漏刻是我国古代一种用滴水来计量时间的仪器。
如图所示是漏刻的简单模型。图中容器A是底面积为250cm2的圆柱形薄壁玻璃缸,容器顶盖上有大小两个孔;B是用密度为0.5×103kg/m3塑料制作的边长为10cm立方体底托;C为质量可忽略不计、总长度为60cm的轻质塑料标尺,标尺的一端与底托相连,标尺上均匀的刻有厘米刻度;D为固定于容器盖口处的指示箭头。某次模拟计时实验中,同学们先将自来水龙头调至均匀间隙滴水状态,并测得水龙头每分钟滴水50滴,并用量筒测得每50滴水的体积为25.0cm3.再在容器A中加入适量水,将底托B放入水中,使其浮于水面上,此时标尺C呈竖直状态且位于大孔下方,指示箭头D恰好指于标尺的顶端零刻度处。此时开始滴水计时,假设整个计时过程标尺始终处于竖直状态,经过3小时后,问:
(1)指示箭头D应指在标尺上何处?
(2)此时标尺和底托所受的浮力是多少牛顿?
(3)此装置最多还能计时几小时?
(4)若要使此装置的计时总时间增加一倍,最简单的办法是什么?简要说明理由。
(1)设每50滴水的体积为V0=25。0cm3,3小时滴水总体积为V,则:
V=180V0=4500cm3
容器A内水面上升高度:h=V/SA=4500/250cm=18cm
所以此时批示箭头应指在标尺上18cm处。
(2)因为标尺和底托始终处于漂浮状态,所以它们所受的浮力和重力二力平衡。
即:F浮=G=ρgV=0.5×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3cm3=5N
(3)因为标尺每10分钟上升1cm,所以再上升42cm需要420分钟,即还能计时7小时.
(4)可采用以下方法:其他条件不变的情况下,将水龙头的滴水速度减为原来的一半。
解析:略