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利用台秤测量物体密度专题分析

2021-10-12张迪张健

锦绣·下旬刊 2021年11期
关键词:密度技巧

张迪 张健

摘要:测量物体的密度”是初中物理教学的重点内容,其题型灵活多变,综合性强,对于初中生而言是重点也是难点。测量物体密度的方法有很多,借助台秤测密度是一种常见且实用的方法。利用这种方法测密度通常围绕“求密度(或表达式)”,“分析测量误差”等两大类问题设置考点,体现了从生活走近物理,再从物理走向生活的教育理念。此类问题具有很强的创新性,对于初中生而言具有一定难度,笔者将列举几个相关例题,帮助学生更好地理解此类习题,在熟练的基础上力求寻找技巧。

关键词:台秤;密度;技巧

例一、小迪想测出家里某个小饰品的密度,她找到了家里的电子秤,称出饰品的质量是140g,又借助细线、水、玻璃杯,测出了饰品的体积,她的实验操作步骤如图甲,乙所示,则饰品的密度是           g/cm3。

【答案】2.8

解析:要想求解物体的密度应先从密度的公式入手,思考如何测得物体的质量、体积。本题质量已经给出,所以我们应该思考如何求小饰品的体积。台秤是将压力示数转化为质量示数的工具,根据题意,小饰品放入水中后台秤示数变化50g,分析可知,小饰品放入水中后会受到水给它的浮力,根据力的作用是相互的,它也要给水一个等大的反作用力,所以台秤的示数增大。台秤增大的示数即为小饰品排开水的质量(50g),根据小饰品排开水的质量求出它的体积为50cm3。最后根据密度公式 求出小飾品的密度为2.8g/cm3。

例二、小迪想测玻璃珠的密度,于是找来了电子秤、玻璃杯、水、细线和金属网球。图甲是金属网球打开状态,可以合拢关闭,水能够自由出入金属网球。小迪利用上述物品进行了如图乙、丙、丁、戊的操作。

(1)根据如图测量可知,玻璃珠的密度为        g/cm3.

(2)在进行图丁的操作时,小致发现有少量气泡附着在网球上,则他所测的玻璃珠密度与真实密度相比        (选填“偏大”、“偏小”或“一样”)。

【答案】(1)2.5 (2)偏小

解析:(1)分析丙戊两图可知,两次台秤示数的差值即为玻璃珠的质量,即m珠为37.5g。根据题意,水能够自由出入金属网球,比较丙丁两图可知,玻璃珠排开水的质量为15g,由此可以求出玻璃珠的体积为15cm3,所以它的密度为2.5g/cm3。

(2)分析测量密度误差可以从两个角度出发:“物体质量测量得是否准确,偏大还是偏小,会对测量结果造成什么样的影响”同理分析物体体积的测量误差对测量结果的影响。根据题意,我们利用了丁图求解了物体的体积,由于有气泡的存在会使得物体体积的测量值偏大,所以测得的密度偏小。

例三、在学完浮力的知识后,小迪利用家里的电子秤,测量一个软木块的密度。调节好电子秤,结合已有的器材,进行了如下图所示的测量。

①小迪利用这些数据可求出软木块的密度为         g/cm3。

②由于软木块吸水,小迪用此方法测得的密度值会比它的真实值           (“偏大”,“不变”,“偏小”)

【答】(1)0.5 (2)偏大

解析:(1)在浮力习题中经常运用“漂浮求质量,浸没求体积”的思路。这是一种基本方法,我们经过思维的迁移,可以联想到图二中,物体处于漂浮状态,相比图一台秤示数变化40g,由此可得m物=40g。根据图三,物体完全浸没,台秤相较于图一示数变化了80g,说明物体排开液体的质量为80g,对应的我们可以求出物体的体积V物=80cm3,综上我们可以求出密度为0.5g/cm3。

(2)软木块由于吸水重力变大,但它的体积几乎不变,受到浮力不变。采用隔离法对小物块进行受力分析,物块在重力、压力F、浮力三个力的作用下平衡,现在木块总重力增大,浮力不变,则F会减小。对烧杯整体进行受力分析,烧杯,水,木块三者的重力不变,压力F减小,图三台秤示数会减小。我们通过图三与图一的差值计算出物体的体积,由于图三示数偏小,所以测得的体积偏小,最终使得测得木块密度偏大。

综上,笔者列举了三道关于利用台秤测量密度的例题,三道题有共性也有区别。利用台秤测密度时,要关注台秤示数变化与被测物体的质量、体积的相关性,从而找到问题的突破口。关于密度的误差分析,要根据具体情况具体分析。

[1]夏波.从核心素养的视角看2018年重庆中考物理试题[J].物理教学探讨,2019,37(02):43-45.

[2]张颖.初中物理实验教学中学生学科核心素养的培养[J].学周刊,2021(26):109-110.

[3]柳旭峰.“探究在前,教材在后”的初中物理教学策略[J].知识窗(教师版),2021(07):20-21.

第一作者简介:张迪 (1996-)女 吉林省德惠市人,本科,学士,研究方向:中学物理教育。E-mail:2651087245@qq.com

*通讯作者 张健(1989-),男,黑龙江省哈尔滨市人,讲师,博士,硕士生导师,研究方向:物理学。

基金项目:北华大学教育教学改革研究课题(XJYB2019040)

大学生创新创业训练计划项目(202010201018,202010201273)。

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