Question

5．测量合金块密度的实验，请你将实验过程补充完整．
（1）她把天平放在水平台上，发现指针偏向分度盘中线右侧，马上调节平衡螺母，你认为小丽在操作上的明显错误是游码没有归零．改正错误后，若指针偏向分度盘中线的左侧，她应该向右调节平衡螺母．
（2）如图甲所示，用调好的天平测出合金块的质量为27g．
（3）如图乙、丙所示，用量筒测合金块的体积，从而算出合金块的密度为2.7×10³kg/m³．
（4）实验结束后，她还想测量一个小笔帽的密度．由于笔帽很小，无法用天平和量筒直接测量它的质量和体积，但是善于观察的小丽发现笔帽在水中下沉，而在老师给定的盐水中却漂浮，她经过认真思考，在没有使用量筒的前提下，利用合金块（合金块的相关物理量都是已知的，其中体积可以用V_金表示，质量用m_金表示，密度用ρ_金表示）就测出了笔帽的密度．请你帮她完成实验：
①将笔帽放入装有适量盐水的烧杯中，缓慢倒入适量的水并搅拌使盐水均匀，待盐水稳定后，根据笔帽的浮沉情况，不断加水或加盐水，经反复调试，使笔帽最终恰好能在盐水中悬浮；
②取出笔帽，将装有盐水的烧杯放在天平的左盘测出其质量为m₁；
③用细线将合金块系住浸没在盐水中，天平再次平衡时，右盘砝码的总质量加游码所对的刻度值为m₂；
④笔帽密度表达式ρ_笔帽=$\frac{{m}_{2}{-m}_{1}}{{V}_{金}}$（用物理量的符号表示）．

Answer 1

分析 （1）调节天平平衡前，应将天平放在水平台上，并将游码拨到标尺左端的零刻度线处；
指针偏左，应向右调节平衡螺母；指针偏右，应向左调节平衡螺母；
（2）合金块的质量等于砝码的质量加游码在标尺上所对的刻度值；
（3）根据乙图读出水的体积、水和合金块的体积，求出合金块的体积，根据ρ=$\frac{m}{V}$求出合金块的密度；
（4）实验中通过使笔帽悬浮在盐水中，得出盐水的密度跟笔帽的密度相等；
根据悬挂法，通过天平示数的变化，得知m_排的大小，从而可以计算出盐水的密度，便等于笔帽的密度．

解答 解：（1）小丽同学把天平放在水平台上，发现指针偏向分度盘中线右侧，立即调节平衡螺母，忘记了将游码拨到标尺左端的零刻度线处这一环节；
针偏向分度盘中线的左侧，应该向右调节平衡螺母；
（2）由图甲知，合金块的质量m=20g+5g+2g=27g；
（3）由图乙知，水的体积为30ml，水和合金块的体积为40ml，合金块的体积V=40ml-30ml=10ml=10cm³；
则合金块的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{27g}{10c{m}^{3}}$=2.7g/cm³=2.7×10³kg/m³．
（4）①通过不断改变盐水的密度，最终使笔帽能在盐水中悬浮，根据物体的浮沉条件，可得盐水的密度等于笔帽的密度；
②将装有盐水的烧杯放在天平上测出其质量m₁；
③用细线拉住合金完全浸没在盐水中，此时示数为m₂，合金受到水的浮力作用，根据力的作用的相互性，水受到合金的反作用力，所以天平的示数增大，因为F_浮=G_排，则m_排=m₂-m₁；
④则ρ_笔帽=ρ_盐水=$\frac{{m}_{排}}{{V}_{排}}$=$\frac{{m}_{2}-{m}_{1}}{{V}_{金}}$．
故答案为：（1）游码没有归零；右；（2）27；（3）2.7×10³；（4）①悬浮；②装有盐水的烧杯；③浸没；④$\frac{{m}_{2}{-m}_{1}}{{V}_{金}}$．

点评 此题是测量固体密度的实验，考查了天平的调节、读数、量筒的读数及密度的计算，注意密度单位的换算，（4）中通过调制与笔帽密度相等的盐水，来测量笔帽的密度，特别是搞清V排和m排的对应关系是难点，应注意理解．