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        “天平三步法”測密度

        2015-12-22 08:22:37吳正念
        初中生天地 2015年35期
        關鍵詞:食鹽水裝滿水石塊

        □吳正念

        “天平三步法”測密度

        □吳正念

        同學們掌握了密度測量的原理后都知道,遇到了天平或量筒等器材差缺時,只要恰當?shù)剡\用“等效替代”的思想照樣可以完成密度的測量.那么當測量器材僅有天平時,如何讓天平在“等效替代”的過程中物盡其用呢?我們不妨從下面的例題中來細細體會.

        一、“溢水法”測固體密度

        例1(2015·黔西南)現(xiàn)有一質地均勻,形狀不規(guī)則的小石塊.小明想用天平粗略測出它的密度,在調節(jié)天平平衡時,把天平放在水平桌面上,游碼移至標尺零刻度線處,觀察橫梁指針指在分度盤中線的右側,則他應將橫梁左端的平衡螺母向_____(填“左”或“右”)移動.天平平衡后,小明用燒杯裝滿水,測出其總質量為m1(如圖1-甲),將小石塊投入裝滿水的燒杯中(如圖1-乙),測其總質量為m2,此時溢出了質量為m3的水,則小石塊的密度ρ石=.

        解析:①當調節(jié)天平橫梁平衡時,將游碼移至橫梁標尺左端零刻度線處,發(fā)現(xiàn)指針停在分度盤的右側,表明天平右端下沉、左端上翹,要使天平平衡,應將平衡螺母向左移動.

        ②根據(jù)甲、乙兩圖及題意可知,小石塊的質量m=m2+m3-m1,小石塊的體積和溢出水的體積相等,易知小石塊的體積V=V=,故石塊的密度為

        點撥:這里天平“三步法”的攻略是:第一步,用天平測出合適容器裝滿水時的總質量m1;第二步,讓待測物浸沒在裝滿水的容器中,用天平測出它們的總質量m2;第三步,用方便袋收集溢出的水并用天平測出其質量m3.則待測物的質量為m= m2+m3-m1,而待測物的體積和溢出水的體積相等,易知待測物的體積為V=V=,故待測固體密度為

        二、“標記法”測固體密度

        例2(2014·鞍山)小文和小紅想測石塊的密度,發(fā)現(xiàn)桌上的器材有:天平、砝碼、燒杯、足量的水、膠頭滴管.他們經過思考,決定進行下面的操作:

        (1)小文把天平放在水平桌面上,調節(jié)平衡螺母,使天平平衡.小紅認為此操作有誤,錯誤是____.

        (2)用調節(jié)好的天平稱石塊的質量,右盤中的砝碼和標尺上的游碼如圖2-甲所示,則石塊的質量為____g.

        (3)為了測石塊體積,他們進行了如圖2-乙所示的實驗操作:

        a.把燒杯中裝適量水,并在水面的位置作好標記,并用天平測出燒杯和水的總質量為103g.

        b.將石塊放入裝水的燒杯中,倒出超過標記處的水,并用膠頭滴管使水面恰好在標記處,測出此時燒杯、水、石塊全部的質量為145g.

        c.通過計算,求出石塊的體積為____cm3,石塊的密度為____kg/m3.

        (4)實驗結束后,他們進行討論:若b操作中倒出水后,水面低于標記處,這樣的情況下測出的密度值將(填“偏大”或“偏小”).

        圖2

        解析:(1)小文把天平放在水平桌面上,應該首先將游碼移到標尺最左端的零刻線處,再調節(jié)天平平衡,可見操作錯誤是:游碼沒有移到左端的零刻線處.

        (2)由圖甲知,石塊的質量為m=50g+20g+2g=72g.

        (3)由“等效替代”原理可知,石塊的體積為

        (4)若b操作時,水面低于標記處,會造成石塊的體積測量偏大,由ρ=得,密度偏小.

        答案:參看解析

        點撥:“三步法”攻略的第一步:用天平稱出待測物質量m0;第二步:將待測物放入裝有適量水的容器中,用細線在容器外壁與水面相平處作一標記,再取出待測物,稱出容器和水的總質量m1;第三步:向容器中加水,直到水面與標記相平,稱出此時容器和水的質量m2.易知待測物體積V待=V加=,故待測物密度ρ待=

        三、“等容法”測液體密度

        例3(2015·臺州)在實驗條件受限制的情況,創(chuàng)造性地設計實驗能解決一些實際問題.

        小柯測量食鹽水密度,能找到的器材有:兩個相同的透明杯子、清水(ρ水=1g/cm3)、食鹽水、記號筆和托盤天平.因為沒有量筒,液體體積無法直接測量,小柯想到借助于V食鹽水=V水的方法,用天平測得m1=52.0g、m2=132.0g、m3=141.6g,利用三個數(shù)據(jù)完成了食鹽水密度的測量.他的測量過程與方法如圖3.結合實驗圖解,ρ食鹽水=____g/cm3.

        解析:根據(jù)實驗步驟可知,用天平測出空杯子的質量m1后,又用天平分別測出裝等體積的水和食鹽水的兩杯液體的總質量,則根據(jù)V水=V食鹽水和V=可得

        故食鹽水的密度為

        答案:1.12

        點撥:“三步法”攻略的第一步:用天平測出空容器質量m0;第二步:把空容器中裝滿水,用天平測出容器和水的總質量m1;第三步:倒干凈容器中的水,讓空容器中裝滿待測液體,用天平測出它們的總質量m2.易知容器的容積,故待測液體密度ρ待=值得說明的是對于某些特殊的固體,比如面粉,也可用類似方法測其密度.

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