Question

某中學課外活動小組在學習浮力知識之后想利用已學知識測量氫氣的密度，他們利用一只大氣球、細線、量筒、天平、一只桶和臉盆去測量．他們的實驗步驟如下：
（1）利用已調好的天平測得沒充氣的氣球和細線的總質量m₁=2g；用純凈的氫氣給氣球充氣，用細線系好氣球口，并將氣球系在一個50g的鐵塊上放在天平左盤里，此時鐵塊和氣球對托盤的壓力______（填“大于”、“小于”或“等于”）鐵塊和氣球的總重力．向右盤中放入2個20g和1個5g砝碼，并調節游碼，天平恢復平衡時游碼如圖所示，此時游碼所對的刻度值為______．
（2）將桶裝滿水放進一只空的臉盆內，將氣球小心地浸沒水中，再利用量筒測出溢出水的體積剛好為4.4L．該小組同學測量的氫氣密度應為______ g/L，這與“在常溫和1標準大氣壓下，氫氣的密度為0.09g/L”有較大的差異，產生這一現象的原因可能是______．（在常溫與1標準大氣壓下空氣密度為1.29g/L）

Answer 1

【答案】分析：鐵塊、氣球、細線可以看成一個整體，對整體進行受力分析，整體受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，重力等于支持力加浮力，支持力小于重力．
整體受到天平盤的支持力和整體對天平盤的壓力是一對相互作用力，大小相等．
游碼對應的刻度值，明確每一個大格和每一個小格代表的示數．
根據整體的重力和支持力、浮力是平衡力，列出等式，求出氫氣的質量，用溢水法求出氫氣的體積，根據密度公式求出氫氣密度．
當氫氣球進入水中，氫氣球外的壓強增大，大于1標準大氣壓，氫氣球體積減小，氫氣體積減小，質量一定，根據密度公式求出的氫氣的密度會偏大．
解答：解：（1）鐵塊、氣球、細線受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，重力等于支持力加浮力，支持力小于重力．
鐵塊、氣球、細線受到天平盤的支持力和天平盤受到的壓力是相互作用力，大小相等，所以天平盤受到的壓力小于鐵塊和氣球的總重力．
標尺每一個大格代表1g，每一個小格代表0.2g，游碼對應的刻度值為1.8g．
（2）鐵塊和氣球的總質量：m_鐵+m_球皮=50g+2g=52g，
鐵塊和充氣氣球放在天平上稱得：m'=砝碼的質量+游碼對應的刻度值=20g+20g+5g+1.8g=46.8g，
鐵塊、氣球、細線受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，
所以，m_鐵g+m_球皮g+m_氫氣g=m'g+F_浮，
52×10^-3kg×g+m_氫氣×10^-3kg×g=46.8×10^-3kg×g+1.29×g×4.4×10^-3m³，
m_氫氣=0.476g，
氫氣的體積：V=4.4L，
氫氣的密度為：ρ===0.108g/L．
當氫氣球進入水中，氫氣球外的壓強增大，大于1標準大氣壓，氫氣球體積減小，氫氣體積減小，質量一定，根據密度公式求出的氫氣的密度會偏大．
故答案為：（1）小于；1.8g；（2）0.108； 球內氣壓大于1標準大氣壓．
點評：把幾個物體可以組合在一起，進行受力分析，根據平衡力相等列出等式求解．
利用排水法測量固體的體積是比較合適的，利用排水法測量氣體的體積，氣體受到大氣和液體共同作用，氣體的體積會減小．