Question

李翔同學(xué)在山上找到了一塊堅(jiān)硬的石塊，他僅用直尺這一測(cè)量工具測(cè)出了石塊的密度．裝置如圖所示，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
A．用細(xì)線將輕質(zhì)直桿懸起來(lái)，懸點(diǎn)為O，并將一重物用細(xì)線懸于直桿O點(diǎn)左側(cè)的P點(diǎn)；
B．保持重物的懸點(diǎn)不變，將裝水的輕質(zhì)塑料袋用細(xì)線掛在直桿O點(diǎn)右側(cè)的某點(diǎn)，直桿處于水平靜止，用直尺測(cè)得該點(diǎn)到O的距離為30.0cm；
C．在溢水杯中裝滿水，將待測(cè)石塊緩慢浸沒在杯中，讓溢出的水全部流入輕質(zhì)塑料袋中；
D．保持重物的懸點(diǎn)不變，將待測(cè)石塊用細(xì)線掛在直桿O點(diǎn)右側(cè)的某點(diǎn)，直桿處于水平靜止，用直尺測(cè)得該點(diǎn)到O的距離為12.0cm；
（1）實(shí)驗(yàn)中主要應(yīng)用的力學(xué)規(guī)律是________ （填“阿基米德原理”或“杠桿的平衡條件”）；
（2）上述實(shí)驗(yàn)步驟最佳順序是________ （填入步驟前的字母）；
（3）已知水的密度為1.0×10³kg/m³，可求得待測(cè)石塊密度為________．

Answer 1

解：
（1）由示意圖知，測(cè)量石頭的密度利用的是杠桿的兩次平衡，溢水杯的作用是得到石頭排開的水的質(zhì)量．所以應(yīng)用的規(guī)律是杠桿的平衡條件；
（2）要測(cè)量出石塊的密度，合理的順序是：A、D、C、B．
（3）設(shè)石塊的重力為G₁，溢出水的重力為G₂，由實(shí)驗(yàn)過(guò)程知
G₀L₀=G₁L₁
G₀L₀=G₂L₂
所以G₁L₁=G₂L₂
ρ₁VgL₁=ρ₂VgL₂
ρ₁===2.5g/cm³．
故答案為：
（1）杠桿的平衡條件；
（2）ADCB；
（3）2.5g/cm³．
分析：（1）阿基米德原理的作用是計(jì)算浮力或比較浮力的大小，杠桿的平衡條件是比較或計(jì)算動(dòng)力、阻力或力臂的大�。�
（2）利用直尺測(cè)量石塊密度的過(guò)程是：將直尺用細(xì)線拴在O點(diǎn)懸掛起來(lái)，使其在水平位置平衡；在左端懸掛一個(gè)物重為G₀的重物，距離O點(diǎn)L₀；將石頭用細(xì)線拴住懸掛在右端，調(diào)節(jié)左右位置，使直尺在水平位置平衡，石頭到O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)₁=12.0cm；取一溢水杯盛滿水，將石頭輕輕放入溢水杯中使其浸沒在水中，同時(shí)使溢出的水流入輕質(zhì)塑料袋中；將盛水的塑料袋懸掛在直尺的右側(cè)，使直尺在水平位置平衡，塑料袋到O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)₂=30.0cm．
（3）利用杠桿的平衡條件和石塊體積等于溢出水的體積相等，確定等量關(guān)系，解出石塊的密度．
點(diǎn)評(píng)：此題屬于難度較大的測(cè)量物質(zhì)密度的實(shí)驗(yàn)題．解決此題需要把握兩個(gè)關(guān)鍵：
一是根據(jù)杠桿平衡條件，得到石塊重與力臂的乘積等于水重和力臂的乘積；
二是石塊的體積等于溢出的水的體積．