Question

【题目】美术课上同学们用橡皮泥捏动物模型时，想知道橡皮泥的密度有多大。课后，他们取了同一块橡皮泥，采用了两种实验方案，来测量橡皮泥的密度。

方案一：选择天平、量筒、水和细线进行实验，操作过程按图甲所示顺序进行。

（1）由图示的实验操作过程，写出通过实验测量出的物理量。

（2）通过什么定义可以计算橡皮泥的密度值，其值是多少kg/m3？

（3）请你评估：这一实验测算的密度结果怎样？（即测量值比真实值是“偏大”“偏小”或“准确”）

方案二：选择弹簧测力计（如图乙）、细线和装有水的杯子。实验过程如下

A.橡皮泥用线系好，挂在弹簧测力计上读出示数F1；

B.将弹簧测力计吊着橡皮泥浸没水中，读出弹簧测力计示数F2。

①请解释F1、F2的物理意义。

②写出橡皮泥浸没水中受到的浮力的表达式。

③根据什么原理可以计算橡皮泥的密度值，并导出表达式。

Answer 1

【答案】见解析所示

【解析】分析：方案一：（1）读取量筒的示数，利用两次的示数之差可得出橡皮泥的体积；读取天平示数时应将砝码质量与游码示数相加；利用密度的公式可算出橡皮泥的密度。

（2）分析步骤可看出，先测体积，再测质量，会对橡皮泥的质量造成一定的影响，进而影响到密度的结果。

方案二：（1）用弹簧测力计测量橡皮泥的重力F1，把橡皮泥浸没在水中读出弹簧测力计示数F2，求出橡皮泥受到的浮力F1-F2。

（2）根据阿基米德原理求出浮力，求出橡皮泥的体积，根据 求出橡皮泥的质量，根据密度公式求出橡皮泥的密度。

解答：方案一：

（1）由图可知，通过实验测量出的物理量有两个：橡皮泥的体积V=10cm3，橡皮泥的质量m=13.4g；

（2）密度的概念是：单位体积的物体的质量，即通过代入相关数据就可以计算出橡皮泥的密度。橡皮泥的密度：。

（3）因为先测体积，再测质量时，橡皮泥湿水后会造成质量偏大，因而密度也会偏大。

方案二：

（1）实验中F1指的是橡皮泥的重力，F2指的是橡皮泥浸没在水中读出弹簧测力计示数；

（2）由弹簧测力计测量浮力的原理可知：橡皮泥受到的浮力：，即。

（3）由于橡皮泥浸没在水中，所以橡皮泥的体积等于排开水的体积，由阿基米德原理得：橡皮泥的体积：，橡皮泥的质量：，∴橡皮泥的密度为： 。

故答案为：方案一（1）橡皮泥的体积V=10cm3，橡皮泥的质量m=13.4g；（2）1.34×103kg/m3

（3）偏大；方案二（1）F1表示橡皮泥所受的重力，F2表示橡皮泥浸没在水中读出弹簧测力计示数。（2）；（3）