Question

12．石油是我市主要的矿产资源，石油化工对实施黄蓝国家战略发挥着重要作用．某化工企业以石油为原料，研发出一种密度比水小、强度大的复合材料，广泛应用于汽车、飞机等制造业．为了测量这种复合材料的密度，实验室提供了如下器材：一小块形状不规则的复合材料样品、量筒、烧杯、溢水杯、弹簧测力计、细线、长钢针、适量水（所给器材数量充足）．请利用所给器材，设计测量小块复合材料样品密度的实验方案．（g和水的密度ρ_水为已知量．）
（1）从上述器材中选出实验所需器材；
（2）实验步骤；
（3）样品密度的表达式：ρ=$\frac{F}{gV}$（用测量的物理量和已知量的符号表示）；
（4）这类材料广泛应用于汽车、飞机制造的优点：密度小，可以减轻飞机和汽车的质量，以提高速度、节约能源等．

Answer 1

分析 （1）（2）（3）用弹簧测力计测出小块复合材料样品的重力，根据m=$\frac{F}{g}$求出质量m；再将小块复合材料样品放入溢水杯中用钢针压下浸没水中取出溢出的水，放入量筒中测出其体积，然后根据密度公式ρ=$\frac{m}{V}$得出；
（4）根据复合材料密度比小、强度大的特点分析解答．

解答 解：
（1）所需器材：一小块形状不规则的复合材料样品、烧杯、量筒、溢水杯、弹簧测力计、细线、长钢针、适量水；
（2）步骤：①用细线将不规则的复合材料样品拴好，挂在弹簧测力计下端，测出样品禁止时弹簧测力计的示数F；
②溢水杯加满水，空烧杯放在溢水杯溢水口处，用长钢针把样品扎住，缓慢浸没在溢水杯的水里，溢出的水注入空烧杯中；
③将空烧杯的水全部倒入量筒中，记下水的体积V．
（3）计算表达式：
石块质量m=$\frac{F}{g}$；
石块密度的表达式：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{F}{gV}$．
（4）复合材料的密度偏小，故在生活生产中，可以用该材料减轻飞机和汽车的质量，以提高速度、节约能源等；
故答案为：
（1）一小块形状不规则的复合材料样品、烧杯、弹簧测力计、细线、适量水；
（2）①用细线将不规则的复合材料样品拴好，挂在弹簧测力计下端，测出样品禁止时弹簧测力计的示数F；
②溢水杯加满水，空烧杯放在溢水杯溢水口处，用长钢针把样品扎住，缓慢浸没在溢水杯的水里，溢出的水注入空烧杯中；
③将空烧杯的水全部倒入量筒中，记下水的体积V．
（3）$\frac{F}{gV}$；
（4）密度小，可以减轻飞机和汽车的质量，以提高速度、节约能源等．

点评 测量固体的密度只有弹簧测力计，没有量筒，需要间接测量固体的质量和体积，采用等效替代的方法．初中测量固体密度的实验题变化多样，有天平和量筒是实验是很基础的，没有天平或没有量筒的实验有一定的难度．