师:各位同学大家好,今天由我带着大家一起学习测量物质的密度。同学们,在刚刚过去的2020东京奥运会上,中国运动员取得了38枚金牌的好成绩。金牌代表着荣耀,那运动员获得的金牌是纯金的吗?我们有没有办法鉴别呢?我们学过,密度是物质的基本属性之一,不同物质的密度一般不同。所以,我们可以通过密度来鉴别物质的种类。那该如何测量呢?比如,要测量立方体块的密度,由于没有直接测量密度的工具,我们可以采用ρ = m / V 来间接测量。要测量它的质量,就需要用到天平。对于形状规则的物体,我们可以利用刻度尺来测量并计算它的体积。
那如何测量盐水的密度呢?同样依据ρ = m / V这个原理。在这里,我们可以用天平和烧杯来测量盐水的质量。要测量盐水的体积,我要给大家介绍一个新的测量工具——量筒。首先,我们来认识一下量筒。和刻度尺一样,量筒也有它的单位、量程和分度值。同学们请看这个量筒,它的单位是毫升,1毫升就等于1立方厘米。它的量程是0 - 100毫升,分度值为1毫升。认识了量筒以后,该如何读数呢?请大家看这幅图片,哪种读数方法是正确的呢?第一种方法,由于采用了俯视,会导致测量结果偏大。最下面一种方法,由于采用了仰视,会导致测量结果偏小。在读数时,我们的视线应与液面保持相平。如果是凹液面,像水和酒精,我们的视线应与凹液面的底部相平;如果是凸液面,像水银,我们的视线应与凸液面的顶部相平。掌握了读数方法,接下来请大家看老师如何测量水的体积。首先选择量程合适的量筒,将水轻轻倒入,读数时,视线与凹液面的底部相平,我们读出为78毫升。
学习了量筒的使用,那该如何测量小石块的密度呢?实验原理依然是ρ = m / V,我们还需要哪些器材呢?要测量小石块的质量,我们需要天平、砝码。小石块形状不规则,用刻度尺无法测量它的体积,那该怎么办呢?相信同学们都听说过阿基米德的故事。阿基米德在鉴别王冠时无法测量其体积,最后在洗澡时获得灵感:当人体进入液体中,液体会被排开,排开水的体积就等于人体进入液体中的体积。由此,我们可以得到测量小石块体积的方法。
首先,向量筒中倒入体积为V1的水。然后,将小石块用细绳拴住,轻轻放入水中,此时总体积为V2 ,那么V2 = V1 + V石 ,则小石块的体积V石 = V2 - V1 。我们把这种方法叫做排液法测体积,大家理解了吗?那么,我们还需要的实验器材就应该有量筒、水和细线。
实验器材确定以后,接下来进行实验方案的设计。这里是某个同学设计的实验方案,请大家观察一下,看看有没有不足之处。他首先在量筒中倒入体积为V1的水,将小石块浸没在水中,读出总体积为V2 ,通过排液法测出小石块的体积,最后利用天平测量出小石块的质量。在这里,当我们从量筒中取出小石块时,它身上会沾上一些液体,这会导致质量测量出现偏差。那有没有办法避免这种偏差呢?
老师将实验顺序调整如下:我们可以先测量小石块的质量,再用排液法测量小石块的体积,这样就能很好地避免沾水导致质量测量不准确的问题。实验方案确定了,我们还需要设计实验记录表格,请同学们在学习任务单上将表格设计出来。我们可以这样设计实验数据表格:记录小石块的质量、水的体积、小石块和水的总体积,从而算出小石块的体积,最终计算出小石块的密度。
实验表格设计好了,接下来请同学们仔细观看老师如何测量小石块的密度。用调平的天平来测量小石块的质量,添加砝码并通过调节游码使天平横梁平衡,我们读出小石块的质量为18.8克。向量筒中倒入适量的水,为方便计算,我们将水的初体积倒入为30毫升。将石块轻轻放入量筒中,读出总体积为36毫升。通过刚才的测量,我们把数据记录在表格中,接下来进行相关计算。小石块的体积V石 = V2 - V1 = 36 - 30 = 6立方厘米,小石块的密度ρ = m / V = 18.8÷6 ≈ 3.13克每立方厘米。同学们,小石块密度的测量大家掌握了吗?请同学们再思考一个问题:小石块密度比水大,在水中会下沉,如果是一个小木块,它密度比水小,在水中是漂浮的,那该如何测量它的体积呢?
我们可以采用以下方法:首先在量筒中倒入体积为V1的水,再将木块用细针压入水中,此时总体积为V2 ,那么木块的体积V木 = V2 - V1 ,我们把这种方法叫做增压法。我们还可以在木块下方悬挂一个重物。首先将重物浸没在水中,读出体积为V1 。然后将木块也浸没在水中,读出总体积V2 ,那么V2 - V1就应该是木块的体积,我们把这种方法叫做配重法。同学们,这种方法是不是很巧妙?
同学们,我们该如何测量盐水的密度呢?实验原理依然是ρ = m / V ,我们还需要哪些实验器材呢?要测量盐水的质量,我们需要天平和烧杯;要测量盐水的体积,我们还需要量筒。接下来老师这里有两个实验方案,都可以测量盐水的密度,请大家仔细观察。
第一种方案:我们先在量筒中倒入适量盐水,测出体积为V1 。然后用天平测出空烧杯的质量为M1 。最后将量筒中的盐水全部倒入烧杯中,用天平称出它们的总质量为M2 。那么盐水的密度ρ =(M2 - M1)/ V1 。
