Question

7．小明同学在“用天平和量筒测矿石的密度”实验中，选用天平、量简、小矿石（有吸水性）、细线、烧杯和水，进行了如下的实验操作：
A．在量筒中倒人适量的水，此时液面的示数为V₁
B．将小矿石放在左盘中，在右盘中增减砝码并移动游码直至横梁平衡
C．将小矿石用细线系好后浸没在量筒内的水中，此时液面示数为V₂
D．把天平放在水平桌面上
E．把游码放在标尺的零刻度线处，调节横梁上的螺母，使横梁平衡
（1）为了更准确地测出矿石的密度，你认为以上操作的合理顺序是DEBAC．（只填字母序号）
（2）某同学调节托盘天平平衡时，发现指针停在分度盘的左侧，如图甲所示，要使天平平衡，应将横梁右端的平衡螺母向右（选填“左”或“右”）移动．当他用天平测物体质量时，发现指针仍偏向分度盘的左侧（如图甲所示），这时应该增加（选填“增加”或“减小”）砝码，当他在天平右盘中放入50g、10g的砝码各一个，并将游码移到如图乙所示的位置时，指针恰好指在分度盘的中央，则被测物体的质量为62g．
（3）如果通过上述操作所测得矿石的体积是20cm³，则矿石的密度为3.1×10³kg/m³，实验中若要考虑矿石的吸水性，则测量出的矿石密度比真实值偏大．（选填“偏大”或“偏小”）

Answer 1

分析 （1）要用天平测量物体质量，必须做好的几项准备工作：
①使用时，首先要放到水平台上，以保证底座水平；
②将游码拨到零刻度线，防止测量物体质量前已有读数值；
③调节平衡螺母使横梁平衡，因为天平是等臂杠杆，放上物体和砝码后平衡，才有砝码质量等于物体质量．
④左盘放物体，右盘放砝码．物体的质量=砝码的质量+游码对应的刻度值．
⑤测量矿石的体积，就应先测量出量筒中水的体积V₁，
⑥测量放入矿石时，矿石和水的总体积V₂，矿石的体积V_矿=V₂-V₁
（2）根据天平的使用规范天平称量前，不平衡时应调节平衡螺母，在使用时应先通过增减砝码使天平平衡，或移动游码使之平衡，读数时左盘物体的质量=右盘砝码的质量+游码所对的刻度值；
（3）已知矿石质量m，矿石体积，根据密度的计算公式ρ=$\frac{m}{V}$求出矿石的密度，分析出体积的测量偏差，得出密度的测量误差．

解答 解：（1）根据天平使用的方法：首先放在水平桌面上，游码归零，调节平衡螺母使天平平衡，测量物体质量时，左盘房屋，右盘放砝码，物体的质量=砝码质量+游码对应的刻度值，矿石的体积通过量筒中两次液面的体积差进行计算．先测量适量水的体积V₁，再测量矿石和水的总体积V₂，矿石的体积V_矿=V₂-V₁，根据密度公式就能求出矿石的密度．
故合理的顺序为：DEBAC．
（2）使用前，指针停在分度盘的左侧应向右调节平衡螺母；称量时，指针偏向左，说明右盘质量小，应增加砝码；根据天平的读数方法，矿石的质量=砝码质量+游码对应刻度值即，m=50g+10g+2g=62g．
（3）矿石质量m=62g，矿石体积为20cm³，
所以矿石密度ρ_矿=$\frac{m}{V}$=$\frac{62g}{20c{m}^{3}}$=3.1g/cm³=3.1×10³kg∕m³．
若矿石具有吸水性，所以在测量过程中，质量是准确的；但在测量体积时，原来量筒中水的体积是不变的，当放进该物体，由于吸水性导致水减少一部分，使得量筒中液面上升的幅度变小，故测得的体积会偏小，根据公式ρ=$\frac{m}{V}$可知，此时测得的密度值应该是偏大的；
故答案为：（1）DEBAC；（2）右；增加；62；（3）3.1×10³；偏大．

点评 （1）本题考查了天平的使用方法，天平是物理学中最基本的测量工具，在使用天平称量物质质量时要严格按照天平的使用规则，天平平衡的调节在称量物质的前后有不同的方法，需要同学们特别注意．
（2）本题的解题关键是熟悉测量固体密度的基本实验程序，注意在密度公式的计算时，单位的转化容易出错．