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2011版《义务教育物理课程标准》对密度与浮力部分提出的要求明显提高.对密度部分提出:通过实验,理解密度.会测量固体和液体的密度.解释生活中一些与密度有关的物理现象;对浮力部分提出:通过实验,认识浮力.探究浮力大小与哪些因素有关.知道阿基米德原理,运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象.浮力也是一个与多因素有关、且比较抽象的物理量.2011版新课标对密度与浮力部分提高要求,更有利于与高中物理力学内容衔接,而初中力学中综合性最强的就是密度与浮力部分,懂得用各种方法测量物体的密度正是掌握该部分知识的综合分析的体现.
测量物体密度的方法多种多样,在实验仪器给定的情况下让学生自主设计实验测量物体的密度,学生很难从仪器中找出突破口,无从下手,没有头绪.笔者总结了下列四种比较常见的情况,并针对这些常见情况下测物体密度归纳出以下方法,供学生参考学习,开发学生思维,帮助学生建立物理思维模式.
一、实验中的测量工具提供了天平与量筒,这是最直接的方法,学生只要正确掌握天平与量筒的使用方法即可,但测量的时候要注意测量的顺序,减小误差,这种情况下可直接用天平测出物体的质量m,用量筒测出物体的体积V,然后用密度公式ρ=m/V进行计算.
1.测固体密度
(1)用天平测出物块的质量m;
(2)往量筒中注入适量水,读出体积为V1;
(3)将物块放入注入适量水的量筒中,使其浸没,读出体积为V2;
(4)密度表达式:ρ=mV2-V1.
2.测液体密度
(1)用天平测出烧杯和待测液体的总质量m1;
(2)将部分待测液体倒入量筒中,测出烧杯与剩余液体的质量m2;
(3)读出量筒中待测液体的体积V;
(4)密度表达式:ρ=m1-m2V.
二、实验中的测量工具只提供了天平,没有提供量筒,因而无法直接测出物体的体积V,不能直接利用公式计算,可以利用水的密度为已知量,比较等体积待测物的质量与水的质量,体积相同时m∶m水=ρ∶ρ水.
1.测固体密度
(1)烧杯装满水,放在天平上测出质量为m1;
(2)将物块浸没在装满水的烧杯中,直到水不再溢出为止,再将烧杯放在天平上测出质量为m2;
(3)将物块取出,把烧杯放在天平上测出烧杯和剩余水的质量m3;
(4)密度表达式:ρ=(m2-m3)ρ水m1-m3.
2.测液体密度
(1)用天平测出烧杯的质量m1;
(2)往烧杯内倒满水,测出总质量m2;
(3)倒出烧杯中的水,往烧杯中倒满待测液体,测出总质量m3;
(4)密度表达式:ρ=(m3-m1)ρ水m2-m1.
三、实验中的测量工具只提供了量筒,没有提供天平,因而无法直接测出物体的质量m,不能直接利用公式计算,可以利用水的密度为已知量,再利用漂浮原理来测量物体的密度,漂浮时F浮=G =G排,变形得m =ρ水V排.
1.测固体密度
(1)在量筒中注入适量水,读出体积为V1;
(2)将物块浸没在注入适量水的量筒中,读出体积为V2;
(3)设法使物块漂浮在注入适量水的量筒中,读出体积为V3;
(4)密度表达式:ρ=(V3-V1)ρ水V2-V1.
2.测液体密度
(1)在量筒中注入适量水,读出体积为V1;
(2)将一木块漂浮在注入适量水的量筒中,读出体积为V2;
(3)取出木块,将量筒中的水倒出,在量筒中注入适量的待测液体,读出体积为V3;
(4)将同一木块漂浮在注入适量待测液体的量筒中,读出体积为V4;
(5)密度表达式:ρ=(V2-V1)ρ水V4-V3.
四、实验中的测量工具只提供了弹簧测力计,既没有提供天平,也没有提供量筒,这是一种较灵活的情况.只有弹簧测力计时,可以用两种常用的方案进行测量.
方案一:与只有天平的原理相同,利用公式G=mg可知,物体的重力与物体的质量成正比,因此可以模仿只有天平的方法,用弹簧测力计测出等体积待测物的重力与水的重力,则有G∶G水=ρ∶ρ水.
1.测固体密度
(1)往烧杯装满水,用弹簧测力计测出重力为G1;
(2)将物块浸没在装满水的烧杯中,到水不再溢出为止,再用弹簧测力计测出重力为G2;
(3)将物块取出,用弹簧测力计测出烧杯和剩下水的重力为G3;
(4)密度表达式:ρ=(G2-G3)ρ水G1-G3.
2.测液体密度
(1)用弹簧测力计测出烧杯的重力为G1;
(2)往烧杯内倒满水,用弹簧测力计测出总重力为G2;
(3)倒出烧杯中的水,往烧杯中倒满待测液体,用弹簧测力计测出总重力为G3;
(4)密度表达式:ρ=(G3-G1)ρ水G2-G1.
方案二:用弹簧测力计测出物体的重力G,用公式m=G/g算出物体的质量m;用弹簧测力计测出物体浸没在水中的拉力F拉,用称重法公式F浮=G-F拉,再用阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得G-F拉=ρ水gV排,计算出V排,物体浸没时V=V排,最终求出物体的体积V,这样就能计算出物体的密度.
1.测固体密度(限密度比水大的固体)
(1)用弹簧测力计测出待测物块的重力为 G;
(2)将物块浸没水中,用弹簧测力计测出拉力为F拉;
(3)密度表达式:ρ=Gρ水G-F拉.
2.测液体密度
(1)用弹簧测力计测出一金属块的重力为G;
(2)将金属块浸没水中,用弹簧测力计测出拉力为F1;
(3)将金属块浸没待测液体中,用弹簧测力计测出拉力为F2;
(4)密度表达式:ρ=(G-F2)ρ水G-F1.
除了以上四种常见情况外,有时候还会出现一些更灵活的测物体密度的题目,但原理基本上与上面的情况相似,如果学生能够真正掌握以上方法的原理与精髓,总结出物理思维模式,无论遇到用什么方法测物体的密度,都可以抓住题目的本质,举一反三,达到学以致用的目的,降低学习的难度,学习起来自然有思路,有条理.
测量物体密度的方法多种多样,在实验仪器给定的情况下让学生自主设计实验测量物体的密度,学生很难从仪器中找出突破口,无从下手,没有头绪.笔者总结了下列四种比较常见的情况,并针对这些常见情况下测物体密度归纳出以下方法,供学生参考学习,开发学生思维,帮助学生建立物理思维模式.
一、实验中的测量工具提供了天平与量筒,这是最直接的方法,学生只要正确掌握天平与量筒的使用方法即可,但测量的时候要注意测量的顺序,减小误差,这种情况下可直接用天平测出物体的质量m,用量筒测出物体的体积V,然后用密度公式ρ=m/V进行计算.
1.测固体密度
(1)用天平测出物块的质量m;
(2)往量筒中注入适量水,读出体积为V1;
(3)将物块放入注入适量水的量筒中,使其浸没,读出体积为V2;
(4)密度表达式:ρ=mV2-V1.
2.测液体密度
(1)用天平测出烧杯和待测液体的总质量m1;
(2)将部分待测液体倒入量筒中,测出烧杯与剩余液体的质量m2;
(3)读出量筒中待测液体的体积V;
(4)密度表达式:ρ=m1-m2V.
二、实验中的测量工具只提供了天平,没有提供量筒,因而无法直接测出物体的体积V,不能直接利用公式计算,可以利用水的密度为已知量,比较等体积待测物的质量与水的质量,体积相同时m∶m水=ρ∶ρ水.
1.测固体密度
(1)烧杯装满水,放在天平上测出质量为m1;
(2)将物块浸没在装满水的烧杯中,直到水不再溢出为止,再将烧杯放在天平上测出质量为m2;
(3)将物块取出,把烧杯放在天平上测出烧杯和剩余水的质量m3;
(4)密度表达式:ρ=(m2-m3)ρ水m1-m3.
2.测液体密度
(1)用天平测出烧杯的质量m1;
(2)往烧杯内倒满水,测出总质量m2;
(3)倒出烧杯中的水,往烧杯中倒满待测液体,测出总质量m3;
(4)密度表达式:ρ=(m3-m1)ρ水m2-m1.
三、实验中的测量工具只提供了量筒,没有提供天平,因而无法直接测出物体的质量m,不能直接利用公式计算,可以利用水的密度为已知量,再利用漂浮原理来测量物体的密度,漂浮时F浮=G =G排,变形得m =ρ水V排.
1.测固体密度
(1)在量筒中注入适量水,读出体积为V1;
(2)将物块浸没在注入适量水的量筒中,读出体积为V2;
(3)设法使物块漂浮在注入适量水的量筒中,读出体积为V3;
(4)密度表达式:ρ=(V3-V1)ρ水V2-V1.
2.测液体密度
(1)在量筒中注入适量水,读出体积为V1;
(2)将一木块漂浮在注入适量水的量筒中,读出体积为V2;
(3)取出木块,将量筒中的水倒出,在量筒中注入适量的待测液体,读出体积为V3;
(4)将同一木块漂浮在注入适量待测液体的量筒中,读出体积为V4;
(5)密度表达式:ρ=(V2-V1)ρ水V4-V3.
四、实验中的测量工具只提供了弹簧测力计,既没有提供天平,也没有提供量筒,这是一种较灵活的情况.只有弹簧测力计时,可以用两种常用的方案进行测量.
方案一:与只有天平的原理相同,利用公式G=mg可知,物体的重力与物体的质量成正比,因此可以模仿只有天平的方法,用弹簧测力计测出等体积待测物的重力与水的重力,则有G∶G水=ρ∶ρ水.
1.测固体密度
(1)往烧杯装满水,用弹簧测力计测出重力为G1;
(2)将物块浸没在装满水的烧杯中,到水不再溢出为止,再用弹簧测力计测出重力为G2;
(3)将物块取出,用弹簧测力计测出烧杯和剩下水的重力为G3;
(4)密度表达式:ρ=(G2-G3)ρ水G1-G3.
2.测液体密度
(1)用弹簧测力计测出烧杯的重力为G1;
(2)往烧杯内倒满水,用弹簧测力计测出总重力为G2;
(3)倒出烧杯中的水,往烧杯中倒满待测液体,用弹簧测力计测出总重力为G3;
(4)密度表达式:ρ=(G3-G1)ρ水G2-G1.
方案二:用弹簧测力计测出物体的重力G,用公式m=G/g算出物体的质量m;用弹簧测力计测出物体浸没在水中的拉力F拉,用称重法公式F浮=G-F拉,再用阿基米德原理F浮=ρ水gV排可得G-F拉=ρ水gV排,计算出V排,物体浸没时V=V排,最终求出物体的体积V,这样就能计算出物体的密度.
1.测固体密度(限密度比水大的固体)
(1)用弹簧测力计测出待测物块的重力为 G;
(2)将物块浸没水中,用弹簧测力计测出拉力为F拉;
(3)密度表达式:ρ=Gρ水G-F拉.
2.测液体密度
(1)用弹簧测力计测出一金属块的重力为G;
(2)将金属块浸没水中,用弹簧测力计测出拉力为F1;
(3)将金属块浸没待测液体中,用弹簧测力计测出拉力为F2;
(4)密度表达式:ρ=(G-F2)ρ水G-F1.
除了以上四种常见情况外,有时候还会出现一些更灵活的测物体密度的题目,但原理基本上与上面的情况相似,如果学生能够真正掌握以上方法的原理与精髓,总结出物理思维模式,无论遇到用什么方法测物体的密度,都可以抓住题目的本质,举一反三,达到学以致用的目的,降低学习的难度,学习起来自然有思路,有条理.