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18.靓靓同学的爸爸到海口出差给她带来了一个精美的贝壳.靓靓特别喜欢物理实验,自己设计了一个测量贝壳密度的实验.
【器材】托盘天平(配了砝码)、大烧杯、小烧杯、细线和水.
【步骤】
(1)用托盘天平测量贝壳的质量.
所用天平的标尺如图甲所示,最小砝码的质量与标尺最大刻度值相同.测量前,将天平放在水平桌面上,移动游码到标尺的零刻度处,调节平衡螺母,使天平平衡.测量时按规定在右盘加入50g的砝码后,天平的指针偏向左侧,这时贝壳的质量大于(填“小于”、“等于”或“大于”)50g,再加入5g的砝码后,指针偏向右侧,接下来的操作是:用镊子取出5g砝码放回砝码盒,再移动游码,直至天平平衡.按照图甲所示,读出贝壳的质量m=53.4g.
(2)测出空小烧杯的质量m1
(3)将装有水的大烧杯和空的小烧杯如图乙所示放置(水至溢水口).
(4)用细线悬挂贝壳缓缓浸没于大烧杯中,有部分水溢出进入小烧杯.
(5)测出承接了溢出水的小烧杯的总质量m2
【结果】
(1)溢出水的体积是:$\frac{{m}_{2}{-m}_{1}}{{ρ}_{水}}$(水的密度用ρ表示);
(2)贝壳的密度是:$\frac{m}{{m}_{2}-{m}_{1}}$ρ(以上两空用本题中出现过的物理量字母符号表示).
(3)现请你用弹簧测力计、烧杯、水、细线,再设计出一种测鸡蛋密度的方案.写出:①实验步骤;②鸡蛋密度表达式.

分析 ①使用天平测量物体的质量时,先将天平放在水平台上,游码移到标尺左端的零刻线处,调节横梁两端的平衡螺母,使天平平衡;物体放在天平的左盘,游码放在天平的右盘,通过加减砝码和调节游码在标尺上的位置使天平平衡(指针偏左说明物体重,可以通过加砝码或向右移动游码使天平平衡;若指针偏右说明砝码重,需要减砝码),左盘中物体的质量等于右盘中砝码的质量加上游码的示数.
②测量贝壳的质量和体积,根据密度公式求出贝壳的密度.
本题没有量筒,需要间接测量贝壳的体积是关键.
等效替代的方法:V=V
测出空小烧杯的质量,烧杯中装满水,把贝壳浸没在水中,有部分水溢出进入小烧杯.测出承接了溢出水的小烧杯的总质量,计算出溢出水的质量,求得溢出水的体积,贝壳体积等于溢出水的体积;
用公式ρ=$\frac{m}{V}$计算出贝壳的密度.
③先用测力计测出鸡蛋的重力;再把鸡蛋全部浸入水中,读出测力计的示数;根据称重法求出鸡蛋所受的浮力,进一步求出鸡蛋的体积,再根据密度公式求出鸡蛋的密度.

解答 解:【步骤】
(1)使用天平测量物体的质量前,要将天平放在水平桌面上,游码移到标尺左端的零刻线处,调节平衡螺母使天平平衡;
将贝壳放在左盘,砝码放在右盘,指针偏左说明左边的贝壳重,贝壳的质量大于砝码的质量,加上5g的砝码,指针偏右说明右边的砝码重,应该取出5g的砝码,通过移动游码(移动游码相当于向右盘中加上更小的砝码),直到天平平衡.
贝壳的质量m=50g+3.4g=53.4g.
【结果】
(1)计算出溢出水的质量m=m2-m1,由ρ=$\frac{m}{V}$得:
溢出水的体积V=$\frac{{m}_{2}{-m}_{1}}{{ρ}_{水}}$;
(2)贝壳体积等于溢出水的体积,即V=V=$\frac{{m}_{2}{-m}_{1}}{{ρ}_{水}}$;
贝壳的密度ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{m}{{m}_{2}-{m}_{1}}$ρ
(3)实验步骤:
①鸡蛋用细线拴好挂在测力计上,读出示数,即为鸡蛋的重力G;
②将鸡蛋浸没水中,读出测力计的示数F;
③根据测量数据算出鸡蛋的密度.
表达式:ρ鸡蛋=$\frac{G}{G-F}$•ρ
故答案为:(1)平衡螺母;大于;用镊子取出5g砝码放回砝码盒,再移动游码;53.4.
【结果】
(1)$\frac{{m}_{2}{-m}_{1}}{{ρ}_{水}}$;
(2)$\frac{m}{{m}_{2}-{m}_{1}}$ρ
(3)实验步骤:
①鸡蛋用细线拴好挂在测力计上,读出示数,即为鸡蛋的重力G;
②将鸡蛋浸没水中,读出测力计的示数F;
③根据测量数据算出鸡蛋的密度.
表达式:ρ鸡蛋=$\frac{G}{G-F}$ρ

点评 本题考查密度的测量和密度公式的应用;测量贝壳密度的方法较为特殊,主要体现在没有量筒的情况下,如何通过等效替代的方法求得贝壳的体积,这里主要是借助了溢水杯,使溢出水的体积等于贝壳的体积,值得我们学习和借鉴.固体的体积一般根据排水法用量筒测出,若没有量筒可根据可根据排水法测出排开水的质量,用V=$\frac{m}{ρ}$算出水的体积就等于物体体积.

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