固體和液體的密度在日常生活中的應(yīng)用十分廣泛,檢測(cè)固體和液體的密度的方式有好多種,歸類來(lái)看可分為:①常規(guī)檢測(cè)法,檢測(cè)物體的質(zhì)量和容積,用公式
來(lái)進(jìn)行估算。②專用儀器檢測(cè)法,如密度計(jì),密度秤等。③代替器材檢測(cè)法,借助別的器材來(lái)替代檢測(cè),如檢測(cè)質(zhì)量一般用天平,用彈簧測(cè)力計(jì)檢測(cè)出重力,用公式
估算出質(zhì)量。④轉(zhuǎn)換檢測(cè)法,能夠借助轉(zhuǎn)換成檢測(cè)浮力、浮力的方式來(lái)估算密度。⑤等效檢測(cè)法,借助等效的方式間接檢測(cè)。下邊借助這種方式分門另類來(lái)說(shuō)明。
一、常規(guī)檢測(cè)法
用天平檢測(cè)質(zhì)量、用刻度尺(或燒杯)檢測(cè)容積,用公式來(lái)進(jìn)行估算.。
1.固體的密度常規(guī)檢測(cè)法:
例1.檢測(cè)一小塊形狀不規(guī)則的礦石密度有多大,可用天平、量筒、水和細(xì)線進(jìn)行.
(1)在調(diào)節(jié)天平常,發(fā)覺(jué)表針偏向分度盤(pán)中央刻線的兩側(cè),為使天平衡量平衡,應(yīng)將兩側(cè)的平衡螺絲向端調(diào)節(jié).
(2)由圖(丙)可知,礦石質(zhì)量m=.通過(guò)估算可知礦石的密度ρ=/m2.
解析:(1)天平使用前調(diào)節(jié)平衡時(shí),要調(diào)節(jié)平衡螺絲,規(guī)則是“右偏左調(diào),左偏右調(diào)”,即表針往右偏就向左調(diào)平衡螺絲,表針向左偏就往右調(diào)平衡螺絲,調(diào)一側(cè)的還是右邊的平衡螺絲都一樣.
(2)左盤(pán)中物體質(zhì)量等于右盤(pán)中砝碼質(zhì)量加游碼示數(shù);用燒杯進(jìn)行排水法測(cè)物體容積時(shí),物體的容積等于物體和水的總體積乘以水的容積;物體的密度等于物體的質(zhì)量乘以物體的容積.
解答:(1)表針偏向分度盤(pán)中央刻線的一側(cè),按照“右偏左調(diào),左偏右調(diào)”的規(guī)則,應(yīng)將平衡螺絲往右調(diào).
(2)游碼對(duì)應(yīng)的刻度值,標(biāo)尺每一個(gè)大格代表1g,每一個(gè)小格代表0.2g,游碼對(duì)應(yīng)的刻度值是3.4g;礦石的質(zhì)量:m=20g+3.4g=23.4g.礦石的容積:V=V2﹣V1=30ml﹣20ml=10ml=10cm3.
(3)礦石的密度:
2.液體的密度常規(guī)檢測(cè)法
例2.在測(cè)定鹽水密度的實(shí)驗(yàn)中,小東朋友根據(jù)正確的實(shí)驗(yàn)方式和步驟進(jìn)行操作,并設(shè)計(jì)了如下記錄數(shù)據(jù)的表格。
(1)小東將天平置于水平臺(tái)上,把游碼歸零后,發(fā)覺(jué)表針靜止時(shí)如圖(甲)所示,這時(shí)他應(yīng)將橫梁右端的平衡螺絲向調(diào)節(jié)(選填“左”或“右”),使天平平衡。
(2)如圖(乙)顯示的是燒瓶中放入適量鹽水后,放在調(diào)平的天平上,天平重新平衡時(shí)的情境;丙顯示的是將燒瓶中部份鹽水放入量杯后的情境。按照?qǐng)D中情境幫小東將下表填寫(xiě)完整。
(3)另一位朋友的實(shí)驗(yàn)方式是:先測(cè)出空燒瓶質(zhì)量為m1;接著向空燒瓶中放入適量鹽水后,測(cè)出總質(zhì)量為m2;再把燒瓶中的鹽水全部放入燒杯中,測(cè)出鹽水的容積為V;之后估算出鹽水的密度
與小東測(cè)出的鹽水密度ρ相比較,則ρ′ρ(選填“<”、“>”或“=”)。
剖析:(1)天平的調(diào)節(jié)原則:右偏左調(diào),左偏右調(diào)鹽水的密度怎么計(jì)算,先快后慢.
(2)天平的分度值是0.2g,讀數(shù)為砝碼質(zhì)量加游碼對(duì)應(yīng)的刻度值;燒杯分度值為2ml,平視液面最低處讀數(shù).
(3)另一位朋友的做法中,燒瓶中的鹽水沒(méi)有全部放入燒杯.
解答:(1)表針右偏說(shuō)明應(yīng)當(dāng)將螺絲向左調(diào)節(jié);
(2)燒瓶液體總質(zhì)量m1=100g+50g+5g+2g=157g,剩余燒瓶鹽水質(zhì)量m2=157g-33g=124g,倒出鹽水的容積V=30ml,鹽水的密度
(3)因燒瓶壁粘液體,另一朋友在將鹽水放入燒杯中時(shí),不能全部放入,使得容積偏小,密度偏大.
二、代替(或缺乏)器材檢測(cè)法
檢測(cè)時(shí)缺乏天平或滴定管,用其他的器材來(lái)取代完成檢測(cè)密度。
1.固體的密度取代器材檢測(cè)法
例3.小科借助塑膠瓶、定滑輪、量筒和水設(shè)計(jì)了檢測(cè)黃蠟石密度的實(shí)驗(yàn).如圖甲所示,細(xì)線兩端各系一個(gè)完全相同的空塑膠瓶,線的右端再系上黃蠟石,向左瓶中逐步加鹽至13毫升時(shí)裝置恰巧平衡;接著用排水法測(cè)黃蠟石的容積,滴定管讀數(shù)如圖乙所示,細(xì)線右端系一個(gè)空塑膠瓶的目的是_,使實(shí)驗(yàn)更確切,黃蠟石的密度是/cm3,(不考慮黃蠟石的吸水性和裝置的磨擦).
剖析:定滑輪的實(shí)質(zhì)是一個(gè)等臂杠桿,不省力也不費(fèi)勁;借助定滑輪測(cè)出黃蠟石的重力,再依據(jù)G=mg,估算出黃蠟石的質(zhì)量;借助排水法分別測(cè)出黃蠟石的容積,最后按照密度公式
估算出黃蠟石的密度
解答:左瓶?jī)?nèi)水的質(zhì)量:由
得,m=ρV=1.0g/cm3×13cm3=13g;
定滑輪是一個(gè)等臂杠桿,細(xì)線兩端各系一個(gè)完全相同的空塑膠瓶,線的右端再系上黃蠟石,向左瓶中逐步加鹽至13毫升時(shí)裝置恰巧平衡,G左=G右,即G瓶+G水=G瓶+G石,G水=G石,所以細(xì)線右端系一個(gè)空塑膠瓶的目的是防止細(xì)線上端塑膠瓶對(duì)測(cè)定黃蠟石質(zhì)量的影響,使實(shí)驗(yàn)更確切;
由于G=mg,G水=G石,所以m石=m水=13g;黃蠟石的容積:V=25ml﹣20ml=5ml=5cm3,
黃蠟石的密度:
2.液體的密度取代器材檢測(cè)法
例4.借助器材:燒瓶、天平和砝碼、純水、記號(hào)筆檢測(cè)待測(cè)液體的密度,寫(xiě)出完整的實(shí)驗(yàn)步驟?
解析:在沒(méi)有量杯,液體容積難以直接檢測(cè)時(shí),常常須要利用于等容積的水,水的密度是已知的,在容積相等時(shí),兩種物質(zhì)的質(zhì)量之比等于它們的密度之比.
解答:①用天平測(cè)出空燒瓶質(zhì)量m0;
②用燒瓶取一定量的水,用記號(hào)筆在液面處記下記號(hào),并用天平測(cè)出水和燒瓶總質(zhì)量m1;
③再用燒瓶取與水等容積的鹽水(鹽水液面與記號(hào)處相平),并用天平測(cè)出鹽水和燒瓶總質(zhì)量m2;
④因純水和鹽水容積相等,有
得鹽水密度
三、轉(zhuǎn)換檢測(cè)法
不是直接檢測(cè)物體的密度方式來(lái)進(jìn)行,而是通過(guò)檢測(cè)浮力或壓強(qiáng),之后通過(guò)估算得出密度.
1.固體的密度轉(zhuǎn)換檢測(cè)法
例5.某同事借助一只彈簧測(cè)力計(jì)和裝有適量水的瓶子,測(cè)出了一顆小鐵塊的密度。檢測(cè)方式如下:
(1)用細(xì)線將小鐵塊拴好,用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出它的重力,記為G;
(2)再將小鐵塊浸入在水底,用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鐵塊遭到的拉力,記為F;借助測(cè)出的數(shù)學(xué)量可得:小鐵塊在水底遭到的壓強(qiáng)是,小鐵塊的密度ρ=(水的密度用ρ水表示)。
解析:(1)曉得小鐵塊的重力G,小鐵塊浸入在液體中稱的示數(shù)為F,小鐵塊遭到的壓強(qiáng)為:F浮=G-F.
(2)小鐵塊浸入在水底,曉得小鐵塊遭到的壓強(qiáng)和水的密度,按照阿基米德原理求出小鐵塊的容積;曉得小鐵塊的質(zhì)量和容積,依照密度公式求出小鐵塊的密度.
解答:(1)小鐵塊遭到的壓強(qiáng)為:F浮=G-F.
(2)∵F浮=ρ水gV排=G-F,小鐵塊浸入在水底,
∴小鐵塊的容積:V=V排=
小鐵塊的密度:ρ=
2.液體的密度轉(zhuǎn)換檢測(cè)法
例6.如圖所示,把一鐵塊裝入水底,靜止時(shí)鐵塊有3/5的容積溶入水底,鐵塊的密度為/m3;假如把該鐵塊裝入某種液體中,靜止時(shí)鐵塊有3/4的容積溶入液體中,液體的密度為/m3
剖析:(1)按照鐵塊懸浮時(shí),壓強(qiáng)等于重力,用密度和容積表示壓強(qiáng)與重力的關(guān)系即可求出鐵塊的密度;
(2)按照鐵塊懸浮時(shí),壓強(qiáng)等于重力,用密度和容積表示壓強(qiáng)與重力的關(guān)系即可求出液體的密度.
解答:(1)∵木塊懸浮,∴F浮=G=ρ水g×3/5V木
=ρ木gv木,ρ木=3/5ρ水=3/5×103kg/m3=0.6×103kg/m3
(2)按照?qǐng)D示可知,鐵塊在水中和在液體中都處于懸浮狀態(tài),壓強(qiáng)等于重力;∴F浮=G=ρ液g×3/4V木=ρ木gv木,ρ液=4/3ρ木=4/3×0.6×103kg/m3=0.8×103kg/m3
四、等效取代檢測(cè)法
檢測(cè)物體的密度,可將物體裝入液體中漂浮,液體的密度就是物體的密度。
例7.某同事借助“替代法”測(cè)量一粒玉米米的密度,實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖所示
(1)在下述空格中填寫(xiě)適當(dāng)內(nèi)容.
①選擇一粒細(xì)膩的玉米米倒入裝有適量水的透明玻璃杯中,發(fā)覺(jué)黃豆米下沉至杯底,如圖(甲),此時(shí)玉米米所受的壓強(qiáng)重力(填“大于”、“等于”或“小于”).
②往杯中漸漸加水并攪拌,直到觀察到玉米米,隨后停止加水,如圖(乙).
③取出瓜籽米,用調(diào)好的天平測(cè)瓶子和鹽水的總質(zhì)量,如圖(丙),天平的讀數(shù)為.
④將玻璃杯中的鹽水全部放入量杯,如圖(丁),滴定管的讀數(shù)為.
⑤利用密度公式估算出鹽水的密度,即為玉米米的密度.
(2)實(shí)驗(yàn)中若加水過(guò)量,可進(jìn)行如下操作:.
(3)實(shí)驗(yàn)中遺漏了重要的一步,即
解析:(1)①根據(jù)物體的沉浮條件,物體下沉?xí)r壓強(qiáng)大于重力;②當(dāng)物體的密度與液體密度相等時(shí),物體在液體中漂浮;③天平的讀數(shù):砝碼的質(zhì)量加游碼在標(biāo)尺上所對(duì)的刻度值;④進(jìn)行量杯的讀數(shù)時(shí),注意量杯的分度值;
(2)若液體的密度過(guò)大,可加鹽稀釋;
(3)要檢測(cè)鹽水的密度,需測(cè)出鹽水的質(zhì)量和容積,之后估算出密度鹽水的密度怎么計(jì)算,從該處入手進(jìn)行剖析.
解答:(1)①花生米下沉,說(shuō)明此時(shí)核桃米所受的壓強(qiáng)大于重力;②往杯中漸漸加水并攪拌,直到觀察到玉米米飄浮;③由圖丙知,天平的讀數(shù)為m=100g+20g+1g=121g.④由圖丁知,滴定管的分度值為1ml,滴定管的讀數(shù)為55mL.
(2)實(shí)驗(yàn)中若加水過(guò)量,可再向鹽水中加鹽.
(3)要檢測(cè)鹽水的密度,需測(cè)出其質(zhì)量和容積,而要測(cè)其質(zhì)量,不僅測(cè)出鹽水和瓶子的總質(zhì)量,還需將玻璃杯中的鹽水全部放入量杯,測(cè)出空瓶子的質(zhì)量.