答:(1)减小;减小;
(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为10V;
(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了30cm;电压表的示数变化了5V。
解:(1)当水位下降时,M所受的浮力减小,弹簧的拉力增大,弹簧的伸长量增大,滑片P向下移动,金属棒接入电路的长度减小;
则R1接入电路的阻值减小,根据串联分压特点可知,R1两端的电压减小,即电压表示数减小。 (2)当水位处于位置A时,滑片P在R1最上端,此时R1=20Ω, 根据串联电路的电阻特点可知,电路的总电阻: R=R0+R1=10Ω+20Ω=30Ω, 电路中的电流:I==
=0.5A,
由I=得,R1两端的电压:
U1=IR1=0.5A×20Ω=10V,即电压表示数为10V。 (3)当水位处于位置A时,M刚好浸没,排开水的体积: V排=V=Sh=100cm2×60cm=6000cm3=6×10﹣3m3, 则M受到的浮力:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×6×10﹣3m3=60N; 则弹簧受到的拉力:F1=G﹣F浮=80N﹣60N=20N, 由图乙可知,当F1=20N时,弹簧的伸长量△L1=10cm;
当水位降至位置B时,M的下表面刚好离开水面,所受浮力为零,
则此时弹簧受到的拉力:F2=G=80N,
由图乙可知,当F2=80N时,弹簧的伸长量△L2=40cm; 所以,水位由位置A降至B这一过程中,弹簧的长度增加量: △L=△L2﹣△L1=40cm﹣10cm=30cm。 当水位降至位置B时,R1接入电路的长度: L=L总﹣△L=40cm﹣30cm=10cm,
因为R1接入电路的阻值与对应的棒长成正比,即:所以,此时R1接入电路的阻值:R1′=此时电路中的电流:I′=
=
×R1=
=
,
×20Ω=5Ω,
=1A,
由I=得,此时R1两端的电压:
U1′=I′R1′=1A×5Ω=5V,即此时电压表示数为5V,
所以,电压表的示数变化量:△U=U1﹣U1′=10V﹣5V=5V。 故答案为:(1)减小;减小;
(2)当水位处于位置A时,电压表的示数为10V;
(3)水位由位置A降至B这一过程,弹簧的长度增加了30cm;电压表的示数变化了5V。
58.(2019黑龙江大庆18)善于奇思妙想的小强及其兴趣小组在实验室(温度为20℃)进行综合实验。 (1)该小组想研究“密度计的工作原理”。图甲所示是密度计的简化模型,在一根粗细均匀的玻璃管内放一些小铅粒使其能竖直漂浮在液体中,设玻璃管浸入液体的深度为h液,该液体密度为ρ液,密度计漂浮在水中时浸入水中的深度为h水,水的密度为ρ水,则浸入液体的深度h液=____________(用给出的物理量表示),由此可知,此密度计漂浮在煤油(密度为0.8×103kg/m3)中时浸入深度h
煤油
=_____________h水(填数值),密度计刻度特点是____________(选填选项前序号)①上小下大 ②上大下小 ③均匀 ④上疏下密 ⑤上密下疏。
(2)该小组想继续探究“某液体的密度和温度的关系”,设计了如图乙所示装置,长为0.6m的绝缘轻质杠杆ab悬挂在高处,可绕O点转动。杠杆a端的轻质细线悬挂一体积为
1×10-3m3的实心合金块,浸没在烧杯内的液体中。b端轻质细线悬挂的铜柱在上下移动能带动滑片P移动。滑片P重力和摩擦不计。
①若电源电压为3V,滑动变阻器标有“100Ω 1A”字样。在电路中串联一个量程为0~15mA的电流表,为保证电路安全,定值电阻R的最小阻值是__________Ω。
②小强在给该液体加热过程中发现,电流表示数减小,则可得出该液体的密度随温度升高而____________。(选填“增大”、“减小”或“不变”)(除烧杯内的液体外,装置中其他物体的热胀冷缩忽略不计,合金块始终浸没)
(3)该小组还想利用此装置继续测量该合金块的密度。已知该烧杯中液体在温度为20℃时的密度为1.1×103kg/m3。杠杆水平平衡时,铜柱质量为2kg,点O距杠杆b端0.2m。则合金块的密度是_______________kg/m3。(g取10N/kg)
答:(1);1.25;①④
(2)200;减小 (3)2.1×103
解:(1)F浮=G排=ρ液gV排=ρ液gSh
所以ρ水gSh水=ρ液gSh液,h液=
h煤油=h水=1.25h水
∵密度计在不同液体中处于漂浮状态,
∴F浮=G,即ρ液gV排=ρ液gSh=mg, ρ液=
,h为密度计浸入液体的长度,ρ液越小,浸入部分的长度越长,上面的刻度显示越小,
∴上小下大。刻度不均匀, ∵ρ和h是反比例函数, ∴刻度分布不均匀。
(2)由图和题意可知,电路的总电流不能超过15mA, 根据电阻的串联和欧姆定律可得:
≤0.015A;
解得:R≥200Ω,即定值电阻的最小阻值为200Ω;
加热液体后,电流表减小,可知电路中总电阻增大,滑片向上移动,物体下沉,说明液体密度减小。 (3)由题知,轻质杠杆ab长为0.6m,点O距杠杆b端0.2m,设合金块B对a端的拉力为F, 因杠杆正好在水平位置平衡,则由杠杆的平衡条件可知:FL1=mgL2; 则拉力的大小为:F=
=
=10N;
合金块B浸没在液体中,其受到的浮力为:
F浮=ρ液gV排=1.1×10kg/m×10N/kg×1×10﹣m=11N; B受向上的拉力和浮力以及向下的重力,
由力的平衡条件可得,B的重力为:GB=F+F浮=10N+11N=21N;
3
3
3
3
则B的质量为:mB===2.1kg;
B的密度为:ρB=
==2.1×10kg/m。
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6.(2019黑龙江齐齐哈尔25)弹簧测力计是我们在许多力学实验中常用的测量工具,让我们利用它来探究力学中蕴含的奥秘
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