例談浮力知識在密度測量中的運用

河北省南皮縣烏馬營鎮初級中學(061500)

孫俊峰●

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例談浮力知識在密度測量中的運用

河北省南皮縣烏馬營鎮初級中學(061500)

孫俊峰●

利用浮力測量物質的密度是實驗教學中的重點和難點，它不僅能考查學生靈活運用知識的能力，而且還能拓展學生實驗設計和操作的能力.

浮力；密度；測量；能力

密度的測量是近幾年中考的重要考點，常規方法是用天平和量筒進行測量，當測量工具是彈簧測力計、量筒、天平中的一個時，往往會用到浮力的知識.結合浮力測量物質的密度是這類試題的難點,它不僅能考查學生靈活運用知識的能力,而且能拓展學生實驗設計和操作能力.結合多年來的教學，分析中考試題，發現一般從以下三個方面進行考查.

一、測量工具只有彈簧測力計

1.雙提法測固體密度

若(ρ固體>ρ水)：

①用細線把待測固體拴好掛在彈簧測力計上，測出待測固體重力G；

②把待測固體全部浸沒在水中，記下彈簧測力計的示數F.

若(ρ固體<ρ水)：

①用細線把待測固體拴好掛在彈簧測力計上，測出待測固體重力G；

②通過水中的定滑輪使待測固體全部浸沒在水中，記下彈簧測力計的示數F.

二、三提法測液體密度(ρ固體>ρ水、ρ固體>ρ液)

①用細線把待測固體拴好掛在彈簧測力計上，測出待測固體重力G；

②將該固體浸沒在水中，記下彈簧測力計示數F1；

③將該固體浸沒在待測液體中，記下彈簧測力計示數F2.

例1 (2016·內蒙古包頭)某同學準備用弾簧測力計、燒杯、水、吸盤、滑輪、細線來測量木塊(不吸水)的密度．

圖1

(1)如圖1甲所示，木塊所受的重力為____N．

(2)如圖1乙所示，將滑輪的軸固定在吸盤的掛鈞上，擠出吸盤內部的空氣，吸盤在____的作用下被緊緊壓在燒杯底部．如圖1丙所示，在燒杯中倒入適量的水，用細線將木塊栓住，通過彈簧測力計將木塊全部拉入水中，此時彈簧測力計示數為 0.4N，如果不計摩擦和細線重，木塊受到的浮力為____N，木塊的密度為____kg/m3．(ρ水=1.0×103kg/m3)

(3)如果將圖1丙燒杯中的水換成另一種液體，重復上述實驗，此時彈簧測力計示數為0.2N，則該液體的密度為____kg/m3．

點撥 (1)明確彈簧測力計的分度值，再根據指針指示來讀數；(2)圖1乙中，吸盤內部的空氣被擠出，吸盤內的氣壓小于外界大氣壓，在外界大氣壓的作用下，吸盤被壓在燒杯底部；圖1丙中使用的是定滑輪，不能省力，所以彈簧測力計的示數即為對木塊的拉力，根據二力平衡求出浮力F浮=G+F拉；根據F浮=ρ水gV排求出木塊的體積；根據G=mg=ρVg求出木塊的密度；(3)根據F浮′=G+F拉′求出木塊在液體中受的浮力；根據F浮′=ρ液gV排求出液體的密度．

二、測量工具只有天平

懸吊法測固體密度(ρ固體>ρ水)

①用天平測出待測物體的質量m1；

②往燒杯中倒入適量水，用天平測出燒杯和水的總質量m2；

③在②的基礎上，用細線吊著待測物體，使其浸沒在天平上燈杯內的水中(不要接觸燒杯內壁和底部)，記下天平的示數m3.

例2 (2016·遼寧錦州)某同學想測出一塊鵝卵石的密度，于是他找來如下器材：天平(含砝碼)、一個燒杯、細線(質量和體積均不計)、足量的水．探究過程如圖2.

圖2

天平橫梁在水平位置平衡后，該同學進行了如下操作：

a、如圖1甲，鵝卵石的質量為____g；

b.如圖1乙，在燒杯中裝入適量的水，用調好的天平測得其總質量為____g；

c.如圖1丙，吊起用細線系好的鵝卵石，使其完全浸沒在水中(不接觸容器壁和容器底)，此時測得總質量為____g；

d.該同學求出的鵝卵石體積為____cm3，鵝卵石的密度為____kg/m3．

點撥 在天平讀數時，被測物體的質量=砝碼的質量+游碼的示數；浸沒在水中的鵝卵石會受到豎直向上的浮力，因物體間力的作用是相互的，所以鵝卵石對水產生豎直向下的壓力，使天平示數增大，故F浮=(mc-mb)g，因F浮=G排，所以(mc-mb)g=m排g，即mc-mb=m排，然后利用密度公式可以計算出排開水的體積，即為鵝卵石的體積，而后再據質量和體積計算出密度即可．

三、測量工具只有量筒

1.一漂一沉法測固體密度(ρ固體>ρ水)

待測物體形狀可改變：①量筒內注入適量水，讀出示數V1；②將物體捏成小碗狀，放在水面上，讀出示數V2；③將物體捏成球放入水中，讀出示數V3.

待測物體形狀不可改變：①量筒內注入適量水，將小燒杯放入水中，讀出示數V1；②將物體放在小燒杯中，再將小燒杯放入量筒內，使其漂浮，讀出示數V2；③將物體取出放入水中，小燒杯仍漂浮，讀出示數V3.

2.一漂一壓法測固體密度(ρ固體<ρ水)

①量筒內注入適量水，讀出示數V1；②將物體放在水面上漂浮，讀出示數V2；③用針將物體浸沒在水中，讀出示數V3.

以上方法測量固體的密度表達式均為：

3.漂浮法測液體密度(ρ固體<ρ水)(ρ固體<ρ液體)

①量筒內注入適量水，讀出示數V1；②將物體放在水面上漂浮，讀出示數V2；③量筒內注入與水等體積的待測液體，讀出示數V1；④將物體放在待測液體液面上漂浮，讀出示數V3.

例3 (2016·北京)小曼利用符合實驗要求的圓柱體物塊、石子、細線、量筒和適量的水測量某未知液體的密度．如圖3是小曼正確測量過程的示意圖．已知水的密度為1×103kg/m3，g取10N/kg．實驗過程如下：

圖3

①將適量的水倒入量筒中，如圖3甲所示，記錄量筒中水的體積．

②將拴有石子的物塊置于量筒內的水中，如圖3乙所示，量筒中水面所對應的示數為66cm3．

③將待測液體倒入另一量筒中，如圖3丙所示，記錄量筒中待測液體的體積．

④將上述石子和物塊擦干后，置于量筒內的待測液體中，如圖3丁所示，量筒中液面所對應的示數為70cm3．

由以上實驗可知：

(1)石子和物塊在水中所受的總浮力為____N；

(2)待測液體的密度為____kg/m3．

點撥 (1)根據圖3乙和圖3甲可知石子和物塊排開水的體積，然后利用F浮=G排可求得石子和物塊在水中所受的總浮力；因石子和物塊在水中漂浮，故它們的總重力G=F浮；(2)根據圖3丙和圖3丁可知石子和物塊排開液體的體積，已知石子和物塊在液體中漂浮，此時浮力F浮′=G，可求得待測液體的密度．

有了以上分析，不難看出，結合浮力知識測量密度，包含了以下知識點：

(1)用彈簧測力計測量物體受到的浮力；

(2)阿基米德原理；

(3)浮沉條件；

(4)受力分析等等，清楚了它們之間的關系，建立了它們之間聯系的橋梁，許多與浮力有關的密度測量問題就會迎刃而解.

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1008-0333(2017)11-0062-02