國小教甄|自然科學自然科學111 年第 43 題單選題
將一裝水的杯子置於磅秤上,秤得杯子與水共 1.5 公斤重(kgw);有一顆質量為 0.5 公斤的金屬球,其完全沉入水中時的所受的浮力為 0.1 kgw。今有下列兩種狀況:(甲)金屬球完全沉入水中,但尚未碰觸杯底;(乙)金屬球完全沉到杯底。請問這兩種狀況,磅秤的讀數應分別為多少?
A甲:1.5 kgw、乙:2.0 kgw
B甲:1.6 kgw、乙:2.0 kgw正確答案
C甲:1.4 kgw、乙:1.9 kgw
D甲:1.6 kgw、乙:1.9 kgw
B正確答案
甲狀況中球未觸底,浮力反作用力使磅秤增加0.1 kgw;乙狀況中球觸底,球的全部重量加入系統,磅秤增加0.5 kgw。
逐選項解析
A甲:1.5 kgw、乙:2.0 kgw✕ 錯誤
甲狀況誤以為磅秤讀數不變(1.5 kgw),忽略了水對球施加向上浮力時,球對水有向下的反作用力(牛頓第三運動定律),因此磅秤讀數應增加。
B甲:1.6 kgw、乙:2.0 kgw✓ 正確
甲:球受浮力0.1 kgw向上,由牛頓第三定律,球對水施加0.1 kgw向下的反作用力,磅秤讀數=1.5+0.1=1.6 kgw。乙:球沉底後成為磅秤上系統的一部分,總重量=1.5+0.5=2.0 kgw。
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