初中物理「測量物質密度」的實驗原理很簡單,無非是ρ=m/v,但在實際測量過程中,因為待測物體多種多樣,有外形不規則的,有密度小於水的;測量方法也是五花八門,有針壓法、助沉法、溢水法、加水法等,繁雜的測量方法,難免導致諸多原因的誤差,因此,該實驗過程中產生誤差的原因,常常會入選考試題目。
在密度測量的試驗過程中,常見的誤差有哪些?分析密度公式可以看到,測量密度的誤差產生原因是在測量物質本身的質量和體積過程中產生的。看似簡單的實驗,實則誤差產生的原因多樣,不妨進行具體歸納匯總。
一、由質量測量引起的誤差
1、在天平調節過程中產生誤差
①測量用砝碼不乾淨,導致所測物體的質量偏小,故密度偏小;
②砝碼不完整(有缺損),導致所測物質的質量偏大,故密度偏大;
③測量前,天平的遊碼未完全歸零,直接調節天平平衡後,造成所測物質的質量偏大,故密度偏大;
④測量前,天平未完全調整平衡就開始測量工作:指針偏左,所測物質的質量偏大,故密度偏大;指針偏右,所測物質的質量偏小,故密度偏小。
2、物質本身的性質引起測量誤差:例如,物質具有吸水性,導致前後兩次測量的液體體積變化偏小,故密度偏大(有學生認為前後測量的液體體積變化大,這是不正確的。物體體積的變化,是通過前後兩次量筒讀數的差值進行反映的。「物質吸水」,不是將水吸走一部分後液體體積測量前後變化大,而是在實驗過程中,物質吸走水分後,量筒內水的量變少,導致液面的變化少,所以誤認為液體體積變化小。)
3、在測量過程中產生的誤差:
①測量物質質量時,先測體積,物體表面沾有水,導致質量測定偏大,故密度偏大;
②測量液體質量時,量筒中的液體未全部例入燒杯中,造成所測液體的質量偏小,故密度偏小。
二、由體積測量引起的誤差
1、在測量過程中引起的誤差
①用溢水法測量固體體積時,在燒杯中收集到的水未完全倒入量筒,導致所測物體的體積偏小,故密度偏大;
②將固體放入量筒時,有水濺出,導致所測物體的體積偏小,故密度偏大;
③測量粉末狀物質時,沒有將物質壓實,導致體積測量結果偏大,故密度偏小;
④測量液體體積時,燒杯中的液體未全部倒入量筒中,導致所測液體體積偏小,故密度偏大。
2、由讀取量筒中液體的體積時,觀察方式錯誤,導致結果錯誤。
①俯視讀數:視線偏低,造成液體的體積讀數偏大,故密度偏小;
②仰視讀數:視線偏高,造成液體的體積讀數偏小,故密度偏大。
分析在測量過程中產生誤差的原因、對實驗結果造成的影響,實驗方式雖然不同,但其分析原因的步驟基本相同:首先,分析實驗操作過程中測量質量,還是體積不準確;其次,判斷不準確的物理量對實驗結果造成的影響偏大還是偏小;其三,代入密度測量公式進行判斷。
例:進行「測量橙汁的密度」的實驗(2018深圳中考題改編):
①為了測量結果更準確,下列實驗步驟的合理順序是________(用字母表示)
A.計算橙汁的密度
B.用天平測出空燒杯的質量
C.燒杯中盛適量的橙汁,用天平測出橙汁和燒杯的總質量
D.調節天平平衡
E.將燒杯中的橙汁全部倒入量筒中,讀出橙汁的體積
②用這種方法測量的橙汁密度與真實值相比,有什麼不同?如果要求更精確的測量橙汁密度,請在實驗①的基礎上進行改進。
③不用量筒,只需添加一個完全相同的燒杯和適量的水,也可以完成該實驗。
實驗步驟如下:
a.用已調好的天平測出空燒杯的質量,記為m0;
b.向一個燒杯倒入適量橙汁,用天平測出橙汁和燒杯的總質量,記為m1;
c.向另一個燒杯中倒入與橙汁等深度的水(如圖乙),用天平測出水和燒杯的總質量,記為m2;
d.橙汁的密度ρ橙汁=________(水的密度用ρ水表示)
【解析】①實驗步驟的確定,首先能保證完成測量任務,其次實驗過程要嚴謹,儘可能地減小誤差。根據題中提供的方法,填寫DCEBA。
②這種方法測量出的橙汁密度比真實值偏大,原因是在實際操作過程中,燒杯中總會殘留橙汁。改進方法:(1)將燒杯中的一部分橙汁倒入量筒中,讀出橙汁的體積;(2)用天平測出燒杯和剩餘橙汁的質量;(3)計算C項中測出的總質量與天平測量的質量差,結合量筒中橙汁的體積,代入密度公式中求值。
③由以上步驟可知,橙汁的質量:M橙=m1-m0,燒杯內水的質量M水=m2-m0,橙汁的體積等於水的體積,代入密度公式計算,得橙汁的密度表達式是:ρ=[ρ水(m1-m0)]/(m2-m0)。
測量液體密度時,如果只有量筒沒有天平,利用被測液體和水相同的質量進行測量;只有天平沒有量筒,利用被測液體和水相同的體積進行測量:將同一容器在等同的高度做記號,分別盛水與待測液體至記號處,則容器內水的體積就是待測液體的體積。本題中橙汁體積的測量便是利用這種標記法測體積。(謝謝您的本次閱讀,敬請繼續關注作者「觀海松說教育」。如果您有更好建議,敬請評論分享。)