Question

5．小红物理学习小组在“测量物质的密度”的研究时，在只有器材：天平（砝码）、小石块、烧杯、水、细线的条件下，她们利用浮力知识设计了如下的实验过程：

（1）实验开始前，游码应调至左端（“左”“右”），若天平不平衡，且指针左偏，则平衡螺母应向
右端调节（“左”“右”）．
（2）正确调节天平后，测出石块的质量m₁．
（3）将烧杯中装入适量的水，置于天平上，天平平衡时的读数为m₂，如图甲所示．
（4）接着用细线将石块拴住，使之完全浸没在烧杯的水中，如图乙所示，（此时手向上拉住细线另一端，石块不触杯壁和杯底，水不外溢）．由于石块受到浮力作用，就要向下施加大小等于浮力的反作用力，右盘要增加砝码才能重新平衡，此时的读数为m₃，所以F_浮=（m₃-m₂）g，设水的密度为ρ_水，则石块的体积V_石=$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$．
（5）石块的密度表达式为ρ_石=$\frac{{m}_{1}{ρ}_{水}}{{m}_{3}-{m}_{2}}$；．
（6）事实上，可以直接从第（（3）步开始，而在第（4）的之后，直接将石块放入烧杯的水中，天平平衡时的读数为m₄，则石块的质量为m_石=m₄-m₂．

Answer 1

分析 （1）将天平放在水平台上后，将游码移至左端的零刻线，指针偏左说明右盘高，平衡螺母向右调；
（4）用细线将石块拴住，使之完全浸没在上述烧杯的水中，天平平衡时的读数为m₃（此时手向上拉住细线另一端，石块不触杯壁和杯底，水不外溢），排开水的质量为（3）（4）质量之差，利用排开水的体积即为石块的体积，结合密度公式求出体积；
（5）利用密度公式表达石块的密度；
（6）两次质量差就是石块的质量．

解答 解：（1）调节天平平衡时，应将游码移至零刻度线处，若发现天平的指针偏向分度盘的左侧，应将平衡螺母向右调，直至天平平衡；
（4）用细线将石块拴住，使之完全浸没在上述烧杯的水中，天平平衡时的读数为m₃（此时手向上拉住细线另一端，石块不触杯壁和杯底，水不外溢），排开水的质量为m_排=m₃-m₂；所受浮力F_浮=G_排=（m₃-m₂）g；
若水的密度为ρ_水，石块的体积为V_石=V_排=$\frac{{m}_{排}}{{ρ}_{水}}$=$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$；
（5）石块的密度为ρ石块=$\frac{{m}_{石}}{{v}_{石}}$=$\frac{{m}_{1}}{\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}}$=$\frac{{m}_{1}{ρ}_{水}}{{m}_{3}-{m}_{2}}$；
（6）直接从第（（3）步开始，而在第（4）的之后，直接将石块放入烧杯的水中，天平平衡时的读数为m₄，则石块的质量为m_石=m₄-m₂．
故答案为：（1）左；右；（4）（m₃-m₂）g；$\frac{{m}_{3}-{m}_{2}}{{ρ}_{水}}$；
（5）$\frac{{m}_{1}{ρ}_{水}}{{m}_{3}-{m}_{2}}$； （6）m₄-m₂．

点评 此题主要考查学生对于测量密度实验的理解和掌握，天平的调解、利用转换思维求体积是重点与难点．