初中物理微专题-开放性实验设计：用天平和量筒测密度 学案

这是一份初中物理微专题-开放性实验设计：用天平和量筒测密度 学案，共8页。
用天平和量筒测密度测固体物质和液体物质的密度其基本原理为，即要通过适当的方法和工具测得物质的质量m和体积V。
因此所选择的测量工具为：
其中液体密度还可以通过密度计直接进行测量。
测固体物质密度的方法：
①用天平测出固体的质量m。
②在量筒中倒入适量的水，测出水的体积为V1
③将固体完全浸入量筒中，测二者的总体积为V2。
④固体的密度
测液体物质密度的方法：
①用天平测出液体和烧杯的总质量m1。
把烧杯中适量液体倒入量简中，用天平测出剩余液体和烧杯的总质量m2读出量筒中液体的体积V。
液体的密度
操作错误引起的误差：
①测量固体密度∶先测体积、后测质量，物体表面有液体附着，所测质量偏大，最终导致所测密度偏大
②测量液体密度∶先测体积、后测质量，由于量筒内壁有残余液体使所测液体质量偏小，最终导致所测密度偏小；先测质量，后测体积，体积测量值偏小（如烧杯上残留有液体）。导致所测密度值偏大。
密度是物质的本质属性，除简单的测物质密度试验外，同类型还可考查设计实验鉴别物质的种类，设计实验验证物体是否空心，验证质量与体积的关系等试验。其基本设计思路与上述均类似，抓住控制变量的原则，每次只探究一个量与另一个量的关系，掌握基本的测量方法即可解决。
1．请你利用身边的物品，探究物体的质量与形状是否有关。
（1）实验器材： ；
（2）实验步骤： ；
（3）现象与结论： 。
2．给你一张密度表和一个可沉于水中的小铁球，请你再自选其他器材，设计一个实验来判断该小铁球是实心的还是空心的？简述你的实验方案。
(1)主要器材： ；
(2)简要做法： ；
(3)如何判断： 。
3．实验桌上有如下器材：天平和配套的砝码（砝码质量已知）若干、质量不同的铁块若干个、烧杯一个、水足够、量程足够大的量筒、细线．要求利用上述实验器材设计一个实验，证明“同种物质，质量与体积成正比”．
（1）写出实验步骤 ；
（2）设计出实验数据记录表 ．
4．给你一只量筒和适量的水，请设计一个实验，估测一块橡皮泥的密度．要求：
（1）写出实验步骤及需要测量哪些物理量；
（2）写出用所测量的量表示的橡皮泥密度的数学表达式．
5．小雄学会了测量铁块的密度后，他问老师：“能不能测量出冰糖块的密度呢？”老师说：“我相信你一定能探究出来！”于是老师给了小雄下列仪器和材料：①天平（配有砝码），②量筒，③水，④细线，⑤面粉，⑥白纸，⑦保鲜薄膜，⑧一小块形状不规则的冰糖。请你想想，如何选用上述器材，设计出一个最佳的测量方案（只需简单写出实验操作步骤）。
6．某校同学参加社会实践活动时，在山上发现一块很大的岩石，他们想测出这块岩石的密度．几位同学随身携带的工具和器材有：电子天平（附说明书）、购物用的弹簧秤、卷尺、喝水用的茶缸、铁锤、细线和一瓶饮用水（已知水的密度为）．请你从中选用部分工具和器材，帮他们设计一种精确测量岩石密度的实验方案：
（1）写出主要的实验步骤；
（2）写出岩石密度的数学表达式（用已知量和测量量表示）
物理量
测量工具
液体或固体体积
量筒、量杯，规则固体可用刻度尺
质量
天平（实验室）、电子秤、杆秤、磅秤（日常生活），弹簧测力计间接测量
XX牌电子天平说明书（节选）
用途：称量物体的质量
自重：1.75kg
量程：0~4kg
精度：0.1g
外形尺寸：290×170×120（mm）
供电方式：7号干电池·4
参考答案：
1． 电子秤、橡皮泥 见解析
见解析
【详解】（1）[1] 探究物体的质量与形状是否有关，需选取测量质量的工具，还需选取易于形变的物体，所以实验器材选用电子秤、橡皮泥。
（2）[2]实验步骤：用电子秤测量一块橡皮泥的质量m1，将橡皮泥捏成不同的形状，用电子秤测出其质量m2，比较m1和m2的大小。
（3）[3]现象与结论：若m1=m2，则说明物体的质量与形状无关；反之，若m1≠m2，则说明物体的质量与形状有关。
2． 密度表、小铁球、天平和量筒 用天平称出小球质量、用量筒测出小球的体积 若，则小铁球是空心的；若，则小铁球是实心的
【分析】根据密度表来判断小铁球是实心还是空心，计算小铁球的密度，先测出质量，再用量筒测出小铁球的体积，最后根据公式求出小铁球的密度，对比密度表即可得出结论。
【详解】[1]对比密度需用到密度表，测量小铁球的质量用到天平，测体积用到量筒，故器材为：密度表、小铁球、天平和量筒。
[2]先把天平调平，称出小球质量，再在量筒中倒入适量的水，读出水的体积，把小铁球放入量筒，读出此时水的体积，前后两次读数之差就是小铁球的体积，故做法为：用天平称出小球质量、用量筒测出小球的体积。
[3]根据公式求出小铁球的密度，对照密度表进行判断：若，则小铁球是空心的；若，则小铁球是实心的。
3．实验步骤为：
①取三个质量不同的铁块，分别用天平和钩码测出并记录它们的质量、、；
②在量筒中倒入适量的水，记下水的体积；
③分别用细线拴住三个铁块，依次放入量筒，记下每次水面到达的体积、、．
④分别计算并记录每个铁块的体积、、．
⑤分别计算并记录质量与体积的比值．实验数据记录表
【详解】（1）对于同种物质，质量与体积成正比，即．要验证质量与体积的关系，实验步骤的确定应围绕设计．为保证实验结果的普遍性，最少设计三组实验过程．
所以分别用天平测量体积，用量筒测量体积，设计实验如下：
①取三个质量不同的铁块，分别用天平和钩码测出并记录它们的质量、、；
②在量筒中倒入适量的水，记下水的体积；
③分别用细线拴住三个铁块，依次放入量筒，记下每次水面到达的体积、、；
④分别计算并记录每个铁块的体积、、．
⑤分别计算并记录质量与体积的比值．
（2）实验数据记录表的设计，应该体现简单、直观，便于记录，便于分析规律，包括：质量、体积、体量与体积的比等项目．表格如下：
4．实验步骤：（1）量筒中倒入适量的水，记下量筒中水面的示数为V1；（2）把橡皮捏成小盒状，放入量筒中，使其漂浮在水面上，记下此量筒中水面的示数为V2；（3）把橡皮泥捏成实心团使其沉入量筒的水中，记下此时量筒中水面的示数为V3． 推导过程：橡皮泥的重为：G＝F浮＝ρ水g（V2-V1），则m＝ρ水（V2-V1） 橡皮泥的体积为：V＝V3-V1，则：ρ＝m/V＝ρ水
【详解】根据排水法和物体的漂浮条件可得：先在量杯中装入水，体积为V1，将橡皮泥做成盒状浮在水面，总体积为V2，根据浮力知识可推出橡皮泥的质量m=ρ水（V2-V1），再将橡皮泥浸没在水，总体积为V3，则橡皮泥体积V=V3-V1；
故答案为
（1）实验步骤：
①量筒中倒入适量的水，记下量筒中水面的示数为V1；
②把橡皮捏成小盒状，放入量筒中，使其漂浮在水面上，记下此量筒中水面的示数为V2；
③把橡皮泥捏成实心团使其沉入量筒的水中，记下此时量筒中水面的示数为V3．
（2）推导过程：
橡皮泥的重为：G=F浮=ρ水g（V2-V1），则m=ρ水（V2-V1），
橡皮泥的体积为：V=V3-V1，
则：密度．
5．见解析
【详解】根据密度公式可知，要测量冰糖的密度，需测出冰糖的质量和体积。根据所提供器材，利用天平（配有砝码）可测出冰糖的质量；由于冰糖溶于水，所以不能用排水法测体积；若用保鲜薄膜包裹，因为冰糖形状不规则，测量体积误差较大；因此，可以取一定体积的面粉，用量筒测出面粉的体积，然后将面粉倒出，将冰糖放入量筒中，再将面粉倒入量筒，即可求出冰糖的体积。实验步骤如下：
（1）调节天平，用天平测出冰糖块的质量m；
（2）将面粉倒入量筒，摇匀压实后记下此时的刻度值V1；
（3）将量筒内的面粉全部倒在白纸上；
（4）将冰糖块放入量筒，再将面粉倒入量筒后摇匀压实，记下此时的刻度值V2；
（5）则冰糖块的密度为 。
6．见解析所示
【详解】(1)测物体密度所依据的实验原理是=，所以要测出岩石的密度，就需要知道岩石的质量和岩石的体积，故设计实验步骤如下：
①用铁锤敲击岩石，取下适当体积的小岩石块；
②用电子天平称出小岩石块的质量，记为m0；
③在茶缸中倒入适量水，称出茶缸和水的总质量，记为m1；
④用细线系好小岩石块，提着细线的一端，将小岩石块浸没在水中保持静止（小岩石块不与茶缸接触），读出此时天平的示数，记为m2；
(2)小岩石块浸没在水中，V=V排，排开水的质量：
m排=m2−m1
则其排开水的重力为：
G排=(m2−m1)g
根据阿基米德原理可知：
F浮=G排=(m2−m1)g
又因为
F浮=水gV排=水gV
故
V==
所以岩石的密度表达式
= ==⋅0
实验次数
质量



体积






实验次数
质量



体积