Question

4．（1）小穎同學(xué)在長江邊撿到了一塊漂亮的雨花石，她測量雨花石密度的實(shí)驗(yàn)操作是按以下步驟進(jìn)行的：
①用已經(jīng)調(diào)節(jié)平衡的天平測量石塊的質(zhì)量，測量時(shí)應(yīng)將砝碼（選填“石塊”或“砝碼”）放在天平的右盤內(nèi)．
②若加減砝碼的方式不能使天平平衡，則應(yīng)該調(diào)節(jié)游碼．
③天平平衡后，盤內(nèi)砝碼情況及游碼位置如圖（甲）所示，則該石塊的質(zhì)量為52g．
④然后用量筒和水測量石塊的體積，石塊放入量筒前后，量筒內(nèi)水面高度變化情況如圖（乙）所示，則該石塊的密度為2.6g/cm³．本實(shí)驗(yàn)中系著石塊的線會(huì)使測量的密度結(jié)果小于真實(shí)值（選填“大于”、“小于”或“等于”）．

（2）小曦同學(xué)也想測這塊雨花石的密度，卻不小心把量筒損壞了．身邊剛好還有盛水的燒杯，她們利用剩下的器材和燒杯測出了石塊的密度，操作步驟如下，請完成其中的空格．（水的密度已知為ρ_水）
①將天平放在水平臺(tái)上，游碼放在標(biāo)尺的零刻度位置，調(diào)節(jié)天平平衡，測出石塊的質(zhì)量為m₁；
②將燒杯中裝入適量的水，測出燒杯和水的總質(zhì)量為m₂；（其中“適量”的含義是指既要浸沒物體又不能超過量程．）
③用細(xì)線系住石塊放入第二步驟燒杯的水中浸沒，不接觸容器底和壁，使天平再次平衡，此時(shí)測出的質(zhì)量是m₃；
通過測量的數(shù)據(jù)求出石塊的體積V=$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$，根據(jù)密度公式求出了石塊的密度．
（3）小涵看見了小曦的操作過程，她提出可以不用小曦的第①步，在原來的第③步后增加一步：
④松開細(xì)線，讓石塊沉入燒杯底，調(diào)節(jié)天平再次平衡，測出此時(shí)的質(zhì)量是m₄．
按照小曦的方案，石塊密度的計(jì)算式為ρ=$\frac{{m}_{4}-{m}_{2}}{{m}_{3}-{m}_{2}}$•ρ_水．

Answer 1

分析 （1）左盤放物體、右盤放砝碼是天平最基本的使用規(guī)則，也是天平的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的；
在稱量過程中出現(xiàn)天平不平衡的情況，應(yīng)通過增減砝碼和移動(dòng)游碼來使其平衡；
天平在讀數(shù)時(shí)應(yīng)將砝碼質(zhì)量與游碼示數(shù)相加；量筒在讀數(shù)時(shí)應(yīng)讀取凹液面的最低處，并利用兩次量筒的示數(shù)差求出雨花石的體積；將所測數(shù)據(jù)代入密度公式ρ=$\frac{m}{V}$可求出雨花石的密度，從實(shí)驗(yàn)中系著石塊的線也會(huì)排開一部分水的角度分析測量的密度結(jié)果．
（2）量筒測固體體積的依據(jù)就是，當(dāng)固體浸沒時(shí)，它排開的水的體積就等于自身的體積，所以，首先要能完全浸沒，其次還不能超出量程．
因是排水法測體積，故石塊要全部浸沒在水中，然后利用密度公式求得石塊的密度．
（3）石塊沉入燒杯底，調(diào)節(jié)天平再次平衡，測出此時(shí)的質(zhì)量m₄．用此時(shí)的質(zhì)量m₄減去測出燒杯和水的總質(zhì)量，即為石塊的質(zhì)量，石塊的體積還是排開水的體積，然后再利用密度公式求解．

解答 解：（1）①在使用天平測物理質(zhì)量時(shí)，左盤中應(yīng)放物體、在右盤中放砝碼；
②若加減砝碼天平仍不平衡，則應(yīng)該移動(dòng)游碼使天平平衡；
③圖甲中天平的示數(shù)m=20g+20g+10g+2g=52g；
④圖乙中雨花石的體積V=80ml-60ml=20ml=20cm³；
雨花石的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{52g}{20c{m}^{3}}$=2.6g/cm³=2.6×10³kg/m³．
因?qū)嶒?yàn)中系著石塊的線也會(huì)排開一部分水，導(dǎo)致測量的雨花石的體積偏大，由ρ=$\frac{m}{V}$可知，測量的密度結(jié)果小于真實(shí)值；
（2）②固體浸沒入水中時(shí)，可以排開與自己同體積的水，使水面上升，所以水的多少要保證能淹沒待測物體，物體浸沒后液面位置還不超過量筒的量程．
③石塊在燒杯的水中要全部浸沒，這樣排開水的體積才是石塊的體積，
④石塊的體積V=V_排=$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$，
（3）小涵的做法，不用測出石塊的質(zhì)量，將石塊沉入燒杯底，調(diào)節(jié)天平再次平衡，測出此時(shí)的質(zhì)量m₄．則石塊的質(zhì)量m=m₄-m₂，
石塊的體積V=V_排=$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$，
則石塊的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{{m}_{4}-{m}_{2}}{\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}}$=$\frac{{m}_{4}-{m}_{2}}{{m}_{3}-{m}_{2}}$•ρ_水．
故答案為：（1）砝碼；游碼；52；2.6；小于；（2）既要浸沒物體又不能超過量程；浸沒；$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$；（3）$\frac{{m}_{4}-{m}_{2}}{{m}_{3}-{m}_{2}}$•ρ_水．

點(diǎn)評 測量固體的密度時(shí)，實(shí)驗(yàn)中有天平和量筒，分別測量固體的質(zhì)量和體積．
實(shí)驗(yàn)中沒有天平時(shí)，采用彈簧測力計(jì)測量重力求質(zhì)量，或利用漂浮的物體浮力等于重力，再求質(zhì)量．
實(shí)驗(yàn)中沒有量筒或固體太大時(shí)，采用固體浸沒在水中，利用阿基米德原理求體積，或利用溢水杯法，溢出水的體積等于固體體積．
總之，測量固體的密度時(shí)，要直接或間接測量固體的質(zhì)量和體積，根據(jù)密度公式求密度．