问题解决$--$测量金属丝的长度:有一团很细的金属丝,粗细均匀,已测得它的横截面积为$S$.现有一架托盘天平、一个塑料瓶、一个能够放进金属丝的大水杯、足量的水、细线。请你设计一个能测出这团金属丝长度的方案(水的密度$\rho _{水}$已知),要求:(1)写出主要的测量步骤(可以配图说明)。(2)用已知量和测量量写出金属丝长度的表达式。
的有关信息介绍如下:(1)①用天平称出适量的金属颗丝的质量$m$,
②用天平称出盛满水的大水杯的总质量$m_{1}$,
③用细线把金属丝拴好轻轻放入盛满水的大水杯中,并溢出部分水,然后用天平称出金属丝、大水杯和剩余水的总质量$m_{2}$。
(2)由上述步骤可知:
溢出水的质量:
$m_{溢}=m+m_{1}-m_{2}$,
溢出水的体积:
$V_{溢}=\dfrac{m_{溢出}}{\rho _{水}}=\dfrac{m+m_{1}-m_{2}}{\rho _{水}}$,
金属丝的体积:
$V_{金}=V_{溢}=\dfrac{m+m_{1}-m_{2}}{\rho _{水}}$,
金属丝的长度:
$L=\dfrac{V_{金}}{S}=\dfrac{\dfrac{m+m_{1}-m_{2}}{\rho _{水}}}{S}=\dfrac{m+m_{1}-m_{2}}{\rho _{水}S}$。
故答案为:(1)步骤见上;$\left(2\right)$金属丝的长度为$\dfrac{m+m_{1}-m_{2}}{\rho _{水}S}$。