Question

在測量一種合金塊密度的實驗中：

（1）調節天平時，發現指針偏向分度盤的右側，如圖甲所示，此時應將平衡螺母向________（填“右”或“左”）旋動；
（2）用正確的方法稱合金塊的質量，平衡時放在盤中的砝碼和游碼在標尺上的位置如圖乙所示，則合金塊的質量為________g；
（3）用細線拴好合金塊，把它放入盛有30mL水的量筒中，水面到達的位置如圖丙所示，則合金塊的體積為________cm³，合金塊的密度為________g/cm³．
（4）請利用以下的器材：合金塊、天平（含砝碼）、一個燒杯、足量的水、細線．再設計出一種測量合金塊密度的實驗方案．要求：寫出方案的實驗步驟及合金塊密度的表達式（用測量量和已知量表示）．
①實驗步驟：________；
②合金密度的表達式：________．

Answer 1

解：（1）圖中指針偏右，應將平衡螺母向左調節；
（2）圖中天平的示數為m=20g+20g++5g+2.4g=47.4g；
（3）合金塊的體積V=40cm³-30cm³=10cm³；
合金塊的密度ρ===4.74g/cm³；
（4）①實驗方案一步驟：
a、用天平稱出合金塊的質量m₀；
b、在燒杯中倒入適量的水，稱出其質量m₁；
c、燒杯仍放在天平左盤，用細線將合金塊系好后，手提細線使合金塊浸沒在此燒杯的水中并保持靜止（水無溢出且合金塊不接觸燒杯）．天平平衡時的稱量值為m₂．
②合金塊密度：ρ=．
（①實驗方案二步驟：
a、用天平稱出合金塊的質量m₀；
b、將合金塊放入裝有適量水的燒杯中，用細線在燒杯外壁與水面相平處做一記號，稱出質量m₁；
c、取出合金塊，向燒杯中加水，直到水面與所標記號相平，稱出質量m₂．
②合金塊密度：ρ=．）
故答案為：（1）左；
（2）47.4；
（3）10；4.74；
（4）①用天平稱出合金塊的質量m₀；
②在燒杯中倒入適量的水，稱出其質量m₁；
③燒杯仍放在天平左盤，用細線將合金塊系好后，手提細線使合金塊浸沒在此燒杯的水中并保持靜止（水無溢出且合金塊不接觸燒杯）．天平平衡時的稱量值為m₂．
ρ=．
（或①
a、用天平稱出合金塊的質量m₀；
b、將合金塊放入裝有適量水的燒杯中，用細線在燒杯外壁與水面相平處做一記號，稱出質量m₁；
c、取出合金塊，向燒杯中加水，直到水面與所標記號相平，稱出質量m₂．
ρ=．）
分析：（1）調節平天時應向指針偏轉的對側移動平衡螺母；
（2）讀天平示數時應將砝碼質量與游碼示數相加；
（3）讀量筒內合金塊和水的總體積時視線應與凹液面相平，讀出總體積后，合金塊和水的總體積與水的體積差，即為合金塊的體積；
利用密度的公式ρ=可求出其密度；
（4）要測量合金塊的密度，需測出合金塊的質量和體積，根據密度公式即可求出合金塊的密度．
器材中沒有測量體積的量筒，所以需要間接測量合金塊的體積是關鍵．方法有兩個：
①采用浮力方法：燒杯中倒入適量的水放在天平左盤，右盤放砝碼天平平衡．細線系好合金塊浸沒在水中但是不碰到燒杯底．右盤增加砝碼，增加的砝碼的質量等于合金塊排開水的質量．根據密度公式可求出合金塊排開水的體積等于合金塊的體積．
②等效替代的方法：燒杯中裝滿水，把合金塊浸沒在水中，合金塊的質量+裝滿水的燒杯的質量=合金塊浸沒在裝滿水的燒杯中后燒杯、水、合金塊的總質量+溢出水的質量，所以溢出水的質量=合金塊的質量+裝滿水的燒杯的質量-合金塊浸沒在裝滿水的燒杯中后燒杯、水、合金塊的總質量，根據密度公式求出溢出水的體積，即等于合金塊的體積．
點評：本題在測合金密度的實驗中，考查了天平的調節與讀圖，量筒的讀數，密度公式的應用．若測量固體的密度只有天平，沒有量筒，需要間接測量固體的體積，可采用浮力法或等效替代的方法．