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文檔簡介
1、淺析初中物理中的密度測量問題新課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)之一就是通過實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)物理概念和知識(shí)的形成過程和研究方法。因此,近幾年的中考在形式和內(nèi)容上都更加注重考查實(shí)驗(yàn),注重考查知識(shí)的形成過程與研究方法。密度是表征物質(zhì)物理屬性的一個(gè)重要的物理量,測定物質(zhì)的密度具有一定的實(shí)際意義。由于密度知識(shí)與初中物理中壓強(qiáng)、浮力、杠桿等知識(shí)密切相關(guān),具有較強(qiáng)的綜合性,因而密度的測定是各地中考物理實(shí)驗(yàn)命題的一大熱點(diǎn)。本人根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)將常用的密度的測定方法歸納如下,希望對大家有所幫助。一、用密度計(jì)直接測定液體物質(zhì)的密度1估計(jì)待測液體的密度,選擇合適的密度計(jì),若待測液體密度大于水的密度,選用比重計(jì);若待測液體密度小于水的密
2、度,選用比輕計(jì)。2將密度計(jì)放入待測液體中,靜止后,觀察液面所對應(yīng)的刻度值就是待測液體的密度。原理:漂浮條件(漂浮在液面上的物體所受浮力等于重力)刻度意義:某種液體的密度與水的密度的比值??潭忍攸c(diǎn):上小下大,上疏下密(與量杯相反)二、用=測定固體、液體物質(zhì)的密度1 測物體的質(zhì)量mm直接用天平測物體的質(zhì)量或間接用彈簧測力計(jì)測出物體重力G,計(jì)算物體的質(zhì)量 m=。2V用刻度尺或量筒(杯)3求密度:用=進(jìn)行計(jì)算。三、用=間接測定液體物質(zhì)的密度(一)等體積法1用天平稱出一定體積水的質(zhì)量m水。2用天平稱出相同體積的待測液體的質(zhì)量m。3由于m水=水V,m=V,所以待測液體密度為=(二)等質(zhì)量法1在天平兩盤中放
3、置同樣的量杯后,調(diào)節(jié)天平橫梁平衡。2在兩個(gè)量杯中分別加入適量水和待測液體,使天平保持平衡,記錄兩種液體的體積V水和V。3.由于V水=V =所以,待測液體密度為:。四、用壓強(qiáng)知識(shí)測定液體物質(zhì)的密度(一)連通器法:用U形管測定與水不相溶的液體物質(zhì)的密度。1 如圖1示,將水和待測液體依次從U型管兩端管口注入。2 待水和待測液體靜止后,用刻度尺測出兩管中液體自由面到兩種液體交界面的高度h水和h。3根據(jù)連通器原理:有所以。(二)用海爾管測定物質(zhì)的密度(此法可用于相溶液體) 1如圖2示,將海爾管的兩個(gè)管腳分別插入水和待測液體中。2從上部管口抽氣,使海爾管內(nèi)氣壓p小于外界大氣壓p0,大氣壓將兩種液體分別壓入
4、左、右兩個(gè)管內(nèi),用刻度尺測出h水和h。3對右管中水有p0=p+對左管中待測液體有p0=p+所以待測液體密度為。(三)橡皮膜法:如圖3示,將一個(gè)一端開口一端帶有橡皮膜的玻璃管插入水中,向管中加待測液體,直到橡皮膜變平,用刻度尺測出h水和h,橡皮膜變平,說明管內(nèi)液體產(chǎn)生的向下的壓強(qiáng)與管外水產(chǎn)生的向上的壓強(qiáng)相等。所以有p水=p液即。五、應(yīng)用浮力知識(shí)測定固體、液體物質(zhì)的的密度(一)測定固體物質(zhì)的密度1水中下沉的固體物質(zhì)的密度測定(1)視重法:用彈簧測力計(jì)測出待測固體物質(zhì)的重力G;將待測固體物質(zhì)浸沒在水中,注意不能接觸容器底和側(cè)壁,用彈簧測力計(jì)測出視重G,則F浮=GG。由于F浮=,所以V=V排=,所以待
5、測固體物質(zhì)的密度為。(2)溢水杯法:用彈簧測力計(jì)測出待測固體物質(zhì)的重力G;用彈簧測力計(jì)測出干燥,潔凈的空燒杯的重力G杯;如圖4示,溢水杯中注入水直至與溢水口相平,將固體物質(zhì)浸沒在水中,用燒杯盛接從溢水口排出的水,用彈簧測力計(jì)測出燒杯和溢出水的總重力G總,則排出水的重力為G排=G總G杯;根據(jù)阿基米德原理F浮=G排,有:V=V排=則待測固體物質(zhì)的密度為。(3)根據(jù)阿基米德原理利用天平測金屬塊的密度。 用平天測出金屬塊的質(zhì)量m;將裝有適量水的燒杯放在天平左盤,右盤加砝碼使天平平衡;用細(xì)線栓好金屬塊,輕輕放入水中(浸沒但不接觸燒杯),向右盤里加砝碼直至天平恢復(fù)平衡,記下增加的質(zhì)量數(shù)m,則增加的砝碼的重
6、力就等于金屬塊受到的浮力F浮= mg,金屬塊的體積V=V排=; 。2水中漂浮的固體物質(zhì)的密度測定。(1)助沉法(即沉錘法)。用彈簧測力計(jì)測出待測固體物質(zhì)A(在空氣中)的重力G;用助沉法測出待測固體物質(zhì)A在水中所受浮力F?。喝鐖D5(a)所示,將另一在水中下沉的重物B用細(xì)繩栓在被測固體物質(zhì)A的下面,將它們一起掛在彈簧測力計(jì)上,使重物B浸沒在水中,注意不要接觸容器底和側(cè)壁,記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)G;如圖5(b)所示,再將待測物A和重物B一起浸沒在水中,注意不要接觸容器底和側(cè)壁,記錄此時(shí)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)G,則待測固體物質(zhì)A在水中所受的浮力為:F浮=GG。由于:F浮=,所以:VA=VA排=所以待測固體物質(zhì)
7、A的密度為:。(2)針壓法。將適量水倒入量筒,記下體積V;將待測固體物質(zhì)浸入水中,待其漂浮在水面靜止后,記下體積V,則V排=VV。用細(xì)針將待測固體物質(zhì)全部壓入水面下,記下體積V,則V物=VV。由固體漂浮條件即浮力等于重力,有。所以,待測固體物質(zhì)密度為。拓展:本題還可適用于測量密度大于水的空心物體的密度,如測組成玻璃瓶的玻璃的密度、馬鈴薯的密度(可用刀子削成空心)等,其測量方法為:將量筒中放入適量水,讀出水的體積V1;將空玻璃瓶放入量筒中,使其處于漂浮狀態(tài),讀出水的體積V2;使空玻璃瓶沉入量筒中,讀出這時(shí)水的體積V3,則玻璃的密度為(3)漂浮法(適用于形狀規(guī)則、密度均勻的柱體)。用刻度尺測出待測
8、柱體的高度h。將待測柱體放入水中,待靜止后,用刻度尺測出待測柱體露出水面的高度h露,如圖6示。由于柱體漂浮,故:式中S表示該柱體面積,所以待測柱體密度為:。(二)測定液體物質(zhì)的密度 1用量杯法測定液體的密度(1)在量杯中倒入適量待測液體,記錄其體積V;(2)用彈簧測力計(jì)測出不溶于待測液體且不與之發(fā)生反應(yīng)的固體物塊(在空氣中)的重力G;(3)將固體物塊懸掛在彈簧測力計(jì)下,使其浸沒在量杯里待測液體中,注意不要接觸容器低和側(cè)壁,記錄體積V和視重G則F浮=GG,V排=VV。(4)根據(jù)F浮=,待測液體密度為:。2用未知密度的固體來測定(適用于密度較小的液體)(1)用彈簧測力計(jì)測出固體物塊(在空氣中)的重
9、力G;(2)將固體物塊浸沒在水中,注意不要接觸容器底和側(cè)壁,從彈簧測力計(jì)上讀出固體物塊的視重G。(3)將固體物塊從水中取出并浸沒在待測液體中,從彈簧測力計(jì)上讀出此時(shí)固體物塊的視重G,則F浮水=GG=,F(xiàn)浮液=GG=。聯(lián)立求解,可得出待測液體的密度為:。3用已知密度的固體來測定(適用于密度較小的液體)。(1)用彈簧測力計(jì)測出已知密度為的固體物塊(在空氣中)的重力G。(2)將其完全浸沒在待測液體中,注意不要接觸容器底和側(cè)壁,讀出其視重G,則G=,F(xiàn)浮=,聯(lián)立求解,可得出待測液體的密度為:。4用已知密度的柱體測定液體的密度(適用于密度較大的液體)即漂浮法。(1)找一個(gè)形狀規(guī)則、密度均勻的已知密度為的
10、柱體,用刻度尺測出柱體的高度h;(2)如圖示(見前面圖6),將柱體放入待測液體中,待靜止后,用刻度尺測出柱體露出液面的高度h露。(3)由于柱體漂浮,故:,式中S表示該柱體底的面積,所以待測液體的密度為。5用未知密度的柱體測定液體的密度(適用于密度較大的液體)。(1)找一個(gè)形狀規(guī)則、密度均勻的柱體,借助于水的密度用漂浮法測出該柱體的密度。(2)將該柱體放入待測液體中,待它靜止地漂浮在液面后,用刻度尺測出柱體露出液面的高度h露 。(3)由于柱體漂浮,故。式中S表示該柱體的底面積,所以待測液體的密度為。說明:利用浮力知識(shí)測密度時(shí)有的方法基本原理是一樣的,即實(shí)質(zhì)屬于同一種類型。教師在講解時(shí)可將前后對照
11、分析,以使學(xué)生學(xué)會(huì)變形,達(dá)到舉一反三目的。如測定固體物質(zhì)的密度中的第1點(diǎn),水中下沉固體物質(zhì)的密度測定中的視重法與測定液體物質(zhì)的密度中的第3點(diǎn)用已知密度的固體來測定(適用于密度較小的液體),這兩種方法的步驟一樣,基本原理一樣,都是利用實(shí)驗(yàn)測量法測出浮力F浮=GG,根據(jù)實(shí)心物體全部浸沒在液體中,則物體的體積V=V排=,物體的密度,若已知可測,反過來若已知,將上式變形即可得。類似的還有第(一)點(diǎn)測定固體物質(zhì)的密度中第2點(diǎn)中第(3)小點(diǎn)漂浮法和第(二)點(diǎn)測定液體物質(zhì)的密度中的4、5兩法,其實(shí)質(zhì)也是一樣。六、用浮力和杠桿知識(shí)測定固體物質(zhì)的密度1密度大于水的固體物質(zhì):(1)如圖7(a)示,將待測固體物塊和
12、已知密度為的物塊用細(xì)線分別懸掛在長為L的直硬棒兩端,移動(dòng)支點(diǎn),使杠桿平衡,用刻度尺 圖7測出支點(diǎn)兩邊的力臂L1和L2。 (2)如圖(b)所示,將待測固體物塊和已知密度為物物塊全部浸沒在水中,移動(dòng)支點(diǎn),直到杠桿再次平衡,用刻度尺測出支點(diǎn)兩邊的力臂L1和L2。,。以上兩式相除,可得待測固體物塊密度為:。2密度較小的固體物質(zhì):如圖8示,一根粗細(xì)均勻的長為的固體棒用細(xì)線系好后掛起來,另一端放入水中,當(dāng)棒靜止時(shí)測出棒露出水面部分的長度為,棒在重力G和浮力F浮的作用下處于平衡狀態(tài),兩力力臂分別為和G和浮。,。(S為棒的橫截面積) 。3 利用桿秤來測液體物質(zhì)的密度:如圖是某物理興趣小組同學(xué)自制的一個(gè)密度秤,
13、在小桶中裝滿液體,移動(dòng)秤錘,使秤桿平衡就可直接測量液體的密度,秤桿和秤鉤質(zhì)量不計(jì),已知小桶質(zhì)量為0.5kg,秤錘質(zhì)量為2kg,提鈕到秤鉤長為OA為5cm。(1)求此密度秤“O”刻度B距提鈕的長度。(2)若在小桶中裝滿水時(shí),移動(dòng)秤錘到C,且OC=35cm,求密度秤上刻度為“0.8”的位置。解:(1)OA×G桶=OB×G錘OB=(2)(m水+m桶)g·OA=m錘g·OC(m水+0.5kg)×5cm=2kg×35cmm水=13.5kg體積相同 m油=(m油+m桶)g·OA=m錘g·ODOD=七、測空氣的密度(利用浮力知識(shí))器材:彈簧測力計(jì)、細(xì)線、飲料瓶、蠟、量筒、圓形玻璃缸、水。步驟:1.在飲料瓶蓋上打孔,穿線、封蠟,擰緊,用彈簧測力計(jì)拉飲料瓶沒入盛有適量水的圓形玻璃缸中,如圖9示:則有:F1+G瓶 +G空氣+G蠟=(1)(式中F1為彈簧測力計(jì)的示數(shù),G瓶為瓶子的重力,G空氣為瓶子內(nèi)空氣的重力,G蠟為蠟塊的重力,V0為瓶子自身的體積,V為瓶子內(nèi)部的容積)。2將飲料瓶灌滿水,用彈簧測力計(jì)拉住,緩緩放入水中至飲料瓶完全沒入,則有:F2+
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