测量较大石块的密度

河北省唐山市第七十四中学 徐彩荣

实验目的：测量较大石块的密度。

实验器材：天平（最大称量为200 g）、量筒、水（ρ水= 1.0 g/cm3）、较大的石块。

实验步骤：（1）用已调好的天平测出较大石块的质量m；（2）将适量的水倒入量筒中，读出水面对应的示数V1；（3）把石块浸没在装有水的量筒中，读出水面对应的示数V2；（4）根据公式计算石块的密度。

我巡视时发现，学生按此方案进行实验时，因石块质量较大，超出天平的量程，故不能用天平测出石块的质量。把石块放入量筒内的水中测体积时，因石块体积较大，不能放入量筒中，故也不能测出石块的体积。也就是说，他们按这种常规方法测量较大石块的密度是不可行的。我给他们指出了实验方案中存在的问题，并提出了一些建议，他们经过讨论后重新设计实验方案，完成了该实验的探究。下面是他们设计的新方案：

实验器材：烧杯、量筒、杠杆、弹簧测力计（量程为0～5 N）、细线、水、较大的石块。

实验步骤：（1）用弹簧测力计和杠杆来测量较大石块的质量（利用杠杆原理）：如右图，安装好杠杆，调节杠杆两端平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；用细线把石块拴好，然后把拴好的石块和弹簧测力计挂在图中所示位置，读出弹簧测力计的示数为2.4 N，根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可得，石块的重力7.2 N，石块的质量=0.72 kg = 720 g（g取10 N/kg）。

（2）用烧杯、量筒和水测量石块的体积（填补法）：将石块放入烧杯中，往烧杯中加入适量的水让石块浸没，在水面到达的位置做上标记；取出石块，用量筒往烧杯中加水，直至达到标记位置为止，则所加水的体积即为石块的体积。

在用量筒往烧杯中加水时，先加了100 mL 水，接着又取了50 mL 水继续加，水面达到标记位置后，量筒中剩余的水为30 mL，求出石块的体积V= 100 mL +50 mL - 30 mL = 120 mL = 120 cm3。

完成实验探究后，学生进行了交流和评价，他们认为在新方案中测量石块体积的过程中，由于从水中拿出石块时会带出一部分水，导致测得的石块体积偏大，从而造成测出的石块密度误差较大。为了减小实验误差，他们认为在实验过程中应该注意三点：（1）在使用弹簧测力计前，应该轻轻拉动挂钩几次，防止弹簧卡壳；要观察指针是否指在零刻度线，否则要进行调零。（2）测量较大石块的体积时，由于采用填补法，造成误差比较大。所以可以改进一下，采用排水法（即把溢水杯装满水，使物体浸没在水中，测出排出水的体积即为物体的体积）。（3）读取量筒中液体的体积时，视线要与液体的凹液面相平。