Question

19．陜西耀縣的耀州窯歷史悠久、天下聞名，小明和小芳同學想測量耀州窯瓷器的密度，他們找來一大一小由同一瓷器破損獲得的兩塊瓷片．

（1）小明同學選擇了較大的瓷片，他準備用天平和量筒來完成實驗；
①用調(diào)節(jié)好的天平測量瓷片的質(zhì)量，所用砝碼的個數(shù)和游碼的位置如圖甲所示，則瓷片的質(zhì)量為32g．
②他發(fā)現(xiàn)瓷片放不進量筒，改用如圖乙所示的方法測瓷片的體積：
a．往燒杯中加入適量的水，把瓷片浸沒，在水面到達的位置上作標記，然后取出瓷片；
b．先往量筒裝入40ml的水，然后將量筒的水緩慢倒入燒杯中，讓水面到達標記處，量筒里剩余水的體積如圖丙所示，則瓷片的體積為14cm³．
③瓷片的密度ρ=2.29g/cm³．
④根據(jù)以上步驟，你認為小明同學測出的瓷片密度值偏�。ㄟx填“偏大”或“偏小”）．
（2）小芳同學則選擇了較小的瓷片，她準備使用彈簧測力計和燒杯來完成實驗；
①用彈簧測力計測出瓷片的重力G₁=3.8N．
②將掛在測力計下方的瓷片浸沒水中，瓷片受到3個力的作用，此時測力計的示數(shù)F₁=2.2 N，則浮力F_浮=1.6 N．
③瓷片的密度ρ=2.375 g/cm³．
（3）小明和小芳同學發(fā)現(xiàn)，雖然兩人測的是同一種瓷片的密度，但是結(jié)果卻不完全相同，你認為導致他們測量結(jié)果不完全相同的原因可能有（寫出一條即可）大瓷片有空心部分．

Answer 1

分析 （1）①弄清楚天平的分度值，物體質(zhì)量等與砝碼質(zhì)量加上游碼對應刻度值；
②弄清楚量筒的分度值，在如圖所示的方法中，向燒杯中所添加水的體積就是瓷片的體積，通過量筒兩次的示數(shù)之差可以求出；
③瓷片的密度可利用密度的公式計算得出；
④實驗的誤差主要產(chǎn)生在從燒杯中取出瓷片時，上面容易帶出一定量的水，使再補充的水體積增大，進而影響密度的結(jié)果．
（2）對浸沒水中的小工藝品受力分析可知受到的力，利用稱重法求出受到的浮力；
根據(jù)彈簧測力計的分度值讀出示數(shù)；根據(jù)稱重法求出工藝品受到的浮力，根據(jù)阿基米德原理求出工藝品排開水的體積即為工藝品的體積，根據(jù)密度公式求出密度；
（3）從彈簧測力計的讀數(shù)和測量瓷片的體積時產(chǎn)生的誤差，以及大瓷片是否是空心的角度分析．

解答 解：（1）①天平的分度值為0.2g，瓷片的質(zhì)量m=20g+10g+2g=32g；
②圖中量筒的分度值為2cm³，量筒中剩余水的體積為26cm³，瓷片的體積V=40cm³-26cm³=14cm³；
③瓷片的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{32g}{14c{m}^{3}}$≈2.29g/cm³；
④取出瓷片時，瓷片上會沾有一部分水，使得再補充水的體積增大（倒入燒杯中水的體積增大），即測得瓷片的體積偏大，由ρ=$\frac{m}{V}$可知，密度測量值會偏小；
（2）②對浸沒水中的小工藝品受力分析可知，小工藝品受到豎直向下的重力和豎直向上繩子的拉力、液體的浮力，故小工藝品受到三個力的作用；
根據(jù)稱重法可知，小工藝品受到的浮力：F_浮=G₁-F₁=3.8N-2.2N=1.6N．
因為瓷片完全浸沒，所以排開液體的體積即為瓷片的體積：
由F_浮=ρ_水g V_排可得，瓷片的體積：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1.6N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1.6×10^-4m³，
瓷片的質(zhì)量：m₁=$\frac{{G}_{1}}{g}$=$\frac{3.8N}{10N/kg}$=0.38kg，
瓷片的密度：ρ=$\frac{{m}_{1}}{V}$=$\frac{0.38kg}{1.6×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=2.375×10³kg/m³=2.375g/cm³．
（3）致他們測量結(jié)果不完全相同的原因有以下幾種可能：
①由于大瓷片在取出時帶出的水較多，使再補充的水體積增大，相對小瓷片而言，測出的體積偏大，由ρ=$\frac{m}{V}$可知，使用大瓷片做實驗，密度測量值會偏小；
②有可能是在用彈簧測力計測出瓷片的重力時，讀數(shù)不準確，導致計算的大瓷片的質(zhì)量偏�。�
③有可能是大瓷片有空心部分等原因，造成他們測量結(jié)果不完全相同．
故答案為：（1）①32；②14；③2.29；④偏小；
（2）②3；1.6；③2.375；
（3）大瓷片有空心部分．

點評 固體密度的測量是初中物理的重要實驗，一定要熟練掌握．天平、量筒的讀數(shù)，以及利用密度公式進行簡單的計算，這都是測密度實驗中最基本的技能，需要我們熟練掌握．難點是掌握用等效替代法測量瓷片的體積．