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水平
C
42g
14
3
$3×10^3$
偏大
60
20
$3×10^3$
偏小
烧杯中的水倒入量筒时,烧杯内壁沾有水,导致测得的水的体积偏小,从而测得的合金块质量偏小,根据$\rho=\frac{m}{V},$体积测量准确,质量偏小,故密度测量值偏小。
1.12
【分析】
本题是测量固体密度的实验题,解题思路如下:
1. 对于天平使用的问题,首先回忆天平的使用规范:使用前需将天平放在水平桌面上,称量过程中不能调节平衡螺母,指针偏右说明右盘砝码质量偏大,应减少砝码质量。
2. 天平读数时,物体质量等于砝码总质量加上游码对应的刻度值,直接读取砝码和游码数值相加即可。
3. 排水法测体积时,壶盖的体积等于溢出水的体积,读取量筒示数得到体积后,利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算密度;茶壶与壶盖为同种材料,密度相同;误差分析时,考虑溢出水倒入量筒时烧杯残留水,导致测得体积偏小,根据密度公式判断密度测量值的偏差。
【解析】
(1) 使用天平的第一步是将天平放在水平桌面上;在称量过程中,指针偏向分度盘右侧,说明右盘中砝码的质量偏大,此时不能调节平衡螺母(平衡螺母仅在调节天平平衡时使用),应减少右盘中砝码的质量,故选C。
(2) 由图(c)可知,砝码总质量为$20\mathrm{g}+20\mathrm{g}=40\mathrm{g}$,游码对应的刻度值为$2\mathrm{g}$,所以壶盖的质量$m=20\mathrm{g}+20\mathrm{g}+2\mathrm{g}=42\mathrm{g}$。
(3) 由图(e)可知,量筒中溢出水的体积为$14\mathrm{mL}=14\mathrm{cm}^3$,根据排水法原理,壶盖的体积等于溢出水的体积,即$V=14\mathrm{cm}^3$;
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,壶盖的密度$\rho=\frac{42\mathrm{g}}{14\mathrm{cm}^3}=3\mathrm{g/cm}^3=3×10^3\mathrm{kg/m}^3$;
由于茶壶和壶盖是同种材料制成,所以该茶壶的密度与壶盖相同,为$3×10^3\mathrm{kg/m}^3$;
在将溢出的水倒入量筒时,烧杯内壁会残留部分水,导致测得的壶盖体积偏小,而壶盖的质量测量准确,根据$\rho=\frac{m}{V}$,当$m$不变、$V$偏小时,计算出的密度值会偏大。
【答案】
(1) 水平;C
(2) $\boldsymbol{42\mathrm{g}}$
(3) $\boldsymbol{14}$;$\boldsymbol{3}$;$\boldsymbol{3×10^3}$;偏大
【知识点】
天平的使用;密度的计算;排水法测固体体积
【点评】
本题是典型的固体密度测量实验题,综合考查了天平、量筒的正确使用方法,密度公式的应用以及实验误差分析。需要学生熟练掌握测量工具的读数规则,理解排水法测体积的原理,同时能准确分析实验过程中的误差来源,培养实验探究和分析能力。
【难度系数】
0.6
【分析】
1. 对于第一问,由于天平无砝码,利用天平平衡时左盘合金块质量等于右盘烧杯中水的质量,先通过量筒读出右盘烧杯倒入量筒的水的体积,结合水的密度算出这部分水的质量,即为合金块的质量;再读出合金块和水的总体积,用总体积减去水的体积得到合金块的体积,最后根据密度公式计算合金块的密度。
2. 对于第二问,考虑将烧杯中的水倒入量筒时,烧杯内壁会残留部分水,导致测得的水的体积偏小,进而使算出的水的质量(即合金块的测量质量)偏小,而合金块体积测量准确,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,质量偏小则密度测量值偏小。
【解析】
(1) ① 由图(a)可知,量筒中水的体积$V_{水}=60\mathrm{mL}=60\mathrm{cm}^3$,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,可得水的质量$m_{水}=\rho_{水}V_{水}=1\mathrm{g/cm}^3×60\mathrm{cm}^3=60\mathrm{g}$。
② 因为天平平衡时,左盘合金块的质量等于右盘烧杯中水的质量,所以合金块的质量$m=m_{水}=60\mathrm{g}$。
③ 由图(b)可知,水和合金块的总体积$V_{总}=80\mathrm{mL}=80\mathrm{cm}^3$,则合金块的体积$V=V_{总}-V_{水}=80\mathrm{cm}^3-60\mathrm{cm}^3=20\mathrm{cm}^3$。
④ 合金块的密度$\rho=\frac{m}{V}=\frac{60\mathrm{g}}{20\mathrm{cm}^3}=3\mathrm{g/cm}^3=3×10^3\mathrm{kg/m}^3$。
(2) 将烧杯中的水倒入量筒时,烧杯内壁会残留部分水,导致测得的水的体积偏小,根据$m=\rho V$,算出的水的质量偏小,即合金块的测量质量偏小;而合金块的体积测量准确,根据$\rho=\frac{m}{V}$,可知测出的合金块密度值比真实值偏小。
【答案】
(1) 60;20;$3×10^3$
(2) 偏小;烧杯中的水倒入量筒中时,会有部分水残留在烧杯中,导致测得的水的体积偏小,进而使合金块的测量质量偏小,最终密度测量值偏小
【知识点】
密度的测量;天平的使用;量筒的读数
【点评】
本题采用等效替代法测量合金块的质量,属于特殊方法测密度的题型,重点考查了对天平、量筒的使用以及密度公式的应用,同时需要掌握实验误差的分析方法,理解操作过程中对测量结果的影响。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题没有量筒,无法直接测量体积,所以采用等效替代法,利用标记笔使食盐水和水的体积相等。首先通过空杯质量$m_1$和装水后的总质量$m_2$算出清水的质量,再结合水的密度求出清水的体积,该体积等于食盐水的体积;接着通过空杯质量$m_1$和装食盐水后的总质量$m_3$算出食盐水的质量,最后利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算食盐水的密度。
【解析】
1. 计算清水的质量:
$m_{\mathrm{水}}=m_{2}-m_{1}=132.0\ \mathrm{g}-52.0\ \mathrm{g}=80.0\ \mathrm{g}$
2. 根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,计算清水的体积:
$V_{\mathrm{水}}=\frac{m_{\mathrm{水}}}{\rho_{\mathrm{水}}}=\frac{80.0\ \mathrm{g}}{1\ \mathrm{g/cm}^3}=80\ \mathrm{cm}^3$
由图可知,食盐水和水的体积相等,即$V_{\mathrm{食盐水}}=V_{\mathrm{水}}=80\ \mathrm{cm}^3$
3. 计算食盐水的质量:
$m_{\mathrm{食盐水}}=m_{3}-m_{1}=141.6\ \mathrm{g}-52.0\ \mathrm{g}=89.6\ \mathrm{g}$
4. 计算食盐水的密度:
$\rho_{\mathrm{食盐水}}=\frac{m_{\mathrm{食盐水}}}{V_{\mathrm{食盐水}}}=\frac{89.6\ \mathrm{g}}{80\ \mathrm{cm}^3}=1.12\ \mathrm{g/cm}^3$
【答案】
$1.12\ \mathrm{g/cm}^3$
【知识点】
密度的计算、等效替代法
【点评】
本题通过等效替代法,利用等体积的清水间接得到食盐水的体积,考查了密度公式的灵活运用,培养了间接测量物理量的实验思维。
【难度系数】
0.6