物理实验中的特殊测量(2)

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  原题呈现
  例(2020·本溪、铁岭、辽阳·第31题)小爱同学测得一个装饰球A的密度为ρ0,他想利用它测量一杯橙汁的密度,发现装饰球A在橙汁中漂浮,于是选取了测力计、细线和一个金属块B,设计了如图1所示的实验过程:
  ①用测力计测出装饰球A的重力为G;
  ②将装饰球A和金属块B用细线拴好挂在测力计下,并将金属块B浸没在橙汁中静止,读出测力计的示数为F1;
  ③将装饰球A和金属块B都浸没在橙汁中静止(不碰到杯底),读出测力计的示数为F2,根据②、③两次测力计示数差可知______(选填“装饰球A”或“金属块B”)受到的浮力,橙汁密度的表达式ρ橙汁=______(用ρ0和所测物理量字母表示)。
  考点分析:本题考查了通过只有测力计实现橙汁密度的测量,借此考查对浮力、密度知识的理解。考点包括浮力的测量、阿基米德原理、密度。
  解析:①由装饰球A的重力G,可求出A的质量,结合A的密度可求得A的体积V = Ggρ0;
  ②装饰球A受到的浮力F 浮= F1 - F2;
  ③得出A 浸没在橙汁中的浮力和A 的体积后,根据阿基米德原理可求出橙汁的密度ρ橙汁= F1 - F2Gρ0。
  方法归纳:本题是典型的用特殊方法测量液体的密度,这类问题往往是各地中考试题的拉分题。
  基本解题思路是:(1)根据所给的测量仪器,确定测量原理(通常是ρ = mV或F 浮= G 排= ρgV 排);(2)仔细读题,确定实验中的测量步骤适合哪一原理,可以直接测出什么,需要间接算出什么;(3)用所测得物理量写出表达式。
  拓展训练
  1. 现有一瓶饮料,小明用托盘天平、烧杯和已知密度为ρ0的金属块测出了饮料的密度ρ。
  (1)将天平放在水平台面上,游码移至_______,调节平衡螺母,直至天平平衡。
  (2)用天平测出金属块的质量m1,读数如图2所示,为_______g。
  (3)把金属块放入空烧杯中,往烧杯中倒入适量饮料,使金属块浸没在饮料中,在烧杯液面位置做好标记。测出此时瓶和饮料的总质量为m2。
  (4)取出金属块,放在台面上,往烧杯中倒饮料,直至液面到达标记处,测出此时的总质量为m3。
  (5)ρ=_______(用符号表示),若金属块取出时带走部分饮料,测量结果_______(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
  2. 小宇计划测量一种矿石的密度,他发现自己现有的器材中有天平(含砝码),但没有量筒,只有一个烧杯,聪明的小宇设计了方案,步骤如下:
  A. 用天平测出矿石块的质量为m0;
  B. ______________m1;
  C. 将矿石块轻轻放入装满水的烧杯中,矿石块沉入杯底,烧杯溢出水后,将烧杯壁外的水擦干净,重新放在天平左盘上,称出此时烧杯、杯内矿石和水的总质量m2;
  D. 已知水的密度,并将其记为ρ 水;
  E. 则矿石密度的表达式:ρ 矿石=_______ (用m0、m1、m2、ρ 水来表达)
  3. 小明手上有一块橡皮泥,他想测出橡皮泥的密度。小明利用一个量筒、适量的水和细线设计了一个测量橡皮泥密度的方案,以下是他设计的部分实验步骤,请你按照小明的思路,将实验步骤补充完整。(已知橡皮泥的密度大于水的密度)
  (1)将适量的水倒入量筒中,读出水面所对量筒的示数V1;
  (2)将橡皮泥浸没在量筒中,读出水面所对量筒的示数V2;
  (3)_______ ,读出水面所对量筒的示数V3。
  已知水的密度为ρ 水,利用上述测出的物理量和已知量写出橡皮泥密度的表达式:ρ 橡皮泥=_______ 。
  答案:1. 标尺左端“0”刻度线处82.4 瓶和饮料m2 - m3m1ρ0 偏大
  2. 在燒杯中倒满水,称出烧杯和水的总质量m0m0 + m1 - m2ρ水
  3.将橡皮泥捏成小船,轻放在量筒的水面使其漂浮V3 - V1V2 - V1ρ 水
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