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(2012?安順)美術課上同學們用橡皮泥捏動物模型時,想知道橡皮泥的密度有多大.課后,他們取了同一塊橡皮泥,采用了兩種實驗方案,來測量橡皮泥的密度.
方案一:選擇天平、量筒、水和細線進行實驗,操作過程按圖甲所示順序進行.

〔1〕由圖示的實驗操作過程,寫出通過實驗測量出的物理量.
〔2〕通過什么定義可以計算橡皮泥的密度值,其值是多少kg/m3
〔3〕請你評估:這一實驗測算的密度結果怎樣?(即測量值比真實值是“偏大”、“偏小”或“準確”)?
方案二:選擇彈簧測力計〔如圖乙〕、細線和裝有水的杯子.實驗過程如下.
A.橡皮泥用線系好,掛在測力計上讀出示數F1;
B.將測力計吊著橡皮泥浸沒水中,讀出測力計示數F2
(1)請解釋F1、F2的物理意義.
(2)寫出橡皮泥浸沒水中受到的浮力的表達式.
(3)根據什么原理可以計算橡皮泥的密度值,并導出表達式.
分析:方案一:(1)讀取量筒的示數,利用兩次的示數之差可得出橡皮泥的體積;讀取天平示數時應將砝碼質量與游碼示數相加;利用密度的公式可算出橡皮泥的密度.
(2)分析步驟可看出,先測體積,再測質量,會對橡皮泥的質量造成一定的影響,進而影響到密度的結果.
方案二:(1)用彈簧測力計測量橡皮泥的重力F1,把橡皮泥浸沒在水中讀出彈簧測力計示數F2,求出橡皮泥受到的浮力F1-F2
(2)根據阿基米德原理求出浮力FgV=F1-F2,求出橡皮泥的體積,根據G=mg求出橡皮泥的質量,根據密度公式求出橡皮泥的密度.
解答:解:方案一:
(1)由圖可知,通過實驗測量出的物理量有兩個:橡皮泥的體積V=10cm3,橡皮泥的質量m=13.4g;
答:橡皮泥的體積V=10cm3,橡皮泥的質量m=13.4g.
(2)密度的概念是:單位體積的物體的質量,即通過ρ=
m
V
代入相關數據就可以計算出橡皮泥的密度.
橡皮泥的密度:ρ=
m
V
=
13.4g
10cm3
=1.34g/cm3=1.34×103kg/m3
答:通過密度的定義可以計算橡皮泥的密度值,其值是1.34×103kg/m3
(3)因為先測體積,再測質量時,橡皮泥濕水后會造成質量偏大,因而密度也會偏大.
答:這一實驗測算的密度結果會偏大.
方案二:
(1)實驗中F1指的是橡皮泥的重力,F2指的是橡皮泥浸沒在水中讀出彈簧測力計示數;
答:F1表示橡皮泥所受的重力,F2表示橡皮泥浸沒在水中讀出彈簧測力計示數.
(2)由彈簧測力計測量浮力的原理可知:橡皮泥受到的浮力:F=F1-F2,
即FgV=F1-F2,
答:橡皮泥浸沒水中受到的浮力的表達式是F=F1-F2
(3)由于橡皮泥浸沒在水中,所以橡皮泥的體積等于排開水的體積,由阿基米德原理得:
橡皮泥的體積:V=V=
F1-F2
ρg

橡皮泥的質量:m=
F1
g
,
∴橡皮泥的密度為:ρ=
m
V
=
F1ρ
F1-F2

答:根據阿基米德原理可以計算出橡皮泥的密度,其表達式為:ρ=
F1ρ
F1-F2
點評:本實驗提供了固體密度測量的兩種方法:常規測量法(方案一)和浮力測量法(方案二),無論采用哪種方法都是從測量質量m和體積V入手,最后根據ρ=
m
V
計算出物體的密度,這個實驗是中考常考的重點內容,應當熟練掌握.
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