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【分析】
要解决这个问题,可从两个思路入手:一是先计算沙子的总质量,与汽车载质量比较后得出运输次数;二是先计算汽车一次能运输的沙子体积,与沙子总体积比较得出次数。首先需统一单位,再利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$及其变形公式计算,最后由于运输次数必须为整数,剩余沙子哪怕不足一车也需单独运输,因此要采用“进一法”确定最终次数,不能直接四舍五入。
【解析】
方法一:比较质量法
1. 计算沙子的总质量:
根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$的变形公式$m = \rho V$,代入数据可得:
$m_{\mathrm{总}} = \rho_{\mathrm{沙}} V = 1.4 × 10^{3} \mathrm{ kg/m}^{3} × 400 \mathrm{ m}^{3} = 5.6 × 10^{5} \mathrm{ kg}$
2. 统一单位:
汽车载质量$m = 6 \mathrm{ t} = 6 × 10^{3} \mathrm{ kg}$
3. 计算运输次数:
$n = \frac{m_{\mathrm{总}}}{m} = \frac{5.6 × 10^{5} \mathrm{ kg}}{6 × 10^{3} \mathrm{ kg}} \approx 93.3$
因运输次数为整数,剩余沙子需再运一次,故采用“进一法”,取$n=94$次。
方法二:比较体积法
1. 计算汽车一次能运输的沙子体积:
由$\rho = \frac{m}{V}$变形得$V = \frac{m}{\rho}$,代入汽车载质量及沙子密度:
$V_{0} = \frac{m}{\rho_{\mathrm{沙}}} = \frac{6 × 10^{3} \mathrm{ kg}}{1.4 × 10^{3} \mathrm{ kg/m}^{3}} \approx 4.29 \mathrm{ m}^{3}$
2. 计算运输次数:
$n = \frac{V_{\mathrm{总}}}{V_{0}} = \frac{400 \mathrm{ m}^{3}}{4.29 \mathrm{ m}^{3}} \approx 93.2$
同理,采用“进一法”,取$n=94$次。
【答案】
94次
【知识点】
密度公式的应用、单位换算、实际问题数值处理
【点评】
本题核心考查密度公式的灵活运用,重点在于单位统一及实际场景下对计算结果的合理处理。物理计算需结合生活实际,本题运输次数不能用常规四舍五入,需用“进一法”,体现了物理知识与生活的紧密联系,培养学生的实际应用能力。
【难度系数】
0.7
【分析】
小明的看法合理。课堂上测量水的密度时,常采用“先测烧杯和水的总质量,再将水倒入量筒测体积,最后测空烧杯质量”的步骤,但酸奶粘稠度高,倒出时容器内壁会残留大量酸奶,导致量筒中测得的酸奶体积远小于实际倒出的体积。根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,此时质量测量准确,体积测量偏小,计算出的酸奶密度会偏大,误差较大。因此需要调整测量顺序,避免残留酸奶对体积测量的影响,可通过先测总质量,倒出部分酸奶测体积,再测剩余质量的方法,利用总质量与剩余质量的差得到倒出酸奶的质量,结合量筒中的体积计算密度,这样残留的酸奶不会影响测量结果的准确性。
【解析】
1. 看法判断:小明的看法合理。
2. 实验器材:天平(含砝码)、量筒、烧杯、待测酸奶。
3. 实验步骤:
① 向烧杯中倒入适量酸奶,用天平测出烧杯和酸奶的总质量,记为$m_1$;
② 将烧杯中的部分酸奶倒入量筒中,记录量筒内酸奶的体积$V$;
③ 用天平测出烧杯和剩余酸奶的总质量,记为$m_2$;
④ 根据密度计算公式$\rho=\frac{m_1 - m_2}{V}$,计算出酸奶的密度。
【答案】
小明的看法合理。
测量方案如下:
器材:天平(带砝码)、量筒、烧杯、待测酸奶。
实验步骤:
① 向烧杯中倒入适量酸奶,用天平测出烧杯和酸奶的总质量$m_1$;
② 将烧杯中的部分酸奶倒入量筒,记录量筒中酸奶的体积$V$;
③ 用天平测出烧杯和剩余酸奶的总质量$m_2$;
④ 计算酸奶的密度:$\rho=\frac{m_1 - m_2}{V}$。
【知识点】
密度的测量、减小实验误差
【点评】
本题结合实际测量对象的特性,考查密度测量实验的优化设计,重点在于分析残留液体对实验误差的影响,通过调整测量顺序减小误差,培养学生的误差分析能力和实验方案设计能力,体现了物理实验中“根据测量对象优化方法”的思想。
【难度系数】
0.6
【分析】
首先明确大多数物质热胀冷缩的核心特性:温度降低时体积收缩、密度增大,温度升高时体积膨胀、密度减小。我们需要结合密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,对比现实中水的反常膨胀(4℃时密度最大),从温度与密度的关系、冬季水体的对流过程、结冰后的变化三个层面逐步推导:
1. 先推导温度与水密度的关联:根据密度公式,热胀冷缩下温度降低会使水的体积减小,因此密度会随温度降低而增大;
2. 再分析冬季水体的对流循环:环境降温时,表层水降温后密度变大下沉,底层温水上升继续降温,对流会持续到全水体温度降至0℃;
3. 最后推导结冰后的状态:若温度继续降低,冰也遵循热胀冷缩,其密度会大于0℃的液态水,冰会下沉,最终整个水体完全冰封。
【解析】
如果水在全部温度范围内都遵循热胀冷缩的规律,会发生以下系列变化:
1. 温度与密度的对应关系
由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$可知,热胀冷缩意味着温度降低时水的体积$V$收缩减小,因此水的密度$\rho$会随温度降低而增大;反之,温度升高时水的体积膨胀增大,密度则减小。
2. 冬季水体的对流降温过程
当冬季环境温度下降时,表层的水率先被降温,密度变大后会下沉至水体底部;而底部温度较高、密度较小的水会上升到表层,继续被环境降温。这种对流循环会持续进行,直到整个水体的温度都均匀降低至0℃。
3. 结冰与水体冰封的特殊变化
若温度进一步降低至0℃以下,水结成冰。由于冰也遵循热胀冷缩,温度降低时冰的体积收缩,其密度会大于0℃的液态水,因此冰不会像现实中那样浮在水面,而是下沉至水底。后续底层的水会继续结冰,最终整个水体从表层到底层都会完全冻结成冰。
4. 生态与环境的连锁影响
现实中因水的反常膨胀,冬季表层结冰后,冰层下方的水可保持4℃左右的适宜温度,为水生生物提供生存环境;而若水全程热胀冷缩,整个水体完全冰封,水生生物无法在冬季存活,淡水生态系统会被破坏;同时河流、湖泊的结冰模式改变,还会影响全球水循环、气候调节等自然过程。
【答案】
若水在全部温度范围内都热胀冷缩,会发生以下变化:
1. 水的密度随温度降低而增大,随温度升高而减小;
2. 冬季水体的对流循环会持续至整个水体温度降至0℃;
3. 0℃以下结冰时,冰因密度大于液态水会下沉,最终整个水体从表层到底层完全冻结;
4. 淡水生态系统会被破坏,水生生物难以在冬季存活,同时会影响全球水循环与气候调节等自然过程。
【知识点】
热胀冷缩原理;密度与温度的关系;水的反常膨胀
【点评】
本题通过假设水失去反常膨胀特性,将物理规律与自然生态现象结合,考查学生对热胀冷缩、密度与温度关系的理解,同时要求学生具备逻辑推理和知识迁移能力,能从物理规律推导生态环境的连锁变化。
【难度系数】
0.3