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B
大于
0.18
24

25

1.1×10³
利用自制密度计等器材测量鸡蛋密度的步骤如下:首先,在烧杯中装入适量的水,将鸡蛋轻轻放入水中,向烧杯中缓慢加盐并搅拌,直到鸡蛋恰好悬浮在盐水中、此时,用自制密度计测量盐水的密度,记为ρ。由于鸡蛋悬浮在盐水中,所以其密度等于盐水的密度
【分析】
1. 第(1)问:结合密度计的工作原理(漂浮时浮力等于重力)分析选项:A选项根据$\rho_{液}$与浸入深度$H$的反比关系判断刻度特点;B选项明确细管的作用是提高精确度而非增大量程;C选项理解配重对重心的影响。
2. 第(2)问:沉底时物体重力大于浮力;漂浮时浮力等于重力,通过$G=mg$计算浮力;利用实验数据中$m$与$H$的正比关系计算浸入深度。
3. 第(3)问:根据$\rho_{液}$与$H$的反比关系,判断密度大的刻度线位置;利用阿基米德原理先求吸管横截面积,再计算对应密度的浸入深度。
4. 第(4)问:根据盐水密度大于水的特点,选择浸入深度合适的密度计;再结合漂浮条件计算盐水密度。
5. 第(5)问:利用悬浮的特点(物体密度等于液体密度),通过让鸡蛋悬浮在盐水中,间接测量鸡蛋密度。
【解析】
(1) 对各选项分析:
A. 密度计漂浮时$F_{浮}=G=\rho_{液}gSH$,可得$\rho_{液}=\frac{G}{gSH}$,$\rho_{液}$与$H$成反比,因此刻度上小下大且上疏下密,A正确;
B. 上端刻度处较细,是为了提高测量精确度(相同体积变化,细管的长度变化更明显,刻度更易分辨),并非增大量程,B错误;
C. 配重腔装铁砂可降低重心,使密度计竖直漂浮在液体中,C正确。
故选B。
(2) ①号密度计沉底,说明所受重力大于浮力;
调整质量为$18\,\mathrm{g}$的密度计漂浮在水中,浮力等于重力:
$F_{浮}=G=mg=0.018\,\mathrm{kg} × 10\,\mathrm{N/kg}=0.18\,\mathrm{N}$;
由实验数据可知$\frac{m}{H}$为定值($\frac{20\,\mathrm{g}}{26.7\,\mathrm{cm}}=\frac{15\,\mathrm{g}}{20.0\,\mathrm{cm}}=\frac{3}{4}\,\mathrm{g/cm}$),即$H=\frac{4m}{3}$,代入$m=18\,\mathrm{g}$得:
$H=\frac{4 × 18\,\mathrm{g}}{3}=24\,\mathrm{cm}$。
(3) 由$\rho_{液}=\frac{G}{gSH}$可知,$\rho_{液}$越大,$H$越小(液面更靠近底端),因此“$1.2$”刻度线在“$1.0$”刻度线的下方;
③号密度计$G=m_3g=0.015\,\mathrm{kg} × 10\,\mathrm{N/kg}=0.15\,\mathrm{N}$,在水中漂浮时,由$F_{浮}=G=\rho_{水}gSH_3$得横截面积:
$S=\frac{G}{\rho_{水}gH_3}=\frac{0.15\,\mathrm{N}}{1.0 × 10^3\,\mathrm{kg/m}^3 × 10\,\mathrm{N/kg} × 0.2\,\mathrm{m}}=7.5 × 10^{-5}\,\mathrm{m}^2$,
当$\rho_{液}=0.8 × 10^3\,\mathrm{kg/m}^3$时,由$F_{浮}=G=\rho_{液}gSH'$得:
$H'=\frac{G}{\rho_{液}gS}=\frac{0.15\,\mathrm{N}}{0.8 × 10^3\,\mathrm{kg/m}^3 × 10\,\mathrm{N/kg} × 7.5 × 10^{-5}\,\mathrm{m}^2}=0.25\,\mathrm{m}=25\,\mathrm{cm}$。
(4) 盐水密度大于水,浸入深度小于水中的深度,②号密度计在水中浸入$26.7\,\mathrm{cm}$,接近吸管总长$30\,\mathrm{cm}$,在盐水中浸入深度合适,测量最精确;
②号密度计$G'=m_2g=0.02\,\mathrm{kg} × 10\,\mathrm{N/kg}=0.2\,\mathrm{N}$,若液面浸入深度$H''=24\,\mathrm{cm}=0.24\,\mathrm{m}$,则盐水密度:
$\rho_{盐水}=\frac{G'}{gSH''}=\frac{0.2\,\mathrm{N}}{10\,\mathrm{N/kg} × 7.5 × 10^{-5}\,\mathrm{m}^2 × 0.24\,\mathrm{m}} \approx 1.1 × 10^3\,\mathrm{kg/m}^3$。
(5) 测量步骤:在烧杯中装入适量的水,将鸡蛋轻轻放入水中,向烧杯中缓慢加盐并搅拌,直到鸡蛋恰好悬浮在盐水中;此时用自制密度计测量盐水的密度,该密度即为鸡蛋的密度(悬浮时物体密度等于液体密度)。
【答案】
(1) $\boldsymbol{B}$
(2) $\boldsymbol{大于}$;$\boldsymbol{0.18}$;$\boldsymbol{24}$
(3) $\boldsymbol{下}$;$\boldsymbol{25}$
(4) $\boldsymbol{②}$;$\boldsymbol{1.1 × 10^3}$
(5) 在烧杯中装入适量的水,将鸡蛋轻轻放入水中,向烧杯中缓慢加盐并搅拌,直到鸡蛋恰好悬浮在盐水中;此时用自制密度计测量盐水的密度,该密度即为鸡蛋的密度。
【知识点】
物体的浮沉条件;阿基米德原理;密度测量
【点评】
本题结合自制密度计,综合考查浮沉条件与阿基米德原理的应用,需结合实验数据分析规律,同时运用悬浮特点解决实际测量问题,注重物理知识的实践应用。
【难度系数】
0.6