Question

11．一次課外小組活動中，小明同學做“測石塊密度”的實驗，實驗器材：托盤天平（沒有砝碼）、量筒、水、兩個相同的燒杯、塑料繩、小石塊（不吸水）．請幫小明完成實驗步驟：
（1）將天平放在水平臺上，調節天平橫梁平衡時，發現指針偏向分度盤中央刻度線的左側，此時應將平衡螺母向右（選填“左”或“右”）移動；
（2）將一只空燒杯和小石塊放在天平左盤，右盤內放相同的燒杯，并在杯內加水，直到天平重新平衡；
（3）將右盤燒杯中的水倒入量筒中，記下量筒中水的體積V₀；
（4）量筒中加入適量水，記下水的體積V₁；
（5）用塑料繩系住小石塊，使其浸沒在量筒水中，讀出水面所對的刻度值V₂；
（6）石塊密度ρ_石=$\frac{{ρ}_{水}{V}_{0}}{{V}_{2}-{V}_{1}}$．（水的密度用ρ_水表示）
[拓展]（1）實驗中，小明測得的石塊密度與真實值相比偏小（填“偏大”或“偏小”）
（2）小明借助現有器材，測量出某液體的密度．操作完成（1）-（3）步后，他將水換成某液體，重復第（2）、（3）步，并記下量筒中液體的體積V₄，則該液體的密度用ρ_水及相關已知量的字母表示為ρ_液=$\frac{{ρ}_{水}{V}_{0}}{{V}_{4}}$．

Answer 1

分析 （1）先將天平放在水平臺上，然后調節天平平衡，調節時要將平衡螺母向指針偏轉的相反方向調節；
（2）測量小石塊的質量和體積，根據密度公式求小石塊的密度．
測量小石塊的質量：天平沒有砝碼，不變按照常規進行測量，把天平的橫梁調平之后，左右兩盤放相同燒杯，左盤再放小石塊，右盤燒杯中倒水，使天平橫梁重新平衡．即可測得水的質量等于小石塊的質量．把水倒入量筒，測量體積，知道水的密度，可以求出水的質量．
測量小石塊的體積：量筒中倒入適量的水記下體積，把小石塊用細線拴好，浸沒在水中，記下水和小石塊的總體積，可以求出小石塊的體積．
[拓展]（1）實驗中，將右盤燒杯中的水倒入量筒中時，倒不干凈，燒杯內壁會沾有水；
（2）操作完成（1）-（3）步后，他將水換成某液體，重復第（2）、（3）步，并記下量筒中液體的體積V₄，根據由ρ=$\frac{m}{V}$可求得該液體的密度．

解答 解：
（1）將托盤天平放在水平臺面上，將游碼調到標尺左端的零刻度處，調節天平在水平面上平衡時要將平衡螺母向指針偏轉的相反方向調節，指針偏向分度盤的左側，所以應向右調節平衡螺母．
（2）將一只空燒杯和小石塊放在左盤，由于天平沒有砝碼，要測石塊的質量可以轉化為測水的質量；則應在右盤內放相同的燒杯，并在杯內加水，直到天平重新平衡；所以，右盤燒杯中水的質量等于小石塊的質量．
（3）將右盤杯中的水倒入量筒中，記下量筒中水的體積V₀；
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，小石塊的質量m=m_水=ρ_水V₀；
（4）在量筒中盛適量水，記下水的體積V₁；
（5）用細線系住小石塊，使其浸沒在量筒水中，讀出水面所對的刻度值V₂；
則由排水法可知，小石塊的體積V=V₂-V₁，
（6）因為小石塊的質量m=m_水=ρ_水V₀，小石塊的體積V=V₂-V₁，
則小石塊的密度：ρ_石=$\frac{m}{V}$=$\frac{{ρ}_{水}{V}_{0}}{{V}_{2}-{V}_{1}}$．
[拓展]
（1）實驗中，將右盤燒杯中的水倒入量筒中時，倒不干凈，燒杯內壁會沾有水，則測得燒杯中水的體積V₀偏小，從而導致測得小石塊的質量m=m_水=ρ_水V₀偏小，由ρ=$\frac{m}{V}$可知，小明測得的石塊密度與真實值相比偏小．
（2）小明借助現有器材，測量出某液體的密度．操作完成（1）-（3）步后，他將水換成某液體，重復第（2）、（3）步；
則液體的質量m_液=m_水=ρ_水V₀，液體的體積V_液=V₄，
所以，該液體的密度ρ_液=$\frac{{m}_{液}}{{V}_{液}}$=$\frac{{ρ}_{水}{V}_{0}}{{V}_{4}}$．
故答案為：
（1）右；
（2）右盤內放相同的燒杯，并在杯內加水；
（3）將右盤燒杯中的水倒入量筒中；
（6）$\frac{{ρ}_{水}{V}_{0}}{{V}_{2}-{V}_{1}}$；
【拓展】（1）偏小；（2）$\frac{{ρ}_{水}{V}_{0}}{{V}_{4}}$．

點評 本題考查了對固體密度測量實驗的理解；天平沒有砝碼，無法直接測量小石塊的質量，利用等效替代的方法，用水的質量等于小石塊的質量，再測量水的體積，根據密度的導出公式，求出水的質量，即小石塊的質量，這是本題的關鍵．