【分析】
本题是测量物质密度的综合实验题,解题思路如下:
1. 首先回忆密度的定义,密度是质量与体积的比值,因此测量密度的原理就是密度的定义式$\rho=\frac{m}{V}$,这是整个实验的核心依据。
2. 对于测量工具,质量的测量工具是天平,形状不规则物体的体积常用排水法,借助量筒(或量杯)测量。
3. 量筒的使用部分:需要明确量筒的用途、单位换算、量程分度值、放置要求和读数规则,这些都是实验操作的基础细节,要结合教材内容回忆。
4. 小石块密度测量步骤:按照“先测质量,再测水的体积,然后测水和石块的总体积,最后计算密度”的逻辑,因为如果先测体积再测质量,石块沾水会导致质量测量偏大,所以要先测质量。
5. 盐水密度的两种方案:对比两种方案的误差来源,小明的方案中,将烧杯内盐水全部倒入量筒时,烧杯内壁会残留盐水,导致体积测量偏小;而小华的方案是倒出部分盐水,残留的盐水不影响倒出部分的质量和体积测量,因此误差更小,再根据密度公式分析密度的偏差。
【解析】
1. 测量物质密度的原理:根据密度的定义,密度等于质量与体积的比值,即$\boldsymbol{\rho=\frac{m}{V}}$。
2. 测量工具:
测量质量的工具是天平;
测量形状不规则物体体积的工具是量筒(或量杯),利用排水法测量。
(1) 量筒是测量液体体积的工具,标度单位通常是毫升,符号是$\boldsymbol{\mathrm{mL}}$,体积单位换算:$1\ \mathrm{mL} = \boldsymbol{1}\ \mathrm{cm^3}$。
(2) 教材图6-11的量筒,最大测量值是$\boldsymbol{50}\ \mathrm{mL}$,观察刻度可知,每大格为10mL,分成5小格,因此分度值是$\boldsymbol{2}\ \mathrm{mL}$。
(3) 使用量筒时,为保证水平读数,应将其放在水平台面上。
(4) 读数时,视线应与液体凹液面的底部相平,避免仰视或俯视造成读数误差。
(5) 用量筒测量小石块体积的方法:将小石块浸没在量筒的水中,记录此时水和小石块的总体积,用总体积减去水的初始体积,得到小石块的体积。
3. 小石块密度实验步骤:
① 用天平测量小石块的质量,记为$\boldsymbol{m}$;
② 向量筒中倒入适量的水,体积记为$\boldsymbol{V_1}$;
③ 将小石块浸没在量筒的水中,记录此时水和小石块的总体积$V_2$;
④ 利用$\rho=\frac{m}{V_2-V_1}$计算密度。
4. 盐水密度实验方案:
(1) 小明的方案中,盐水的质量$m_{\mathrm{盐水}}=m_2-m_1$,体积为$V_1$,因此盐水密度表达式:$\boldsymbol{\rho_{\mathrm{盐水}}=\frac{m_2 - m_1}{V_1}}$。
(2) 小华的方案中,倒出盐水的质量$m_{\mathrm{盐水}}=m_3-m_4$,体积为$V_2$,因此盐水密度表达式:$\boldsymbol{\rho_{\mathrm{盐水}}=\frac{m_3 - m_4}{V_2}}$。
(3) 小华的方案中,仅测量倒出部分盐水的质量和体积,烧杯内残留的盐水不影响测量结果,误差更小;小明的方案中,烧杯内壁会残留部分盐水,导致量筒中盐水的体积测量值偏小,根据$\rho=\frac{m}{V}$,质量测量准确,体积偏小,计算出的密度偏大,因此按小华的实验方案测量,实验误差可能小一些。
(4) 密度计是常用的测量液体的密度的工具。
【答案】
1. $\boldsymbol{\rho=\frac{m}{V}}$
2. 天平;量筒(或量杯)
(1) 液体体积;毫升;$\boldsymbol{\mathrm{mL}}$;$\boldsymbol{1}$
(2) $\boldsymbol{50}$;$\boldsymbol{2}$
(3) 水平
(4) 液体凹液面的底部
(5) 将小石块浸没在量筒的水中,记录此时水和小石块的总体积,用总体积减去水的初始体积得到小石块的体积
3. ① $\boldsymbol{m}$;② $\boldsymbol{V_1}$;③ 将小石块浸没在量筒的水中,记录此时水和小石块的总体积$\boldsymbol{V_2}$
4. (1) $\boldsymbol{\frac{m_2 - m_1}{V_1}}$
(2) $\boldsymbol{\frac{m_3 - m_4}{V_2}}$
(3) 小华;偏大;烧杯内壁会残留部分盐水,导致量筒中盐水的体积测量值偏小,根据$\rho=\frac{m}{V}$,质量测量准确,体积偏小,计算出的密度偏大
(4) 液体的密度
【知识点】
密度测量原理,量筒的使用,实验误差分析
【点评】
本题全面考查了固体和液体密度测量的实验知识,涵盖实验原理、测量工具、仪器使用、实验步骤设计及误差分析,注重对实验操作细节和逻辑思维的考查,帮助学生理解密度测量的核心逻辑和实验方案的优化思路。
【难度系数】
0.6