【分析】
1. 对于(1):回忆天平的使用规范,调节天平平衡前,必须将游码移到标尺左端的零刻度线处,观察图甲可知游码未在零刻度线就调节平衡螺母,这是操作错误。
2. 对于(2)①:天平读数需将砝码总质量与游码对应刻度值相加,先确定砝码和游码的示数,再计算总质量。
②:分析假山石吸水对体积测量的影响:吸水会使量筒中液面上升的体积小于石头实际体积,根据$\rho=\frac{m}{V}$,$m$准确,$V$偏小,密度测量值会偏大。
③:先计算假山石吸水的质量,结合水的密度算出吸水的体积;再通过量筒示数得到排开水的体积,石头实际体积为排开水的体积加上吸水的体积,最后用密度公式计算密度。
3. 对于(3)①:该实验用等效替代法,取出石头后,加水到标记处,此时加入水的体积等于石头的体积,以此等效替代石头的体积。
②:先计算加入水的质量,得到水的体积即石头体积,再用密度公式计算石头密度;分析保鲜膜沾水的影响:由于最终是加水到标记处,不管石头带出水多少,加入水的体积始终等于石头体积,所以密度测量值不变。
【解析】
(1) 调节天平平衡时,应先将游码移至标尺左端的零刻度线处,再调节平衡螺母,图甲中游码未归零就调节平衡螺母,这是操作错误。
(2) ① 砝码总质量为$50\mathrm{g}+5\mathrm{g}=55\mathrm{g}$,游码对应刻度为$3.6\mathrm{g}$,所以假山石的质量$m=55\mathrm{g}+3.6\mathrm{g}=58.6\mathrm{g}$。
② 假山石吸水,导致量筒中测量的排开水的体积小于石头实际体积,由$\rho=\frac{m}{V}$可知,$m$测量准确,$V$偏小,因此密度测量值偏大。
③ 假山石吸水的质量:$m_{\mathrm{吸}}=68.6\mathrm{g}-58.6\mathrm{g}=10\mathrm{g}$,吸水的体积$V_{\mathrm{吸}}=\frac{m_{\mathrm{吸}}}{\rho_{\mathrm{水}}}=\frac{10\mathrm{g}}{1\mathrm{g/cm^3}}=10\mathrm{cm^3}$;
量筒中水面上升的体积$V_{\mathrm{排}}=80\mathrm{mL}-60\mathrm{mL}=20\mathrm{mL}=20\mathrm{cm^3}$,
假山石的实际体积$V_{\mathrm{石}}=V_{\mathrm{排}}+V_{\mathrm{吸}}=20\mathrm{cm^3}+10\mathrm{cm^3}=30\mathrm{cm^3}$;
则假山石的密度$\rho_{\mathrm{石}}=\frac{m_{\mathrm{石}}}{V_{\mathrm{石}}}=\frac{58.6\mathrm{g}}{30\mathrm{cm^3}}\approx1.95\mathrm{g/cm^3}$。
(3) ① 利用等效替代法,取出假山石后,往烧杯中加水至水面到达标记处,此时加入水的体积等于假山石的体积。
② 加入水的质量$m_{\mathrm{水}}=166\mathrm{g}-106\mathrm{g}=60\mathrm{g}$,水的体积$V_{\mathrm{水}}=\frac{m_{\mathrm{水}}}{\rho_{\mathrm{水}}}=\frac{60\mathrm{g}}{1\mathrm{g/cm^3}}=60\mathrm{cm^3}$,即$V_{\mathrm{石}}=60\mathrm{cm^3}$;
假山石的密度$\rho_{\mathrm{石}}=\frac{m_0}{V_{\mathrm{石}}}=\frac{120\mathrm{g}}{60\mathrm{cm^3}}=2\mathrm{g/cm^3}=2×10^3\mathrm{kg/m^3}$;
由于用保鲜膜包裹假山石,取出时沾水,但加水到标记处时,补充的水的体积始终等于假山石的体积,因此测量的体积准确,密度测量值不变。
【答案】
1.(1) 游码未归零
(2) ① $\boldsymbol{58.6}$ ② $\boldsymbol{偏大}$ ③ $\boldsymbol{1.95}$
(3) ① $\boldsymbol{水面到达标记处}$ ② $\boldsymbol{2×10^{3}}$;$\boldsymbol{不变}$
【知识点】
天平的使用、固体密度测量、等效替代法
【点评】
本题围绕固体密度测量展开,结合天平、量筒的操作规范,还涉及吸水固体的密度修正以及等效替代法的应用,需要灵活运用密度公式,精准分析实验误差的来源,对实验操作细节和误差分析能力要求较高。
【难度系数】
0.45