于平衡状态,
由平衡条件可得:​$G+F=F_{浮}'$​,
则螺线管对铁制小球的作用力:
​$F=F_{浮}'-G=1\ \mathrm {N}-0.8\ \mathrm {N}=0.2\ \mathrm {N}$​,
查表可知,此时电路中的电流​$I=0.4\ \mathrm {A}$​,
由​$P=UI=\frac {U^2}{R}$​可得,灯泡的电阻:
​$R_{L}=\frac {U_{L}^2}{P_{L}}=\frac {(6\ \mathrm {V})^2}{3\ \mathrm {W}}=12\ \mathrm {Ω}$​,
此时小灯泡消耗的功率:
​$P_{L}'=I^2R_{L}=(0.4\ \mathrm {A})^2×12\ \mathrm {Ω}=1.92\ \mathrm {W}$​;
​$(4)$​当小灯泡正常发光时,电路中的电流:
​$I=I_{L}=\frac {P_{L}}{U_{L}}=\frac {3\ \mathrm {W}}{6\ \mathrm {V}}=0.5\ \mathrm {A}$​,
查表可知,此时螺线管对铁制小球的作用力​$F'=0.25\ \mathrm {N}$​,
此时小球受到竖直向上的浮力和支持力、竖直向下的重力和螺线管对铁制小球的作用力处于平衡状态,
由力的平衡条件可得:​$F_{浮}'+F_{支持}=F'+G$​,
则小球受到的支持力:
​$F_{支持}=F'+G-F_{浮}'=0.25\ \mathrm {N}+0.8\ \mathrm {N}-1\ \mathrm {N}=0.05\ \mathrm {N}$​,
因小球对容器底的压力和受到的支持力是一对相互作用力,
所以,小球对容器底的压力:
​$F_{压}=F_{支持}=0.05\ \mathrm {N}.$​