各種測金戒指密度的方法大解密

周永海

（江蘇省海安市白甸鎮初級中學，江蘇 海安）

一次小迪的媽媽旅游時買了一枚金戒指，不知真假，小迪想幫助媽媽。

小迪和她的好朋友小欣、小敏、小堯、小軍五人一起來完成這項任務。物理老師給他們提供以下器材：50cm3的量筒一個；量程為2.5N，最小分度值為0.05N的彈簧測力計一個；最小砝碼為5g，標尺的最小刻度為0.1g的托盤天平一架，還有小燒杯一個，足量的細線和水、溢水杯等。

他們經討論：認為從這些器材中選用一部分進行測量，設計一個最佳的實驗方案，使測量結果盡量準確。（1）寫出選用的器材；（2）寫出主要的實驗步驟；（3）推導出計算戒指密度的表達式。

經過搜集，他們共找出這些測量密度的方法：

一、常規方法測密度

方法（實驗 1）：器材：天平（含砝碼）、量筒、燒杯、線、水

步驟：（1）用天平測出戒指的質量m；（2）在量筒中倒入適量的水，測出水的體積V1；（3）將戒指用細線拴好，放在盛有水的量筒中，（排水法）測出總體積V2。

二、特殊方法測密度

特殊方法一（實驗 2）：器材：天平（含砝碼）、細線、小燒杯、溢水杯和水

步驟：（1）用天平測出戒指的質量m1；（2）測出空燒杯的質量m2；（3）把金戒指放在盛滿水的溢水杯中，用燒杯接住溢出的水，測出溢出的水和燒杯的總質量m3。

特殊方法二（實驗3）：器材：天平（含砝碼）、細線、小燒杯、水

步驟：（1）用天平測出戒指的質量m1；（2）測出盛滿水的燒杯的總質量m2；（3）把金戒指放在盛滿水的杯中，待水溢出后擦干杯外壁，測出金戒指、水和燒杯的總質量m3。

特殊方法三（實驗4）：器材：天平（含砝碼）、細線、小燒杯、水

步驟：（1）用天平測出戒指的質量m1；（2）測出盛滿水的燒杯的總質量m3；（3）把金戒指放在盛滿水的杯中，把金戒指從水中拿出，測出剩余水和燒杯的總質量m2。

特殊方法四（實驗5）：器材：天平（含砝碼）、細線、小燒杯、水

步驟：（1）用天平測出戒指的質量m1；（2）測出盛水的燒杯的總質量m2；（3）把金戒指掉著懸掛放在盛水的杯中，測出水和燒杯的總質量m3。

小迪和她的小組利用器材進行實驗。戒指的質量m=5.21g。實驗1：往量筒倒入50.0ml的水；將戒指放入量筒中，水面幾乎不變。所以此方法不行。實驗2：空燒杯的質量為28.20g；將溢水杯盛滿水，戒指放入水中，沒有水流入燒杯中。此方法也不行。實驗3：注滿水燒杯的質量m2=103.30g；放入戒指后，總質量為m3=107.60g；利用公式求出戒指密度為5.725g/cm3。實驗4：注滿水燒杯的質量m3=103.30g；放入戒指后，再將戒指拿出來，測出剩下水和燒杯的總質量為m2=102.35g；利用公式求出戒指的密度為5.48g/cm3，和上次的實驗結果差不多。實驗5：往燒杯中放入適量的水，測出總質量為m2=74.31g；將戒指懸掛在水中，測出此時質量m3=74.60g；算出戒指密度17.97g/cm3。實驗結果小迪感到還算滿意。

通過此次實驗探究，小迪小組得到了以下的一些收獲：

收獲一：通過本次的實驗探究，把密度、浮力等知識及儀器的使用等知識有機結合起來，知識容量和綜合程度大大提高。分析能力、綜合能力、設計實驗能力、科學探究能力和科學方法等得到了一次較好的鍛煉。

收獲二：以后測戒指的密度可以這樣做：用精密天平直接測量戒指的質量，取一小燒杯盛適量水，并置于精密天平上，再用細繩拴住戒指，并小心懸于水中，天平顯示質量增加，稍穩定后讀取這個增加值。要注意的是這里由于水分揮發、水體晃動等原因，往往得不到一個穩定的示數，放入戒指約3-5秒后讀個中值就行了。

收獲三：如何更加減小實驗誤差：用不易揮發性的液體代替水；用支架固定絲線，以免受的晃動影響準確性；天平的精確度也在一定程度上影響測試的準確性。實驗方法決定實驗的成敗。

收獲四：通過此次探究激發了學習和探究物理的積極性，培養了發散思維和創造性思維能力，自主探究能力得到了提升。小組成員把實驗設計出來，都想主動地把實驗演示給大家觀摩，每個成員都希望得到大家贊許而得到滿足成功感。當實驗成功時，會得到成員的掌聲與敬慕；當實驗失敗時，雖然沒有掌聲，成員們會伸出友誼之手，在精神上鼓勵。在實驗中小組成員可以相互探討、相互磋商、相互學習，從而達到共同成功、共同提高的愿望！