密度的特殊测量纵观多年的中考试卷,密度是中考的一个重点,同时又是中考的热点,密度的考查主要以操作性的实验题型出现,在考查知识的同时兼顾实验操作技能的考查,按照教科书,根据密度的计算公式ρ=m/v,利用天平和量筒,分别测出被测物的质量m和体积v,则可算出被测物的密度,这是最基本的测定物质密度的方法。
近年来的中考试题,则往往是天平、量筒不会同时具备,此时只要适当有些辅助器材,同样可以完成测定物质的密度,现将几种测定物质密度的特殊方法提供如下:一、测定液体的密度1、有天平、无量筒辅助器材:盛装液体的容器(如玻璃杯)、足够的水。
步骤:(1)用天平测定玻璃杯的质量m1;(2)将玻璃杯盛满水测出杯和水的质量m2,则玻璃杯的容积v杯=v水=(m2-m1/ρ水;(3)将杯内水倒尽盛满待测液体,则v液=v杯=v水,用天平测出杯和液体的质量m3;则被测液体的密度为:ρ液=m液/v液=(m3-m1)ρ水/(m2-m1该方法主要是利用水的密度找体积,同时抓住体积为一定值进行测量。
2、有量筒、无天平辅助器材:盛装液体的容器如小杯子(直径小于量筒直径)、足够的水。
步骤:(1)在量筒内盛适量的水,将空杯放入量筒内漂浮,记下此时量筒内水面到达的刻度v1;(2)将适量待测液体倒入杯内(杯漂浮),记下此时量筒内水面到达的刻度v2;则被测液体的重:G液=F浮=ρ水g(v2-v1 m液=G液/g=ρ水(v2-v1(3)将量筒内水倒尽,再将杯内液体倒入量筒内测出体积为v液;则被测液体的密度:ρ液=(v2-v1)ρ水/v液。
该法重在利用漂浮找质量(F浮=G物漂浮)。
3、无量筒、无天平(1)辅助器材:较大柱形容器、大小玻璃杯各一个(直径小于柱形容器直径)、足够的水、刻度尺。
步骤:①在柱形容器内盛入适量的水,将大杯放入水面漂浮,用刻度尺测出此时容器内水面到达的高度h1;②用小杯盛满水倒入大杯内(大杯仍漂浮),测出此时容器内水到达的高度h2,设柱体容器的底面积为s;则小杯的容积v杯=v排=s(h2-h1;③将大杯内水倒尽,用小杯盛满待测液体;则v液=v杯,将液体倒入大杯放入柱形容器内(大杯仍漂浮)测出此时容器内水面到达的高度h3;则:G液=F浮=ρ水gs(h3-h1 m液=ρ水s(h3-h1被测液体的密度ρ液=(h3-h1ρ水/(h2-h1该方法主要抓柱形容器横截面是定值找体积,利用漂浮找质量。
(2)辅助器材:平底试管、细沙、水、刻度尺。
步骤:①在平底试管中装入适量细沙使之直立浮在水中,用刻度尺量出浸入水中部分长度h1;②取出试管擦干水使之直立浮在被测液体中,量出浸入被测液体中部分长度h2;设试管横截面积为s则:G=F浮水=F浮液,sh1ρ水g=sh2ρ液g所以:ρ液=h1ρ水/h2。
该法是利用二次漂浮做桥梁测液体密度。
(3)辅助器材:压强计、刻度尺。
步骤:把压强计金属盒浸入待测液体中,用刻度尺测出金属盒浸入的深度为h1,从压强中读出U型管中两边的液面高度差h2;则:ρ液gh1=ρ液计gh2所以:ρ液=ρ液计h2/h1该法是利用压强计和液体压强公式测液体密度。
二、测定固体物质的密度1、有天平(或弹簧称)无量筒(1)规则的实心几何体(如正方体、长方体、圆柱体等)辅助器材:无弹性细线、刻度尺。
步骤:①用天平测出物体的质量m;②用刻度尺测出正方体边长为a(或长方体长、宽、高:a、b、c;或用细线和刻度尺测圆柱体横截面周长c圆柱体高h);则被测物体积:v正=a3(v长=abc,v圆=c2h/(4π固体密度为:ρ正=m/a3ρ长=m/abc;ρ圆=4πm/(c2h)该法重在用刻度尺间接测出规整物体的体积。
(2)不规则实心几何体(能沉入水中,如小石头等)辅助器材:细线、足够的水、大小合适的盛水容器。
步骤:①将细线系住小石头,用弹簧称测小石头的重G;则小石头质量:m=G/g②在容器内盛适量水,将小石头浸没水中,此时,弹簧称示数为G’;则:F浮=G-G’ ρ水gv排=G-G’v物=v排=(G-G’/(ρ水g ρ物=Gρ水/(G-G’该法是利用阿基米德原理找体积。
2、有量筒、无天平(1)只能漂浮的固体物(不吸水)辅助器材:足够的水、大头针。
步骤:①在量筒内盛适量的水,记下此时量筒内水的体积为v1;②将大小合适的被测物放入量筒内水面漂浮,记下量筒内水面达到的刻度v2;则:G物=F浮=ρ水g (v2-v1m物=ρ水(v2-v1)③用大头针将被测物压没水中,记下量筒内水面到达的刻度v3 。
则:v物=v3-v1被测物的密度:ρ物=(v2-v1ρ水/(v3-v1(2)只能沉没的固体物(不吸水)辅助器材:足够的水、玻璃杯(直径小于量筒直径)、细线。
步骤:①在量筒内放入适量的水,将杯放入水面漂浮,记下此时量筒内水面达到的刻度v1;②将大小合适的被测物放入杯内(杯漂浮),记下量筒内水面达到的刻度v2;则:G物=F浮=ρ水g(v2-v1m物=ρ水(v2-v1③将杯从量筒中取出记下量筒内水面到达的刻度v3;④用细线系住被测物浸没量筒内水中静止后(全部浸没),记下量筒内水面到达的刻度v4;则:V物=v4-v3ρ物=(v2-v1ρ水/(v4-v3(3)既能漂浮又能下沉的固体物(如小酒杯)辅助器材:足够的水步骤:①在量筒内盛适量的水,记下此时量筒内水面达到的刻度v1;②将小酒杯放入量筒内水面漂浮,记下量筒内水面达到的刻度v2;则:G物=F浮=ρ水g(v2-v1m物=ρ水(v2-v1)③将小酒杯沉没于量筒内水中,记下量筒内水面到达的刻度v3;则:v物=v3-v1ρ物=(v2-v1)ρ水/(v3-v1以上方法是利用漂浮找质量,利用排水法找体积。
3、无量筒、无天平(1)只能漂浮的固体物(不吸水)辅助器材:柱形容器(设底面积为s)足够的水、刻度尺、大头针。
步骤:①在容器内盛适量的水,用刻度尺测出水面到达的高度h1;②将大小合适的被测物放入容器内水面漂浮,测出容器内水面到达的高度h2;则:G物=F浮=ρ水gs(h2-h1m物=ρ水s(h2-h1③用大头针将被测物压没于水中,测出容器内水面到达的高度h3;则:v物=s(h3-h1ρ物=(h2-h1)ρ水/(h3-h1(2)只能沉没的固体物(不吸水)辅助器材:柱形容器(设底面积为s)、足够的水、玻璃杯(直径小于柱形容器直径)、刻度尺、细线。
步骤:①在柱形容器内放入适量的水,将杯放入水面漂浮,用刻度尺测出柱形容器内水面达到的高度h1;②将大小合适的被测物放入杯内(杯漂浮),用刻度尺测出水面到达的高度h2;则:G物=F浮=ρ水gs(h2-h1m物=ρ水s(h2-h1③将杯从柱形容器中取出,测出容器内水面到达的高度h3;④用细线系住被测物浸没量筒内水中,测出容器内水面到达的高度为h4;则:v物=s(h4-h3ρ物=(h2-h1ρ水/(h4-h3(3)既能漂浮又能下沉的固体物(不吸水)辅助器材:柱形容器(设底面积为s)、足够的水、刻度尺。
步骤:①在柱形容器内盛适量的水,测出此时容器内水面到达的高度h1;②将大小合适的被测物放入柱形容器内水面漂浮,测出水面达到的高度h2;则:G物=F浮=ρ水gs(h2-h1m物=ρ水s(h2-h1③将被测物沉没于容器内水中,测出容器内水面到达的高度h3;则:v物=s(h3-h1ρ物=(h2-h1ρ水/(h3-h1以上方法为利用漂浮找质量,利用柱体找体积。
(4)略大于水密度的固体物(如鸡蛋)辅助器材:液体密度计、容器、水和食盐。
步骤:将物体浸没在盛盐水的容器中,若物体上浮,向容器中加少量水;若下沉,向容器中加少许盐,直到物体恰好悬浮在盐水中,用密度计测出此时盐水密度,即为物体的密度值。
以上是一些密度测量的特殊方法,所给器材不全,必须采用一些非常规法测物体的质量或体积,其中都借用了水的密度。
最后利用ρ=m/v算出待测物密度。
非常规性实验对培养学生的发散性思维,创新能力方面有着非常重要的作用。
三、附部分中考题供参考1、给你一个已调好的天平(带法码)和一个盛满水的烧杯,只用这些器材(不使用任何其它辅助工具)测出一纸包金属颗粒的密度,要求写出实验步骤和计算金属密度的数学表达式(1999年天津市中考题)。
提示:采用溢水法。
2、陆良彩色沙林因其沙色多样,沙层分明,沙质特别而闻名中外,为了更好地了解彩沙特点,需要测量各色沙的密度,现有一堆干了的沙,请你设计一个实验方案,测出沙的密度。
(1)列出实验所需器材;(2)简述实验步骤并写出测量结果的表达式(2002年曲靖市中考题)3、现有一只量筒和一个玻璃制成的小试管,用这只量筒、试管和水,请你设计一个实验,测量制作这只小试管的玻璃的密度。
要求:①简述实验步骤;②根据实验中测得的数据(用字母表示),分析并推导出试管(玻璃)密度的表达式。
(2000年昆明市中考题)4、曲靖市多数县、区(市)都盛产洋芋,洋芋主要由淀粉和水组成,其密度将影响淀粉的含量,现有量筒、刻度尺、小刀、水桶、烧杯、水,请你从中选用适当器材,设计一种测洋芋密度的方法。
(2003年曲靖市中考题)5、现有弹簧秤、细线、量筒、小木块(能放入量筒中),小木块的密度小于待测液体的密度,只用这些器材测定未知液体的密度。
①写出实验的主要步骤;②用测出量和常数写出待测液体密度的数学表达式。
6、要测量形状为长方体的小合金块的密度,若手边已有以下器材:细线、弹簧测力计、盛有水的桶,请你再自选一种器材与上述器材配合,测量小合金块的密度。
要求用三种方法测,把答案填在表格中:(2003年山东市中考题)自选器材名称简要步骤和测量的物理量(用字母表示物理量)计算合金块密度ρ的表达式(用直接测量的物理量的字母表示)方法1方法2方法3。