Question

某中學(xué)課外活動小組在學(xué)習(xí)浮力知識之后想利用已學(xué)知識測量氫氣的密度，他們利用一只大氣球、細線、量筒、天平、一只桶和臉盆去測量．他們的實驗步驟如下：
（1）利用已調(diào)好的天平測得沒充氣的氣球和細線的總質(zhì)量m₁=2g；用純凈的氫氣給氣球充氣，用細線系好氣球口，并將氣球系在一個50g的鐵塊上放在天平左盤里，此時鐵塊和氣球?qū)ν斜P的壓力______（填“大于”、“小于”或“等于”）鐵塊和氣球的總重力．向右盤中放入2個20g和1個5g砝碼，并調(diào)節(jié)游碼，天平恢復(fù)平衡時游碼如圖所示，此時游碼所對的刻度值為______．
（2）將桶裝滿水放進一只空的臉盆內(nèi)，將氣球小心地浸沒水中，再利用量筒測出溢出水的體積剛好為4.4L．該小組同學(xué)測量的氫氣密度應(yīng)為______ g/L，這與“在常溫和1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氫氣的密度為0.09g/L”有較大的差異，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是______．（在常溫與1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣密度為1.29g/L）

Answer 1

【答案】分析：鐵塊、氣球、細線可以看成一個整體，對整體進行受力分析，整體受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，重力等于支持力加浮力，支持力小于重力．
整體受到天平盤的支持力和整體對天平盤的壓力是一對相互作用力，大小相等．
游碼對應(yīng)的刻度值，明確每一個大格和每一個小格代表的示數(shù)．
根據(jù)整體的重力和支持力、浮力是平衡力，列出等式，求出氫氣的質(zhì)量，用溢水法求出氫氣的體積，根據(jù)密度公式求出氫氣密度．
當(dāng)氫氣球進入水中，氫氣球外的壓強增大，大于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氫氣球體積減小，氫氣體積減小，質(zhì)量一定，根據(jù)密度公式求出的氫氣的密度會偏大．
解答：解：（1）鐵塊、氣球、細線受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，重力等于支持力加浮力，支持力小于重力．
鐵塊、氣球、細線受到天平盤的支持力和天平盤受到的壓力是相互作用力，大小相等，所以天平盤受到的壓力小于鐵塊和氣球的總重力．
標(biāo)尺每一個大格代表1g，每一個小格代表0.2g，游碼對應(yīng)的刻度值為1.8g．
（2）鐵塊和氣球的總質(zhì)量：m_鐵+m_球皮=50g+2g=52g，
鐵塊和充氣氣球放在天平上稱得：m'=砝碼的質(zhì)量+游碼對應(yīng)的刻度值=20g+20g+5g+1.8g=46.8g，
鐵塊、氣球、細線受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，
所以，m_鐵g+m_球皮g+m_氫氣g=m'g+F_浮，
52×10^-3kg×g+m_氫氣×10^-3kg×g=46.8×10^-3kg×g+1.29×g×4.4×10^-3m³，
m_氫氣=0.476g，
氫氣的體積：V=4.4L，
氫氣的密度為：ρ===0.108g/L．
當(dāng)氫氣球進入水中，氫氣球外的壓強增大，大于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，氫氣球體積減小，氫氣體積減小，質(zhì)量一定，根據(jù)密度公式求出的氫氣的密度會偏大．
故答案為：（1）小于；1.8g；（2）0.108； 球內(nèi)氣壓大于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓．
點評：把幾個物體可以組合在一起，進行受力分析，根據(jù)平衡力相等列出等式求解．
利用排水法測量固體的體積是比較合適的，利用排水法測量氣體的體積，氣體受到大氣和液體共同作用，氣體的體積會減�。�