14. “彩球温度计”是一种现代居家饰品,它可以粗略地测量环境温度。玻璃管中装有某种特定液体,液体中装有 4 个体积相同但质量不同的彩球,每个彩球都标有特定的温度值,当外界温度变化时(玻璃管中液体的密度会随温度升高而减小),有的彩球会随之上浮或下沉直至静止,此时上浮彩球中最下方一个彩球标注的温度表示所测的环境温度。如图所示是某一温度下彩球的位置,下列说法中正确的是

A. A 球质量小于 C 球质量
B. 环境温度越高时,上浮的小球数量越多
C. 若 C 球的质量为 4 g,则 C 球的浮力为 40 N
D. 同一时刻,B 球受到的浮力大于 D 球受到的浮力
解析:
【分析】
要解决这道题,需结合物体的浮沉条件和液体密度随温度的变化规律来分析每个选项:
1. 首先明确浮沉条件:漂浮时$F_{浮}=G$,悬浮时$F_{浮}=G$,下沉时$F_{浮}<G$;且$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$。
2. 题目中说明液体密度随温度升高而减小,结合彩球的浮沉状态分析各选项:
对于选项A:通过比较A、C球的排液体积,利用阿基米德原理比较浮力,再结合浮沉条件比较质量;
对于选项B:分析温度升高时液体密度的变化,结合浮沉条件判断上浮小球数量的变化;
对于选项C:利用悬浮时浮力等于重力的特点,结合重力公式计算,注意单位换算;
对于选项D:根据阿基米德原理,结合B、D球的排液体积关系比较浮力大小。
【解析】
逐个分析选项:
选项A:
A球漂浮,根据浮沉条件可知$F_{浮A}=G_A=m_A g$,且$V_{排A}<V_{球}$;
C球悬浮,根据浮沉条件可知$F_{浮C}=G_C=m_C g$,且$V_{排C}=V_{球}$;
由于四个彩球体积相同,同一时刻液体密度$\rho_{液}$相同,根据阿基米德原理$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,可得$F_{浮A}<F_{浮C}$,因此$m_A g < m_C g$,即$m_A < m_C$,A正确。
选项B:
环境温度越高,液体密度$\rho_{液}$越小。根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,彩球的重力$G=mg$不变,当液体密度减小时,彩球受到的浮力减小,原本漂浮的彩球会因浮力小于重力而下沉,因此上浮的小球数量越少,B错误。
选项C:
C球悬浮,浮力等于重力,若$m_C=4g=0.004kg$,则$F_{浮C}=G_C=m_C g=0.004kg × 10N/kg=0.04N$,并非40N,C错误。
选项D:
B球和D球均浸没在液体中,体积相同则$V_{排B}=V_{排D}$,同一时刻液体密度相同,根据$F_{浮}=\rho_{液}gV_{排}$,可知$F_{浮B}=F_{浮D}$,D错误。
【答案】
A
【知识点】
1. 物体浮沉条件
2. 阿基米德原理
3. 密度与温度的关系
【点评】
本题结合彩球温度计的实际应用,综合考查了浮沉条件与阿基米德原理的运用,需要准确把握液体密度随温度的变化规律,同时注意单位换算等细节,对知识的综合应用能力有一定要求。
【难度系数】
0.6