例谈浮力知识在密度测量中的运用

河北省南皮县乌马营镇初级中学(061500)

孙俊峰●



例谈浮力知识在密度测量中的运用

河北省南皮县乌马营镇初级中学(061500)

孙俊峰●

利用浮力测量物质的密度是实验教学中的重点和难点，它不仅能考查学生灵活运用知识的能力，而且还能拓展学生实验设计和操作的能力.

浮力；密度；测量；能力

密度的测量是近几年中考的重要考点，常规方法是用天平和量筒进行测量，当测量工具是弹簧测力计、量筒、天平中的一个时，往往会用到浮力的知识.结合浮力测量物质的密度是这类试题的难点,它不仅能考查学生灵活运用知识的能力,而且能拓展学生实验设计和操作能力.结合多年来的教学，分析中考试题，发现一般从以下三个方面进行考查.

一、测量工具只有弹簧测力计

1.双提法测固体密度

若(ρ固体>ρ水)：

①用细线把待测固体拴好挂在弹簧测力计上，测出待测固体重力G；

②把待测固体全部浸没在水中，记下弹簧测力计的示数F.

若(ρ固体<ρ水)：

①用细线把待测固体拴好挂在弹簧测力计上，测出待测固体重力G；

②通过水中的定滑轮使待测固体全部浸没在水中，记下弹簧测力计的示数F.

二、三提法测液体密度(ρ固体>ρ水、ρ固体>ρ液)

①用细线把待测固体拴好挂在弹簧测力计上，测出待测固体重力G；

②将该固体浸没在水中，记下弹簧测力计示数F1；

③将该固体浸没在待测液体中，记下弹簧测力计示数F2.

例1 (2016·内蒙古包头)某同学准备用弾簧测力计、烧杯、水、吸盘、滑轮、细线来测量木块(不吸水)的密度．

图1

(1)如图1甲所示，木块所受的重力为____N．

(2)如图1乙所示，将滑轮的轴固定在吸盘的挂钧上，挤出吸盘内部的空气，吸盘在____的作用下被紧紧压在烧杯底部．如图1丙所示，在烧杯中倒入适量的水，用细线将木块栓住，通过弹簧测力计将木块全部拉入水中，此时弹簧测力计示数为 0.4N，如果不计摩擦和细线重，木块受到的浮力为____N，木块的密度为____kg/m3．(ρ水=1.0×103kg/m3)

(3)如果将图1丙烧杯中的水换成另一种液体，重复上述实验，此时弹簧测力计示数为0.2N，则该液体的密度为____kg/m3．

点拨 (1)明确弹簧测力计的分度值，再根据指针指示来读数；(2)图1乙中，吸盘内部的空气被挤出，吸盘内的气压小于外界大气压，在外界大气压的作用下，吸盘被压在烧杯底部；图1丙中使用的是定滑轮，不能省力，所以弹簧测力计的示数即为对木块的拉力，根据二力平衡求出浮力F浮=G+F拉；根据F浮=ρ水gV排求出木块的体积；根据G=mg=ρVg求出木块的密度；(3)根据F浮′=G+F拉′求出木块在液体中受的浮力；根据F浮′=ρ液gV排求出液体的密度．

二、测量工具只有天平

悬吊法测固体密度(ρ固体>ρ水)

①用天平测出待测物体的质量m1；

②往烧杯中倒入适量水，用天平测出烧杯和水的总质量m2；

③在②的基础上，用细线吊着待测物体，使其浸没在天平上灯杯内的水中(不要接触烧杯内壁和底部)，记下天平的示数m3.

例2 (2016·辽宁锦州)某同学想测出一块鹅卵石的密度，于是他找来如下器材：天平(含砝码)、一个烧杯、细线(质量和体积均不计)、足量的水．探究过程如图2.

图2

天平横梁在水平位置平衡后，该同学进行了如下操作：

a、如图1甲，鹅卵石的质量为____g；

b.如图1乙，在烧杯中装入适量的水，用调好的天平测得其总质量为____g；

c.如图1丙，吊起用细线系好的鹅卵石，使其完全浸没在水中(不接触容器壁和容器底)，此时测得总质量为____g；

d.该同学求出的鹅卵石体积为____cm3，鹅卵石的密度为____kg/m3．

点拨 在天平读数时，被测物体的质量=砝码的质量+游码的示数；浸没在水中的鹅卵石会受到竖直向上的浮力，因物体间力的作用是相互的，所以鹅卵石对水产生竖直向下的压力，使天平示数增大，故F浮=(mc-mb)g，因F浮=G排，所以(mc-mb)g=m排g，即mc-mb=m排，然后利用密度公式可以计算出排开水的体积，即为鹅卵石的体积，而后再据质量和体积计算出密度即可．

三、测量工具只有量筒

1.一漂一沉法测固体密度(ρ固体>ρ水)

待测物体形状可改变：①量筒内注入适量水，读出示数V1；②将物体捏成小碗状，放在水面上，读出示数V2；③将物体捏成球放入水中，读出示数V3.

待测物体形状不可改变：①量筒内注入适量水，将小烧杯放入水中，读出示数V1；②将物体放在小烧杯中，再将小烧杯放入量筒内，使其漂浮，读出示数V2；③将物体取出放入水中，小烧杯仍漂浮，读出示数V3.

2.一漂一压法测固体密度(ρ固体<ρ水)

①量筒内注入适量水，读出示数V1；②将物体放在水面上漂浮，读出示数V2；③用针将物体浸没在水中，读出示数V3.

以上方法测量固体的密度表达式均为：

3.漂浮法测液体密度(ρ固体<ρ水)(ρ固体<ρ液体)

①量筒内注入适量水，读出示数V1；②将物体放在水面上漂浮，读出示数V2；③量筒内注入与水等体积的待测液体，读出示数V1；④将物体放在待测液体液面上漂浮，读出示数V3.

例3 (2016·北京)小曼利用符合实验要求的圆柱体物块、石子、细线、量筒和适量的水测量某未知液体的密度．如图3是小曼正确测量过程的示意图．已知水的密度为1×103kg/m3，g取10N/kg．实验过程如下：

图3

①将适量的水倒入量筒中，如图3甲所示，记录量筒中水的体积．

②将拴有石子的物块置于量筒内的水中，如图3乙所示，量筒中水面所对应的示数为66cm3．

③将待测液体倒入另一量筒中，如图3丙所示，记录量筒中待测液体的体积．

④将上述石子和物块擦干后，置于量筒内的待测液体中，如图3丁所示，量筒中液面所对应的示数为70cm3．

由以上实验可知：

(1)石子和物块在水中所受的总浮力为____N；

(2)待测液体的密度为____kg/m3．

点拨 (1)根据图3乙和图3甲可知石子和物块排开水的体积，然后利用F浮=G排可求得石子和物块在水中所受的总浮力；因石子和物块在水中漂浮，故它们的总重力G=F浮；(2)根据图3丙和图3丁可知石子和物块排开液体的体积，已知石子和物块在液体中漂浮，此时浮力F浮′=G，可求得待测液体的密度．

有了以上分析，不难看出，结合浮力知识测量密度，包含了以下知识点：

(1)用弹簧测力计测量物体受到的浮力；

(2)阿基米德原理；

(3)浮沉条件；

(4)受力分析等等，清楚了它们之间的关系，建立了它们之间联系的桥梁，许多与浮力有关的密度测量问题就会迎刃而解.

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1008-0333(2017)11-0062-02