Question

5．小明要测量某小塑料块的密度，但他只找到一架天平（含砝码）和一个小烧杯，他思考了一段时间后终于想出了如下实验方法．
（1）如图甲所示的是小明在使用天平时的情景，其中错误的是操作是调节天平的横梁平衡前，未将游码移至零刻度线；
（2）小明纠正错误后调平天平，按照以下步骤继续实验：
①将小烧杯装半杯水，放在左盘中，称出它的质量为100g；
②将小塑料块放入小烧杯的水中，浮在水面上，天平平衡时右盘中所加砝码和游码的位置如图所示，则小塑料块的质量为18.2g；
③用细针缓慢地将小塑料块按入小烧杯的水中静止（小塑料块未触底），小明加减砝码，调平天平，砝码和游码表示的质量和为120g，则小塑料块受到的浮力为0.2N，密度是0.91×10³kg/m³．（g取10N/kg）

Answer 1

分析 （1）天平使用之前要进行调平，调平时游码要移到标尺左端的零刻度线处，再根据指针的偏转调节平衡螺母，“指针左偏右旋螺母，指针右偏左旋螺母”．
（2）①天平平衡时，左盘物体的质量等于右盘砝码的质量加上游码所对的刻度值，注意标尺的分度值；
②小塑料块在水中受到重力、压力、浮力的作用，浮力等于重力和压力的和，也就是小塑料块按入水中水对水增加的压力；这个压力等于前后两次增加的砝码和游码的重力．
③浮力的表达式F_浮=ρ_水gV，据此求出塑料块的体积V，再根据ρ=$\frac{m}{V}$计算出塑料块的密度．

解答 解：
（1）天平使用之前要进行调平，调平之前，游码要移到标尺左端的零刻度线处；
（2）①小塑料块放入小烧杯的水中，天平平衡时左盘物体的质量为100g+10g+5g+3.2g=118.2g，原来烧杯和水的质量为100g，因此小塑料块的质量m=118.2g-100g=18.2g．
②用细针缓慢地将小塑料块按入小烧杯的水中，增加的砝码和游码的质量为120g-100g=20g，增加的压力等于增加的重力△G=△mg=0.02kg×10N/kg=0.2N，
因此塑料块受到的浮力F_浮=0.2N．
③由阿基米德原理F_浮=ρ_水gV，所以塑料块的体积V=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{0.2N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=2×10^-5m³，
所以塑料块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{0.0182kg}{2×1{0}^{-5}{m}^{3}}$=0.91×10³kg/m³
故答案为：（1）调节天平的横梁平衡前，未将游码移至零刻度线；
（2）②18.2；③0.2；0.91×10³．

点评 本题实验中由于没有量筒，不能直接测量塑料块的体积，因此采用了测量浮力利用浮力求体积的方式，本题的难点在于塑料块浮力的得出，有一定的难度．