測量液體密度實驗思考教學

對於乙個實驗，可能存在多條思路、多種方案，那麼在眾多實驗方案中，我們應如何選擇呢?一般來說，選擇實驗方案主要有三條原則：

1.簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測。應盡量避免實施那些原理複雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實驗方案。

2.安全性原則實驗方案的實施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害，使用易破、易碎的器材時有謹慎操作的意識。所需裝置和器材要易於置備，不能脫離實際，不能超出現有條件。

3.精確性原則不同的實驗方案，其實驗原理、所用儀器以及實驗重複性等方面所引入的誤差是不同的。在選擇方案時，應對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的實驗方案。

下面結合密度的測量，具體說明如何選擇實驗方案。

小漢和小盼合作進行「測定鹽水的密度」的實驗。他們選擇的實驗器材：天平(含砝碼)、量筒、燒杯、鹽水。

實驗步驟：步驟

一、用天平測出空燒杯的質量m1

步驟二、將鹽水倒進燒杯，用天平測出裝有鹽水的燒杯的總質量m2

步驟三、將燒杯中的鹽水全部倒人量筒中，讀出鹽水的體積v

步驟四、計算出鹽水的密度：ρ=m/v　=(m2-m1)/v

他們收拾好實驗器材後，一起對實驗的過程進行了評估，小漢說：我們的實驗原理正確，實驗器材使用恰當，操作過程規範，讀數準確，計算無誤，得出的鹽水密度是準確的。

小盼說：在操作過程中，我發現有一點兒鹽水沾在燒杯內壁上。這樣，儘管我們操作規範、讀數準確、計算無誤，但我們測量得到的資料還是有了誤差，導致計算的結果也有誤差。

小漢認真思考後，同意了小盼的意見。然後，他們一起繼續**如何改進實驗方案，盡量減小測量的誤差。根據小漢和小盼對實驗過程的評估，請思考：

(1)小盼這裡所指的「測量誤差」是在上述實驗步驟的第步驟產生的，導致了鹽水體積讀數 (填「偏大」或「偏小」)，從而使得鹽水密度的計算結果 (填「偏大」或「偏小」)。

(2)為了減小實驗的誤差，必須從質量和體積兩方面的測量進行控制。根據小漢和小盼的分析意見，在不增加實驗器材的條件下，提出你的實驗設計方案，使實驗結果的誤差達到最小。實驗步驟是：

。(3)在你的設計方案中，控制誤差的思路是：。

思路點撥：任何測量都有誤差，由於儀器的精度、人的讀數等原因引起的誤差是不可避免的。但是由於實驗的操作方法不當而引起的誤差，我們是可以避免的。

題目測量的是燒杯中鹽水的密度，將杯中鹽水倒入量筒時，燒杯壁上會沾上鹽水，這樣測出的鹽水體積會偏小，算出的密度會偏大。

注意到了上述因素，小漢提出了改進方案：

步驟一：用天平測出量筒的質量m1

步驟二：將適量的鹽水倒入量筒中，測出鹽水的體積v

步驟三：用天平測出鹽水和量筒的質量m2

步驟四：計算出鹽水密度ρ=(m2-m1)/v

單純從減小誤差的角度來考慮，上述步驟是正確的。但上述步驟忽略了另一重要因素──安全性。試想，量筒又細又高，底座面積又小，放在晃晃悠悠的天平上，一不留神就會翻倒，怎不讓實驗者膽顫心驚。

作為實驗，安全性──包括人身安全和實驗儀器安全，應是實驗者考慮的首要因素。而具有安全操作的意識，不僅對學生現在，就是將來走向社會，也是公民必須具備的基本素質。

小盼注意到了儀器的安全性，於是提出用量杯代替量筒進行實驗。小漢說，量杯比量筒粗矮，放到天平上不容易翻倒，這樣安全性有保障了，但量杯精確度比量筒差，測出的數值誤差較大，看來實驗還需要再設計。

既然燒杯中的水無法全部倒入量筒，我們不妨讓它多剩一些，測出燒杯和剩下的鹽水的質量，可知倒出去的鹽水質量，倒出去的鹽水體積可由量筒直接測出，這樣就可算出倒出去的鹽水的密度。正是這樣經歷多次設計，多次評估，考慮到各種因素，確定了最佳方案：

步驟一：將適量的鹽水倒入燒杯中，測出燒杯和鹽水的質量m1

步驟二：把燒杯中的一部分鹽水倒入量筒中，用天平測出燒杯和剩餘鹽水的質量m2

步驟三：測出量筒內鹽水的體積v

步驟四：計算出倒出部分的鹽水密度ρ=m/v =(m1-m2)/ v

這種方法避免了因鹽水沾在容器壁上所引起的誤差，保證m1、m2測量準確，v讀數準確。

通過上述實驗過程，可以看出，對於**方案的評估和選擇是科學**活動的重要組成部分。在日常實驗中，應當注意對實驗方案的評估，能對**的行為和收集資訊的科學性、可靠性進行評價。能對這種差異及引起這種差異的規律進行分析，發現和提出新的問題。

對**過程和結果進行評估，提出改進**方案的具體方法。

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