Question

一次实验课上，老师提供给同学们下列器材：一架已调好的天平（无砝码），两只完全相同的烧杯，一只量筒、水、滴管，要求用上述器材来测一个合金块的密度。某同学设计好实验方案后，进行如下操作：
（1）将两只空烧杯分别放在天平的左右两盘内，把合金块放在左盘烧杯内。
（2）                     ，直到天平平衡。
（3）将烧杯内水倒入空量筒中，测出水的体积（如图a所示），用细线栓好合金块，将其放入如图a的量筒中，测量水和合金块的总体积（如图b），则合金块的密度为       ㎏/m³
（4）评估：测出的合金块密度值与真实值相比偏小，产生的原因是：              。

Answer 1

（2）向右盘烧杯内加水，并用滴管调节   （3）3×10³    （4）将右盘烧杯的水倒入量筒时有水残留杯壁，导致合金块质量偏小。

试题分析：因为该同学设计的意图是利用天平是个等臂杠杆，右盘中烧杯内水的质量与左盘中烧杯内合金块的质量相等，再利用量筒测出右盘中烧杯内水的体积，通过m=ρV计算出合金块的质量；再用排水法测出合金块的体积；通过ρ=m/V计算合金块的密度。所以，可用水来代替砝码进行试验；合金块的质量m=ρ_水V₁=1g/cm³×60cm³=60g，合金块的体积V=V₂-V₁=(80-60)cm³=20cm³，合金块的密度ρ=m/V=60g/20cm³=3g/cm³=3×10³㎏/m³；由于步骤（3）将烧杯内水倒入空量筒中时，水会有残留，导致测量的合金块的质量偏小，测出的合金块密度值与真实值相比偏小。