Question

16．實驗室有如下器材：天平（含砝碼）、量筒、燒杯（2個）、彈簧測力計、金屬塊、細線（質(zhì)量和體積不計）、足量的水（密度已知）、足量的未知液體（密度小于金屬塊的密度）

（1）甲組選用上述一些器材測量金屬塊的密度，步驟是：
①在量筒中倒入20mL水；
②把金屬塊浸沒在量筒的水中，如圖甲所示，此時液面對應示數(shù)為40mL；
③把天平放在水平桌面上，如圖乙所示，接下來的操作是：
a．將游碼移到零刻線處；
b．向右（填“左”或“右”）調(diào)節(jié)平衡螺母，使天平平衡；
c．在左盤放金屬塊，向右盤加減砝碼并移動游碼使天平重新平衡，如圖丙所示，金屬塊的質(zhì)量m=157.8g；
④計算金屬塊的密度是7.89×10³kg/m³．該實驗所測密度與金屬塊實際的密度相比較偏大（填“偏大”或“偏小”）
（2）乙組選用上述一些器材（沒有天平），設計了一種測量未知液體密度的實驗方案，請寫出他們的實驗過程．
選用器材：彈簧測力計、金屬塊、細線、水、燒杯（2個）
主要實驗步驟：
①用彈簧測力計測金屬塊的重力G；
②用彈簧測力計測金屬塊浸沒在未知液體中（未接觸燒杯底）的示數(shù)F₁；
③用彈簧測力計測金屬塊浸沒在水中（未接觸燒杯底）的示數(shù)F₂；
④未知液體密度的表達式：ρ=$\frac{G-{F}_{1}}{G-{F}_{2}}$ρ_水（用字母表示，已知水的密度為ρ_水）

Answer 1

分析 （1）②量筒的讀數(shù)：確定每一個大格和每一個小格代表的示數(shù)，讀出液面對應的刻度值．
③根據(jù)天平的正確使用進行判斷：
把天平放在水平臺上，游碼移到標尺左端的零刻度；
調(diào)節(jié)天平的平衡螺母使天平的橫梁平衡；
物體放在天平的左盤，砝碼放在天平的右盤，使天平的橫梁重新平衡；
物體的質(zhì)量等于砝碼的質(zhì)量加游碼對應的刻度值．
④知道物體的質(zhì)量和體積，根據(jù)密度公式求出物體的密度．
（2）利用比被測液體密度大的金屬塊，測量金屬塊在空氣中的重力，把金屬塊分別浸沒在被測液體和水中，分別讀出彈簧測力計的示數(shù)，分別求出金屬塊在被測液體和水中受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理，分別求出金屬塊排開被測液體和水的體積，根據(jù)物體排開被測液體和排開水的體積相等列出等式，求出被測液體的密度．

解答 解：（1）②量筒每一個大格代表10ml，每一個小格代表1ml，水和金屬塊的總體積是40ml，
水的體積是20ml，所以金屬塊的體積：V=40ml-20ml=20ml=20cm³．
③a． 把天平放在水平桌面上，移動游碼到零刻度線上．
b．如圖橫梁右端上翹，平衡螺母向上翹的右端移動，使天平平衡．
c．金屬塊的質(zhì)量：m=100g+50g+5g+2.8g=157.8g．
④計算金屬塊的密度是：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{157.8g}{20c{m}^{3}}$=7.89g/cm³=7.89×10³kg/m³．
由于先測量金屬塊的體積，然后測量金屬塊的質(zhì)量，金屬塊上會沾有一些水，導致質(zhì)量測量值偏大，所以金屬塊密度測量值偏大．
（2）主要實驗步驟：
①用細線把金屬塊拴好，用彈簧測力計測金屬塊的重力G；
②燒杯中倒入適量被測液體，用彈簧測力計測金屬塊浸沒在未知液體中（未接觸燒杯底）的示數(shù)F₁；
③燒杯中倒入適量水，用彈簧測力計測金屬塊浸沒在水中（未接觸燒杯底）的示數(shù)F₂．
④計算液體密度：金屬塊在被測液體中受到的浮力：F_浮=G-F₁，根據(jù)阿基米德原理得：G-F₁=ρVg，所以V=$\frac{G-{F}_{1}}{ρg}$，
金屬塊在水中受到的浮力：F'_浮=G-F₂，根據(jù)阿基米德原理得：G-F₂=ρ_水Vg，所以V=$\frac{G-{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}$，
因為金屬塊浸沒在被測液體中和浸沒中水中的體積相等，
所以，V=$\frac{G-{F}_{1}}{ρg}$=$\frac{G-{F}_{2}}{{ρ}_{水}g}$，
所以，未知液體密度的表達式：ρ=$\frac{G-{F}_{1}}{G-{F}_{2}}$ρ_水．
故答案為：
（1）②40；③a、將游碼移到零刻線處；b、右；c、157.8g；④7.89×10³；偏大；
（2）主要實驗步驟：
③用彈簧測力計測金屬塊浸沒在水中（未接觸燒杯底）的示數(shù)F₂．
④$\frac{G-{F}_{1}}{G-{F}_{2}}$ρ_水．

點評 本題考查了固體和液體的密度，這兩個實驗都是初中最重要的實驗，尤其缺少天平或缺少量筒，給實驗帶來很大的難度．