測(cè)量較大石塊的密度

河北省唐山市第七十四中學(xué) 徐彩榮

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量較大石塊的密度。

實(shí)驗(yàn)器材：天平（最大稱量為200 g）、量筒、水（ρ水= 1.0 g/cm3）、較大的石塊。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用已調(diào)好的天平測(cè)出較大石塊的質(zhì)量m；（2）將適量的水倒入量筒中，讀出水面對(duì)應(yīng)的示數(shù)V1；（3）把石塊浸沒在裝有水的量筒中，讀出水面對(duì)應(yīng)的示數(shù)V2；（4）根據(jù)公式計(jì)算石塊的密度。

我巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生按此方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，因石塊質(zhì)量較大，超出天平的量程，故不能用天平測(cè)出石塊的質(zhì)量。把石塊放入量筒內(nèi)的水中測(cè)體積時(shí)，因石塊體積較大，不能放入量筒中，故也不能測(cè)出石塊的體積。也就是說，他們按這種常規(guī)方法測(cè)量較大石塊的密度是不可行的。我給他們指出了實(shí)驗(yàn)方案中存在的問題，并提出了一些建議，他們經(jīng)過討論后重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成了該實(shí)驗(yàn)的探究。下面是他們?cè)O(shè)計(jì)的新方案：

實(shí)驗(yàn)器材：燒杯、量筒、杠桿、彈簧測(cè)力計(jì)（量程為0～5 N）、細(xì)線、水、較大的石塊。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用彈簧測(cè)力計(jì)和杠桿來測(cè)量較大石塊的質(zhì)量（利用杠桿原理）：如右圖，安裝好杠桿，調(diào)節(jié)杠桿兩端平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡；用細(xì)線把石塊拴好，然后把拴好的石塊和彈簧測(cè)力計(jì)掛在圖中所示位置，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為2.4 N，根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2可得，石塊的重力7.2 N，石塊的質(zhì)量=0.72 kg = 720 g（g取10 N/kg）。

（2）用燒杯、量筒和水測(cè)量石塊的體積（填補(bǔ)法）：將石塊放入燒杯中，往燒杯中加入適量的水讓石塊浸沒，在水面到達(dá)的位置做上標(biāo)記；取出石塊，用量筒往燒杯中加水，直至達(dá)到標(biāo)記位置為止，則所加水的體積即為石塊的體積。

在用量筒往燒杯中加水時(shí)，先加了100 mL 水，接著又取了50 mL 水繼續(xù)加，水面達(dá)到標(biāo)記位置后，量筒中剩余的水為30 mL，求出石塊的體積V= 100 mL +50 mL - 30 mL = 120 mL = 120 cm3。

完成實(shí)驗(yàn)探究后，學(xué)生進(jìn)行了交流和評(píng)價(jià)，他們認(rèn)為在新方案中測(cè)量石塊體積的過程中，由于從水中拿出石塊時(shí)會(huì)帶出一部分水，導(dǎo)致測(cè)得的石塊體積偏大，從而造成測(cè)出的石塊密度誤差較大。為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，他們認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該注意三點(diǎn)：（1）在使用彈簧測(cè)力計(jì)前，應(yīng)該輕輕拉動(dòng)掛鉤幾次，防止彈簧卡殼；要觀察指針是否指在零刻度線，否則要進(jìn)行調(diào)零。（2）測(cè)量較大石塊的體積時(shí)，由于采用填補(bǔ)法，造成誤差比較大。所以可以改進(jìn)一下，采用排水法（即把溢水杯裝滿水，使物體浸沒在水中，測(cè)出排出水的體積即為物體的體積）。（3）讀取量筒中液體的體積時(shí)，視線要與液體的凹液面相平。