賞析物理競賽中“測密度”實驗題
2007-12-31 00:00:00蔡芳謝玉彩
物理教學探討 2007年24期
應用物理知識競賽注重聯系生活、聯系實際，著重考查學生應用物理知識的能力和創新能力，而密度與日常生活聯系密切，測量方法靈活多樣，因此在競賽中多次出現，現列舉如下：
1 密度法
此法的根據是定義式ρ＝m /V測密度。
例1 在物理實驗課上，老師拿出一架天平，一個量筒，兩個完全相同的燒杯，一些水和一些小玻璃球，讓同學們利用這些東西測出小玻璃球的密度。細心的小紅發現老師沒給砝碼，一問才知道是老師故意不給的。小紅想了一會兒，又向老師要了一支滴管，就動手做起了實驗，并很快做出了結果。請你說說小紅是怎樣測出小玻璃球密度的，她向老師要滴管的目的是什么？
分析 要測小玻璃球的密度，必須測出它的質量和體積，體積可用量筒借助排水法測出，怎樣測出玻璃球的質量呢？聯系水、滴管和量筒，可以方便地測出與玻璃球等質量的水的體積，有m =ρ水V水即可得到玻璃球的質量。
解析 （1）調節天平平衡。
（2）將兩個相同的燒杯分別放在天平的左、右盤上。在左盤的燒杯中放適量的小玻璃球，在右盤的燒杯中放入適量的水，并使用滴管滴水使天平再次平衡。
（3）將右盤燒杯中的水倒入量筒中，讀出其體積V水，則小玻璃球的質量為：
m球=m水=ρ水V水。
（4）用排水法測出小玻璃球的體積V玻，則玻璃球的密度為
ρ玻＝ρ水V水/V玻。
2 U形管法
此法的根據是液體壓強平衡原理測密度。
例2 現有透明塑料軟管連接著的兩根直玻璃管及鐵架臺、米尺、滴管和足夠的水，用這些器材可以測出不溶于水的液體（例如食用油）的密度，寫出你測量的步驟和計算方法。
分析 將透明塑料軟管連接著的兩根直玻璃管固定在鐵架臺上即為U形管，刻度尺可測液柱的高度，因此可用液體壓強平衡原理求解。
解析 （1）測量步驟：
①將兩根玻璃管豎直固定在鐵架臺上，在管中注入適量的水。
②用滴管向管中注入待測液體（如食用油）。
③從待測液體和水分界處的水平面向上分別測量兩管中液體的高度，如圖1所示。
（2）計算方法：
管中液體處于靜止狀態時分界面等高處兩管中壓強相等：p左=p右。
分別以ρ水和ρ液代表水和待測液體的密度，以h1和h2代表水和待測液柱的高度，則：
ρ水g h1=ρ液g h2，ρ液=ρ水h1/ h2。
3 杠桿法
此法根據是杠桿平衡條件測密度。
例3 一個地質勘探小分隊，在野外河邊休息時發現了一種礦石，他們非常想盡快知道這種礦石的密度大約是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和針線包中縫衣服用的針和細線，請你幫助他們利用現場可利用的物品，設計一個測定礦石密度的方案，并推導出計算礦石密度的表達式。
分析 要測礦石的密度，皮尺、直木棍、細線及現場（在野外河邊）可利用的物品，可用杠桿原理來完成。
解答 （1）用細線懸掛直木棍作支點。
（2）用細線拴好礦石掛在支點的左側，在支點的右側掛一塊石塊，移動石塊懸掛的位置直到木棍水平平衡。
（3）用皮尺分別量出懸掛礦石和石塊的點
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
