初中物理 轻松学会测密度——间接测量法
一、学习目标
1. 理解密度公式,会利用密度公式求解相关的物理量;
2. 知道“等积法”的物理思维方式,会利用水的密度解决相关问题;
3. 能用密度知识解决一些简单的问题。
二、重难点提示
“等积法”求密度。
考点精讲:
(一)缺少量筒测固体的密度
1. 如果物体是规则形状,则可以用“天平+刻度尺”:
比如物体是长方体:用天平测物体的质量,用刻度尺测出物体的长、宽、高,算出体积。
2. 如果物体是不规则形状,
器材:烧杯、水、金属块、天平
步骤:(1)往烧杯装满水,放在天平上称出质量为 m1;
(2)将属块轻轻放入水中,溢出部分水,再将烧杯放在天平上称出质量为m2;
(3)将金属块取出,把烧杯放在天平上称出烧杯和剩下水的质量m3。
计算表达式:
收集溢水的方法:
(二)缺少量筒测液体的密度
器材:烧杯、水、待测液体、天平
步骤:(1)用天平测出烧杯的质量m1;
(2)往烧杯内倒满水,测出总质量m2;
(3)倒去烧杯中的水,往烧杯中倒满待测液体,称出总质量m3。
计算表达式:
例题1 运用知识,解决问题:
(1)一个瓶子能装2kg煤油,用这个瓶子最多可装多少kg纯水?(ρ煤油=0.8×103kg/m3)
(2)小明在回家的路上捡到一块矿石,他想利用自己学具盒中的器材测一下矿石的密度,但发现量筒找不到了,只有天平、小烧杯。他根据学过的知识,利用这些器材和家中的水测出了这块矿石的密度,需要进行如下的测量:
①_________________________________________;
②_________________________________________;
③___________________________________________________________。
利用上面所测量的物理量,求出矿石密度的最终表达式为:ρ=_________________。
思路分析:(1)∵瓶子的容积不变,∴最多能装水的体积和煤油的体积相等,
则,即:,
解得:m水=2.5kg。
(2)需要进行的测量:
①调节好天平,测出矿石的质量m;
②将小烧杯中装满水,用天平称出它们的总质量为m1;
③将矿石放入盛满水的小烧杯中,(待水不再外溢后)用天平称出小烧杯、矿石和剩余水的总质量为m2;
溢出水的质量:m溢水=m+m1-m2,
矿石的体积:V=V溢水=,
矿石的密度:ρ==。
答案:(1)这个瓶子最多可装2.5kg的纯水。(2)①调节好天平,测出矿石的质量m;
②将小烧杯中装满水,用天平称出它们的总质量为m1;③将矿石放入盛满水的小烧杯中,(待水不再外溢后)用天平称出小烧杯、矿石和剩余水的总质量为m2;矿石密度的最终表达式为:。
技巧点拨:(1)瓶子的容积不变,即最多能装水的体积和煤油的体积相等,根据密度公式的变形式得出等式,即可求出最多可装纯水的质量。
(2)在没有量筒的情况下,实验的难点就是如何利用溢水杯测出矿石的体积,这时可考虑通过等效替代法,算出排水的体积,就是矿石的体积,最终求出密度。
例题2 小明喝牛奶时,想知道牛奶的密度。于是他进行了如下操作:
(1)把天平放在水平桌面上,将游码移至标尺左端的零刻度线处,发现指针向左偏。此时他应向______(填“左”或“右”)端调节平衡螺母,使指针指在分度盘的中线处。
(2)把空杯子放在天平左盘上,在右盘中放入10g砝码后,再用镊子向右盘夹取砝码,发现放上质量最小的砝码时,指针向右偏;取下它,指针向左偏,则他下一步的操作是________________。当横梁再次平衡后,如图所示,杯子的质量m=________。
(3)他利用现有的实验器材和足够的水,完成以后的实验操作,请你写出实验步骤及所测物理量的符号:
第一步:________________________________________;
第二步:________________________________________。
(4)牛奶密度的表达式:ρ牛奶=________。
思路分析:(1)指针向左偏,此时他应向右调平衡螺母。
(2)放上质量最小的砝码时,指针向右偏;取下它,指针向左偏,则他下一步的操作是:调节(或移动)游码;塑料杯子的质量m0=14g。
(3)实验步骤:
第一步:在杯子中装满水,用天平测出杯子与水的总质量为m1;
第二步:将水倒掉并擦干杯子,再向杯中装满牛奶,用天平测出杯子与牛奶的总质量为m2;
计算:
水的质量是m1-m0;水的体积是;
牛奶的质量是m2-m0;牛奶的体积是;
两体积相等:=;
牛奶的密度是:ρ牛奶=。
答案:(1)右;(2)调节(或移动)游码 14g;(3)第一步:在杯子中装满水,用天平测出杯子与水的总质量为m1;第二步:将水倒掉并擦干杯子,再向杯中装满牛奶,用天平测出杯子与牛奶的总质量为m2;(4)。
技巧点拨:(1)天平平衡的标志是:指针指在分度盘的中央或左右摆动幅度相等,指针左偏右调,右偏左调。(2)天平使用时,左物右码,当用砝码无法使天平再次达到平衡时,可以调节游码;物体质量等于砝码质量加游码示数。(3)根据已给的器材可知:水的密度作为已知条件,合理利用杯子的容积,让水的体积与牛奶的体积相等来计算牛奶的密度。
【高频疑点】
等容法(等积法):
(1)在没有量筒(或量杯)的条件下,可借助水和其他容器来测量未知液体的密度。
(2)在没有量筒(或量杯)的条件下,也可借助水和其他容器来测量未知固体的密度。
【技巧突破】测固体体积:
不溶于水 密度比水大 排水法测体积
密度比水小 按压法、捆绑法、吊挂法、埋砂法
溶于水 饱和溶液法、埋砂法、整型法(如果被测物体容易整型,如土豆、橡皮泥,可把它们整型成正方体、长方体等,然后用刻度尺测得有关长度,易得物体体积)
同步练习:
(答题时间:15分钟)
1. 只给你天平、刻度尺、一盒大头针、一本书,你不能做的实验是( )
A. 测一个大头针的质量 B. 测一张纸的质量
C. 测大头针的密度 D. 测纸的密度
2. 在家中没有量筒,只有一个天平、一个空矿泉水瓶(有盖儿)、细绳和一些水,设法测出牛奶的密度,写出简要的测量步骤,写出牛奶密度的表达式(用所测量字母表示)。
实验步骤:
(1)用________测出空瓶的质量记为m0,将瓶中灌满水,拧紧瓶盖,再测出瓶和水的总质量m1,则水的质量为m水=m1-m0。
(2)由公式V水=计算出水的体积V水=
(3)________________________________________________________。
(4)m奶=________。
(5)则牛奶的密度:ρ奶=________________。
3. 实验室里备有天平(含砝码)、刻度尺、量筒、空瓶、烧杯、水和细线,请你设计两种测定一个正方体小金属块的密度的方法(不需写方法),然后按方法要求从上面的器材中选择适当的器材填在对应的方法中。
方法一:________________________________。
方法二:________________________________。
4. 小刚同学想测酱油的密度,但家里只有天平、小空瓶,而没有量筒。他思考后,按照自己设计的实验步骤进行了测量,测量内容及结果如图所示。
(1)他第三次测得物体的质量,如上图乙中砝码和游码所示,其结果是m3=________g。
(2)请按照图甲中所示的顺序,写出对应的实验步骤:
第一步:________________。
第二步:________________________________________________________。
第三步:________________________________________________________。
(3)请根据小刚同学测量的数据,帮他计算出酱油的密度:ρ=________。
5. 小明同学想测量酱油的密度,但家里只有天平、小空瓶,而没有量筒。他思考后,按照自己设计的实验步骤进行了测量。
(1)小明首先将天平放在________上,游码移至称量标尺左端________处,发现指针静止时指在分度盘中央的左侧,如图乙所示,则应将平衡螺母向________(填“左”或“右”)调节,使横梁平衡。
(2)小明设计的实验步骤如下:
A. 用天平测出空瓶的质量m1;
B. 将空瓶中装满水,测出瓶和水的总质量m2;
C. 倒出空瓶中的水,用纸巾将瓶内的水抹干,再将瓶内装满酱油,测出其总质量m3。
(3)小明完成实验的测量内容及结果如图甲所示,他第三次测得物体的质量如图乙中砝码和游码所示,其结果m3=________g。
(4)由图甲所示,请你计算出小明实验中酱油的体积为________cm3,则酱油的密度是________kg/m3(小数点后保留2位)。
(5)如果小明在实验操作中,没有将瓶内的水完全倒尽并擦干,使瓶内残留了部分水,这将造成所测酱油的密度________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(6)本实验中采用了________________方法来测量酱油的体积。
6. 下面是用小瓶、水、天平和砝码测量酱油密度的实验步骤,请你补充完整:
(1)用天平测出________的质量m0;
(2)在小瓶中倒满水,用天平测出总质量m1,则瓶中水的质量为________;
(3)将水倒出,再往小瓶中倒满________,用天平测出总质量m2;
(4)由上面测出的数据,算出酱油的密度,表达式为ρ=__________________________。
7. 在综合实践活动中,第二小组同学打算利用量筒、天平、水来测量马铃薯的密度,但发现所测马铃薯的尺寸大于量筒口径,这样就无法将马铃薯直接放入量筒中去测其体积,同时发现马铃薯的尺寸小于烧杯口径,请你利用下列提供的实验室及生活中的常见器材,设计两种测量该马铃薯密度的实验方案。
实验方案一 实验方案二
实验器材 烧杯、量筒、天平、记号笔、水 天平、小刀、刻度尺
实验步骤
密度表达式(用测量的物理量表示)
答案:
1. C 解析:(1)利用天平采用累积法,可以测量一个大头针的质量和一张纸的质量;利用刻度尺,可以直接测出一张纸的长、宽,采用累积法,可以测出一张纸的厚度,算出一张纸的体积,从而求出纸的密度。(2)大头针的体积无法测量,无法测量大头针的密度,所以能做的实验是ABD,不能做的实验是C。
2. 天平;将水倒出,将瓶中灌满牛奶,拧紧瓶盖,则V奶=V水,再测出瓶和牛奶的总质量m2;m2-m0;。
解析:实验步骤:
(1)用天平测出空瓶的质量记为m0,将瓶中灌满水,拧紧瓶盖,再测出瓶和水的总质量m1,则水的质量为m水=m1-m0;
(2)由公式V水=,计算出水的体积V水=;
(3)将水倒出,将瓶中灌满牛奶,拧紧瓶盖,则V奶=V水,再测出瓶和牛奶的总质量m2;
(4)m奶=m2-m0;
(5)则牛奶的密度:ρ奶==
3. 天平(含砝码)、刻度尺;天平(含砝码)、量筒、烧杯、水和细线。
解析:依据公式ρ=可知,需要测量的物理量是质量和体积。质量可以通过天平测出,关键在于如何选择适当的器材,测出正方体小金属块的体积。分析可知,解决问题的关键在于测金属块的体积,所以我们可以考虑以下两种方案:一是用刻度尺测量出正方体金属块的边长,求出它的体积;二是使用量筒、水、细线,采用排水法来进行测量。故选用的器材是:方法一:天平(含砝码)、刻度尺;方法二:天平(含砝码)、量筒、烧杯、水和细线。
4.(1)78.2g;(2)用调平的天平测出空瓶的质量m1;瓶子里装满水,测出水与瓶子的总质量m2,减去空瓶的质量,可求出水的质量,求出水的体积,即瓶子的容积、酱油的体积;倒出水擦净,在瓶子中装满酱油,测出酱油与瓶子的总质量m3,减去空瓶的质量,求出酱油的质量m,利用密度公式计算酱油的密度;(3)1.1g/cm3
解析:(1)由图可知:在标尺上把0~1g之间分成5等份,每份是0.2g,即分度值是0.2g,酱油与瓶子的总质量m3=75g+16×0.2g=78.2g。
(2)根据图示的步骤可知:第一步:用天平测出空瓶的质量m1;
第二步:用天平测出瓶装满水后的总质量m2;
第三步:倒出水擦净,装满酱油,用天平测出瓶装满酱油后的总质量m3。
(3)水的质量m水=m2-m1=73.2g-23.2g=50g,v酱油=v水===50cm3;酱油的质量m=m3-m1=78.2g-23.2g=55g;酱油的密度:ρ===1.1g/cm3。
5.(1)水平桌面,零刻度线,右;(3)47.4;(4)30,1.1×103(5)偏小;(6)等量代换或等量替代
解析:(1)小明首先将天平放在水平桌面上,发现指针静止时,指在分度盘中央的左侧,应将平衡螺母向右端调节。
(3)天平标尺的分度值为0.2g,则此时的质量为m3=47.4g。
(4)由图甲所示,小明实验中酱油的体积:
V油=V水====30cm3;
∴酱油的密度:ρ油====1.11g/cm3=1.11×103kg/m3。
(5)实验操作中忘记将瓶内的水抹干,使瓶内残留了部分水,导致瓶内酱油的质量偏小,体积是不变的,等于瓶子的容积,因此酱油的密度偏小。
(6)实验中利用水的体积代替酱油的体积,采用了等量代换或等量替代的方法。
6.(1)小瓶 (2)m1-m0 (3)酱油 (4)
解析:(1)要测出装满水的质量和装满酱油的质量,必须用天平先测出小瓶的质量m0;
(2)在小瓶中倒满水,用天平测出总质量m1,则瓶中水的质量为m水=m1-m0;
(3)测出水的质量后,应该再装满酱油测出总质量m2;
(4)根据瓶子的容积一定,即装满水和酱油的体积相等,有:=,
即:=,所以ρ酱油=
7. 如下表所示:
实验方案一 实验方案二
实验器材 烧杯、量筒、天平、记号笔、水 天平、小刀、刻度尺
实验步骤 (1)用天平测出马铃薯的质量m;
(2)在烧杯中注入适量的水,并用记号笔标出水位1;
(3)放入马铃薯,使马铃薯完全浸没,用笔标出水位2;
(4)先加水至水位1,然后用量筒测出一部分水,并读出体积V1,再把量筒内的水注入烧杯,直至水位2,并读出剩余水的体积V2。 (1)用小刀把马铃薯切成正方体小块,用刻度尺测量其边长L;
(2)用天平测出所切正方体小块马铃薯的质量m。
密度表达式(用测量的物理量表示) ρ= ρ=
解析:实验方案一:
实验器材:烧杯、量筒、天平、记号笔、水
实验步骤:(1)用天平测出马铃薯的质量m;
(2)在烧杯中注入适量的水,并用记号笔标出水位1;
(3)放入马铃薯,使马铃薯完全浸没,用笔标出水位2;
(4)先加水至水位1,然后用量筒测出一部分水,并读出体积V1,再把量筒内的水注入烧杯,直至水位2,并读出剩余水的体积V2;
(5)马铃薯的密度为:ρ=。
实验方案二:
实验器材:天平、小刀、刻度尺
实验步骤:
(1)用小刀把马铃薯切成正方体小块,用刻度尺测量其边长L;
(2)用天平测出所切正方体小块马铃薯的质量m;
(3)马铃薯的密度为ρ=。