Question

14．小剛在沒有天平和量筒的情況下利用彈簧測力計、細(xì)線、玻璃杯和水測量石塊及木塊的密度，他設(shè)計了如圖所示的實驗方案并按順序完成了甲、乙、丙、丁的實驗操作，根據(jù)圖中內(nèi)容，完成以下分析：

（1）分析步驟甲種測力計示數(shù)可知，木塊的重力是1.4N；
（2）按步驟丙和丁，小剛分析并計算出木塊受到的浮力為2N；木塊的密度為0.7×10³kg/m³；
（3）接下來小剛很快由圖中操作得到石塊的質(zhì)量為0.28kg，算出石塊密度為2.8×10³kg/m³；
（4）按小剛的方案測出木塊的密度值偏小（“偏大”或“偏小”），原因是：小剛實驗方案中木塊表面有水，導(dǎo)致測力計示數(shù)偏大，故測得的木塊浮力偏大．測出石塊的密度值偏大（“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）甲圖中，彈簧對石塊的拉力就等于石塊的重力．
（2）比較丙和丁兩步驟中彈簧測力計示數(shù)，就可以求出木塊的浮力，根據(jù)阿基米德原理就可以求出木塊的體積，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$就可以求出木塊的密度．
（3）圖甲中測量的是木塊重力，圖乙中測量的是木塊和石塊的總重力，由此可以求出木塊的重力，從而求得木塊的質(zhì)量．
比較乙丙兩圖，根據(jù)F_浮=G-F就可以石塊在水中所受的浮力，根據(jù)阿基米德原理F_浮=ρ_液gV_排就可以求出排開水的體積，也就是石塊的體積；根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$就可以求出石塊的密度．
（4）測量木塊和石塊的密度無非是測量質(zhì)量和體積，分析實驗過程中質(zhì)量和體積的測量情況，就會得出測量值的大小情況．

解答 解：（1）圖甲中彈簧測力計的示數(shù)是1.4N，所以石塊的重力是1.4N．
（2）分析丙和丁兩步驟中彈簧測力計示數(shù)，木塊浸沒在水中所受到的浮力為F_浮=3.2N-1.2N=2N，
木塊的體積為：V_木=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-4m³；
木塊質(zhì)量m=$\frac{G}{g}$=$\frac{1.4kg}{10N/kg}$=0.14kg，
木塊密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.14kg}{2×1{0}^{-4}{m}^{3}}$=0.7×10³kg/m³．
（3）由甲、乙兩圖，石塊的重力G_石=4.2N-1.4N=2.8N，
石塊的質(zhì)量m_石=$\frac{{G}_{石}}{g}$=$\frac{2.8N}{10N/kg}$=0.28kg；
石塊在水中所受的浮力F_浮=G-F=4.2N-3.2N=1N；
石塊的體積等于石塊排開水的體積，即V_石=V_排=$\frac{{F}_{浮}^{′}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=1×10^-4m³
石塊密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.28kg}{1×1{0}^{-4}kg/{m}^{3}}$=2.8×10³kg/m³．
（4）小剛的測法中，因為木塊表面有水，導(dǎo)致測力計示數(shù)偏大，故測得的木塊浮力偏大；根據(jù)乙、丙兩圖測得的總浮力是準(zhǔn)確、一定的，由于測得木塊的浮力偏大，故測得石塊的浮力偏小，計算出石塊的體積偏小，計算出的石塊的密度偏大．
故答案為：（1）1.4；（2）2；0.7×10³；（3）0.28；2.8×10³；（4）偏��；木塊表面有水，導(dǎo)致測力計示數(shù)偏大，故測得的木塊浮力偏大；偏大．

點評 本題是利用浮力知識測量物體的密度，主要應(yīng)用了阿基米德原理來測量物質(zhì)的體積，對于在水中不下沉的木塊本題采用的是懸垂法．本題有一定的難度和綜合性，熟練掌握這些知識是解題的關(guān)鍵．