题目内容

10.小东想估测出某种油的密度ρ油,他手边的测量工具只有刻度尺,小东利用身边的器材设计出一个实验方案.首先找一根直硬棒,用细线系在O点吊起,硬棒在水平位置平衡,然后将已知密度为ρ的金属块B挂在硬棒左端C处,另外找一个重物A挂在硬棒右端,调节重物A的位置,使硬棒在水平位置平衡,此时重物挂在硬棒上的位置为E,如图所示.下面是小东测出ρ油的余下实验步骤,请你按照小东的实验思路,将实验步骤补充完整.
a.用刻度尺测出OC的长度L0;
b.用刻度尺测出OE的长度L1;
c.把金属块B浸没在油中,把重物A从E处移动到D处时,硬棒再次水平平衡;
d.用刻度尺测出OD的长度l2;
实验完毕后,同组的小明利用两次平衡条件及阿基米德原理去推算这种油的密度时,发现a(选填“a”或“b”)的实验步骤是没有必要的.
利用上述测量出的必要物理量和题中的已知量,推导ρ油的表达式.

分析 要解决此题,需要掌握杠杆的平衡条件:F1L1=F2L2.
同时要掌握浮力的计算公式F浮=ρ液gV排.
知道浸没在液体中的物体受到拉力、浮力和重力之间的关系.F=G-F浮.

解答 解:
本实验主要想利用杠杆的平衡条件进行计算,第一次在B和A的拉力作用下杠杆保持平衡,根据杠杆的平衡条件列车一个关系式;第二次当把A浸没在油中时,由于受到油的浮力作用,通过挪动A的位置使杠杆第二次平衡,这样可以根据杠杆的平衡条件列车第二个关系式.这样根据两个关系式,组成方程组,便可以求出油的密度.所以在实验过程中要注意测量出OD的长度L2.
当A在空气中时,根据杠杆的平衡条件:ρgVB•L0=ρAgVA•L1---①
把金属块B浸没在油中时,金属块A将受到油向上的浮力作用.
则根据杠杆的平衡条件得:ρgVB•L0=(ρAgVA-ρ油gVA)•L2---②
由①、②得:
ρ油=$\frac{{L}_{1}-{L}_{2}}{{L}_{1}}$ρ,与所测的L0的值无关.所以可以看出a步骤是没有必要的.
故答案为:
OD的长度L2;a;ρ油=$\frac{{L}_{1}-{L}_{2}}{{L}_{1}}$ρ.

点评 此题是探究压力作用效果与压力大小之间的关系.在此题注意控制变量法的应用,要保持受力面积不变,同时考查了学生对实验的设计能力,在实验过程中要注意实验效果要明显,并且易操作.

练习册系列答案
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15.下面是小方和小王设计的“测食用油密度”的实验方案,请完善他们的方案,并回答后面的问题:
(1)小方的方案:用调节平衡的天平测出空烧杯的质量m1,向烧杯内倒入适量食用油,再测出烧杯和食用油的总质量m2,然后把烧杯内的食用油全部倒入量筒内,读出量筒内食用油的体积为V1.其测得的食用油密度的表达式是:ρ油=$\frac{{m}_{2}-{m}_{1}}{{V}_{1}}$
(2)小王的方案:在烧杯内倒入适量的食用油,用调节平衡的天平测出烧杯和食用油的总质量m3,然后将烧杯内的适量食用油倒入量筒内,再测出烧杯和剩余食用油的总质量m4,读出量筒内食用油的体积V2.其测得的食用油密度的表达式是:ρ油=$\frac{{m}_{3}-{m}_{4}}{{V}_{2}}$.
(3)按小王的实验方案进行测量,实验误差可能小一些;如果选择另一种方案,测得的密度值偏大(填“偏大”、“偏小”),
(4)如图是按小王的实验方案进行某次实验的情况

①小王将天平放在水平台上,把游码归零后,发现指针静止时如图1所示,这时他应将横梁右端的平衡螺母向右调节(选填“左”或“右”),使天平平衡.
②如图2是小王实验时测烧杯和剩余食用油的总质量时砝码和游码的情况,如图3是倒入量筒中的油的体积,请将实验的数据测量结果填入表中.
烧杯和食用油的总质量(g)烧杯和剩余油的总质量(g)倒出油的体积(cm3)油的密度
(g/cm3)
34.1

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