Question

20．2017年5月5日，我國(guó)自行研制具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代大型噴氣式客機(jī)C919在浦東機(jī)場(chǎng)成功首飛．第三代鋁鋰合金材料在C919機(jī)體結(jié)構(gòu)用量達(dá)到了8.8%，為了測(cè)量該鋁鋰合金材料的密度，某中學(xué)學(xué)習(xí)小組的同學(xué)們用同材料的鋁鋰合金材料樣品做了如下實(shí)驗(yàn)．

（1）將天平放在水平桌面上，將游碼放在標(biāo)尺左端的零刻度線處，發(fā)現(xiàn)指針指在分度盤中央刻度線的左側(cè)，如圖甲所示，為使橫梁在水平位置平衡，應(yīng)將平衡螺母向右移動(dòng)（選填“左”或“右”）．
（2）用調(diào)節(jié)好的天平測(cè)量樣品的質(zhì)量，操作情景如圖乙所示，錯(cuò)誤之處是：測(cè)量過(guò)程中調(diào)節(jié)平衡螺母．
（3）改正錯(cuò)誤后，當(dāng)右盤中所加砝碼和游碼位置如圖丙所示時(shí)，天平平衡，則該樣品的質(zhì)量為49.4g．
（4）在量筒內(nèi)裝有一定量的水，樣品放入量筒前后的情況如圖丁所示，則樣品的體積是20cm³，此樣品的密度是2.47×10³kg/m³．
（5）該小組嘗試用另一種方法測(cè)量該樣品的密度，如圖戊所示，他們做了如下的操作：
A：用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出樣品的重力為G；
B：將樣品掛在彈簧測(cè)力計(jì)下，使樣品浸沒(méi)在水中丙保持靜止（樣品為接觸到容器底部）讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F₁；
C：樣品的密度表達(dá)式為ρ_樣品=$\frac{G}{G-F}$ρ_水（用G、F、ρ_水表示）

Answer 1

分析 （1）天平使用前的調(diào)節(jié)：①放：把天平放到水平桌面上；②移；把游碼移到標(biāo)尺左端零刻線處；③調(diào)：調(diào)節(jié)平衡螺母，使指針指在分度盤的中線處；
（2）在測(cè)量質(zhì)量的過(guò)程不允許調(diào)節(jié)平衡螺母；
（3）首先確定標(biāo)尺每一個(gè)大格和每一個(gè)小格代表的示數(shù)，讀出游碼對(duì)應(yīng)的刻度．根據(jù)物體的質(zhì)量=砝碼的質(zhì)量+游碼對(duì)應(yīng)的刻度值．
（4）石子的體積由量筒中水的體積和放入石子后的總體積算出，最后算石子的密度．
（5）在空氣中稱石塊重G，利用重力公式求小石塊的質(zhì)量；將石塊浸沒(méi)在水中，靜止后讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，利用稱重法求小石塊受到的浮力；
求出了浮力，利用阿基米德原理求小石塊排開水的體積（小石塊的體積），再利用密度公式求小石塊的密度．

解答 解：（1）天平要放在水平臺(tái)上或水平桌面上，先將游碼移到標(biāo)尺左端零刻線處；若指針指在分度盤的中央的左側(cè)，應(yīng)將平衡螺母向其反方向調(diào)節(jié)，故將平衡螺母向右調(diào)節(jié)．
（2）在使用天平稱量物體的質(zhì)量時(shí)，通過(guò)增減砝碼和移動(dòng)游碼使天平平衡，不能再移動(dòng)平衡螺母；
（3）游碼對(duì)應(yīng)的刻度值為4.4g，物體質(zhì)量等于砝碼質(zhì)量加游碼對(duì)應(yīng)的刻度值，即m=20g+20g+5g+4.4g=49.4g．
（4）量筒中水的體積為60cm³，放入石子后的總體積為80cm³，則石子的體積V=80cm³-60cm³=20cm³．
則石子的密度：ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{49.4g}{20c{m}^{3}}$=2.47g/cm³=2.47×10³kg/m³；
（5）物體的重力為G，則物體的質(zhì)量為：m=$\frac{G}{g}$；
石塊所受浮力：F_浮=G-F，
根據(jù)阿基米德原理公式F_浮=ρ_水gV_排可知小石塊的體積：
V=V_排=$\frac{{F}_{浮}}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{G-F}{{ρ}_{水}g}$，
小石塊的密度：
ρ=$\frac{m}{V}$=$\frac{G}{\frac{g}{\frac{G-F}{{ρ}_{水}g}}}$=$\frac{G}{G-F}$ρ_水．
故答案為：（1）零刻度線；右；（2）測(cè)量過(guò)程中調(diào)節(jié)平衡螺母；（3）49.4；（4）20；2.47×10³；（5）$\frac{G}{G-F}$ρ_水．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了固體密度的測(cè)量、學(xué)生對(duì)稱重法測(cè)浮力、阿基米德原理的了解和掌握，同時(shí)為我們提供了一種測(cè)量固體密度的方法，為保證物體排開水的體積等于其體積，必須使物體完全浸沒(méi)．