Question

【题目】为了观察匀速直线运动状态，小张设计了如图所示的实验装置：将弹簧测力计固定在天花板上，把灌有适量水和水银的透明长塑料管悬挂在弹簧测力计的挂钩上，然后用细线将钢珠和弹簧测力计的挂钩相连，并使钢珠位于水面下的 O 点处。

请回答下列问题：（不计细线的质量）

(1)此时弹簧测力计的示数为 F0，它的大小等于塑料管、水、水银以及______所受的总重力；

(2)剪断悬挂钢珠的细线，钢珠随即向下运动，最终它将静止在___________ （选填“塑料管底部”或“水与水银的交界面”）位置处；（已知：ρ 水银>ρ 钢珠）

(3)若钢珠所受重力为 0.4N，它在水中向下运动的过程中，某时刻受到的浮力为 0.05N，水对它的阻力为 0.2N，根据作用力与反作用力大小相等的知识可知，此时钢珠对水施加的合力为_________N；

(4)为了重复实验，需要在不倒出塑料管内的水和水银的情况下取出钢珠，你的办法是： ________。

(5)经过多次实验，小张发现钢珠在 AB 段运动的过程中，弹簧测力计示数等于 F0，由此他判断钢珠在 AB 段做匀速直线运动。他做出这个判断的理由是________________；

Answer 1

【答案】钢珠 水与水银的交界面 0.25 用磁铁将钢珠沿塑料管壁自下而上吸出 见解析

【解析】

(1)[1] 将塑料管、水、水银以及钢珠看成整体，则塑料管、水、水银以及钢珠整体处于静止状态，受力平衡，即整体所受拉力等于整体的重力，根据力作用的相互性，弹簧测力计受到的拉力等于整体对弹簧测力计的拉力，因此 F0的大小等于塑料管、水、水银以及钢珠所受的总重力。

(2)[2]剪断悬挂钢珠的细线，钢珠随即向下运动，最终停止运动时，浮力等于重力，而ρ 水银>ρ 钢珠，所以钢珠不可能静止在水银中，故钢珠最终将静止在水与水银的交界面位置处。

(3)[3]在钢珠水中向下运动的过程中，某时刻受到的浮力为 0.05N，浮力的方向竖直向上，水对它的阻力为 0.2N，钢珠向下运动，故阻力方向竖直向上，故水对钢珠的作用力为

0.05N+0.2N=2.5N

根据作用力与反作用力大小相等的知识可知，此时钢珠对水施加的合力为2.5 N。

(4)[4]因为磁铁能够钢珠，在不倒出塑料管内的水和水银的情况下取出钢珠，可用磁铁将钢珠沿塑料管壁自下而上吸出。

(5)[5] 若将水、水银和塑料管当作一个整体，其所受重力为 G 管，又假设钢珠对水施加的力为 F 珠-水，则 ，所以 ，又由于钢珠对水施加的力大小等于水对钢珠施加的浮力和阻力的合力，受力分析后可知钢珠所受合力为零，于是钢珠做匀速直线运动。