Question

（2012?安順）美術(shù)課上同學(xué)們用橡皮泥捏動(dòng)物模型時(shí)，想知道橡皮泥的密度有多大．課后，他們?nèi)×送�一塊橡皮泥，采用了兩種實(shí)驗(yàn)方案，來(lái)測(cè)量橡皮泥的密度．
方案一：選擇天平、量筒、水和細(xì)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，操作過(guò)程按圖甲所示順序進(jìn)行．

〔1〕由圖示的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，寫出通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的物理量．
〔2〕通過(guò)什么定義可以計(jì)算橡皮泥的密度值，其值是多少kg/m³？
〔3〕請(qǐng)你評(píng)估：這一實(shí)驗(yàn)測(cè)算的密度結(jié)果怎樣？（即測(cè)量值比真實(shí)值是“偏大”、“偏小”或“準(zhǔn)確”）？
方案二：選擇彈簧測(cè)力計(jì)〔如圖乙〕、細(xì)線和裝有水的杯子．實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下．
A．橡皮泥用線系好，掛在測(cè)力計(jì)上讀出示數(shù)F₁；
B．將測(cè)力計(jì)吊著橡皮泥浸沒(méi)水中，讀出測(cè)力計(jì)示數(shù)F₂．
（1）請(qǐng)解釋F₁、F₂的物理意義．
（2）寫出橡皮泥浸沒(méi)水中受到的浮力的表達(dá)式．
（3）根據(jù)什么原理可以計(jì)算橡皮泥的密度值，并導(dǎo)出表達(dá)式．

Answer 1

分析：方案一：（1）讀取量筒的示數(shù)，利用兩次的示數(shù)之差可得出橡皮泥的體積；讀取天平示數(shù)時(shí)應(yīng)將砝碼質(zhì)量與游碼示數(shù)相加；利用密度的公式可算出橡皮泥的密度．
（2）分析步驟可看出，先測(cè)體積，再測(cè)質(zhì)量，會(huì)對(duì)橡皮泥的質(zhì)量造成一定的影響，進(jìn)而影響到密度的結(jié)果．
方案二：（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量橡皮泥的重力F₁，把橡皮泥浸沒(méi)在水中讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F₂，求出橡皮泥受到的浮力F₁-F₂．
（2）根據(jù)阿基米德原理求出浮力F_浮=ρ_水gV_排=F₁-F₂，求出橡皮泥的體積，根據(jù)G=mg求出橡皮泥的質(zhì)量，根據(jù)密度公式求出橡皮泥的密度．

解答：解：方案一：
（1）由圖可知，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出的物理量有兩個(gè)：橡皮泥的體積V=10cm³，橡皮泥的質(zhì)量m=13.4g；
答：橡皮泥的體積V=10cm³，橡皮泥的質(zhì)量m=13.4g．
（2）密度的概念是：?jiǎn)挝惑w積的物體的質(zhì)量，即通過(guò)ρ=

m

V

代入相關(guān)數(shù)據(jù)就可以計(jì)算出橡皮泥的密度．
橡皮泥的密度：ρ=

m

V

=

13.4g

10cm3

=1.34g/cm³=1.34×10³kg/m³．
答：通過(guò)密度的定義可以計(jì)算橡皮泥的密度值，其值是1.34×10³kg/m³．
（3）因?yàn)橄葴y(cè)體積，再測(cè)質(zhì)量時(shí)，橡皮泥濕水后會(huì)造成質(zhì)量偏大，因而密度也會(huì)偏大．
答：這一實(shí)驗(yàn)測(cè)算的密度結(jié)果會(huì)偏大．
方案二：
（1）實(shí)驗(yàn)中F₁指的是橡皮泥的重力，F(xiàn)₂指的是橡皮泥浸沒(méi)在水中讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)；
答：F₁表示橡皮泥所受的重力，F(xiàn)₂表示橡皮泥浸沒(méi)在水中讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)．
（2）由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量浮力的原理可知：橡皮泥受到的浮力：F_浮=F₁-F₂，
即F_浮=ρ_水gV_排=F₁-F₂，
答：橡皮泥浸沒(méi)水中受到的浮力的表達(dá)式是F_浮=F₁-F₂．
（3）由于橡皮泥浸沒(méi)在水中，所以橡皮泥的體積等于排開水的體積，由阿基米德原理得：
橡皮泥的體積：V=V_排=

F1-F2

ρ水g

，
橡皮泥的質(zhì)量：m=

F1

g

，
∴橡皮泥的密度為：ρ=

m

V

=

F1ρ水

F1-F2

．
答：根據(jù)阿基米德原理可以計(jì)算出橡皮泥的密度，其表達(dá)式為：ρ=

F1ρ水

F1-F2

．

點(diǎn)評(píng)：本實(shí)驗(yàn)提供了固體密度測(cè)量的兩種方法：常規(guī)測(cè)量法（方案一）和浮力測(cè)量法（方案二），無(wú)論采用哪種方法都是從測(cè)量質(zhì)量m和體積V入手，最后根據(jù)ρ=

m

V

計(jì)算出物體的密度，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是中考�？嫉闹攸c(diǎn)內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)熟練掌握．