题目内容

3.小红和小丽想知道冰红茶的密度,于是二人利用已学过的相关物理知识,分别做了如下实验:
(1)小红利用天平(含砝码)、量筒、烧杯测量早餐奶的密度过程如下:
①将天平放在水平桌面上,游码放在标尺左端的零刻线处,调节平衡螺母,使指针在分度盘的中线处,这时横梁平衡;
②用天平测出烧杯和冰红茶的总质量为76.2g;将烧杯中的冰红茶倒入量筒一部分,如图甲所示,则量筒内冰红茶的体积是40cm3;
③再用天平测出烧杯和剩余冰红茶的质量,砝码和游码的示数如图乙所示;则量筒中冰红茶的质量为42g;
④经过计算可知,冰红茶的密度为ρ=1.05×103kg/m3.
(2)实验中小丽发现自己桌上没有量筒,思考了一会儿后,他利用天平、水(水的密度用ρ水表示)、烧杯测量冰红茶的密度,操作过程如下.
①用天平测出烧杯的质量m0;
②用天平测出烧杯和装满水的质量m1;
③用天平测出烧杯和装满冰红茶的质量m2;
请你根据他测得的物理量计算出冰红茶的密度表达式ρ=$\frac{({m}_{2}-{m}_{0}){ρ}_{水}}{{m}_{1}-{m}_{0}}$(用字母表示).

分析 (1)①天平测量前要放到水平台上,将游码拨到零刻度线,调节两端螺母使横梁平衡,平衡的标准是指针指在刻度盘中央或左右摆动幅度相等.
②量筒读数时要观察好液面对应的位置,读取量筒中冰红茶的体积时,明确分度值、数准格数是关键;
③读取天平结果时,应先加砝码,再加游码,并注意分清标尺上的分度值;量筒中冰红茶的质量可由前两次测量的结果求出;
④计算冰红茶的密度可使用公式ρ=$\frac{m}{V}$.
(2)根据题目中给出的实验器材,结合实验原理可知,由于没有量筒,此题的难点在于如何测量液体的体积.根据图示的步骤可知,它是利用同一容器装不同的液体,液体的体积相同,即利用水的体积来代换冰红茶的体积.

解答 解:(1)①天平的基本使用:把游码放在标尺左端的零刻线处.调节横梁两端的平衡螺母,使指针指在分度盘的中线处.
②量筒的分度值为1ml,量筒中的示数为40ml=40cm3;即量筒内冰红茶的体积是40cm3;
③烧杯和剩余冰红茶的质量为m2=20g+10g+4.2g=34.2g;量筒中冰红茶的质量m=m1-m2=76.2g-34.2g=42g;
④冰红茶的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{42g}{40c{m}^{3}}$=1.05g/cm3=1.05×103kg/m3.
(2)水的质量m水=m1-m0,
由ρ=$\frac{m}{V}$可得,
水的体积:V水=$\frac{{m}_{1}-{m}_{0}}{{ρ}_{水}}$,
冰红茶的体积:V冰红茶=V水,
冰红茶的质量m=m2-m0,
ρ冰红茶=$\frac{m}{{V}_{冰红茶}}$=$\frac{{m}_{2}-{m}_{0}}{\frac{{m}_{1}-{m}_{0}}{{ρ}_{水}}}$=$\frac{({m}_{2}-{m}_{0}){ρ}_{水}}{{m}_{1}-{m}_{0}}$.
故答案为:(1)①平衡螺母;②40;③42;④1.05×103;(2)$\frac{({m}_{2}-{m}_{0}){ρ}_{水}}{{m}_{1}-{m}_{0}}$.

点评 在测量物体密度的实验中,常规的测量方法是利用天平测质量、量筒测体积,从而求出密度.还有一些特殊的测量方法,如此题,只给出一个测量质量的工具:天平,而没有测量体积的工具量筒,利用转换的方法求出体积,进而求出密度.

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