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$\frac{m_4 - m_2 + m_1}{a^3}$

在体积相同时,
密度越小的物体的质量越小
材料的厚度(或水的质量)
20
先快后慢

适当浓度盐水结成的冰
【分析】
(1) 对于天平调节,需遵循天平使用规则:使用前将游码移到标尺左端零刻度线处,指针偏左说明左侧偏重,平衡螺母向右调节。计算酱油密度时,先通过天平求出酱油质量,结合量筒中酱油体积,用密度公式计算。由于烧杯内酱油倒不尽,量筒测量体积偏小,导致密度偏大,优化步骤应先测总质量,再倒出酱油到量筒,最后测剩余质量,减小误差。
(2) 小红的方案中,金属块体积为$a^3$,取出金属块后添加的酱油体积等于金属块体积,通过$m_2$和$m_4$可计算补加酱油质量,无需步骤③的数据,结合体积即可求密度。
【解析】
(1) A. 天平使用前,把游码移到标尺左端的零刻度线处;指针偏左,天平左侧偏重,应把平衡螺母向右调节,直到横梁平衡。
C. 由图乙可知,烧杯和酱油的总质量$m_{总}=50g+20g+10g+2g=82g$,酱油的质量$m=82g-37g=45g$;由图丙可知,酱油的体积$V=40mL=40cm^3$,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,可得酱油的密度$\rho=\frac{45g}{40cm^3}=1.125g/cm^3$。
由于烧杯中酱油无法全部倒入量筒,测量的酱油体积偏小,根据$\rho=\frac{m}{V}$,体积偏小会使计算出的密度偏大。优化实验步骤,应先测烧杯和酱油总质量,再将酱油倒入量筒测体积,最后测剩余烧杯和酱油的质量,减小误差,故步骤顺序为$\boldsymbol{ACDB}$。
(2) 金属块的体积$V_{金}=a^3$,取出金属块后,添加的酱油体积等于金属块的体积。
$m_2$是烧杯、酱油和金属块的总质量,$m_4$是烧杯、原酱油和补加酱油的总质量,补加酱油的质量$\Delta m=m_{4}-(m_{2}-m_{1})=m_{4}-m_{2}+m_{1}$,则酱油的密度$\rho=\frac{\Delta m}{V_{金}}=\boldsymbol{\frac{m_{4}-m_{2}+m_{1}}{a^{3}}}$。
在此过程中,步骤③记录的数据是多余的。
【答案】
(1) 标尺左端的零刻度线;右;$1.125$;偏大;$ACDB$
(2) ③;$\boldsymbol{\frac{m_{4}-m_{2}+m_{1}}{a^{3}}}$
【知识点】
天平的使用;密度的测量;误差分析
【点评】
本题考查液体密度的测量,涵盖天平调节、密度公式应用、实验误差分析与步骤优化,同时涉及特殊方法测密度,需理解实验原理,灵活分析实验过程。
【难度系数】
0.7
【分析】
1. 第(1)问:冷藏盒需在山高路远的环境使用,外壳要轻便。根据密度公式$m=\rho V$,体积相同时,密度越小质量越小,铝的密度小于铁,更便于携带。
2. 第(3)问:比较保温性能需用控制变量法,要控制除填充物材料外的其他影响因素不变,比如水的质量、初温或填充物厚度等,确保实验结果仅由材料不同导致。
3. 第(4)问:水最终会与室温达到热平衡,从图像看水温最终稳定在20℃,故室温约为20℃。
4. 第(5)问:观察图像曲线,前期水温下降快,后期下降慢,即降温速度先快后慢。
5. 第(6)问:保温性能好的材料会让水温下降更慢,图像中用泡沫塑料①时水温下降更缓,所以①保温性能更好。
6. 第(7)问:药品需在0℃以下存放,冰的熔点为0℃无法满足,盐水冰熔点低于0℃,能维持0℃以下低温,更符合要求。
【解析】
(1) 应选用铝,理由是在体积相同时,铝的密度小于铁,根据$m=\rho V$,铝外壳的质量更小,便于在山高路远的环境中携带。
(3) 实验需控制变量,例如控制水的质量(或水的初温、填充物的厚度等)不变,保证只有填充物材料这一个变量。
(4) 室温基本不变,水最终会与室温一致,由图像可知水温最终稳定在20℃,所以环境温度约为20℃。
(5) 从水温随时间变化的曲线可看出,开水冷却时,前期降温速度快,后期降温速度慢,即降温速度先快后慢。
(6) 对比两条曲线,使用泡沫塑料①时水温下降更缓慢,说明其保温性能更优,故选①。
(7) 冰的熔点为0℃,只能维持0℃及以上温度;适当浓度盐水结成的冰熔点低于0℃,能使药品处于0℃以下环境,所以选适当浓度盐水结成的冰。
【答案】
(1) 铝;在体积相同时,密度越小的物体的质量越小
(3) 材料的厚度(或水的质量)
(4) 20
(5) 先快后慢
(6) ①
(7) 适当浓度盐水结成的冰
【知识点】
密度的应用、控制变量法、熔点的应用
【点评】
本题结合医用冷藏盒的实际设计,将物理知识与生活应用结合,考查了密度、控制变量法、保温性能判断及熔点的相关知识,要求学生结合图像分析问题,培养知识迁移和实际应用能力。
【难度系数】
0.6