彈簧測(cè)力計(jì)改裝成測(cè)液體密度的密度計(jì)

1、如圖為彈簧測(cè)力計(jì)的刻度盤(pán),給你一塊恰好為4N的合金塊,現(xiàn)要將此彈簧測(cè)力計(jì)改裝成測(cè)液體密度的密度計(jì),請(qǐng)你選擇適宜的器材完成.要求:(1)列出還需要的器材；(2)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)的步驟和測(cè)量的物理量；(3)說(shuō)明0刻度、最大刻度的位置和大小,以及測(cè)液體密度的注意點(diǎn).此題考查利用浮力知識(shí)測(cè)量液體的密度,解答的關(guān)鍵是物體浸沒(méi)在水中和浸沒(méi)在另一液體中時(shí)排開(kāi)的體積相等,利用這個(gè)關(guān)系列出關(guān)系式,進(jìn)行化簡(jiǎn),找出液體密度的表達(dá)式.【解析】用細(xì)線(xiàn)將鐵塊系好,掛在彈簧測(cè)力計(jì)下,讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)G;再分別讀出合金塊浸沒(méi)在水中和浸沒(méi)在某種液體中時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F、F',算出石塊在水中和某種液體中受到的浮力F浮=G-F、F浮

2、'=GF'.由阿基米德原理F浮=G排=p液9丫排可知,G-F=p水gV排水,V排水.浸沒(méi),V排水大排液匚1)器材：燒杯和足量的水.計(jì)算出(2)步驟：用細(xì)線(xiàn)將鐵塊系好,掛在彈簧測(cè)力計(jì)下,讀出測(cè)力計(jì)的示數(shù)G;再分別讀出合金塊浸沒(méi)在水中和浸沒(méi)在某種液體中時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F、F'液體的密度：液=(3)假設(shè)合金塊浸沒(méi)在密度為p的液體中,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F',那么：4-F=p水gV物4-r當(dāng)F'=4N時(shí),p=0;,0刻度在4N處.當(dāng)F'=0N時(shí),p最大；,最大刻度在0N處,且最大值為斗一尸p水使用這個(gè)改裝的密度計(jì)測(cè)液體密度時(shí),合金塊必須掛在彈簧測(cè)力計(jì)下,并浸

3、沒(méi)在待測(cè)液體中,不能觸及容器的底和側(cè)壁.小明準(zhǔn)備將彈簧測(cè)力計(jì)改裝成一個(gè)液體密度計(jì),即能從彈簧測(cè)力計(jì)上指針?biāo)肝恢米x出所測(cè)液體的密度值.(1)為了使利用該密度計(jì)測(cè)出液體的密度,還應(yīng)選擇什么器材(2)測(cè)量時(shí)應(yīng)注意什么(3)在如圖彈簧測(cè)力計(jì)旁標(biāo)明所測(cè)液體密度的最大值和零值位置,并說(shuō)明確定的理由.(I)細(xì)線(xiàn)和塑料杯12)每次均裝滿(mǎn)液體(3)不盛液體時(shí)塑料杯稟力對(duì)應(yīng)的刻度為心利用盛滿(mǎn)水的彈簧泅力計(jì)示數(shù)計(jì)算出杯子容積:再運(yùn)用盛滿(mǎn)存測(cè)液體時(shí)=,得最大密度值#=空)旦.例3:2001青島老師給小麗同學(xué)如下器材：一只100ml的燒杯,一只彈簧測(cè)力計(jì),一些細(xì)線(xiàn),讓小麗將它們改裝成能夠直接測(cè)液體密度的裝置,小麗犯難

4、了,請(qǐng)你幫她設(shè)計(jì)一下吧,請(qǐng)寫(xiě)出改裝后的結(jié)構(gòu),刻度盤(pán)的改造過(guò)程及使用方法.導(dǎo)引：此題是一道探索設(shè)計(jì)類(lèi)的研究性試題,要求學(xué)生能利用現(xiàn)有器材,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),來(lái)測(cè)定液體密度.如何將測(cè)量力的彈簧測(cè)力計(jì)轉(zhuǎn)換成測(cè)定密度的裝置,這需要將浮力和密度等知識(shí)綜合運(yùn)用,同時(shí)將彈簧測(cè)力計(jì)的刻度盤(pán)轉(zhuǎn)化成密度計(jì)的刻度盤(pán).解：1結(jié)構(gòu)：如圖,將燒杯用繩掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端.2刻度盤(pán)改造：將重力刻度盤(pán)平移.將掛空燒杯時(shí)的彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)規(guī)定為0N,其余刻度依次向下平移,找到這時(shí)的不是彈簧測(cè)力計(jì)原來(lái)標(biāo)注的1N,2N,3N及0.1N,0.2N,0.3N,0.4N等刻度.標(biāo)出密度刻度彳直.由于p=m/v=G/gv=G/10N/kgX1

5、00X10-4m3=G/10-3=10-3G根據(jù)上述關(guān)系,找到與重力刻度相對(duì)應(yīng)的密度,對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：當(dāng)G=0N時(shí),p=0;G=1N,p=1.0M03kg/m3,G=2N,p=2.0M03kg/m3G=0.1N時(shí),p=0.1M03kg/m3,G=0.2N時(shí),p=0.2X103kg/m33使用：在測(cè)液體密度時(shí),將液體注滿(mǎn)燒杯100ml,就可以從密度刻度盤(pán)上直接讀出它的密度值.點(diǎn)精：此題是研究性試題中探究設(shè)計(jì)題型,它涉及到學(xué)生的浮力知識(shí),密度知識(shí),還涉及到學(xué)生的發(fā)散性思維以及技術(shù)創(chuàng)新,它有利于學(xué)生探究設(shè)計(jì)水平培養(yǎng),也有利于學(xué)生技術(shù)設(shè)計(jì)水平的提升,促進(jìn)了學(xué)生物理知識(shí)的應(yīng)用水平.誤區(qū)分析：學(xué)生的失誤主要

6、不能讀懂題目,不會(huì)將力學(xué)中的力的測(cè)量轉(zhuǎn)化為密度的測(cè)定.這主要的原因是學(xué)生不會(huì)將刻度的零點(diǎn)進(jìn)行平移,同時(shí)靈活運(yùn)用密度公式進(jìn)行密度的大小的表達(dá).解決的方法是學(xué)生對(duì)p=m/v=G/gv公式的變換要熟練掌握.課外小組將塑料小桶中分別裝滿(mǎn)密度的四種不同液體后,用彈簧測(cè)力計(jì)稱(chēng)它們的重,記錄了下表數(shù)據(jù)液體密度g/cm30.81.01.21.4彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)N1.61.82.02.2(1)通過(guò)分析此表,小紅同學(xué)發(fā)現(xiàn)液體密度與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)之間有一定規(guī)律,能正確反映這一規(guī)律的圖象是以下的(選填A(yù)、B或假設(shè)小桶中盛滿(mǎn)密度未知的液體時(shí),彈簧秤的示數(shù)為2.3N,小紅推算出了該液體的密度kg/m3.(3)小亮根據(jù)小紅

7、的發(fā)現(xiàn),將實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧測(cè)力計(jì)和小桶改裝成了一個(gè)液體密度計(jì).使用時(shí),只需將小桶中裝滿(mǎn)待測(cè)液體.就可從彈簧測(cè)力計(jì)指針指示的位置直接讀出液體的密度.請(qǐng)你幫他在以下圖中把液體密度計(jì)的零刻度線(xiàn)和最大刻度線(xiàn)向右延長(zhǎng).并標(biāo)出相應(yīng)的刻度B1.5X103(1)由于小桶有重力,所以小桶中沒(méi)有東西時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)也有示數(shù),故可以確定選項(xiàng)；(2)分析表格知,每組彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)和液體密度在數(shù)值上都相差0.8,可通過(guò)這一規(guī)律總結(jié)出它們的函數(shù)關(guān)系,p=F-0.8,所以將2.3N代入即可求出該液體的密度.(3)由表中數(shù)據(jù)可知,零刻度p=0g/cm3,F=0.8N;最大刻度線(xiàn),即彈簧測(cè)力計(jì)的最大量程處,即F=5N,此日tp=

8、5-0.8=4.2g/cm3.解：(1)由于小桶有重力,所以小桶中沒(méi)有東西時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)也有示數(shù),所以選項(xiàng)B符合,應(yīng)選B;根據(jù)表中數(shù)據(jù)總結(jié)出的函數(shù)關(guān)系p=F-0.8,將F=2.3N代入彳導(dǎo)p=2.3-0.8=1.5g/cm3=1.5x103kg/m3,(3)刻度尺中0.8N刻度延長(zhǎng)標(biāo)記為0g/cm3,5N亥ij度延長(zhǎng)標(biāo)記為4.2g/cm3,如以下圖：某同學(xué)在課外研究液體密度時(shí),在一個(gè)塑料小桶內(nèi)分別裝滿(mǎn)了密度的四種不同液體,用彈簧測(cè)力計(jì)分別稱(chēng)出它們的總重.并把數(shù)據(jù)填在表格中.(g取10N/kg)液體密度p/(10kg/m3)0.81.01.21.4測(cè)力計(jì)示數(shù)F/(N)1.61.82.02.2(1)

9、請(qǐng)你根據(jù)表中數(shù)據(jù)規(guī)律推測(cè)一下.假設(shè)液體密度為l.6X103kg/m°.那么彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)應(yīng)為N,該塑料筒的重力為N,塑料筒容積cm3.(2)函數(shù)關(guān)系深刻地反映了物理量之間的本質(zhì)關(guān)系,請(qǐng)你試寫(xiě)出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F(N)與液體密度p(kg/m3)數(shù)值之間函數(shù)表達(dá)式.答案(1)2.4,0.8,100;F=0.8N+10-3N?m3?kg-1p.分析：(1)觀(guān)察表中液體密度每次變化的差和測(cè)力計(jì)示數(shù)每次變化的差,找出其中的規(guī)律,再推斷假設(shè)液體密度為l.6x103kg/m3時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù).同樣可以推斷,當(dāng)液體的密度為0,即小桶中沒(méi)有液體時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù),就是小桶的重力.有了小桶的重力,選取表中的

10、數(shù)值,就可以算出小桶的容積了；(2)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)減去小桶的重就是桶中液體的重,再利用G=mg可表示出其質(zhì)量,再將小桶的容積代入密度的公式,即可最終得出F與p數(shù)值之間的函數(shù)表達(dá)式.解答：解：(1)分析表中數(shù)據(jù)可知,液體密度p的數(shù)值每增加0.2,測(cè)力計(jì)示數(shù)的數(shù)值也增加0.2,故當(dāng)液體密度為l.6X103kg/m3時(shí),測(cè)力計(jì)的示數(shù)應(yīng)為2.4N;同樣的道理,P與F的數(shù)值也按這一比例減小,當(dāng)p減小為0,即塑料桶中沒(méi)有液體時(shí),小桶的重力為0.8N;mGF-OWV16的.(2)由密度公式得p,那么F=G桶+pgV=0.8N+10N/kgX10-4m3x將小桶的重力代入表格中的第一組數(shù)據(jù)中計(jì)算得V=p踮=

11、映F&10電隕燈ox也=10-4m3=100cm3;=0.8N+10-3N?m3?kg-1p.小明學(xué)習(xí)了浮力的知識(shí)后,找來(lái)一個(gè)量程足夠大的彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)鐵塊.他猜測(cè)：假設(shè)用彈簧測(cè)力計(jì)懸掛起這個(gè)鐵塊,再將鐵塊浸沒(méi)在密度不同的液體中,彈簧測(cè)力計(jì)就會(huì)有不同的讀數(shù),在測(cè)力計(jì)上可對(duì)應(yīng)標(biāo)出液體的密度值,這樣就可以利用他手中的彈簧測(cè)力計(jì)和鐵塊制作一個(gè)測(cè)定液體密度的密度計(jì).(p鐵=7.9X103kg/m3).如下圖,用彈簧測(cè)力計(jì)吊著鐵塊在空中靜止不動(dòng),推證彈簧測(cè)力計(jì)所受拉力等于鐵塊的重力.(2)他在空氣中稱(chēng)得此鐵塊的重力為7.9N,那么該鐵塊的體積是多大(3)當(dāng)利用該密度計(jì)測(cè)某液體密度時(shí),指針在6.

12、9N的位置,那么該液體的密度為多大答案解：(1)設(shè)物體受到測(cè)力計(jì)向上的拉力為T(mén),測(cè)力計(jì)受到物體向下的拉力為F(即彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)),物體重力為G.1,物體靜止,物體受到的重力和拉力是一對(duì)平衡力,-T=G,又：T與F是相互作用力,-T=F;F=G.G=mg=pgV,G?:9NV=P9=7.9X10北i%；(3) F浮=G-F=7.9N-6.9N=1N,-F浮=p液V排9=p液VgF存IN.-.p«=qV=lONWkqxnxKr4m3叫心答：(1)證實(shí)過(guò)程如上；(2)該鐵塊的體積是1X10-4m3;(3)該液體的密度為1x103kg/m3.(1)物體靜止,物體受到的重力和拉力為平衡力,而

13、拉力和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)(物體給彈簧的力)是相互作用力,據(jù)此推導(dǎo)F與G的關(guān)系；(2)知道鐵塊重G,利用G=mg=pvg求鐵塊的體積；(3)知道金屬塊浸沒(méi)液體中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),利用稱(chēng)重法求金屬塊受到的浮力,再根據(jù)阿基米德原理求液體的密度.某課外興趣活動(dòng)小組,將塑料小桶中分別裝滿(mǎn)密度的四種不同液體后,用彈簧秤稱(chēng)它們的重力,數(shù)據(jù)如下表：液體的密度(g/cm3)0.81.01.21.4彈簧秤的示數(shù)(N)1.41.61.82.0(1)分析此表,小紅同學(xué)發(fā)現(xiàn)液體的密度與彈簧秤之間有一定的規(guī)律,以下圖中(2)假設(shè)小桶中盛滿(mǎn)某種密度未知的某種液體時(shí),彈簧秤的示數(shù)是2.3N,小紅推算出了該液體的密度是1.7X1

14、03kg/m3;(3)小亮同學(xué)根據(jù)小紅的發(fā)現(xiàn),將實(shí)驗(yàn)時(shí)用的彈簧秤和小桶改裝成了一個(gè)液體密度計(jì),使用時(shí)只要在小桶內(nèi)裝滿(mǎn)待測(cè)液體,就可從彈簧秤指針指示的位置直接讀出液體的密度,請(qǐng)你幫他在圖中把液體密度計(jì)的零刻線(xiàn)和最大刻度線(xiàn)向右延長(zhǎng),并標(biāo)出相應(yīng)的刻度值.此題難度：一般題型：填空題|來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)分析與解答揭秘難題真相,上天天練！習(xí)題某課外興趣活動(dòng)小組,將塑料小桶中分別裝滿(mǎn)密度的四種不同液體后,用彈簧秤稱(chēng)它們的重力,數(shù)據(jù)如下表：口0.81.01.21.4彈簧秤的示數(shù)(N)1.41.61.82.0.的分析與解答如下所示：(1)從表中數(shù)據(jù)可以看出,彈簧秤的示數(shù)隨著液體密度的增大而增大,但值得注意的是,小桶本身

15、有一定的重力,因此,這是判斷圖象時(shí)的關(guān)鍵；(2)通過(guò)分析歸納出彈簧秤示數(shù)隨液體密度變化的規(guī)律,求出小桶的重,便可推斷出當(dāng)彈簧秤示數(shù)為任意值時(shí),液體密度的大小了；(3)明確小桶的重,便可確定彈簧秤的零刻度線(xiàn)位置,再利用表達(dá)式求出當(dāng)彈簧秤示數(shù)為5N時(shí)液體的密度,即可進(jìn)行標(biāo)注.解答解：(1)分析表中數(shù)據(jù)可知,彈簧秤的示數(shù)隨著液體密度的增大而增大,同時(shí)由于小桶自身重力的作用,所以當(dāng)液體密度為0時(shí),拉力F仍有一定示數(shù),圖B符合要求；(2)通過(guò)分析表中數(shù)據(jù)間的數(shù)量關(guān)系可以看出,1.4-0.8=0.6,1.6-1.0=0.6,故可得出液體密度與彈簧秤拉力的數(shù)學(xué)表達(dá)式為p=R0.6那么當(dāng)彈簧秤示數(shù)為2.3N時(shí),液體的密度p=F-0.6=2.3-0.6=1.7(g/cm3)=1.7X103(kg/m3);(3)根據(jù)上述分析可知,小桶的重力為0.6N,故彈簧秤的零刻線(xiàn)應(yīng)從0.6N開(kāi)(g/cm3),即彈簧又由于彈簧秤的最大稱(chēng)量為5N,故p=F