Question

4．小明想測量大米的密度，但由于大米容易吸水，導致體積明顯變化，因此用排水的方法測量大米的體積是不合理的，于是小明進行了如下實驗和思考．

實驗一：按圖甲和圖乙的方法分別測量大米的質(zhì)量和體積，由此計算出大米的密度．
（1）使用托盤天平稱取5克大米，稱量過程中發(fā)現(xiàn)天平指針偏向右邊（如圖甲），接下來小明應如何操作？向左盤中添加大米直至天平平衡．
（2）由于米粒間存在較大的間隙，按圖乙的方式用量筒直接測量大米體積，則會導致測得的體積值大，從而使密度值偏小（填偏大、偏小、不變）．
小明思考：能否用排空氣的方法測量大米的體積呢？他設想將大米與空氣密封在一個注射器內(nèi)，只要測出注射器內(nèi)空氣和大米的總體積及空氣的體積，其差值就是大米的體積．但如何測出空氣的體積呢？
查閱資料得知：
溫度不變時，一定質(zhì)量氣體的體積與其壓強的乘積是定值．于是進行了實驗二：稱取5克大米并裝入注射器內(nèi)（如圖丙），從注射器的刻度上讀出大米和空氣的總體積，通過壓強傳感器測出此時注射器內(nèi)空氣壓強為P；而后將注射器內(nèi)的空氣緩慢壓縮，當空氣壓強增大為2P時，再讀出此時的總體積（壓縮過程中大米的體積、空氣的溫度均不變），整理相關數(shù)據(jù)記錄如表．

	注射器內(nèi)空氣壓強	注射器內(nèi)空氣和大米的總體積	注射器內(nèi)空氣體積
壓縮前	P	23毫升	V
壓縮后	2P	13毫升	0.5V

（3）由實驗二測得大米的密度為1.67克/厘米³．（計算結果精確到0.01）

Answer 1

分析 （1）明確了要稱量出的大米的質(zhì)量，應固定砝碼，向左盤中添加大米，直到天平平衡；
（2）明確米粒間存在較大間隙，便不難判斷用量筒量取大米體積時對測量結果的影響；
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)和溫度不變時，一定質(zhì)量氣體的體積與其壓強的乘積是定值．可以得到：P×（23ml-V_大米）=2P×（13ml-V_大米），根據(jù)此式，求出大米的體積V_大米，然后用公式ρ=$\frac{m}{V}$計算出大米的密度．

解答 解：（1）因為下面實驗中用的大米的質(zhì)量為5g，所以5g的砝碼是不能改變的，故應當向左盤中添加大米直到橫梁平衡為止；
（2）由于米粒間存在較大間隙，按圖乙的方式用量筒直接測量大米體積，則會導致測得的體積值偏大；根據(jù)公式ρ=$\frac{m}{V}$可得，測得大米的密度會偏��；
（3）根據(jù)溫度不變時，一定質(zhì)量氣體的體積與其壓強的乘積是定值．所以壓縮前注射器內(nèi)空氣的體積：V=23ml-V_大米；壓縮后注射器內(nèi)空氣的體積：0.5V=13ml-V_大米．
根據(jù)題意可以得到：P×（23ml-V_大米）=2P×（13ml-V_大米），
所以大米的體積V_大米=3ml=3cm³，所以大米的密度ρ=$\frac{m}{{V}_{大米}}$=$\frac{5g}{3c{m}^{3}}$=1.67g/cm³
故答案為：（1）向左盤中添加大米直至天平平衡；（2）大；偏小；（3）1.67．

點評 此題中因為大米的體積不好直接測量，因此用到間接測量法．通過“溫度不變時，一定質(zhì)量氣體的體積與其壓強的乘積是定值”來求出大米的體積，再根據(jù)公式ρ$\frac{m}{V}$求出大米的密度．間接測量法的應用很值得借鑒和學習．