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C
16.4
0.82
偏小

62
【分析】
这是一道固体密度测量的实验题,需结合天平使用、排水法测体积的技巧逐步分析:
1. 天平调平:指针偏向左侧,说明左盘质量偏大,根据“平衡螺母向指针偏转的反方向调节”的规则,应向右调平衡螺母。
2. 质量测量:放入最小砝码后指针仍偏左,说明左盘物体质量略大于砝码总质量,测量过程中不能调节平衡螺母,需向右移动游码来补充质量差;物体质量为砝码总质量加游码对应刻度值。
3. 体积测量:利用“悬重法”测密度小于水的固体体积,物块体积等于图②与图③的体积差(图②是水、铁块、物块的总体积,图③是水、铁块的体积,两者差值为物块体积),再用密度公式计算密度。
4. 误差分析:按①②③顺序操作,物块从水中取出时会沾水,导致图③的体积示数偏小,计算出的物块体积偏大,结合密度公式可知,质量准确、体积偏大时,密度测量值偏小。
【解析】
(1) 天平调平:指针静止在分度盘左侧,左盘较重,根据天平调平规则,应将平衡螺母向右调节,使横梁平衡。
(2) 质量测量:放入最小砝码后指针偏左,说明左盘物体质量略大,测量过程中不能调节平衡螺母,应向右移动游码,故选C;
由图乙可知,砝码总质量为$10\mathrm{g}+5\mathrm{g}=15\mathrm{g}$,游码对应刻度值为$1.4\mathrm{g}$,因此物块的质量:
$m=15\mathrm{g}+1.4\mathrm{g}=16.4\mathrm{g}$。
(3) 体积与密度计算:
由图丙可知,$V_1=20\mathrm{mL}$,$V_2=60\mathrm{mL}$,$V_3=40\mathrm{mL}$;
物块的体积:$V=V_2-V_3=60\mathrm{mL}-40\mathrm{mL}=20\mathrm{mL}=20\mathrm{cm}^3$;
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,可得材料的密度:
$\rho=\frac{16.4\mathrm{g}}{20\mathrm{cm}^3}=0.82\mathrm{g/cm}^3$。
(4) 误差分析:按①②③顺序操作,物块从水中取出时会沾带部分水,导致图③的体积示数$V_3$偏小,计算出的物块体积$V=V_2-V_3$偏大;根据$\rho=\frac{m}{V}$,质量$m$准确,体积$V$偏大,因此密度测量值比真实值偏小。
【答案】
(1) 右
(2) $\boldsymbol{C}$;$\boldsymbol{16.4}$
(3) $\boldsymbol{0.82}$
(4) 偏小
【知识点】
天平的使用;密度的计算;排水法测体积
【点评】
本题综合考查固体密度测量的实验操作与误差分析,需熟练掌握天平使用规则、密度公式应用,同时理解特殊方法测体积的原理,明确操作顺序对测量结果的影响。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 第(1)题:天平调平时,指针偏向分度盘左侧,说明左盘质量偏大,平衡螺母需向指针偏转的反方向(右侧)调节,使天平横梁平衡。
2. 第(2)题:天平测质量时,物体质量等于砝码总质量加游码对应刻度值,先计算砝码总质量,再加上游码刻度即可得到石块质量。
3. 第(3)题:利用等效替代法,石块的体积等于取出石块后加水至标记处的水的体积。通过计算加入水的质量,结合水的密度可求出水的体积,即石块体积,且带出的水会在计算中抵消,不影响结果。
4. 第(4)题:根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,代入石块的质量和体积计算密度,再进行单位换算。
5. 第(5)题:分析带出的水对体积测量的影响,由于带出的水会被后续加入的水补充,最终计算的体积仍等于石块真实体积,结合质量测量准确,判断密度测量结果不变。
【解析】
(1) 天平调平过程中,指针指在分度盘中线左侧,左盘较重,应向右调节平衡螺母使天平平衡。
(2) 小石块的质量:
$ m = 50\,\mathrm{g} + 10\,\mathrm{g} + 2\,\mathrm{g} = 62\,\mathrm{g} $
(3) 取出石块后,加入水的质量:
$ m_{\mathrm{水}} = 174\,\mathrm{g} - (143\,\mathrm{g} - 62\,\mathrm{g}) = 31\,\mathrm{g} $
由$\rho = \frac{m}{V}$得,石块的体积等于加入水的体积:
$ V = V_{\mathrm{水}} = \frac{m_{\mathrm{水}}}{\rho_{\mathrm{水}}} = \frac{31\,\mathrm{g}}{1\,\mathrm{g/cm}^3} = 31\,\mathrm{cm}^3 $
(4) 小石块的密度:
$ \rho = \frac{m}{V} = \frac{62\,\mathrm{g}}{31\,\mathrm{cm}^3} = 2\,\mathrm{g/cm}^3 = 2 × 10^3\,\mathrm{kg/m}^3 $
(5) 取出小石块时带出一些水,后续加水至标记处时,加入的水会补充带出的水和石块排开的水,最终计算出的体积仍等于石块真实体积,且石块质量测量准确,根据$\rho=\frac{m}{V}$,所测密度不变。
【答案】
(1) 右
(2) 62
(3) 31
(4) $ 2 × 10^{3} $
(5) 不变
【知识点】
天平的使用、密度的计算、等效替代法测体积
【点评】
本题通过等效替代法测量固体密度,综合考查天平的使用、密度公式的应用及实验误差分析,需理解实验原理中体积的等效关系,掌握误差分析的逻辑。
【难度系数】
0.7