Question

設計與制作
（1）請你利用兩個粗細不同的玻璃杯、水、一個10g的砝碼、刻度尺．設計一個可以直接測量液體質量的裝置．
①請在右框內畫出裝置圖并簡單說明制作方法．
②若已知小玻璃杯的質量為m，底面積為S，高為H，試寫出使用該玻璃杯能稱的最大液體質量M的數學表達式：M=______．

Answer 1

【答案】分析：根據實驗器材設計實驗步驟，應圍繞實驗目的和題目提供的可用器材分析．
解答：解：
①兩個玻璃杯粗細不同，橫截面積小的可以放在另一個玻璃杯中，所以借助水，使小玻璃杯漂浮在大玻璃杯中．用刻度尺能夠測量出小玻璃杯露出水面的長度，小玻璃杯所盛物體質量不同，露出水面的高度不同．
所以制作過程為：將細玻璃杯放入盛有水的粗玻璃杯中，使其漂浮，在細玻璃杯的外壁水面的位置記為0，將10g的砝碼放入細玻璃杯中，再記錄水面的位置為10g，用刻度尺量出0-10之間的長度并等分為10份，以一份長度做標準，依次可將質量的刻度標出來．
②小玻璃杯盛的液體越多，玻璃杯下沉越明顯，所盛液體最多，也就是小玻璃杯將要完全浸沒．
此時小玻璃杯受三個力：水的浮力F_浮，玻璃杯的重力G、玻璃杯中液體的重力G_液．
三個力的關系是：F_浮=G+G _液，即ρ_水gSH=mg+Mg
化簡得M=ρ_水SH-m
故答案為：
（1）裝置如右圖
制作過程：將細玻璃杯放入盛有水的粗玻璃杯中，使其漂浮，在細玻璃杯的外壁水面的位置記為0，將10g的砝碼放入細玻璃杯中，再記錄水面的位置為10g，用刻度尺量出0-10之間的長度并等分為10份，以一份長度做標準，依次可將質量的刻度標出來．
（2）M=ρ_水SH-m
點評：此題是利用漂浮原理設計實驗的題目，難度較大，需要熟練理解漂浮的特點并正確運用．