题目内容

15.课外兴趣小组的同学们想测出一较大木块(密度比水的小,表面经处理后不吸水)的密度.除了此木块,老师还给他们提供了如下器材:一只烧杯、一只量筒、一根细针和足量的水(已知水的密度为ρ水).实验中同学们发现由于木块较大,虽然能放入烧杯中,但无法放入量筒中.请你利用上述器材帮助同学们设计一个实验方案,测出木块的密度.要求:
(1)写出实验步骤及所需测量的物理量;
(2)写出木块密度的数学表达式.(用已知量和测量量表示)

分析 根据漂浮时浮力与重力相等的特点,间接测出木块的重力,便可得其质量;
利用细针将木块按入水中,使木块完全浸没,测出小木块的体积,由密度公式求出其密度.

解答 解:
(1)实验步骤:
①量筒中装入适量的水,记下水的体积为V1;
②烧杯中装满水,将木块缓慢放入烧杯中,待木块静止时,轻轻取出木块,将量筒中的水逐渐倒入该烧杯中,直至加满,记下量筒中剩余水的体积为V2;
③量筒中装入适量的水,记下水的体积为V3;
④烧杯中装满水,将木块缓慢放入烧杯中,并用细针将木块完全压入水中,再轻轻取出木块,将量筒中的水逐渐倒入该烧杯中,直至加满,记下量筒中剩余水的体积为V4.
(2)由①②可得木块漂浮排开水的体积:
V排=V1-V2,
由阿基米德原理得:
G木=m木g=F浮=ρ水V排g=ρ水(V1-V2)g,
木块的质量:
m木=ρ水(V1-V2);
由③④得木块的体积:
V木=V3-V4,
木块的密度:
ρ木=$\frac{{m}_{木}}{{V}_{木}}$=$\frac{{ρ}_{水}({V}_{1}-{V}_{2})}{{V}_{3}-{V}_{4}}$=$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{3}-{V}_{4}}$ρ水.
答:(1)实验步骤同上;
(2)木块密度的数学表达式为ρ木=$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{3}-{V}_{4}}$ρ水.

点评 利用烧杯和水测量漂浮物体的密度,可根据浮沉条件测出其重力,在测量物体的体积时,需用到按入法或坠入法.

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