第二章 物质世界的尺度、质量和密度
一、物体的尺度及其测量
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
能力提升
1.要测量一元硬币的厚度,为使测量结果的误差较小,下列方法中最佳的是( )
A.用刻度尺仔细地测量硬币的厚度
B.用刻度尺多次测量硬币的厚度,求平均值
C.用刻度尺分别测出10个一元硬币的厚度,求平均值
D.用刻度尺测出10个一元硬币叠加起来的总厚度,再除以10,求得一元硬币的厚度
2.用塑料卷尺测量长度时,若用力拉尺测量,那么测量结果将( )
A.偏大 B.偏小
C.不受影响 D.无法确定
3.下列估计值接近于真实值的是( )
A.一本物理课本的厚度约为1.0 mm
B.一支新铅笔的长度为17 mm
C.课桌的高度为0.7 m
D.教室门框的高度为5.5 m
4.
小明用刻度尺和三角板按图测一枚纽扣的直径,该刻度尺的分度值是 mm,纽扣的直径是 cm。?
5.(1)如图所示,用两种不同规格的刻度尺测量同一支铅笔的长度,图甲中铅笔的长度是 cm,图乙中铅笔的长度是 cm。?
甲
乙
(2)图丙中机械停表的示数是 s。 ?
丙
6.某人用学生三角尺测同一个木块长度时,记录下五个数据:①6.78 cm,②6.74 cm,③6.771 cm,④6.93 cm,⑤6.75 cm。其中哪几个数据的记录是正确的?平均测量值是多少?
探究创新
7.量筒的应用
(1)用量筒测不规则固体体积的步骤如下:在量筒中注入适量的水,读出此时水面所对应的示数V1;把固体浸没在盛有适量水的量筒中,读出此时水面所对应的示数V2,则待测固体的体积V= 。?
(2)你认为:在上述操作过程中,怎样把握注入量筒内的水是“适量”的?
答:?
。?
8.利用地图如何测出京广铁路线的总长?
参考答案
知能演练·提升
1.D 解析: 测量物体的长度时,若被测物体的长度小于或接近刻度尺的分度值,需要用累积法,A、B、C三个选项不符合题意,故选D。
2.B 解析: 塑料卷尺被拉长后,刻度的间距变大,大于实际长度,会使测量结果偏小。
3.C 解析: 对长度单位要有感性的认识,对常见物体的长度要有大概的了解。一本物理课本的厚度约为 1.0 cm,一支新铅笔的长度约为17 cm,课桌的高度约为 0.7 m,教室门框的高度约为2.5 m。
4.答案: 1 1.10
5.解析: 刻度尺读数时,应估读到分度值的下一位,题图甲中,刻度尺的分度值为1 cm,故其读数为4.8 cm(4.6 cm或4.7 cm);题图乙中,刻度尺的分度值为1 mm,其读数为4.70 cm(4.71 cm)。由题图丙可以看出,机械停表的示数为32 s。
答案: (1)4.8(4.6或4.7) 4.70(4.71) (2)32
6.解析: 第④个数据与其他四个不同,这肯定是读数错误造成的。由于学生三角尺最小刻度值为毫米,因此第③个数据记录到0.01 mm时就出现了两位估读数,属无效数据。在计算平均测量结果时应排除无效的和错误的数据,同时仍应保留一位估计数,第二位应四舍五入,第三位不用出现。
L=L1+L2+L33=6.78cm+6.74cm+6.75cm3=20.27cm3=6.76 cm。
答案: 第①②⑤组 6.76 cm
7.解析: (1)用量筒测不规则固体体积是通过观察它排开的水的体积来实现的,则待测固体的体积V=V2-V1。(2)如果量筒内的水太少,不能浸没固体;如果水太多,当固体放入时水面超出量筒的最大刻度值,就无法读出总体积。
答案: (1)V2-V1 (2)注入量筒内的水至少能浸没放入其中的待测固体,且待测固体放入后液面应低于量筒的最大刻度线
8.解析: 刻度尺主要用来测量某一直线的长度,使用起来比较方便。若要测某一曲线的长度时,我们可以采用“化曲为直法”来测量。
答案: 首先将一根没有弹性的棉线与地图上的京广铁路线重合,并在棉线与铁路两端点处重合的地方作记号;然后将棉线拉直,用刻度尺量出棉线上两记号间的距离,即为京广铁路线在地图上的总长;再结合地图上的比例尺,可计算出京广铁路线的总长。
二、物体的质量及其测量
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
能力提升
1.下列估测值最接近实际的是( )
A.一张课桌的高度约为2 m
B.一支粉笔的长度约为40 cm
C.一名初中学生的质量约为500 kg
D.一个鸡蛋的质量约为50 g
2.一架天平的砝码已经磨损,用这架天平测得物体的质量与真实值相比较( )
A.偏大 B.偏小
C.相同 D.无法判断
3.下面是四位同学在使用托盘天平时的操作,其中正确的是( )
A.指针在分度盘的中央红线两边摆动的幅度相同时,就可以读数了
B.用手去拿砝码,这样做方便
C.测量过程中发现天平不平衡,将天平的左右两个托盘对调使用
D.把物体放在右盘,把砝码放在左盘
4.下列关于质量的说法中正确的是( )
A.水结成冰后质量变大了
B.物理课本在北京和上海的质量是一样的
C.1 kg的棉花比1 kg的铁块质量小
D.将铁块压成铁饼,质量减小了
5.
小明在一次郊游时拾到一块疑似玉石的小石块,小明想知道“玉石”的质量,于是带回学校,用天平进行测量。当天平平衡时所用砝码和游码的位置如图所示。该天平的分度值为 g。如果将该“玉石”通过宇航员带到月球上,它的质量为 g。?
6.
观察右图天平的使用,操作错误的有哪些,写出其中两条:
(1) 。?
(2)?
。?
7.(2017·江苏泰州中考)小明用天平测量矿石的质量,他先把天平放在 台面上,再将游码调到“0”刻度线处,发现指针停在如图甲所示的位置,要使天平平衡,应将平衡螺母向 调。调好天平后,他进行了正确的操作,砝码和游码的位置如图乙所示,矿石的质量为 g。?
探究创新
8.用天平测量一个塑料瓶的质量,然后将其剪碎再放到天平上测量,比较两次测量结果发现测量值相等,这说明物体的质量与 无关;将一小块冰放入杯中用天平测量总质量,当冰融化成水后,再测水和杯的总质量,比较两次测量结果发现测量值相等,这说明物体的质量与 无关。?
9.小明利用天平测一块小石块的质量。
(1)他将天平放在水平桌面上。当调节天平横梁平衡时,将游码移至横梁标尺左端零刻度线处,发现指针停在分度盘的右侧,他应将平衡螺母向 (选填“左”或“右”)移动,使天平平衡。?
(2)他测量小石块质量时的情形如图所示,其中违反操作规定的是 。?
(3)图中小石块的实际质量是 g。?
参考答案
知能演练·提升
1.D 解析: 一张课桌的高度大约为80 cm,远小于 2 m,选项A错误;一支粉笔的长度不到10 cm,选项B错误;一名初中学生的质量约为50 kg,选项C错误;一个鸡蛋的质量约为50 g,选项D正确。
2.A 解析: 因为砝码磨损,其实际质量减小,用它来平衡与它示数质量相同的物体时,必须移动游码。所以,读出的值要比物体的实际质量大。
3.A 解析: 当天平的指针在分度盘的中央红线两边摆动的幅度相同时,表明天平已经平衡,这时可以读数,而不必等指针完全静止下来。在测量时不能用手拿砝码,因为砝码沾了手上的汗后容易生锈,沾上灰尘后也会改变砝码的质量,故B选项错误。不平衡的天平不能通过将左右两个托盘对调的方式调整,C选项也是错误的。待测物体应该放在天平的左盘,这是由天平本身的构造所决定的,故D选项也是错误的。
4.B 解析: 水结成冰后,状态发生变化,质量不变,故A错误;物理课本在北京和上海只是位置不同,质量不变,故B正确;1 kg的棉花和1 kg的铁块的质量相等,故C错误;把铁块压成铁饼,形状发生变化,质量不变,故D错误。
5.解析: 此时标尺一个大格是1 g,又分了5份,所以一个小格是0.2 g,故分度值是0.2 g;此时砝码的质量是15 g,游码所对的数值是1.4 g,故此时物体的质量是16.4 g;由于质量是物体中所含物质的多少,与物体的形状、状态、位置和温度是无关的,所以如果将该“玉石”通过宇航员带到月球上,它的质量依然为16.4 g。
答案: 0.2 16.4
6.解析: 测量前调节天平平衡时,应该将游码归零,这也是最容易忽视的地方;测量物体质量时,先往右盘中按“先大后小”的顺序试加砝码,然后视情况移动游码。
答案: (1)用手直接拿砝码 (2)砝码与被称量物体在盘中位置放反 (3)标尺上的游码未放置到零刻度线处(答两条即可)
7.解析: 在用天平测量矿石的质量时,应将天平放在水平台面上,游码移至标尺左端的“0”刻度线处。由题图甲可知,指针偏右,说明右侧质量偏大,此时应将平衡螺母向左调节;由题图乙可知,矿石的质量是m=50 g+2.4 g=52.4 g。
答案: 水平 左 52.4
8.解析: 改变塑料瓶的形状,其质量不变,这说明物体的质量与形状无关;冰融化成水,改变了它的状态,其质量不变,这说明物体的质量与状态也无关。
答案: 形状 状态
9.解析: 指针停在分度盘的右侧,说明右侧重,应将平衡螺母向左调。从题图看出,天平的左盘中放了砝码,右盘中放了物体,物体与砝码的位置放反了,根据天平测量物体质量的原理知,左物质量=右码质量+游码示数,所以放反之后应该是右物质量=左码质量-游码示数。
答案: (1)左 (2)被测小石块放在右盘,砝码放在左盘
(3)22.8
三、学生实验:探究——物质的密度
知能演练提升
ZHINENG YANLIAN TISHENG
能力提升
1.一把汤匙的质量是18.4 g,体积是8 cm3,则根据如下密度表,可以知道做成这把汤匙的材料可能是( )
物质
银
铜
铁
铝
陶瓷
密度/(kg·m-3)
10.5×103
8.9×103
7.9×103
2.7×103
2.3×103
A.铝 B.铜 C.铁 D.陶瓷
2.小明利用天平和量杯测量某种液体的密度,得到的数据如下表,根据数据绘出图像如图所示,则量杯的质量与液体的密度是( )
液体与量杯的质量m/g
40
60
80
100
液体的体积V/cm3
20
40
60
80
A.20 g,1.0×103 kg/m3
B.60 g,0.8×103 kg/m3
C.60 g,1.0×103 kg/m3
D.20 g,0.8×103 kg/m3
3.分别由甲、乙两种物质组成的不同物体,其质量与体积的关系如图所示。分析图像可知,两种物质的密度之比 ρ甲∶ρ乙为( )
A.1∶2 B.2∶1
C.4∶1 D.8∶1
4.有一捆粗细均匀的铜线,其横截面积是2.5 mm2,质量为89 kg,已知铜的密度为8.9×103 kg/m3,则这捆铜线的长度为( )
A.4 m B.40 m C.400 m D.4 000 m
5.事实表明,0~4 ℃的水“热缩冷胀”,高于 4 ℃ 的水“热胀冷缩”,由此可知4 ℃水的 最大,所以封冻河面下较深河底的水温保持4 ℃。冰层下接触冰的水的温度是 ℃。?
6.现有由同种材料制成的A、B两金属球,其中一个是实心的,它们的质量分别为128 g、60 g,体积分别为16 cm3、12 cm3。实心球是 (选填“A”或“B”)球。?
7.小明妈妈为家里自酿了很多红葡萄酒,小明想知道自酿葡萄酒的密度,于是和学习小组的同学们一起利用天平、量筒进行测量。他们的操作如下:
(1)将天平放在 上,游码拨至标尺左端 处,并调节天平平衡。?
(2)用天平测量空烧杯的质量,如图甲是小明测量过程中的情景,他的错误是 。纠正错误后,测得空烧杯的质量是41.6 g。?
(3)取适量的葡萄酒倒入烧杯中,用天平测葡萄酒和烧杯的总质量,天平平衡时,右盘中砝码及游码的位置如图乙所示,其总质量为 g。?
(4)将烧杯中的葡萄酒全部倒入量筒中(如图丙所示),则量筒中葡萄酒的体积是 cm3。根据测量数据计算出葡萄酒的密度是 g/cm3。?
(5)分析上述方法,测出葡萄酒的密度会偏 (选填“大”或“小”)。?
探究创新
8.某同学用天平和量筒测量小石块的密度。
甲
乙
(1)测量原理公式是 。?
(2)图甲为用天平测量小石块质量过程中的几个情境,合理的顺序是 (填字母)。?
(3)由图甲b可知,小石块的质量是 g。?
(4)将石块放入盛有40 mL水的量筒中,静止时液面情况如图乙所示,则小石块的密度是 kg/m3。?
9.我国古典名著《西游记》中,齐天大圣孙悟空用来降妖除魔的如意金箍棒本来是东海中的一根“定海神针”。书中写道:“该棒长两丈多,斗来粗细,有 13 500 斤。”其体积用国际单位表示大约是0.86 m3。
(1)计算一下如意金箍棒的密度是多大,它可能用地球上的什么物质做成?
(2)这根金箍棒的体积可以随意变化。当孙悟空挥动它除妖魔时,它的体积只有原来的120,而目前已知地球上密度最大的物质是金属锇,密度是2.25×104 kg/m3,地球上有做成这种金箍棒的物质吗?
参考答案
知能演练·提升
1.D 解析: 汤匙的密度为ρ=mV=18.4g8 cm3=2.3 g/cm3=2.3×103 kg/m3,和表中陶瓷的密度相同,由此我们可知,此汤匙可能是用陶瓷做成的。
2.A 解析: 从题表格中数据可以看出,量杯中每增加20 g 液体,液体的体积都是增大20 cm3,根据密度的计算式可得此液体的密度为ρ=20g20 cm3=1 g/cm3=1.0×103 kg/m3。当液体的体积为0时,由题图可得量杯的质量为20 g。
3.D 解析: 当m甲=40 g时,V甲=10 cm3,当m乙=10 g 时,V乙=20 cm3,则甲、乙的密度分别为ρ甲=m甲V甲=40g10cm3=4 g/cm3,ρ乙=m乙V乙=10g20cm3=0.5 g/cm3,所以,甲、乙的密度之比ρ甲∶ρ乙=8∶1,故选D。
4.D 解析: 由ρ=mV得铜线的体积
V=mρ=89kg8.9×103 kg/m3=0.01 m3
因为V=Sl,S=2.5 mm2=2.5×10-6 m2,所以这捆铜线的长度l=VS=0.01m32.5×10-6 m2=4 000 m。
5.解析: 事实证明,温度高于4 ℃时,随着温度的升高,水的密度越来越小,温度低于4 ℃时,随着温度的降低,水的密度也越来越小,故水在4 ℃时密度最大;冰下和水的交界处,有冰有水,其温度等于冰水混合物的温度0 ℃。
答案: 密度 0
6.解析: A金属球的密度ρA=mAVA=128g16 cm3=8 g/cm3,B金属球的密度ρB=mBVB=60g12 cm3=5 g/cm3。由于ρA>ρB,所以A金属球是实心的。
答案: A
7.解析: (1)在使用天平时应先把天平放到水平台上,游码移到标尺左端的零刻度线处,并调节平衡。(2)由题图甲可以看出,在测量的过程中,调节平衡螺母,这是错误的。(3)由题图乙可知,砝码总质量是50 g+20 g+10 g=80 g,游码对应的刻度值是1.6 g,所以读数为80 g+1.6 g=81.6 g。(4)由题图丙知,量筒的分度值为5 mL,所以葡萄酒的体积为40 mL,即为40 cm3。又因为烧杯的质量为41.6 g,所以葡萄酒的质量为81.6 g-41.6 g=40 g。葡萄酒的密度为ρ=mV=40g40cm3=1 g/cm3。(5)当将烧杯中的葡萄酒倒入量筒中时,烧杯壁上会附着一定量的葡萄酒,从而使体积测量的数值偏小,这样得出的密度值就偏大。
答案: (1)水平台 零刻度线
(2)在测量过程中调节平衡螺母
(3)81.6
(4)40 1
(5)大
8.解析: (1)本实验的目的是测量石块的密度,提供的测量工具是天平和量筒,所以实验原理公式是ρ=mV。(2)使用天平测量物体质量分两步:调平天平,测量质量。将天平放在水平台上,将游码拨到标尺最左端的零刻线处,调节平衡螺母使横梁平衡;将被测物体放在左盘,估计质量,用镊子夹取适当的砝码放在右盘,必要时调节游码,使横梁平衡。所以测量顺序为acb。(3)石块的质量为m=50 g+20 g+1.4 g=71.4 g。(4)石块的体积为V=60 cm3-40 cm3=20 cm3,石块的密度为ρ=mV=71.4g20cm3=3.57 g/cm3=3.57×103 kg/m3。
答案: (1)ρ=mV (2)acb (3)71.4 (4)3.57×103
9.解析: 根据ρ=mV即可算出金箍棒的密度,从而鉴别其是由何种物质做成的;若金箍棒的体积缩小到原来的120,但质量不变,金箍棒的密度将增大为原来的20倍。
(1)金箍棒的密度ρ=mV=6 750kg0.86m3=7.85×103 kg/m3,可能是地球上的钢铁制成的。
(2)若金箍棒被孙悟空挥动时,金箍棒的体积改变为V1=120V=0.043 m3,而质量m保持不变,则此时金箍棒的密度ρ1=mV1=6 750kg0.043m3=15.7×104 kg/m3,大于2.25×104 kg/m3,故地球上没有此物质。
答案: (1)7.85×103 kg/m3 钢铁 (2)没有
四、新材料及其应用
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ZHINENG YANLIAN TISHENG
能力提升
1.发展绿色食品、避免“白色污染”、增强环保意识,是保护环境、提高人类生存质量的主要措施。作为破坏环境较重的“四大污染”之一的“白色污染”是指( )
A.有机非金属 B.有白色光泽的金属
C.废弃塑料 D.白色的复合材料
2.“低能耗”“低废水”“低废弃物”是低碳理念的重要内涵。下列做法不符合低碳理念的是( )
A.推广利用太阳能
B.家庭电器长期处于待机状态
C.循环使用生活用水
D.回收有机垃圾用于生产沼气
3.下列关于几种电源的特点说法正确的是( )
A.干电池轻便、简单,能重复使用且对环境无污染
B.铅蓄电池能反复使用,且携带方便
C.锂离子电池体积小,能反复使用且无任何污染
D.硅光电池能够把太阳能直接转换为电能,并且完全不会造成污染
4.下列关于纳米的叙述中,错误的是( )
A.纳米是一个长度单位,符号是nm
B.人们在纳米尺度内发现很多新的现象,给技术上带来很多新进展
C.纳米技术处在现代科学技术的前沿,我国在这方面的研究具有世界先进水平
D.所有的高科技产品都与纳米技术有关
5.锂是密度最 的金属,用锂作电极制造出的锂电池具有 、 、 、对环境污染小等特点,已经被广泛地用于移动通信、小型摄像机等设备上。?
6.纳米材料具有广泛的应用,纳米铜在室温下可以拉长达50多倍而不出现裂纹,所以它具有很好的 性,用纳米陶瓷粉制成的陶瓷,坚硬,“不怕火”,所以硬度 、熔点 。?
7.右图是上海世博会中国馆展出名为“叶子”的小型低碳化未来汽车。车顶部的巨型叶子实际上是一个高效光电转换器,它可将 能转化为电能;车轮的轮毂其实是四个风力发电机,可以把捕捉到的风能转化为 能,充入自身电池储存起来。同时,它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳转化为电能并供车内照明,或转化为车内的空调制冷剂,不但是“零排放”,还实现了“负排放”。与传统汽车相比,叶子车的优点是 。(写出一点即可)?
8.请仔细阅读下文,并回答文后问题。
纳米陶瓷
纳米陶瓷作为高新科技材料应用广泛。贴于“神舟”七号飞船外表面的“太空”纳米陶瓷,具有永久、稳定的防静电性能,且有耐磨、耐腐蚀、耐高温、防渗透等特点。采用氧化锆材料精制而成的纳米陶瓷刀,具有金属刀无法比拟的优点:刀刃锋利,能切割钢铁等物质,能削出如纸一样薄的肉片;硬度高,其耐磨性是金属刀的60倍;完全无磁性;不生锈变色,健康环保;可耐各种酸碱有机物的腐蚀;为全致密材料,无孔隙、不粘污、易清洁。纳米陶瓷充分体现新世纪、新材料的绿色环保概念,是高新技术为现代人奉献的又一杰作。
(1)“神舟”七号飞船与空气摩擦呈炽热状态时,飞船舱不至于被烧毁的原因之一是飞船外表面的陶瓷具有 的特点。?
(2)纳米陶瓷刀的耐磨性好,是因为它的 高。?
(3)右图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线,其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线 (填字母)。?
探究创新
9.认真阅读下面的短文,回答后面的问题。
中科院成功研制出高性能
纳米复合稀土永磁体薄膜
据报道,于北京召开的中科院沈阳材料科学国家实验室理事会会议上,沈阳金属研究所张志东研究员介绍了研究小组制备的纳米复合稀土永磁体和薄膜材料,项目指标达到目前报道的最高值。这一成果显示,由分布很好的晶粒非常细小的硬磁相和软磁相组成的多层薄膜,可望成为新一代稀土永磁材料,在信息、微机械、微电机等领域将有广阔的应用前景。最近,该研究小组与美国内布拉斯加大学林肯分校合作,又在制备高性能的纳米复合稀土永磁多层薄膜磁体方面取得进展。他们采用磁控溅射方法制备纳米复合稀土永磁多层薄膜磁体,通过控制多层薄膜的厚度来控制退火过程中硬磁相和软磁相的晶粒生长和分布。精心设计的多层膜由晶粒尺寸为40 nm的硬磁相和连续分布的软磁相组成。从而在多层薄膜中实现了磁性交换耦合和剩磁增强效应,有效地结合了硬磁相和软磁相的优良磁性,实现了剩磁增强效应,在薄膜磁体中获得了最大磁能积203 kJ/m3。与会专家高度评价了这一成果,认为“在国际同领域中处于领先水平,为探索新型永磁材料提供了新思路,对永磁材料的发展及应用具有重要的指导意义”。
(1)为什么把这种新材料称为纳米材料?
(2)这种新材料主要是由什么组成的?
(3)这种新材料的特性是什么?
(4)这种新材料在哪些领域有广阔的应用前景?
参考答案
知能演练·提升
1.C
2.B 解析: 家用电器处于待机状态,也消耗一定的电能,不用时应关闭电源,减少能源的浪费。
3.D 解析: 干电池不能反复使用,且抛弃后会产生严重的重金属污染,A项错误;铅蓄电池质量很大,虽能反复充电使用,但携带不方便,B项错误;锂离子电池体积小,能反复充电,但废弃电池也会产生污染,C项错误;硅光电池是理想的电源,无污染,使发电效率提高,D项正确。
4.D 解析: 纳米是一个长度单位,在纳米尺度内,物质的物理或化学性质都会发生改变,因此会带来很多创新,我国在纳米研究方面已经走在了其他国家的前列。因此选项A、B、C正确。并非所有的高科技产品都与纳米技术有关,因而选项D说法不对。
5.答案: 小 体积小 质量轻 能够多次充电
6.答案: 延展 大 高
7.答案: 光(或太阳) 电 节能环保(降低温室效应等)
8.答案: (1)耐高温 (2)硬度 (3)c
9.答案: (1)这种新材料的几何尺度在1~100 nm的范围内,仅有40 nm,它的物理性质与较大尺度相比,发生了异常的变化,所以把这种新材料称为纳米材料。(2)这种新材料是由晶粒尺寸为40 nm的硬磁相和连续分布的软磁相组成。(3)这种新材料的特性是实现了剩磁增强效应,在薄膜磁体中获得了最大磁能积203 kJ/m3。(4)这种新材料在信息、微机械、微电机等领域有广阔的应用前景。
