任少波 任志誠(chéng) 張亦辰

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)江寧分校 江蘇 南京 211102)

1 “液體密度秤”制作的意義

物體的密度是初中物理課程中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，測(cè)量物體的密度也是中考常考知識(shí)點(diǎn)之一，測(cè)量液體的密度又是一個(gè)難點(diǎn)，書(shū)本上的方法較為繁瑣.學(xué)生學(xué)完了密度、二力平衡及胡克定律等相關(guān)知識(shí)后，嘗試用所學(xué)知識(shí)制作一架“液體密度秤”有利于其對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，還能鍛煉他們的動(dòng)手能力.

2 “液體密度秤”的制作

2.1 “液體密度秤”的構(gòu)造

此“液體密度秤”的構(gòu)造如圖1所示，它包括底座、支架、橡皮筋、滑輪、校零旋鈕、小水桶、平衡拉線、刻度盤(pán)等.

圖1 液體密度秤

2.2 “液體密度秤”的制作原理

2.2.1 待測(cè)液體密度的表達(dá)式

設(shè)空桶的重及其容積分別為G0和V，掛上裝滿水和待測(cè)液體的桶后橡皮筋的伸長(zhǎng)量分別為Δl0和Δl，橡皮筋的彈性系數(shù)為κ，則有

G0+ρ水Vg=κΔl0

(1)

G0+ρ液Vg=κΔl

(2)

由式(1)、(2)聯(lián)立可解得

制作時(shí)選用容積較大且質(zhì)量較小的桶，則

那么

(3)

2.2.2 刻度盤(pán)刻度標(biāo)注的依據(jù)

由式(3)可得

(4)

將不同的ρ液值代入就可求出對(duì)應(yīng)的Δl.

2.3 “液體密度秤”的制作

2.3.1 基礎(chǔ)裝配

先用“樂(lè)高積木”拼裝好底座、支架，再裝好滑輪與校零旋鈕，用結(jié)實(shí)的細(xì)棉線將支架與底座固定好，然后將空白刻度盤(pán)安裝在支架的合適位置處，最后用橡皮筋的一端將小桶系好，橡皮筋的另一端繞過(guò)支架頂部的滑輪固定好，可參照?qǐng)D2.

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2 刻度盤(pán)刻度的標(biāo)注掛上空桶時(shí)橡皮筋最下端對(duì)應(yīng)的位置處標(biāo)上“0”，單位可用g/cm3或×103kg/m3,將ρ液=1，2，3，…依次代入式(4)，分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的Δl后依次標(biāo)注在刻度盤(pán)上，因Δl與ρ液成正比，我們可以在相鄰的刻度之間均勻地分成10等份，則分度值就是0.1 g/cm3或0.1×103kg/m3.

3 “液體密度秤”的使用

每次使用之前都要調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕進(jìn)行校零，再將待測(cè)液體注滿空桶(保證液體的體積為V)，待小桶穩(wěn)定后橡皮筋最下端所對(duì)應(yīng)的刻度就是所測(cè)液體的密度值.使用時(shí)一定要注意不要超過(guò)密度秤的量程即保證橡皮筋的伸長(zhǎng)量在其彈性限度內(nèi).

我們先后采用教科書(shū)上的方法和自制的密度秤測(cè)量了酒精、紅茶、鹽水的密度，所測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 用兩種方法分別測(cè)量酒精、紅茶、鹽水所得數(shù)據(jù)

我們從以上數(shù)據(jù)可以看出誤差還是很小的，進(jìn)一步分析我們還發(fā)現(xiàn)所測(cè)液體的密度越大則誤差就越小，這可能是因?yàn)樾⊥暗馁|(zhì)量與其容積的比值還比較大造成的，因此我們還要尋找質(zhì)量更小且容積更大的小桶.

4 “液體密度秤”的優(yōu)點(diǎn)與不足

4.1 優(yōu)點(diǎn)

采用樂(lè)高積木做組裝配件，裝配起來(lái)方便靈活效率較高；測(cè)量范圍較大，可快速精確地進(jìn)行校零，使用方便.

4.2 缺點(diǎn)

因?yàn)槭?3)是在小桶的重G0較小，容積V較大的情況下得到的，所以會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果不夠精確；還有就是當(dāng)測(cè)量的液體密度較大時(shí)，由于橡皮筋受到的拉力較大，橡皮筋會(huì)在滑輪上打滑，這樣會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性.

5 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)生通過(guò)參與此密度秤的制作，提高了分析問(wèn)題和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力同時(shí)也大大地激發(fā)了其學(xué)習(xí)物理的興趣，有利于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng).

學(xué)生通過(guò)參與此密度秤的制作還發(fā)現(xiàn)：原來(lái)我們身邊有很多材料甚至是廢品都可能改造成實(shí)驗(yàn)的器材.這進(jìn)一步激發(fā)了他們的創(chuàng)造力，提高了他們科學(xué)探究的積極性，為學(xué)生主動(dòng)獲取新知識(shí)開(kāi)辟了一種新的方法.