小方同学有一次在家里洗碗,突然想知道陶瓷碗的密度大约是多少,于是他根据家中的条件,找来一个合适的圆柱形容器和刻度尺,采用了如下的操作:首先往容器内放入适量的水,测出了容器内水的深度为h1;然后将碗放入容器内使其漂浮,测出此时容器内水的深度为h2;最后他轻轻的将碗浸没在容器内的水中,看到碗自由的沉到容器底部,测出此时水的深度为h3,(上述所有操作水无溢出)下列说法正确的是
A.h2>h3
B.h2<h3
C.碗的密度是
D.碗的密度是
AC
(1)当碗漂浮于水面时,碗受到的浮力等于碗的重力;当碗浸没水中时,由阿基米德原理可知F浮′=ρ水gV碗,
由此可知两种情况下受到浮力的大小关系,进而得出排开水的体积关系、碗漂浮和浸没时的水深关系;
(2)知道碗漂浮和浸没时的水深,可求碗漂浮时排开水的体积、浸没时排开水的体积(碗的体积);当碗漂浮于水面时F浮=G碗,可得ρ水gV排=ρ陶瓷gV碗,据此求出陶瓷的密度.
解答:
(1)当碗漂浮于水面时,容器内水的深度为h2,F浮=G碗=ρ碗gV排;
当碗浸没水中时,容器内水的深度为h3,F浮′=ρ水gv排′=ρ水gV碗,
∵ρ水<ρ碗,
∴F浮>F浮′,
∵F浮=ρ水gV排,
∴v排>v排′,
∵原来水深相同,
∴变化后的水深:
h2>h3;
(2)由题意可知,当碗漂浮于水面时,排开水的深度为h2-h1,设容器底面积为S,则排开水的体积为(h2-h1)S;
当碗全部浸入时,排开水的深度为h3-h1,碗的体积等于排开水的体积为(h3-h1)S;
当碗漂浮于水面时,F浮=G碗,
∵F浮=ρ水gV排,G=mg=ρVg,
∴ρ水gV排=ρ陶瓷gV碗,
即:ρ水g(h2-h1)S=ρ陶瓷g(h2-h1)S,
解得:ρ陶瓷=ρ水.
故选AC.
点评:本题关键有二:一是知道利用排水法测量碗的体积和漂浮时排开水的体积,二是利用好物体的漂浮条件和阿基米德原理.