Question

【題目】美術課上同學們用橡皮泥捏動物模型時，想知道橡皮泥的密度有多大。課后，他們取了同一塊橡皮泥，采用了兩種實驗方案，來測量橡皮泥的密度。

方案一：選擇天平、量筒、水和細線進行實驗，操作過程按圖甲所示順序進行。

（1）由圖示的實驗操作過程，寫出通過實驗測量出的物理量。

（2）通過什么定義可以計算橡皮泥的密度值，其值是多少kg/m3？

（3）請你評估：這一實驗測算的密度結果怎樣？（即測量值比真實值是“偏大”“偏小”或“準確”）

方案二：選擇彈簧測力計（如圖乙）、細線和裝有水的杯子。實驗過程如下

A.橡皮泥用線系好，掛在彈簧測力計上讀出示數F1；

B.將彈簧測力計吊著橡皮泥浸沒水中，讀出彈簧測力計示數F2。

①請解釋F1、F2的物理意義。

②寫出橡皮泥浸沒水中受到的浮力的表達式。

③根據什么原理可以計算橡皮泥的密度值，并導出表達式。

Answer 1

【答案】見解析所示

【解析】分析：方案一：（1）讀取量筒的示數，利用兩次的示數之差可得出橡皮泥的體積；讀取天平示數時應將砝碼質量與游碼示數相加；利用密度的公式可算出橡皮泥的密度。

（2）分析步驟可看出，先測體積，再測質量，會對橡皮泥的質量造成一定的影響，進而影響到密度的結果。

方案二：（1）用彈簧測力計測量橡皮泥的重力F1，把橡皮泥浸沒在水中讀出彈簧測力計示數F2，求出橡皮泥受到的浮力F1-F2。

（2）根據阿基米德原理求出浮力，求出橡皮泥的體積，根據 求出橡皮泥的質量，根據密度公式求出橡皮泥的密度。

解答：方案一：

（1）由圖可知，通過實驗測量出的物理量有兩個：橡皮泥的體積V=10cm3，橡皮泥的質量m=13.4g；

（2）密度的概念是：單位體積的物體的質量，即通過代入相關數據就可以計算出橡皮泥的密度。橡皮泥的密度：。

（3）因為先測體積，再測質量時，橡皮泥濕水后會造成質量偏大，因而密度也會偏大。

方案二：

（1）實驗中F1指的是橡皮泥的重力，F2指的是橡皮泥浸沒在水中讀出彈簧測力計示數；

（2）由彈簧測力計測量浮力的原理可知：橡皮泥受到的浮力：，即。

（3）由于橡皮泥浸沒在水中，所以橡皮泥的體積等于排開水的體積，由阿基米德原理得：橡皮泥的體積：，橡皮泥的質量：，∴橡皮泥的密度為： 。

故答案為：方案一（1）橡皮泥的體積V=10cm3，橡皮泥的質量m=13.4g；（2）1.34×103kg/m3

（3）偏大；方案二（1）F1表示橡皮泥所受的重力，F2表示橡皮泥浸沒在水中讀出彈簧測力計示數。（2）；（3）