力學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)題（三）設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn):力學(xué)部分小明想測(cè)量一枚合金戒指（約10g左右）的密度，來到實(shí)驗(yàn)室，物理老師拿給他以下器材：250cm3、100cm3、50cm3的量筒各一個(gè)，量程為5N，最小刻度值為0.2N的彈簧秤一個(gè)，最小砝碼為1g，標(biāo)尺的最小刻度為20mg的托盤天平一臺(tái)（已調(diào)平衡），如圖9所示，還有小燒杯一個(gè)，足量的細(xì)線和水，讓他從這些器材中選用一部分進(jìn)行測(cè)量。請(qǐng)你幫助小明設(shè)計(jì)一個(gè)最佳的試驗(yàn)方案，使測(cè)量結(jié)果盡量精確。要求：（1）寫出選用的器材；（2） 寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；（3） 推導(dǎo)出計(jì)算戒指密度的公式。2.某校地質(zhì)小組的同學(xué)們，需測(cè)量一種礦石的密度?，F(xiàn)有器材：小礦石塊、天平（含砝碼X一個(gè)燒杯、足量的水、細(xì)線。請(qǐng)你利用上述器材幫助他們?cè)O(shè)計(jì)出兩種測(cè)量該礦石密度的實(shí)驗(yàn)方案。要求：1）寫出其中一種方案的實(shí)驗(yàn)步驟及礦石密度的表達(dá)式（用測(cè)量量和已知量表示）2） 簡(jiǎn)述另一種方案的步驟；3） 對(duì)兩種方案的可操作性或誤差進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估，寫出一條即可。小明要測(cè)量一根1m左右、粗細(xì)和質(zhì)地都均勻的細(xì)木棒的質(zhì)量，通過估測(cè)發(fā)現(xiàn)木棒的質(zhì)量會(huì)超出現(xiàn)有天平的量程.于是，他想用其他方法進(jìn)行測(cè)量.現(xiàn)有器材：天平、一塊質(zhì)量適當(dāng)?shù)慕饘賶K、一把量程為20cm的刻度尺和幾根足量長(zhǎng)的細(xì)繩.只利用現(xiàn)有器材請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)測(cè)量這根細(xì)木棒質(zhì)量的方案，要求：（1） 寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟和需測(cè)量的物理量；（2） 寫出木棒質(zhì)量的數(shù)學(xué)表達(dá)式（用測(cè)量量表示）.小亮想測(cè)出小木塊（密度比水的小，表面經(jīng)處理后不吸水）的密度.除了此木塊，老師還給他提供了如下器材：與木塊體積相同的銅塊，足夠大的量筒和足量的水（已知水的密度為P水）.請(qǐng)你僅利用上述器材幫他設(shè)計(jì)測(cè)量這個(gè)木塊密度的實(shí)驗(yàn)方案，要求：（1） 寫出實(shí)驗(yàn)步驟及所需測(cè)量的物理量；（2） 寫出木塊密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式（用已知量和測(cè)量量表示）.實(shí)驗(yàn)題(三)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)：力學(xué)部分答案解：(1)根據(jù)題意，測(cè)量固體密度的實(shí)驗(yàn)，需要測(cè)量質(zhì)量和體積的工具，由于戒指的質(zhì)量10g左右，用量程為5N,最小刻度值為0.2N的彈簧秤測(cè)量，測(cè)量的誤差太大，只能用最小砝碼為1g，標(biāo)尺的最小刻度為20mg的托盤天平.戒指的體積用排水法求的，由于體積較小，為避免讀數(shù)誤差大，選擇量程為50cm3量筒.試驗(yàn)中還需要放取戒指用的細(xì)線，和足量的水.答：選用的器材有天平、50cm3的量筒、細(xì)線、水.測(cè)固體石塊的密度的基本方法是：用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m，在量筒中倒入適量水，讀出體積為V「將戒指放入量筒浸沒水中，讀出水面體積值為v2，則戒指的體積v=v2-v1，根據(jù)密度公式求得密度.答：實(shí)驗(yàn)步驟是：①用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m；在量筒中倒入適量水，讀出體積為匕；將戒指放入量筒浸沒水中，讀出水面體積值為V2；根據(jù)密度公式p=m/v，已知戒指的質(zhì)量m，戒指的體積V=V2-V1???P戒指=m/v=m/(V=V2-V1)答案：實(shí)驗(yàn)方案一：用天平稱出礦石塊的質(zhì)量m0在燒杯中倒入適量的水，稱出質(zhì)量m1燒杯仍放在天平左盤，用細(xì)線將礦石塊系好后，手提細(xì)線使礦石塊浸沒在此燒杯的水中并保持靜止(水無溢出且礦石塊不接觸燒杯)。天平平衡時(shí)的稱量值為m2礦石的密度：P= %Pm-m水實(shí)驗(yàn)方案二：用天平稱出礦石塊的質(zhì)量m0在燒杯中倒?jié)M水，稱出質(zhì)量m1將礦石塊放入水中，將杯壁外的水擦干凈，稱出質(zhì)量m2礦石的密度：P=——隊(duì) P.m+m-m水與實(shí)驗(yàn)方案二同理的方法：用天平稱出礦石塊的質(zhì)量m0將塊石塊放入裝有適量水的燒杯中，用細(xì)線在燒杯外壁與水面相平處做一記號(hào)，稱出質(zhì)量mj取出礦石塊，向燒杯中加水，直到水面與標(biāo)記相平，稱出質(zhì)量m2礦石的密度：P=——m Pm+m-m水(1)主要實(shí)驗(yàn)步驟：用天平稱出金屬塊的質(zhì)量用細(xì)繩和刻度尺測(cè)出木棒的長(zhǎng)度L；將用細(xì)繩系好的金屬塊系在木棒的一端，然后再將另一細(xì)繩一端做成繩環(huán)套在木棒上，用手提起該繩的另一端，并移動(dòng)繩環(huán)的位置，使木棒保持水平平衡；

用細(xì)繩和刻度尺測(cè)量出繩環(huán)到系金屬塊那端的木棒長(zhǎng)度L1（2）木棒的質(zhì)量為m=4.解答：解：（1）實(shí)驗(yàn)步驟：向量筒內(nèi)加入適量的水，記下量筒內(nèi)水的體積V0；記下此時(shí)總體積V2.將銅塊緩慢放入量筒內(nèi)水中，記下此時(shí)水和銅塊的總體積V1；記下此時(shí)總體積V2.再將木塊輕輕放入量筒內(nèi)水中，待木塊靜止處于漂浮狀態(tài)時(shí)，（2）木塊密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式因?yàn)槟緣K漂浮，G=F浮=?水g