Question

小明用杠杆测量实验室中一个空心铁球的空心部分的体积，如图所示为实验设计图，铁球的质量为m，铁的密度为ρ_铁．
（a）除使用刻度尺和图中所用器材外，还需要使用的一个器材是    ．
（b）写出实验步骤，测出的数据用相应物理符号表示，并写出空心体积的表达式．
步骤：
（1）   
（2）   
空心体积的表达式：V_空=    ．

Answer 1

【答案】分析：铁球浸没在水中，铁球受到浮力和重力作用，铁球的重力减去铁球受到的浮力，就是作用在杠杆左端的力；杠杆右端的力用弹簧测力计进行测量；用刻度尺测量杠杆左端和右端的力臂，杠杆处于平衡状态，根据杠杆平衡条件列出等式，求出物体的体积；知道铁球的质量和密度，求出铁球实心部分的体积；知道铁球的总体积和实心部分的体积，求出空心部分体积．
解答：解：（a）实验时当杠杆平衡时，要用弹簧测力计测量杠杆右端的力F，因此还需要弹簧测力计．
（b）实验步骤：①用弹簧测力计在b竖直向下拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡，并记下示数F；
②用刻度尺测出OA和OB的长度分别为L_A、L_B．
（c）根据杠杆平衡条件得：
L_A×（mg-F_浮）=L_B×F，
L_A×（mg-ρ_水gV_球）=L_B×F，
V_球=，
铁球实心部分的体积：V_实=，
所以铁球空心部分的体积：V_空=V_球-V_实=-．
故答案为：（a）弹簧测力计；（b）步骤：
（1）用弹簧测力计在b竖直拉动，使杠杆在水平位置平衡，并记下示数F
（2）用刻度尺测出OA和OB的长度分别为L_A、L_B；=-．
点评：解题时要考虑到物体受到重力和浮力的作用，重力减浮力是加在杠杆左端的力，不要忽略浮力问题然后根据杠杆平衡条件列出等式，求出未知量．