Question

12．小楠同学想测出一个实心塑料球的密度，但是他发现塑料球放在水中会漂浮在水面上，无法测出它的体积，于是小楠设计了以下实验步骤，如图所示

A．用天平测量塑料球的质量，天平平衡时右盘中的砝码和标尺上的游码位置如图A所示，记录塑料球质量为m；
B．用细线在塑料球下吊一个小铁块放入水中，静止时如图B所示，记录此时量筒的示数为V₁；
C．把适量的水倒进量筒中如图C所示，记录此时量筒的示数为V₂；
D．把小铁块单独放入水中静止时如图D所示，记录此时量筒示数为V₃；
E．利用密度公式计算出结果．
根据上述实验过程，回答下列问题：
（l）请你按正确的操作过程帮他重新排列实验步骤序号ACDBE（只填字母序号）；
（2）将托盘天平放在水平桌面上，将标尺上的游码移到零刻线处，发现指针偏向分度盘的右侧，如图E所示，此时应将平衡螺母向左端调节（选填“左”或“右”），直到指针指向分度盘的中央；
（3）在测量塑料球的质量时，向右盘中添加砝码，当加上最小砝码后，发现指针仍指向分度盘右侧的位置，如图所示，则接下去的操作应是取出最小砝码，然后向右移动游码，直至天平横梁平衡．
（4）实验中使用天平测出塑料球的质量m=15.6g，塑料球的体积V=20cm³，计算出塑料球的密度ρ=0.78×10³kg/m³．
（5）实验中若不用天平，也不增加实验器材，只在B、C、D三个步骤中增加一个步骤也可以测出塑料球的密度．请你写出这个操作步骤将塑料球放入图b所示的量筒内使其漂浮在水面上，读出量筒示数V₄．根据你补充的步骤，写出计算塑料球密度的表达式ρ_球=$\frac{（{V}_{4}-{V}_{1}）{ρ}_{水}}{{V}_{2}-{V}_{3}}$．（用字母表示相关的物理量，水的密度用ρ_水）

Answer 1

分析 （1）测量固体的密度（固体不溶于水）：首先测量固体的质量，然后在量筒中倒入适量的水测量水的体积，把固体浸没在水中，测量水和固体的体积，进而求出固体的体积，再根据密度公式计算；
（2）天平使用前的调节：①放：把天平放到水平桌面上；②移；把游码移到标尺左端零刻线处；③调：调节平衡螺母，使指针指在分度盘的中线处；
（3）天平指针偏向分度盘的右侧，说明右盘砝码质量过大，应取出右盘质量最小的砝码，然后移动天平横梁标尺上的游码，使天平平衡；
（4）塑料球的质量等于天平砝码和游码的质量之和，根据分度值读出图B和图D中量筒的示数，两者差值即为塑料球的体积，根据密度公式求出塑料球的密度．
（5）实验中如果没有天平，利用浮力的方法求出塑料球的质量，
让塑料球漂浮在装有适量水的量筒中，塑料球的重力=浮力=塑料球排开水的重力，再求出塑料球的质量．

解答 解：（1）如果先测量塑料球的体积，再测塑料球的质量时，塑料球上面会沾有水，使塑料球的质量偏大，影响测量结果，经分析得，正确的顺序为：
A．用天平测量塑料球的质量，天平平衡时右盘中的砝码和标尺上的游码位置如图A所示，记录塑料球质量为m；
C．把适量的水倒进量筒中如图C所示，记录此时量筒的示数为V₂；
D．把小铁块单独放入水中静止时如图D所示，记录此时量筒示数的为V₃；
B．用细线在塑料球下吊一个小铁块放入水中，静止时如图B所示，记录此时量筒的示数为V₁；
E．利用密度公式计算出结果．
（2）用天平测量物体的质量时，首先把天平放在水平台上，把游码放在标尺左端的零刻线处；
然后调节平衡螺母，使使指针对准分度盘的中线；
图E中，指针偏向分度盘的右侧，应将平衡螺母向左移动；
（3）指针偏向分度盘的右侧，说明右侧质量大，应取出最小的砝码，然后向右移动游码，直至天平横梁平衡；
（4）由图A可知，塑料球的质量：
m=10g+5g+0.6g=15.6g，
量程的分度值为5mL，由图B和图D可知，塑料球的体积：
V=V_B-V_D=70mL-50mL=20mL=20cm³，
则塑料球的密度：
ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{15.6g}{20c{m}^{3}}$=0.78g/cm³=0.78×10³kg/m³；
（5）若不用天平，利用浮力的方法求出塑料球的质量，让塑料球漂浮在图b的量筒中，记下水面到达的刻度V₄，塑料球的重力=浮力=塑料球排开水的重力，
所以，塑料球的质量=塑料球排开水的质量，
所以塑料球的质量：m=（V₄-V₁）ρ_水，
塑料球的体积：V=V₂-V₃，
根据密度公式得，ρ=$\frac{（{V}_{4}-{V}_{1}）{ρ}_{水}}{{V}_{2}-{V}_{3}}$．
故答案为：
（1）ACDBE；
（2）零刻线；左；
（3）取出最小砝码，然后向右移动游码，直至天平横梁平衡；
（4）15.6；20；0.78×10³；
（5）将塑料球放入图b所示的量筒内使其漂浮在水面上，读出量筒示数V₄；$\frac{（{V}_{4}-{V}_{1}）{ρ}_{水}}{{V}_{2}-{V}_{3}}$．

点评 本题考查了量筒与天平的使用及读数，求小木球的密度等问题；量筒是初中物理中的常用测量仪器，注意其量程和分度值，读数时，视线要与凹液面保持相平；使用天平需要注意：平衡螺母只是调节平衡，在测量过程中不能移动位置；游码位置的改变相当于在右盘中增减砝码，调平过程中需要固定在零刻度线处．