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$解:​​(1)​​树脂镜片优点:树脂镜片透光度好,而且质量相对较轻;$
$缺点:不如玻璃镜片耐磨损.​​\ $
$(2)​​要求眼镜轻巧耐用,应选择树脂镜片;​​\ $
$(3)​​镜片的密度​​ ρ=\frac {m }{V}=\frac {0.01\ \text {kg}}{4×10^{-6}\ \text m^3}=2.5×10^{3}\ \text {kg/m}^3\ ​​$
$由表中数据可知,它的密度与是玻璃的密度相同,故这个镜片由玻璃制成的.$
标尺左端的“0”刻度线处
39
12
​$ 3.25×10³$​
偏小
【分析】
1. 对于问题(1),我们需要从表格给出的透光量、密度、性能三个维度对比树脂镜片和玻璃镜片:先看透光量数值,树脂镜片透光量更高;再看密度,树脂镜片密度更小,相同体积下质量更轻;最后看性能,树脂镜片的耐磨性不如玻璃镜片,据此总结优缺点。
2. 问题(2),“轻巧”要求材料密度小(相同体积下质量更小),“耐用”要求材料具备良好的耐磨性或耐腐蚀性。结合表格数据,树脂镜片密度小且较耐磨损,钛合金密度小于铜合金且耐腐蚀,所以镜片选树脂镜片、镜架选钛合金能满足轻巧耐用的要求。
3. 问题(3),已知镜片的质量和体积,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算出密度,再将计算结果与表格中材料的密度对比,即可确定材料种类。
【解析】
(1) 对比表格参数:
透光量:树脂镜片为92%,玻璃镜片为91%,说明树脂镜片透光量更好;
密度:树脂镜片$1.3×10^3\ \mathrm{kg· m^{-3}}$小于玻璃镜片$2.5×10^3\ \mathrm{kg· m^{-3}}$,根据$m=\rho V$,相同体积下树脂镜片质量更轻;
性能:树脂镜片是“较耐磨损”,玻璃镜片是“耐磨损”,说明树脂镜片耐磨性不如玻璃镜片。
因此树脂镜片的优点是透光量好、质量较轻;缺点是耐磨性不如玻璃镜片。
(2) 要满足眼镜“轻巧”,需选择密度小的材料,相同体积下质量更小;“耐用”需选择耐磨损或耐腐蚀的材料。因此镜片选择树脂镜片(密度小、较耐磨损),镜架选择钛合金(密度小于铜合金、耐腐蚀)。
(3) 已知镜片质量$m=0.01\ \mathrm{kg}$,体积$V=4×10^{-6}\ \mathrm{m^3}$,根据密度公式:
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{0.01\ \mathrm{kg}}{4×10^{-6}\ \mathrm{m^3}}=2.5×10^3\ \mathrm{kg/m^3}$
对比表格数据,该密度与玻璃镜片的密度一致,因此该镜片由玻璃镜片制成。
【答案】
(1) 优点:透光量好、质量较轻;缺点:耐磨性不如玻璃镜片。
(2) 镜片选择树脂镜片,镜架选择钛合金。
(3) 该镜片由玻璃镜片制成。
【知识点】
密度公式应用,材料特性分析,密度计算
【点评】
本题结合生活中眼镜的选材问题,考查对物理表格信息的提取能力和密度公式的实际应用,将物理知识与生活实际结合,引导学生用物理知识解决生活中的选材问题。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题是测量不规则大体积金属块密度的实验题,解题思路如下:
1. 回忆天平的使用规范:使用天平前,必须先将游码移到标尺左端的零刻度线处,再调节平衡螺母调平,这是天平使用的基础步骤。
2. 计算金属块质量:天平测量物体质量时,物体质量等于砝码总质量加上游码对应的刻度值,需先读取砝码和游码的示数再求和。
3. 测量金属块体积:由于金属块无法放入量筒,采用等效替代法——金属块浸没在水中时排开水的体积等于其自身体积,取出金属块后,加水到标记处,倒入烧杯的水的体积就等于金属块的体积,因此用量筒中减少的水的体积来等效金属块的体积。
4. 计算密度与误差分析:根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算密度;分析误差时,需考虑取出金属块时表面沾水对体积测量的影响:金属块沾水会导致烧杯内水面下降更多,倒入的水体积偏大,即测量的体积偏大,结合密度公式可知密度测量值偏小。
【解析】
(1) 天平的使用步骤:将托盘天平放在水平桌面上,首先将游码移到标尺左端的“0”刻度线处,然后调节平衡螺母,使托盘天平平衡。
(2) 由图(a)可知,砝码总质量为$20g + 10g + 5g = 35g$,游码对应的刻度值为$4g$,根据天平的读数规则,金属块的质量:
$m = 35g + 4g = 39g$
(3) 由图(c)可知,量筒的分度值为$2mL$,剩余水的体积为$28mL$;已知量筒中原有$40mL$水,倒入烧杯中的水的体积为:
$V_{水} = 40mL - 28mL = 12mL = 12cm^3$
根据等效替代法,金属块的体积等于倒入烧杯中水的体积,即$V = 12cm^3$。
(4) 根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$,代入数据计算金属块的密度:
$\rho = \frac{39g}{12cm^3} = 3.25g/cm^3 = 3.25×10^3kg/m^3$
误差分析:取出金属块时,金属块表面会沾有部分水,导致烧杯内水面下降的体积大于金属块的实际体积,因此需要倒入更多的水才能使水面回到标记处,即测量的金属块体积偏大。根据$\rho = \frac{m}{V}$,质量$m$测量准确,体积$V$偏大,所以计算出的金属块密度会偏小。
【答案】
(1) 标尺左端的“0”刻度线处
(2) $39$
(3) $12$
(4) $3.25×10^3$;偏小
【知识点】
天平的使用,固体密度测量,等效替代法
【点评】
本题考查固体密度的特殊测量方法,重点考查等效替代法的应用,同时需要结合实验操作细节分析误差,既考查了实验基本操作,又考查了对密度公式的理解与应用,注重实验原理与实际操作的结合。
【难度系数】
0.6