測量物質密度方法種種例析

2022-05-24 10:03:04 字數 4095 閱讀 4428

無錫市張涇中學于曉紅

在初中物理教學中,「密度」是乙個重要的知識點,因此在各地的中考試題中對密度知識的考查頻率很高,特別是對如何測量物質的密度,更是變化多樣,它不僅能考查學生掌握密度知識情況,更能考查學生分析**能力和實踐操作能力。本文就密度的測量方法作了不盡完善的歸納整理,並選了一些典型試題作為例題分析如下:

一、使用天平、量筒測量物體的密度

1、測量密度大於水的固體的密度

(1)測量體積較小固體的密度

例1、瑩瑩在實驗室測量金屬塊a的密度,

瑩瑩先用調節好的天平測量金屬塊a的質量。天平平

衡後,右盤中所放砝碼及游碼在標尺上的位置如圖1-1甲所示,則金屬塊a的質量為 g。然後瑩瑩將金

屬塊a放入盛有50ml水的量筒中,量筒中的水面公升

高到了如圖1-1乙所示的位置,則金屬塊a的體積為圖1-1 甲圖 1-1乙

cm3。 由此可以算出金屬塊a的密度為 kg/m3

分析:本題是測量物質密度最基本的方法,要求學生掌握天平和量筒的正確使用方法,然後根據公式ρ=m/v 求出金屬塊的密度。由圖可知:

金屬塊a的質量為27g,體積為60 cm3-50 cm3=10 cm3,所以金屬塊a的密度為2.7×103 kg/m3

(2)測量體積較大固體的密度

例2、小明在實驗室裡測量一塊形狀不規則、體積較大的礦石密度。

①用調節好的天平測量礦石的質量。當天平平衡時,右盤中砝碼和遊碼的位置如下圖2-1甲所示,礦石的質量是 g圖2-1甲

②因礦石的體積較大,放不進量筒,因此他利用乙隻燒杯,按圖2-1乙所示方法進行測量,礦石的體積是 cm3。

③礦石的密度是,從圖2-1乙中a到b的操作引起的密度測量值比真實值 (填「偏大」、「偏小」或「不變」)

分析:根據圖2-1甲可知礦石的質量為175.6g;由於礦石的體積較大,放不進量筒圖2-1乙

題目中用水的體積等效替代礦石的體積,通過測量補充的水的體積(v水=200ml-130ml=70ml),巧妙地解決了測量礦石的體積(v石=v水=70 cm3),從而根據密度公式求出礦石的密度是2.51×103 kg/m3。。當把礦石從水中取出時,礦石帶出了部分水,從而使燒杯中的水體積變小,而從量筒中倒入燒杯中的水的體積要增大,因而使所測礦石的體積增大,導致所測礦石的密度偏小。

本題通過對礦石密度測量的考查,進一步考查了學生使用「等效替代」的物理思想以及在誤差分析過程中養成的科學嚴謹的學習態度。

2、測量密度小於水的固體的密度

(1)壓入法:

例3、小明按下列步驟測量固態蠟的密度:

①將天平放在水平台上,將遊碼移到標尺左端的零刻度線處,發現指標向右偏。此時他應

向 (填「左」或「右」)端調節平衡螺圖2-2甲

母,使指標指在分度盤的中線處。

②把一段蠟燭放在天平的左盤中,用鑷子向右盤加減砝碼,調節遊碼, 圖2-2乙

直到天平再次平衡,如圖2-2甲所示,則蠟燭的質量為 g

③在量筒內倒入40ml水,將待測的蠟燭放入量筒內的水中,發現蠟燭浮在水面上。用一根木棒將蠟燭按到水面下 ,如圖2-2乙所示,則這段蠟燭的體積為 cm3。

④計算出蠟燭的密度為 kg/m3。由於使用木棒,小明測得的蠟燭的密度跟實際值相比會偏 (選填「大」或「小」),產生這一差異的主要原因是

分析:本題考查的是天平和量筒的使用以及密度公式的應用。由於指標向右偏,所以兩端的平衡螺母都應向左調。

在平時教學中,通過實驗應該讓學生熟練掌握調節天平平衡時「左傾右調、右傾左調」的規律。由圖2-1甲可知蠟燭的質量是12.6g;由於蠟燭浮在水面上,所以用一根木棒將蠟燭壓入水中,由圖2-2乙可知蠟燭的體積為v =55cm3-40 cm3=15cm3

從而算出蠟燭的密度為0.84×103 kg/m3。。誤差分析:由於木棒的一部分插入水中,使所測蠟燭的體積偏大,導致所測蠟燭的密度偏小。

(2)懸錘法:

例4、如圖2-3所示,a為被測物體,b是一鐵球。根據圖中測量值填表,並計算a的密度

分析:由圖可知物體a的質量為0.014kg;放入b後水面公升到的刻度為3×10-5 m3;放入a、b後水面公升到的刻度為5×10-5 m3;所以a的體積為2×10-5 m3;最後根據公式ρ=m/v 求出a的密度為0.

7×103 kg/m3。

上面兩例分別用「壓」和「懸錘」的方法使本來浮於水面的物體「沉」入水中,從而測出物體的體積和密度圖2-3

這是兩中常見的測量方法,方法簡單,通過實驗不僅

可以提高學生學習物理的興趣,還能進一步培養學生的發散思維能力和創新能力。

3、測量液體的密度

(1)測量方法一

例5、某同學在做「測鹽水密度時」,按以下步驟操作:(1)將鹽水倒入量筒,測出鹽水的體積;(2)將空燒杯放在天平上測出其質量;(3)將量筒中的鹽水倒入燒杯,測出鹽水和燒杯的總質量;(4)根據公式求出鹽水的密度。如果按該同學的步驟完成,則所測鹽水的密度會比物體的實際密度( )

a、偏大 b、偏小 c、不變 d、都有可能

分析:題目中所使用的方法是測量液體密度常用的方法之一:先用量筒測得鹽水的體積,再用天平稱出鹽水的質量,根據密度公式求出液體的密度。

誤差分析:當將量筒中的鹽水倒入燒杯時,會有部分鹽水殘留在量筒中,從而使所測鹽水的質量偏小,導致所測鹽水的密度偏小。常用方法之二:

先用天平測得鹽水的質量,再倒入量筒測得鹽水的體積,根據密度公式求出液體的密度。誤差分析:由於把鹽水從燒杯中倒入量筒時,燒杯中有部分鹽水殘留,從而使所測鹽水的體積偏小,導致所測鹽水的密度偏大。

(2)測量方法二

例6、如圖3所示是某實驗小組測量液體密度的正確操作情景,其中負責操作和填寫資料的同學有三項沒有完成,請你幫他們填上。

圖 3分析:由圖可知,液體和燒杯的總質量是52g,部分液體倒入量筒後,燒杯和剩餘液體的總質量為27g,所以倒入量筒中液體的質量為25g,體積為30 cm3,根據密度公式可算出液體的密度為0.83×103 kg/m3。

誤差分析:由於一些液體的粘性較強,若使用例5所用的方法測量,殘留在燒杯中和量筒中的液體會有較多,導致所測的質量和體積誤差太大,從而使所測液體的密度誤差太大。而使用例6的方法進行測量,都不會影響量筒中液體的質量和體積,誤差很小。

在平時教學中,教師應從減小誤差的角度,引導學生使用正確、合適的測量方法。

二、利用水測量物體的密度

1、只有天平,燒杯,細繩,和水..沒有量筒.如何測量出物體的密度

例7、一塊色彩斑斕的石頭引起了小華同學的好奇,他想測出該石頭的密度。現有一架天平(含砝碼)、乙個燒杯圖4

適量的水和細線,以下是他設計的實驗,請你按照他

的實驗思路將步驟補充完整

(1) 如圖4所示,用調節好的天平測出雨化石的質量m1= g;

(2)在燒杯中裝入適量水,用天平測出燒杯和水的總質量m2=60g;

(3)取下燒杯在水面位置做上標記,取出石頭,往杯內慢慢加水至標記處,再放回天平的左盤,在右盤中加適量的砝碼,移動遊碼。直至天平平衡,砝碼和遊碼的總示數m3=84g;

(4)雨化石的密度kg/m3

分析:由圖4可知雨化石的質量m1= 67 g;由於沒有量筒,雨化石的體積不能直接測出,所以用水的體積等效替代雨化石的體積,根據此意可知(3)中空格應該填上「把雨化石浸沒在燒杯中的水中」,根據m3=84g和m2=60g可知加入水的質量為84g-60g=24g,從而根據水的密度和質量,求出加入水的體積v水=24g/(1 g/cm3)=24 cm3,從而可知v石=v水=24 cm3,然後根據密度公式求出雨化石的密度為2.79×103 kg/m3。

例8、小紅利用天平、燒杯、刻度尺和水測量酒精密度的過程如下,請你將小紅測酒精密度的過程補充完整

(1)往燒杯內倒入適量的水,用調節好的天平稱出燒杯和水的質量為m;

(2)用刻度尺測出水面到燒杯底的高度為h1;

(3)將水倒出,倒入酒精,用天平稱出燒杯和酒精的質量仍為m;

(4(5)計算酒精密度的表示式為

分析:本題是抓住酒精和水的質量相等條件,由於酒精和水的密度不同,導致它們的體積不同,所以第(4)步驟必為:用刻度尺測出酒精面到燒杯底的高度為h2;然後根據ρ酒v酒=ρ水v水,即ρ酒s h2=ρ水s h1可得到酒精密度的表示式為ρ酒=ρ水 h1/ h2

三、利用浮力測量物體的密度

例9、小明想知道家中的一小塊金屬是什麼材料的製成的,他想到了用密度來鑑別,但現在家裡沒有天平和量筒,有一把彈簧測力計,請你幫著小明設計實驗,把金屬塊的密度測出來。

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