Question

15．小明利用彈簧測力計、細線、玻璃杯和水測量石塊及木塊的密度，他設計了如圖所示的實驗方案并按順序完成了甲、乙、丙、丁、戊的實驗操作，根據(jù)圖中內容，完成以下分析：

（1）分析步驟甲中測力計示數(shù)，石塊受重力3.0N；
（2）對比甲、丙兩步驟中彈簧測力計的示數(shù)可知木塊的質量；
（3）小明對比分析步驟甲和乙的測力計示數(shù)，石塊所受浮力為1.2N，石塊的體積為1.2×10^-4m³，密度為2.5×10³kg/m³；
（4）小明分析丁、戊兩步驟中彈簧測力計示數(shù)，木塊浸沒在水中所受到的浮力為2.2N，木塊體積為2.2×10^-4m³木塊的密度為0.55×10³kg/m³
（5）小勇卻認為小明所測木塊密度的方案中有缺限，實驗中只用完成甲、乙、丙、丁的操作就可以了，且得到的結果更準確．你認為小勇的看法合理 （“合理”或“不合理”）．按小勇的方案測出木塊的密度將比小明所測得的密度值大 （“大”或“小”）一些，原因是：小明實驗方案中所測得的木塊浮力偏大 （“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）甲圖中，彈簧對石塊的拉力就等于石塊的重力．
（2）圖甲中測量的是石塊重力，圖丙中測量的是木塊和石塊的總重力，由此可以求出木塊的重力，從而求得木塊的質量．
（3）比較甲乙兩圖，根據(jù)F_浮=G-F就可以石塊在水中所受的浮力，根據(jù)阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排就可以求出排開水的體積，也就是石塊的體積；由甲圖中石塊的重力求出質量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$就可以求出石塊的密度．
（4）比較丁、戊兩步驟中彈簧測力計示數(shù)，就可以求出木塊的浮力，根據(jù)阿基米德原理就可以求出木塊的體積，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$就可以求出木塊的密度．
（5）測量木塊的密度無非是測量質量和體積，分析實驗過程中質量和體積的測量情況，就會得出測量值的大小情況．

解答 解：（1）圖甲中彈簧測力計的示數(shù)是3.0N，所以石塊的重力是3.0N．
（2）比較甲、丙兩個步驟可以知道木塊的重力，從而知道質量．
（3）由甲、乙兩圖，石塊在水中所受的浮力F_浮=G-F=3.0N-1.8N=1.2N；
石塊的體積等于石塊排開水的體積，即V_石=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.2×10^-4m³
石塊質量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3.0N}{10N/kg}$=0.3kg
則石塊密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.3kg}{1.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.5×10³kg/m³．
（4）分析丁、戊兩步驟中彈簧測力計示數(shù)，木塊浸沒在水中所受到的浮力為F_浮=3.2N-1.0N=2.2N，
木塊的體積為：V_木=V_排=$\frac{{F}_{浮}^{′}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2.2×10^-4m³
木塊質量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{4.2N-3.0N}{10N/kg}$=0.12kg
木塊密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.12kg}{2.2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=0.55×10³kg/m³．
（5）小明實驗操作過程中，木塊會吸入水，導致戊圖中示數(shù)變大，木塊的浮力偏大，根據(jù)V_木=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$，木塊體積變大，木塊質量不變，所以密度變小，所以小勇測量木塊的密度偏大，由于小明的方案有缺陷，所以小勇的說法是合理的．
故答案為：（1）3.0；（2）甲、丙；（3）1.2；1.2×10^-4；2.5×10³；（4）2.2；2.2×10^-4；0.55×10³．（5）合理；大；大．

點評 本題是利用浮力知識測量物體的密度，主要應用了阿基米德原理來測量物質的體積，對于在水中不下沉的木塊本題采用的是懸垂法．本題有一定的難度和綜合性，熟練掌握這些知識是解題的關鍵．