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如图为弹簧测力计的刻度盘,给你一块恰好为 4N 的合金块,现要将此弹簧测力计改装成测液体密度的密度计,请你选择合适的器材完成.要求:
(1)列出还需要的器材;
(2)写出实验的步骤和测量的物理量;
(3)说明 0 刻度、最大刻度的位置和大小,以及测液体密度的注意点.
本题考查利用浮力知识测量液体的密度,解答的关键是物体浸没在水中和浸没在另一液体中时排开的体积相等,利用这个关系列出关系式,进行化简,找出液
体密度的表达式.
【解析】
用细线将铁块系好,挂在弹簧测力计下,读出测力计的示数 G;
再分别读出合金块浸没在水中和浸没在某种液体中时测力计的示数 F、F′,算出石块在水中和某种液体中受到的浮力 F 浮=G-F、F 浮′=G-F′.
由阿基米德原理 F 浮=G 排=ρ 液 gV 排可知,
G-F=ρ 水 gV 排水,V 排水=
G-F′=ρ 液 gV 排液,V 排液=
∵浸没,∴V 排水=V 排液
=
∴ρ 液= ρ 水
故答案为:
(1)器材:烧杯和足量的水.
(2)步骤:用细线将铁块系好,挂在弹簧测力计下,读出测力计的示数G;再分别读出合金块浸没在水中和浸没在某种液体中时测力计的示数 F、F′;计算出
液体的密度:ρ 液= ρ 水
(3)若合金块浸没在密度为 ρ 的液体中,弹簧测力计的示数为 F′,
则:4-F=ρ 水 gV 物
1
4-F′=ρgV 物
∴ρ= ρ 水
当 F′=4 N 时,ρ=0;∴0 刻度在 4 N 处.
当 F′=0 N 时,ρ 最大;∴最大刻度在 0 N 处,且最大值为 ρ 水
使用这个改装的密度计测液体密度时,合金块必须挂在弹簧测力计下,并浸没在待测液体中,不能触及容器的底和侧壁.
小明准备将弹簧测力计改装成一个液体密度计,即能从弹簧测力计上指针所指位置读出所测液体的密度值.
(1)为了使利用该密度计测出液体的密度,还应选择什么器材?
(2)测量时应注意什么?
(3)在如图弹簧测力计旁标明所测液体密度的最大值和零值位置,并说明确定的理由.
2
例 3 : (2001 青岛)老师给小丽同学如下器材:一只 100ml 的烧杯,一只弹簧测力计,
一些细线,让小丽将它们改装成能够直接测液体密度的装置,小丽犯难了,请你帮她设计一
下吧,请写出改装后的结构,刻度盘的改造过程及使用方法。
导引:本题是一道探索设计类的研究性试题,要求学生能利用现有器材,进行实验的设计,
来测定液体密度。如何将测量力的弹簧测力计转换成测定密度的装置,这需要将浮力和密度
等知识综合运用,同时将弹簧测力计的刻度盘转化成密度计的刻度盘。
解:(1)结构:如图,将烧杯用绳挂在弹簧测力计下端。
(2 )刻度盘改造:将重力刻度盘平移。将挂空烧杯时的弹簧测力计的示数规定为0N ,其余
刻度依次向下平移,找到这时的(不是弹簧测力计原来标注的)1N,2N ,
3N……及 0.1N ,0.2N ,0.3N ,0.4N……等刻度。
-4 3 -3 -3
标出密度刻度值。因为ρ=m/v=G/gv=G/(10N/kg×100×10 m ) =G/10 =10 G
根据上述关系,找到与重力刻度相对应的密度,对应关系如下:
3 3 3 3
当 G=0N 时,ρ=0 ;G=1N ,ρ=1.0×10 kg/m ,G=2N ,ρ=2.0×10 kg/m ……
3 3 3 3
G=0.1N 时,ρ=0.1×10 kg/m ,G=0.2N 时,ρ=0.2×10 kg/m ……
(3)使用:在测液体密度时,将液体注满烧杯(100ml),就可以从密度刻度盘上直接读出它
的密度值。
点精:本题是研究性试题中探究设计题型,它涉及到学生的浮力知识,密度知识,还涉及到
学生的发散性思维以及技术创新,它有利于学生探究设计能力培养,也有利于学生技术设计
能力的提高,促进了学生物理知识的应用能力。
误区分析:学生的失误主要不能读懂题目,不会将力学中的力的测量转化为密度的测定。这
主要的原因是学生不会将刻度
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