Question

在一次課外活動(dòng)中，老師讓物理課外小組的同學(xué)們共同合作測一塊小礦石的密度．老師提供的器材有：一根均勻細(xì)棒、兩個(gè)吊盤（質(zhì)量不一定相等）、鐵架臺(tái)和一個(gè)量杯、細(xì)繩、一些細(xì)砂及適量的水，請你根據(jù)上述器材幫助他們設(shè)計(jì)一個(gè)測出小礦石密度的實(shí)驗(yàn)方案．要求：
（1）簡述實(shí)驗(yàn)步驟及要測量的物理量；
（2）寫出用測出的物理量計(jì)算礦石密度的表達(dá)式．

Answer 1

分析：（1）可以利用兩次細(xì)桿平衡解決礦石的質(zhì)量問題，
第一次平衡：在已經(jīng)調(diào)節(jié)好的等臂細(xì)桿上，空量杯放在右盤，在左盤放適量的細(xì)砂，空量杯質(zhì)量=細(xì)砂質(zhì)量．
第二次平衡：在第一次天平平衡的基礎(chǔ)上，在左盤再放上小礦石，在右盤的空量杯中慢慢加水，直至天平再次平衡．
空量杯質(zhì)量+水質(zhì)量=細(xì)砂質(zhì)量+礦石質(zhì)量．水質(zhì)量=礦石質(zhì)量
（2）利用一般的方法測量礦石的體積，在量杯中裝適量的水，記錄此時(shí)量杯中水的體積，將小礦石放入量杯中，記錄此時(shí)量杯中水的體積．求出礦石體積．
（3）求得質(zhì)量和體積，根據(jù)密度公式計(jì)算礦石的密度．

解答：答：（1）實(shí)驗(yàn)步驟：
①用細(xì)線將細(xì)棒懸掛在鐵架臺(tái)上，將吊盤分別掛在細(xì)棒的兩端，并將量杯放在一吊盤內(nèi)，移動(dòng)細(xì)線在細(xì)棒上的位置使細(xì)棒在水平位置上平衡
②將小礦石放在有量筒杯吊盤中，在另一盤中放細(xì)沙，使杠桿再次在水平位置平衡．
③將小礦石從吊盤中取下，向量杯中注水，直至使杠桿又一次平衡．測出水的體積V₁，而小礦石的質(zhì)量等于水的質(zhì)量，即：m_石=m_水=ρ_水V₁，
④將量杯從吊盤中取下，再向量杯中注入一些水，測出這時(shí)水的體積V₂．將礦石浸沒在量杯的水中，記下水面所對(duì)的刻度V₃
⑤需要測量的物理量，礦石質(zhì)量：m_石=m_水=ρ_水V₁，礦石體積：V_石=V₃-V₂，
（2）ρ_石=

m石

V石

=

ρ水V1

V3-V2

．

點(diǎn)評(píng)：本題在無天平的情況下，采用兩次細(xì)桿平衡，兩次質(zhì)量相等，求得礦石的質(zhì)量，自制器材測質(zhì)量，有新意．