使用天平、量筒、刻度尺等常用工具測(cè)定固體或液體的密度
固體密度的測(cè)定:用天平稱出物體的質(zhì)量m,用量筒(或量杯)測(cè)出物體的體積V(形狀規(guī)則的物體可直接用刻度尺測(cè)量后計(jì)算出體積;不規(guī)則的物體通常用排水法),然后運(yùn)用公式計(jì)算出物體的密度ρ。
測(cè)量液體密度的方法:①用天平測(cè)量燒杯和液體的總質(zhì)量為m1;②將部分液體倒入量筒中,測(cè)出其體積為V;③用天平測(cè)量剩余液體和燒杯的質(zhì)量為m2;④則液體的密度為:ρ液=(m1-m2)/V
【專題突破】
1.學(xué)習(xí)了密度的測(cè)量知識(shí)后,小明同學(xué)想自己做實(shí)驗(yàn)測(cè)量小石塊的密度,于是從實(shí)驗(yàn)室借來(lái)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn):
(1)將天平取出放在水平桌面上,正確測(cè)量時(shí),當(dāng)他將最小砝碼放入右盤中時(shí),指針偏向分度盤中線右側(cè),取下最小砝碼,指針偏向分度盤中線左側(cè),則此時(shí)應(yīng) B ;
A.向右調(diào)節(jié)平衡螺母
B.取下最小砝碼后移動(dòng)游碼
(2)天平平衡時(shí),右盤中砝碼和游碼位置如圖甲所示,則小石塊的質(zhì)量為 63 g;
(3)將小石塊取下后,用細(xì)線將石塊系住,慢慢放入如圖乙所示的量筒內(nèi),發(fā)現(xiàn)水面上升到45mL處,小石塊的體積為 30 cm3,則小石塊的密度為 2.1 g/cm3;
(4)小明又想用爸爸新買的精度很高的手提式電子秤,(既可以測(cè)量力,也可以測(cè)量質(zhì)量),對(duì)石塊的密度重新進(jìn)行了測(cè)量,步驟如下:
①先將小石塊用細(xì)線系好,懸掛在電子秤的下端,如圖丙所示,待電子秤示數(shù)穩(wěn)定后,讀出并記為F1;
②再在小桶里倒入適量的水,懸掛在電子秤的下端,如圖丁所示,待電子秤示數(shù)穩(wěn)定后,讀出并記為F2;
③再用手提著系著小石塊的細(xì)線一端,將小石塊緩慢地浸沒(méi)在水中,但要保證石塊 不碰觸小桶底部和側(cè)壁 ,如圖戊所示。待電子秤示數(shù)穩(wěn)定后,讀出并記為F3,完成以上測(cè)量后,根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),請(qǐng)你寫出石塊密度的表達(dá)式:ρ石= ;(用字母表示)
④若戊圖中石塊吸水(石塊吸水后體積保持不變),會(huì)使密度測(cè)量值 偏大 (選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。
【解答】解:(1)取出最小的砝碼后,指針偏左,說(shuō)明左端的質(zhì)量大,將處在零刻度位置的游碼向右調(diào),相當(dāng)于往右盤增加更小的砝碼,能使天平的橫梁平衡,故A不符合題意,B符合題意。
故選:B。
(2)由圖甲可知,砝碼的質(zhì)量是60g,游碼的示數(shù)是3g,故石塊的質(zhì)量為:m=50g+10g+3g=63g。
(3)由圖乙可知,量筒內(nèi)原來(lái)水的體積是15mL,放入小石塊后總體積是45mL,故石塊的體積為:
V=45mL﹣15mL=30mL=30cm3;
小石塊的密度為:ρ2.1g/cm3。
(4)③將小石塊緩慢地浸沒(méi)入懸掛著的小桶內(nèi)的水中,但要保證小石塊不碰觸小桶底部和側(cè)壁,否則測(cè)得小石塊所受的浮力就不準(zhǔn)確了。
小石塊在水中受到浮力,根據(jù)力的作用是相互的,小石塊對(duì)水有向下的壓力,使得電子秤示數(shù)增大,則小石塊在水中受到的浮力為:
F浮=F3?F2
根據(jù)阿基米德原理可得,小石塊的體積為:
V=V排;
由圖甲可知,小石塊的重力G=F1,則小石塊的質(zhì)量為:
m;
小石塊的密度為:
ρ石。
④小石塊吸水后水面會(huì)降低,導(dǎo)致測(cè)得體積偏小,而質(zhì)量已經(jīng)測(cè)出,故密度偏大。
故答案為:(1)B;(2)63;(3)30;2.1;(4)不碰觸小桶底部和側(cè)壁;;偏大。
2.為了測(cè)量物塊A和B的密度,某同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。
(1)將天平放在水平桌面上并將游碼歸零后,若指針靜止時(shí)位置如圖1所示,則應(yīng)將平衡螺母向 左 (選填“左”或“右”)端調(diào)節(jié);
(2)圖2是正確測(cè)量A的質(zhì)量時(shí)使用砝碼情況和游碼的位置,其質(zhì)量為 39 g;圖3是用量筒測(cè)量物塊A體積時(shí)的場(chǎng)景,則它的體積是 5 cm3,密度為 7.8×103 kg/m3;
(3)另一物塊B的密度大于酒精而小于水,請(qǐng)將該同學(xué)測(cè)量其密度的下列實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整。
①將物塊B放入裝有適量水的燒杯中,然后向燒杯中緩慢注入酒精并充分?jǐn)嚢瑁敝廖飰KB 懸浮 在混合液中;
②取出物塊B后,測(cè)出燒杯及杯內(nèi)混合液的總質(zhì)量為m1;
③將燒杯中的部分混合液倒入空量筒中,測(cè)出它的體積為V,同時(shí)測(cè)出燒杯及杯內(nèi)剩余混合液的總質(zhì)量為m2;
④由測(cè)量結(jié)果得到物塊B的密度表達(dá)式為 (用步驟中的字母表示)。
(4)實(shí)驗(yàn)后,細(xì)心小軍又發(fā)現(xiàn)小華實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,使用的5g砝碼磨損了一小塊,由此導(dǎo)致測(cè)得的物體密度會(huì) 不變 (選填“偏大”、“偏小”或“無(wú)影響”);
【解答】解:(1)在調(diào)節(jié)天平時(shí),發(fā)現(xiàn)指針如圖1所示偏向分度盤的右側(cè),為了使天平平衡,此時(shí)應(yīng)該把平衡螺母向左調(diào)節(jié);
(2)圖中看出,砝碼的質(zhì)量為20g、10g、5g,游碼所對(duì)刻度值為4g,因此石塊的質(zhì)量為20g+10g+5g+4g=39g。
量筒中水的體積為10mL,放入物體A后水的體積變?yōu)?5mL,則物體A的體積為15mL﹣10mL=5mL=5cm3。
物體A的密度:
ρ7.8g/cm3=7.8×103kg/m3。
(3)物塊B的密度大于酒精而小于水,實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用懸浮法測(cè)量液體的密度:將物體B懸浮在液體中,然后測(cè)量出液體的密度即為物體B的密度;
使用過(guò)程中倒出部分的液體,質(zhì)量為m1﹣m2,倒出部分液體的體積V,則液體的密度:ρ,即物體B的密度ρ物;
(4)由于在兩次測(cè)量時(shí)都用到了5g的砝碼,根據(jù)m=m2﹣m1知量筒中混合液的質(zhì)量沒(méi)有偏差,由ρ可知測(cè)量的密度值沒(méi)有偏差。
故答案為:(1)左;(2)39;5;7.8×103;(3)①懸浮;④;(4)不變。
3.小銘在學(xué)校期間,使用一種醫(yī)用免洗洗手液對(duì)手部進(jìn)行消毒過(guò)程中,聞到了濃濃的酒精味,看到該液體的流動(dòng)性較差。查看了瓶身上的說(shuō)明后,確定,這種洗手液的主要成分為75%的酒精。于是小銘所在的興趣小組對(duì)這種洗手液的密度進(jìn)行了測(cè)量。
(1)實(shí)驗(yàn)前,將托盤天平放在工作臺(tái)上,游碼移到標(biāo)尺的零刻度線處,指針靜止在如圖甲所示的位置,此時(shí)應(yīng)將右端的平衡螺母向 右 (選填“左”或“右”)調(diào)節(jié),使天平平衡;
(2)將盛有適量洗手液的燒杯放在天平的左盤,天平重新平衡時(shí),右盤所加砝碼及游碼位置如圖乙所示,燒杯和洗手液的總質(zhì)量為 72.4 g;將燒杯中的部分洗手液倒入量筒,測(cè)得燒杯和剩余洗手液的總質(zhì)量為40g;經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,觀察到量筒內(nèi)的液面如圖丙所示,則量筒內(nèi)洗手液的體積為 30 mL,這種洗手液的密度為 1 g/cm3;
(3)小銘對(duì)洗手液的密度測(cè)量結(jié)果有疑惑,回到家后利用電子秤、燒杯、細(xì)線和一個(gè)實(shí)心鋁塊等器材,再次對(duì)這種洗手液的密度進(jìn)行測(cè)量。具體做法如下:
①在燒杯中倒入適量洗手液放置在電子秤上(如圖?。?;
②將系好細(xì)線的鋁塊緩緩浸沒(méi)到洗手液中保持靜止(如圖戊),洗手液未溢出;
③將鋁塊緩慢沉底后松開(kāi)細(xì)線(如圖己)。則這次測(cè)得洗手液的密度為 0.9 g/cm3,對(duì)前后兩次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在 家 (選填“學(xué)校”或“家”)所測(cè)洗手液密度的結(jié)果更接近真實(shí)值,造成另一次密度測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值的差異較大的原因可能是 洗手液流動(dòng)性較差,在測(cè)量體積時(shí)有一部分洗手液還沾在量筒壁上使得洗手液的體積偏小 (已知鋁塊的密度為2.7g/cm3,不計(jì)細(xì)線質(zhì)量,細(xì)線和正方體均不吸收洗手液)。
【解答】解:(1)用托盤天平測(cè)量物體質(zhì)量時(shí),把天平放置在水平桌面上;游碼移到標(biāo)尺左端的零刻線處,然后調(diào)節(jié)平衡螺母,平衡螺母向上翹的一端移動(dòng),發(fā)現(xiàn)指針靜止時(shí)指在分度盤中央刻度線的左側(cè),要使橫梁水平平衡,應(yīng)將平衡螺母向右調(diào)節(jié);
(2)燒杯和洗手液的總質(zhì)量為:m1=50g+20g+2.4g=72.4g,
根據(jù)題意,量筒里洗手液的質(zhì)量是:m=m1﹣m2=72.4g﹣42.4g=30g,
由圖知,量筒中洗手液的體積是V=30mL=30cm3,
則洗手液的密度ρ1g∕cm3;
(3)①由圖2的甲知燒杯和洗手液的質(zhì)量為m1′=190g,
②由圖2的乙知,燒杯、洗手液以及排開(kāi)洗手液的質(zhì)量之和為m2′=217g,
則排開(kāi)洗手液的質(zhì)量為m排=m2′﹣m1′=217g﹣190g=27g=0.027kg,
排開(kāi)液體的重力為:G排=m排g=0.027kg×10N/kg=0.27N,
根據(jù)阿基米德原理知F浮=G排=0.27N,
③由圖2甲丙知,鋁塊的質(zhì)量為m鋁=m3﹣m1′=271g﹣190g=81g,
鋁塊的體積為:V鋁30cm3,
根據(jù)F?。溅岩篻V排得洗手液的密度:
ρ液0.9×103kg/m3=0.9g/cm3;
對(duì)前后兩次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在(3)中即在家所測(cè)洗手液密度的結(jié)果更接近真實(shí)值;
造成在學(xué)校測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值的差異較大的原因可能是由于洗手液流動(dòng)相較差,測(cè)體積時(shí),有一部分洗手液海粘在量筒上,使得洗手液的體積偏小,根據(jù)ρ可知,測(cè)量的洗手液的密度偏大密度偏大。
故答案為:(1)右;(2)72.4;30;1;(3)③0.9;家;洗手液流動(dòng)性較差,在測(cè)量體積時(shí)有一部分洗手液還沾在量筒壁上使得洗手液的體積偏小。
4.小明在物理實(shí)驗(yàn)室找到兩個(gè)體積完全相同的實(shí)心球,一個(gè)為木球(在水中漂浮,表面經(jīng)處理后不吸水),一個(gè)為鐵球,他想測(cè)出木球的密度。除兩球外,老師還給小明提供了如下器材:足夠大的量筒和足量的水(已知水的密度為ρ水)。請(qǐng)你僅利用上述器材幫小明設(shè)計(jì)測(cè)量這個(gè)木球密度的實(shí)驗(yàn)方案。要求:
(1)寫出實(shí)驗(yàn)步驟及所需測(cè)量的物理量;
(2)寫出木球密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式(用已知量和測(cè)量量表示)。
【解答】解:(1)①在量筒內(nèi)倒入適量的水,記下水的體積為V0;②將鐵球浸沒(méi)量筒的水中,記下水和鐵球的總體積為V1;③再將木球放入量筒的水中,木球漂浮在水面上,記下量筒水面的示數(shù)為V2。
(2)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)操作及鐵球與木球體積相同的特點(diǎn)可知,木球的體積為:V木=V1﹣V0,
將木球放入量筒中,可得木球排開(kāi)水的體積為:V排=V2﹣V1,
木球受重力和浮力作用且處于漂浮狀態(tài),故木球的重力為:G=F浮=ρ水gV排=ρ水g(V2﹣V1),
因此木球的密度為:ρ木。
5.用天平和量筒測(cè)量某鹽水的密度。
(1)把天平放在水平臺(tái)上,發(fā)現(xiàn)游碼未歸零時(shí)天平已平衡。將游碼歸零,為了使天平再次平衡,應(yīng)向 右 (選填“左”或“右”)調(diào)節(jié)平衡螺母。
(2)使用調(diào)好的天平測(cè)量燒杯與鹽水的總質(zhì)量,砝碼及游碼在標(biāo)尺上的位置如圖甲所示,其質(zhì)量為 82.2 g。
(3)將燒杯中一部分鹽水倒入量筒中,量筒中液面位置如圖乙所示,用天平測(cè)量燒杯與剩余鹽水的總質(zhì)量為29.4g,則鹽水的密度為 1.1×103 kg/m3。
(4)若身邊沒(méi)有天平和量筒,有刻度尺、水、燒杯、平底試管(底部質(zhì)量較大,管壁、底厚度忽略不計(jì))等器材,也能測(cè)出鹽水的密度,實(shí)驗(yàn)如下:
①向燒杯中加適量水,把空試管放入水中豎直 漂浮 (填“沉底”“漂浮”或“懸浮”),如圖丙所示,用刻度尺測(cè)量試管浸入水中的深度h1。
②向試管中緩緩倒入鹽水,讓試管慢慢下沉,當(dāng)試管底剛剛接觸杯底時(shí)停止向試管倒入鹽水(試管對(duì)圓柱形杯底無(wú)壓力),如圖丁所示,用刻度尺測(cè)量燒杯中水的深度為h2。
③從燒杯中取出試管,用刻度尺測(cè)量 試管中鹽水的深度 為h3。
④鹽水密度的表達(dá)式為ρ鹽水= ρ水 (用h1、h2、h3和ρ水表示)。
【解答】解:(1)把天平放在水平臺(tái)上,發(fā)現(xiàn)游碼未歸零時(shí)天平已平衡,當(dāng)游碼歸零后天平向左側(cè)傾斜,所以為了使天平再次平衡,應(yīng)向右調(diào)節(jié)平衡螺母,使天平平衡;
(2)在天平的標(biāo)尺上,1g之間有5個(gè)小格,一個(gè)小格代表的質(zhì)量是0.2g,即天平的分度值為0.2g;
燒杯與鹽水的總質(zhì)量:m總=50g+20g+10g+2.2g=82.2g;
(3)用天平測(cè)量燒杯與剩余鹽水的總質(zhì)量m剩=29.4g;
則量筒中鹽水的質(zhì)量是二者之差,即m=m總﹣m剩=82.2g﹣29.4g=52.8g;
量筒中液面對(duì)應(yīng)的刻度是V=48mL=480cm3;
鹽水密度為:
ρ1.1g/cm3=1.1×103kg/m3;
(4)設(shè)試管的底面積為S,空試管放入水中豎直漂浮,空試管的重力等于浮力:G試管=F浮=ρ水gV排=ρ水gSh1﹣﹣①
向試管中緩緩倒入鹽水,讓試管慢慢下沉,當(dāng)試管底剛剛接觸圓柱形杯底時(shí)停止向試管倒入鹽水(試管對(duì)圓柱形杯底無(wú)壓力),試管和鹽水整體漂浮在水中,
試管和鹽水受到的總浮力等于重力:G試管+G鹽水=F'?。溅阉甮V'排=ρ水gSh2﹣﹣②
①帶入②得,ρ水gSh1+ρ鹽水gSh3=ρ水gSh2﹣﹣③
要求鹽水的密度,需要測(cè)量鹽水的深度,故從圓柱形杯中取出試管,用刻度尺測(cè)量試管中鹽水的深度h3,
由③得,ρ鹽水ρ水。
故答案為:(1)右;(2)82.2;(3)1.1×103;(4)①漂浮;③試管中鹽水的深度;ρ水。
6.為了測(cè)量一石塊(不吸水)的密度,小剛同學(xué)進(jìn)行了如下操作:
(1)用天平和量筒完成了實(shí)驗(yàn),由圖甲、乙可知小石塊的質(zhì)量為 27.2 g,它的密度為 2.72×103 kg/m3
(2)接下來(lái)小剛又與小組同學(xué)根據(jù)浮力知識(shí),只利用了彈簧測(cè)力計(jì)、大小合適的玻璃容器及適量的水,同樣也測(cè)量出了小石塊的密度以及某液體的密度。他們進(jìn)行了如下的幾次測(cè)量,實(shí)驗(yàn)中保持小石塊處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖丙所示,前兩次彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)分別為F1、F2。請(qǐng)分析出他們的測(cè)量方法,并完成以下問(wèn)題:(用已知量ρ水及測(cè)量量表示)
①小石塊的質(zhì)量為;
②小石塊中在水中所受浮力為 F1﹣F2 ;
③小石塊的體積為 ;
④由此則可以測(cè)量出小石塊的密度,其表達(dá)式為 ;
⑤接下來(lái),他們又 將彈簧測(cè)力計(jì)和系著細(xì)線的石塊浸沒(méi)在某液體里 讀出了彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù),記為F3;
⑥請(qǐng)用以上實(shí)驗(yàn)步驟中的測(cè)量量推導(dǎo)出該液體的密度表達(dá)式 ρ水 。寫出他們的推導(dǎo)過(guò)程: 石塊在某液體中受到的浮力:F′浮=F1﹣F3=ρ液體gV排,則某液體的密度:ρ液體ρ水。 。
【解答】解:(1)根據(jù)天平的讀數(shù)方法,m石=20g+5g+2.2g=27.2g;
根據(jù)量筒的讀數(shù)方法,V1=30mL,V2=40mL,V石=V2﹣V1=40mL﹣30mL=10mL=10cm3;
根據(jù)密度公式,小石塊的密度:
ρ石2.72g∕cm3=2.72×103kg∕m3;
(2)②根據(jù)阿基米德原理,F(xiàn)浮=G排,F(xiàn)浮=F1﹣F2,
石塊的質(zhì)量m,
③由F?。溅岩篻V排得,石塊的體積:V=V排,
④石塊的密度ρ石。
⑤接下來(lái),他們又將彈簧測(cè)力計(jì)和系著細(xì)線的石塊浸沒(méi)在某液體里,讀出了彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù),記為F3;
⑥石塊在某液體中受到的浮力:F′?。紽1﹣F3=ρ液體gV排,
某液體的密度:ρ液體ρ水。
故答案為:(1)27.2g;2.72×103;(2)②F1﹣F2;③;④;⑤將彈簧測(cè)力計(jì)和系著細(xì)線的石塊浸沒(méi)在某液體里;⑥ρ水;石塊在某液體中受到的浮力:F′浮=F1﹣F3=ρ液體gV排,則某液體的密度:ρ液體ρ水。
7.小聰利用身邊物體測(cè)量液體密度,實(shí)驗(yàn)器材:刻度尺細(xì)繩(若干)、橡皮筋、鋁塊(已知鋁的密度為ρ鋁)、石塊、容器、待測(cè)液體。
(1)實(shí)驗(yàn)步驟如下:
A.如圖﹣1,在刻度尺左端扎上橡皮筋,用細(xì)繩懸掛刻度尺,此時(shí)刻度尺的右端比左端高,應(yīng)向 右 (選填“左”或“右”)調(diào)節(jié)橡皮筋位置,使刻度尺在 水平 位置平衡,其目的是 便于測(cè)量力臂 。
B.如圖﹣2,將懸掛鋁塊的細(xì)繩固定于a位置并保持不變,記錄a長(zhǎng)度l1。
C.如圖﹣2,調(diào)節(jié)懸掛石塊的細(xì)繩b的位置,使刻度尺在水平位置平衡,記錄b長(zhǎng)度l2。
D.如圖﹣3,將鋁塊 浸沒(méi) 在待測(cè)液體中,調(diào)節(jié)右側(cè)細(xì)繩至c位置時(shí),刻度尺在水平位置平衡,記錄c長(zhǎng)度l3。
請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成下列填空:
(2)如圖﹣3,位置c應(yīng)在位置b的 左 (選填“左”或“右”)側(cè)。
(3)待測(cè)液體的密度的表達(dá)式:ρ液= ρ鋁(1) (用已知量和測(cè)量量表示)。
(4)若將步驟C與步驟D順序?qū)φ{(diào),會(huì)導(dǎo)致液體密度測(cè)量值 偏大 (選填“偏大”或“偏小”)。
【解答】解:(1)A、橡皮筋相當(dāng)于平衡螺母,若刻度尺的左端下沉,則應(yīng)調(diào)節(jié)橡皮筋a向右移動(dòng),使刻度尺在水平位置平衡;
刻度尺在水平位置平衡時(shí),杠桿的重力過(guò)支點(diǎn),重力的力臂為零,所以目的是消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響;
稱量時(shí)刻度尺再次在水平位置平衡,此時(shí)力臂沿著杠桿,力臂可以從刻度尺上直接讀出來(lái),所以目的是便于測(cè)量力臂;
D、如圖丙,將鋁塊浸沒(méi)于待測(cè)液體中,鋁塊受到浮力的作用;
(2)利用阿基米德原理,則此時(shí)作用在杠桿a處的拉力為:
F1′=G鋁﹣ρ液gV鋁,
根據(jù)杠桿的平衡條件F1L1=F2L2,因?yàn)閯?dòng)力變小,動(dòng)力臂不變,阻力不變,所以阻力臂變小,故位置c應(yīng)在位置b的左側(cè);
(3)根據(jù)杠桿的平衡條件,
鋁塊浸沒(méi)在液體前:
G鋁l1=G石l2,即ρ鋁V鋁gl1=G石l2﹣﹣﹣﹣①,
鋁塊浸沒(méi)在液體中時(shí):
(ρ鋁V鋁g﹣ρ液gV鋁)×l1=G石l3﹣﹣﹣﹣﹣﹣②,
①÷②得:

變形可得待測(cè)體的密度為:
ρ液=ρ鋁(1);
若將步驟C與步驟D順序?qū)φ{(diào),鋁塊表面沾了水,則作用在杠桿a處的拉力變大,根據(jù)杠桿的平衡條件知,會(huì)導(dǎo)致阻力臂L2變大,根據(jù)待測(cè)液體的密度表達(dá)式可知,會(huì)導(dǎo)致待測(cè)液體密度測(cè)量值偏大。
故答案為:(1)A、右;水平;便于測(cè)量力臂;D、浸沒(méi);(2)左;(3)ρ鋁(1);偏大。
8.某同學(xué)學(xué)習(xí)了密度知識(shí)后,對(duì)測(cè)量物質(zhì)的密度產(chǎn)生了濃厚的興趣。
(1)他利用天平和量筒測(cè)量土豆的密度。具體過(guò)程如下:
①天平放在 水平桌面上 ,將游碼移至零刻度線處,然后調(diào)節(jié) 平衡螺母 ,使天平橫梁平衡;用調(diào)好的天平測(cè)量土豆的質(zhì)量,天平平衡時(shí)如圖甲所示,則土豆的質(zhì)量是 127.2 g。
②他用一個(gè)大燒杯自制溢水杯,將土豆緩慢浸沒(méi)在大燒杯中,同時(shí)用小桶收集溢出的水,將小桶收集的水倒入量筒后如圖乙所示,則土豆的密度為 1.12×103 kg/m3(結(jié)果保留2位小數(shù)),測(cè)出的土豆密度值 偏大 (選填“偏大”或“偏小”)。
(2)他想知道胡麻油的密度,于是找來(lái)了透明容器、普通玻璃杯A,適量的水、一瓶胡麻油、刻度尺、滴管、記號(hào)筆和一個(gè)底面積為S粗細(xì)均勻的玻璃杯B。測(cè)量過(guò)程如下:
①透明容器中加入適量的水,將A杯放入透明容器中如圖甲所示;
②在B杯中加入適量的水,用刻度尺測(cè)量出水柱的高,并標(biāo)記水面位置如圖乙所示;
③將B杯中適量的水倒入A杯中,用記號(hào)筆標(biāo)記出A杯與水面相交的位置如圖丙所示,并用刻度尺量出B杯中剩余水柱的高度h1;
④接下來(lái)他的操作是:將A、B杯中的水倒凈后擦干, 向B中倒入胡麻油至標(biāo)記1處 ,然后將B杯中胡麻油倒入A杯,使標(biāo)記2處再次與水面相平,測(cè)出B杯中剩余胡麻油的高度h2;則胡麻油的密度表達(dá)式是:ρ= 。(用測(cè)量量和已知量的符號(hào)表示,已知水的密度為ρ水)
【解答】解:(1)①首先把天平放在水平桌面上,再調(diào)節(jié)橫梁右端的平衡螺母,直到指針指在分度盤的中線處,表示橫梁平衡;
天平的右盤上放有:100g、20g、5g的砝碼各一個(gè),游碼所在位置對(duì)應(yīng)的刻度值為2.2g,所以左盤中土豆的質(zhì)量為m=100g+20g+5g+2.2g=127.2g。
②將土豆完全浸沒(méi)在溢水杯中,從溢水杯中溢出的水的體積就等于土豆的體積,所以將小桶中的水倒入量筒可以測(cè)出土豆的體積。由圖知,量筒中水的體積為114mL=114cm3。由此可求得土豆的密度為ρ1.12g/cm3≈1.12×103kg/m3。
但是在將小桶中的水倒入量筒的過(guò)程中,會(huì)有部分水沾在水桶內(nèi)側(cè)而沒(méi)有進(jìn)入量筒中,所以會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的水的體積偏小,即測(cè)得的土豆的體積偏小,這將導(dǎo)致求得的土豆密度偏大。
(2)B杯中水面高度在h0時(shí),B杯中水的質(zhì)量為m水0=ρ水Sh0;水面高度在h1時(shí),B杯中水的質(zhì)量為m水1=ρ水Sh1。
由此可得,倒入A杯中的水的質(zhì)量為m水2=m水0﹣m水1=ρ水Sh0﹣ρ水Sh1=ρ水S(h0﹣h1)。
A杯中有水時(shí)仍處于漂浮狀態(tài),則可得A杯此時(shí)所示的浮力為F浮A1=GA+G水2=GA+m水2g=GA+ρ水S(h0﹣h1)g。
當(dāng)我們將A、B中水倒掉后,向B中倒入胡麻油至標(biāo)記1處,則B杯中胡麻油的質(zhì)量為m胡0=ρ胡Sh0;
將B中胡麻油倒入A中使標(biāo)記2再次與水面相平時(shí),量出B中胡麻油的高度h2,
則A杯中胡麻油的質(zhì)量為m胡2=m胡0﹣m胡1=ρ胡Sh0﹣ρ胡Sh2=ρ胡S(h0﹣h2),
A杯此時(shí)所受的浮力為F浮A2=GA+G胡2=GA+m胡2g=GA+ρ胡S(h0﹣h2)g。
兩次實(shí)驗(yàn)中,A杯排開(kāi)水的體積相同,所以可得:F浮A1=F浮A2,即GA+ρ水S(h0﹣h1)g=GA+ρ胡S(h0﹣h2)g,
故可得ρ胡。
故答案為:(1)①水平桌面上;平衡螺母;127.2;②1.12×103;(2)向B中倒入胡麻油至標(biāo)記1處;。

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