天平、量筒(或量杯)是測(cè)量密度的兩種常用工具,但有時(shí)受實(shí)驗(yàn)條件的限制或缺量筒(或量杯)、或缺天平,甚至兩種器材均無(wú),這時(shí)應(yīng)如何測(cè)量固體密度呢?以下結(jié)合實(shí)例分類(lèi)說(shuō)明之。
一、缺天平類(lèi)
器材中提供了量筒(或量杯),不妨用排“液”法測(cè)其體積,又考慮到物體漂浮時(shí), ,而V排又可利用量筒測(cè)得,這樣 便求得。
例1. 給你量筒、空玻璃管各一只,足夠的水,如何測(cè)空玻璃管的密度?
解:(1)在量筒內(nèi)裝適量水,記下水面所達(dá)到的刻度V1;
(2)將小試管管口朝上輕輕放入量筒中,使其漂浮于量筒中的水面上,靜止時(shí)記下水面達(dá)到的刻度V2,則玻璃管的重力 ;
(3)將小試管沒(méi)入水使其灌滿(mǎn)水后沉入量筒底,記下水面達(dá)到的刻度V3;
(4)玻璃的密度 。
如果所給固體材料直接放在已知密度液體(如水)中不能“漂”,我們可采取措施使其“漂”。例如,橡皮泥直接放入水中沉沒(méi),但如果把它捏成碗狀,就能漂;牙膏皮放在水中沉沒(méi),但如果設(shè)法把它弄成空心并密封其口就能漂……對(duì)于像石塊、金屬塊等密度大于已知液體密度又不可變形的固體,又如何讓其“漂”呢?可讓密度小于液體密度的物體(如木塊、泡沫、塑料等)作道具,具體操作請(qǐng)看例2。
例2. 給你量筒一只,小石塊、木塊各一塊,細(xì)線、水足夠,如何測(cè)得石塊密度?
解:(1)在量筒中倒入適量的水,然后把木塊放入其中漂浮,記下水面達(dá)到的刻度V0;
(2)把小石塊放在木塊上,使木塊仍漂浮在水面,記下此時(shí)水面所達(dá)到的刻度V1;
(3)把系好細(xì)線的小石塊浸沒(méi)水中,記下此時(shí)水面所達(dá)到的刻度V2;
(4)小石塊密度
如果所給固體直接放在已知密度的液體中能漂但不能沉,可采取措施使之沉。例如木塊在水中不能沉,可用大頭針、細(xì)鐵絲等把它壓入水中;也可用密度大于水的固體使其墜入。
二、缺量筒(或量杯)類(lèi)
沒(méi)有提供量筒(或量杯),如何測(cè)得固體體積呢?有以下四法:
1. 排液法
例3. 給你一只已調(diào)好的天平(帶砝碼)和一個(gè)盛滿(mǎn)水的燒杯,只用這些器材(不使用任何其它輔助工具),測(cè)出一包金屬顆粒的密度。
析:本題關(guān)鍵在于求得溢出液體質(zhì)量,但沒(méi)有其它輔助工具,不妨充分利用天平間接測(cè)出 。
解:
①稱(chēng)出待測(cè)金屬顆粒的質(zhì)量 ;
②稱(chēng)出燒杯和水的總質(zhì)量 ;
③把金屬顆粒倒入盛水燒杯中(部分水溢出),稱(chēng)出燒杯水及金屬顆粒的總質(zhì)量 ;
④
⑤
2. 整型法
如果被測(cè)物體容易整型,如土豆、橡皮泥,可把它們整型成正方體、長(zhǎng)方體等,然后用刻度尺測(cè)得有關(guān)長(zhǎng)度,易得物體體積。
3. 等體積法
用天平稱(chēng)出與物體等體積且密度已知的液體質(zhì)量 ,然后根據(jù) 間接求得V物。
例4. 空燒杯一只,附砝碼的天平一架,水足夠,膠頭滴管一只,細(xì)線二根,試測(cè)出小石塊的體積。
解:(1)在空燒杯中倒入適量的水,測(cè)得其質(zhì)量為 ;
(2)把系有細(xì)線的小石塊放入水中,用細(xì)線在新的液面處作下記號(hào);
(3)從燒杯中取出石塊,向燒杯中加水使液面到記號(hào)處,用天平稱(chēng)出此時(shí)燒杯和水的總質(zhì)量 ;
(4)
4. 浮力法
物體浸沒(méi)時(shí),根據(jù)阿基米德原理知 ,故得 。
例5. 給你一個(gè)裝有水的燒杯,細(xì)線一根,如何測(cè)一石塊的密度。
解:(1)用天平測(cè)得石塊的質(zhì)量 ;
(2)用天平稱(chēng)得裝有適量水的燒杯質(zhì)量 ;
(3)用細(xì)線吊著石塊浸沒(méi)于水中但不觸底,其質(zhì)量為 ;
(4)石塊所受浮力 ,故 ;
(5)石塊密度
三、無(wú)天平無(wú)量筒類(lèi)
1. 浮力法
有些器材中雖沒(méi)有提供天平和量筒(或量杯),但提供了彈簧秤、臺(tái)秤,這時(shí)可用浮力法,具體方法參看例5。
2. 懸浮法
把待測(cè)物體放入原提供液體中,通過(guò)加減適當(dāng)液體改變?cè)┮后w的密度,使物體能在液體中懸浮,然后用密度計(jì)測(cè)出液體密度即為待測(cè)物的密度。
3. 漂浮法
對(duì)于形狀規(guī)則且 的物體可用該方法。讓物體漂浮于密度已知的液體中,用刻度尺量出物體露出水面的高度 和物體總高度h,則由 知:
所以
四、雖給天平、量筒,但天平無(wú)砝碼類(lèi)
天平無(wú)砝碼固體質(zhì)量難求得,不妨以已知密度的液體(如水)為橋梁,利用天平等臂性測(cè)出已知密度液體的質(zhì)量替代物體質(zhì)量。
例6. 現(xiàn)有一個(gè)已調(diào)平的自制帶托盤(pán)的等臂杠桿、兩只*相同的燒杯、一只量筒、一支滴管、細(xì)線、適量的水,如何測(cè)小石塊的密度?
解:(1)將兩個(gè)燒杯分別放在左右盤(pán)上,左邊加水,右邊放石塊,用滴管調(diào)節(jié)左杯水量,使杠桿恢復(fù)平衡;
(2)將水倒入量筒測(cè)出水的體積 ;
(3)用排水法測(cè)出石塊體積 ;
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