Question

某中学课外活动小组在学习浮力知识之后想利用已学知识测量氢气的密度，他们利用一只大气球、细线、量筒、天平、一只桶和脸盆去测量。他们的实验步骤如下：
（1）利用已调好的天平测得没充气的气球和细线的总质量m₁=2g；用纯净的氢气给气球充气，用细线系好气球口，并将气球系在一个50g的铁块上放在天平左盘里，此时铁块和气球对托盘的压力______（填“大于”、“小于”或“等于”）铁块和气球的总重力。向右盘中放入2个20g和1个5g砝码，并调节游码，天平恢复平衡时游码如图所示，此时游码所对的刻度值为______，

（2）将桶装满水放进一只空的脸盆内，将气球小心地浸没水中，再利用量筒测出溢出水的体积刚好为4.4L。
该小组同学测量的氢气密度应为___________ g/ L，这与“在常温和1标准大气压下，氢气的密度为0.09g/ L”有较大的差异，产生这一现象的原因可能是_____________。（在常温与1标准大气压下空气密度为1.29 g/ L）

Answer 1

(1) 小于（1分）         1.8g（1分） 
(2)0.108 g/ L（1分）     球内气压大于1标准大气压（1分）

解析铁块、气球、细线可以看成一个整体，对整体进行受力分析，整体受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，重力等于支持力加浮力，支持力小于重力．
整体受到天平盘的支持力和整体对天平盘的压力是一对相互作用力，大小相等．
游码对应的刻度值，明确每一个大格和每一个小格代表的示数．
根据整体的重力和支持力、浮力是平衡力，列出等式，求出氢气的质量，用溢水法求出氢气的体积，根据密度公式求出氢气密度．
当氢气球进入水中，氢气球外的压强增大，大于1标准大气压，氢气球体积减小，氢气体积减小，质量一定，根据密度公式求出的氢气的密度会偏大
解：（1）铁块、气球、细线受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，重力等于支持力加浮力，支持力小于重力．
铁块、气球、细线受到天平盘的支持力和天平盘受到的压力是相互作用力，大小相等，所以天平盘受到的压力小于铁块和气球的总重力．
标尺每一个大格代表1g，每一个小格代表0.2g，游码对应的刻度值为1.8g．
（2）铁块和气球的总质量：m_铁+m_球皮=50g+2g=52g，
铁块和充气气球放在天平上称得：m’=砝码的质量+游码对应的刻度值=20g+20g+5g+1.8g=46.8g，
铁块、气球、细线受到重力、支持力、浮力作用，重力和支持力、浮力是平衡力，
所以，m_铁g+m_球皮g+m_氢气g=m’g+F_浮，
52×10^-3kg×g+m_氢气×10^-3kg×g=46.8×10^-3kg×g+1.29×g×4.4×10^-3m³，
m_氢气=0.476g，
氢气的体积：V=4.4L，
氢气的密度为：
当氢气球进入水中，氢气球外的压强增大，大于1标准大气压，氢气球体积减小，氢气体积减小，质量一定，根据密度公式求出的氢气的密度会偏大．
故答案为：（1）小于；1.8g；（2）0.108； 球内气压大于1标准大气压．