力學實驗
實驗四：測量鹽水和小石塊的密度
【實驗目的】
1．學會量筒的使用方法，會用量筒測量液體和固體的體積（一是用量筒測量液體體積的方法；二是用量筒測量不規則形狀物體體積的方法）；
2．能利用天平和量程測量不同形狀固體和液體的密度；
3．體會等量替換的方法；
4．在實驗中熟悉天平和量筒的使用技能，規範實驗操作步驟，培養嚴謹的科學態度。
【實驗器材】
天平、量筒、小石塊、鹽水、燒杯、細線等。
【實驗原理】
ρ=m/V
【實驗準備】
1．實驗前可與學生討論如何利用密度公式來測定物質的密度，需要測出哪些量？用什麼辦法和儀器來測量？啟發學生思考，激發興趣，搞清實驗原理和實驗方法。
2．在測固體的體積時，要弄明白需要記錄哪些數據。並把所測得的有關數據填入數據表中，再求出石塊的體積和密度。
3．量筒一定要放置在水平面上，然後再將液體倒入量筒中。觀察量筒裡液面到達的刻度時，不能拿起量筒，應蹲下觀察，視線要跟液面相平，若液面呈凹形，觀察時要以凹形的底部為準；若液面呈凸形，觀察時要以凸形的頂部為準。
4．知道量筒的構造，學會判定量筒的最小分度和量程，認識「ml」表示「毫升」。
【器材準備】
1．測小石塊密度最好選一些大小形狀均合適的小石塊（體積最好在20～40cm3之間）。不能太小，不便於測出質量和體積；不能太大，不便於放入量筒或者質量超出天平的量程。
2．小石塊用細線系牢，防止在實驗時放入量筒時脫落打壞量筒。
【同步實驗】
1．測定鹽水的密度
（1）把天平放在水平檯面上，調節天平平衡，（這裡向同學說明一下，測金屬塊的密度完成後，只要天平沒動，可以不再調節，但如果作為一個獨立實驗必須有這一步）；
（2）在燒杯中盛鹽水，稱出它們的質量m↓1；
（3）把燒杯中的鹽水倒入量筒中一部分，測出它的體積V；
（4）稱出燒杯和杯中剩餘鹽水的質量m↓2；
（5）計算出量筒內鹽水的質量m↓1－m↓2，記入表格；
（6）求出鹽水密度ρ＝（m↓2－m↓1）/V。
2．測金屬塊的密度
（1）將天平放在水平桌面上，調節天平平衡；
（2）測出金屬塊的質量m；
（3）向量筒中注入一定量的水，測出的水的體積V↓1；
（4）將石塊用細線拴好，沒入水中，測出石塊和水的總體積V↓2；
（5）計算出石塊的體積V↓2－V↓1；
（6）計算出金屬塊密度ρ＝m/（V↓2－V↓1）。
整理實驗器材：
1．把天平的遊碼調到標尺左端的「0」刻線處。
2．把量筒中的鹽水倒入廢水桶。
3．用抹布把小石塊抹乾，並將實驗臺抹乾；
4．把所有器材有秩序擺好。
【交流評估】
1．排液法測體積的做法和這種方法的適用條件是什麼？
第一，這種物質不能溶於這種液體，若溶於這種液體就要換用其他的液體（溶於水的可以用酒精汽油等物質代替水）或想其他的解決辦法；第二，這種物質不能吸收這種液體，若吸收也需要換成其它的液體。因此排液法不是萬能的。
2．固體若吸收這種液體或溶於水，和水能發生化學反應，除換成其它液體外，還有什麼方法？
排沙法：類似於排水法，只不過是用沙來代替水。先把適量的沙倒入量筒搖平，記錄體積V↓1；然後把物體埋入沙中搖平，記錄體積V↓2，則被測物體的體積V=V↓2－V↓1。
3．如果是一個規則物體除了用量筒可以測量它的體積外，還可以用什麼辦法？
還可以用刻度尺來測量。
4．測小石塊密度時，在量筒中裝一定量的水中「一定量的水」的標準是什麼？
一是要能浸沒小石塊；二是放入小石塊時水不能超過刻度線（量程）或溢出。
5．測量鹽水密度時，如果先測空燒杯的質量，後將鹽水倒入燒杯，測出總質量，再將燒杯中鹽水倒入量筒中，測出其體積。那麼求得的鹽水密度比真實值______（填「偏大」、「偏小」或「不變」）為什麼?
將燒杯中的鹽水都倒入量筒中時，不管如何細心正確操作，燒杯內壁都會沾有一點鹽水，這會導致測量出來的體積比實際值小一點。而燒杯加鹽水質量減去空燒杯的質量卻是所有鹽水的質量，因此計算出來的密度就會比實際值偏大一點。
6．測定鹽水的密度時，能不能先測鹽水的體積，再測量筒和鹽水的質量，最後測量筒的質量什麼？
不能。一是量筒太高，放在天平上不穩定，在測量的過程中，天平晃動易傾倒；二是最後倒出鹽水後量筒內的鹽水倒不淨，增加實驗誤差。
7．在石塊的密度測量中為什麼要先測質量後測體積，若先測體積在測質量對結果是否有影響？
測固體密度時應該先測質量再測體積，若先測體積再測質量可能會因固體上沾有水而使測得的質量偏大，測得的密度也偏大。
8．蠟塊不沉入水中，如何用天平和量筒測出蠟塊的密度？
（1）針壓法：用針壓進水裡，針的體積可以忽略；
（2）重物拉拽法：在水底放一重物，加水後記下體積，再把蠟塊用線繫上，用水底的重物帶到水裡，記下兩次的差，就是蠟的體積了。
[視頻]
1．測定鹽水的密度
教師演示實驗1：https://v.youku.com/v_show/id_XNDA5OTczMDg5Ng==.html
教師演示實驗2：https://v.youku.com/v_show/id_XMzY3OTMyNTU0MA==.html
學生實驗：https://v.youku.com/v_show/id_XNDEzOTQxOTkyNA==.html
2．測金屬塊的密度
教師演示實驗1：https://v.qq.com/x/page/m1408rry5d4.html
教師演示實驗2：http://www.iqiyi.com/w_19rs4dab5h.html
教師演示實驗3：
https://v.youku.com/v_show/id_XMzUzOTQ3OTIwNA==.html?refer=seo_operation.liuxiao.liux_00003308_3000_YvmIba_19042900
學生實驗1：https://v.youku.com/v_show/id_XMzYwODAyODcwOA==.html
學生實驗2：
https://v.youku.com/v_show/id_XMzYwODAyMDMyOA==.html?spm=a2h0j.11185381.listitem_page1.5!7~A
【考題賞析】
一、理化生實驗測試
用天平和量筒測量石塊的密度（2019年河南省中招理化生實驗操作考試）二、八題物理實驗（16分）
試題
實驗器材：託盤天平（帶砝碼）、量筒、石塊（已用細線系牢）、盛有水的燒杯、滴管、抹布。
實驗內容：
用天平和量筒測量石塊的密度（16分）
（1）檢查器材。（2分
（2）實驗記錄。（12分）
（3）計算石塊的密度。（2分）
（4）整理器材。
評分卡
評析
命題意圖：
1．石塊貼近學生生活，容易找到，不吸水，故選石塊作為測量對象。
2．為了節省學生實驗操作的時間和器材的安全，實驗中用到的天平已經調節平衡(遊碼在零刻度線處)。但測量前仍要求考生檢查天平是否平衡，此步驟主要考查學生是否具有良好的實驗習慣，若學生認為橫梁不平衡，可以繼續調節使橫梁平衡。
3．考慮到時間問題，只測量一組數據。
器材準備：
1．天平可用稱量為200g的天平，天平已經調節平衡，遊碼已經在零刻度線位置。
2．量筒可用量程為100 mL的量筒。
3．石塊已用細線系牢。這樣可以節省學生實驗操作的時間，同時也可以避免由於學生系得不牢導致石塊砸破量筒或其他事故發生。若實驗過程中出現石塊與細線脫落的現象，監考教師應該立即給學生更換石塊。
從減小實驗誤差的角度考慮，被測量的石塊應該越大越好。考試用的石塊，一般都是在建築工地上找的，由於形狀不規則，太大了不能直接放入量筒，所以，在保證能夠放入量筒的情況下，儘可能選用大一些的石塊。
根據各地器材的實際情況，石塊也可以用柱狀的鋁塊代替。
4．盛水的燒杯也可用其他容器代替。
實驗提示：
1．為了減小石塊沾水對測量結果的影響，應該先測量石塊的質量，再測量石塊的體積。如果順序顛倒，扣1分。但是，順序顛倒後，若考生將石塊擦乾後，再測量質量的，可以不扣分。
2．測量石塊的體積時，順序也不能顛倒，還是考慮石塊沾水對測量結果的影響。順序顛倒，同樣扣1分。
3．藉助於滴管將量筒中的水添加到整刻度，有利於減小讀數誤差，但是，是否使用滴管將量筒中的水添加到整刻度，不做要求，不用滴管也不扣分。
4．天平的使用要符合天平使用的規則。
（1）把石塊放在右盤中的，扣1分；
（2）用手直接添加砝碼的或把砝碼放到桌面上的，扣1分；
（3）讀數錯誤的，扣1分；
（4）測量過程中再調節平衡螺母的，扣1分；
（5）按照天平的使用規則，實驗結束，應該把砝碼放回砝碼盒，遊碼歸零。
有些天平，用鑷子撥遊碼實在困難時，可以用手撥動遊碼，但是，前提條件是先用鑷子撥不動。任何情況下都不能用手直接拿砝碼。
5．量筒的使用要符合量筒使用的規則。
（1）讀數時把量筒提離桌面的，扣1分。
（2）讀數時視線不與液面的凹面相平的，扣1分。
（3）讀數錯誤的，扣1分。
6．實驗過程中，對讀數、計算的要求不高，讀數時，是否估讀不扣分；但監考教師會和考生同時讀數，所以不要隨意編造數據，否則扣分。密度的計算結果有效數字位數不做要求。單位也不要求換算成國際單位制中的單位。（監考教師可以配備計算器）。
器材整理：
1．實驗結束整理器材時，天平的平衡不能破壞，故意破壞天平橫梁平衡，扣1分。
2．量筒中的水應該倒回原來燒杯中，繼續循環使用。
3．滴管放回燒杯中。
考題點評：整理器材沒有單獨給分，整張試卷最後整理器材給2分。
二、中考試題
1．（2019黃岡市）把一枚雞蛋放入水中，雞蛋沉入水底。這枚雞蛋的密度究竟多大呢？為此，小利同學進行了實驗。
（1）以下實驗步驟，合理的順序應為______ 。
①將雞蛋放入裝滿水的溢水杯中，並用小燒杯接住溢出來的水。
②往量筒中放雞蛋時，發現量筒口徑小，放不進去。
③用託盤天平測得雞蛋的質量為54g。
④將小燒杯中的水倒入量筒中，測出水的體積（如圖）。
（2）實驗中，託盤天平應放在______桌面上。
（3）測得雞蛋的密度應為______g/cm3。
（4）從理論上分析，實驗中，由於小燒杯的水不能倒乾淨，會導致測量結果偏______。
答案：③②①④；水平；1.08；大
點評：此題主要考查的是學生對天平和量筒的讀數、密度計算公式、誤差分析等知識的理解和掌握，難易程度適中。
由於小燒杯的水不能倒乾淨，導致測量的排開水的體積偏小，即雞蛋的體積偏小，雞蛋的質量不變，由密度公式可知會使雞蛋的密度偏大。
2．（2019哈爾濱市）「創新」小組在某次實踐活動中，採集了一塊礦石（礦石不吸水），測量它的密度。
（1）在測量之前，要觀察量筒的______。
（2）測量過程的情景如圖，正確且合理測量質量的操作順序為______，測出礦石的密度為_____ g/cm3。
（3）永深同學繼續如下操作：
①將礦石從量筒中取出，直接放在天平上測質量記為m測，並記下此時量筒中水面的刻度值V↓3。
②測量體積時，才發現礦石有變化了，將它處理復原後，浸沒在量筒的水中，記下此時水面的刻度值V↓4，從而求出礦石的體積並算出密度。
這樣的操作可能對實驗結果產生影響，請你寫出產生的影響及原因。
答案：量程和分度值；④①③；2.6；直接放在天平上測質量記為m測，導致質量偏大，測量體積時，才發現礦石有變化了，將它處理復原後體積無影響，由ρ=m/V可知，密度偏大。
點評：本題是有關固體密度的測量實驗，測量密度的實驗題是常規性實驗題，要掌握天平、量筒的正確使用及密度的計算公式。
3．（2017河南省）小明發現橙子放入水中會下沉，於是想辦法測量它的密度。
（1）將託盤天平放在水平桌面上，將標尺上的遊碼移至零刻度線處，調節平衡螺母，直到指針在_______，表示天平平衡。
（2）用天平測量橙子質量，天平平衡時砝碼和遊碼的示數如圖所示，橙子質量為______g。小明利用排水法測得橙子的體積為150cm↑3，則橙子的密度是______kg/m↑3。
（3）做實驗時，小明若先用排水法測出橙子的體積，接著用天平測出橙子質量，這樣測得的密度值將比真實值______（選填「偏大」或「偏小」）。
（4）小亮不用天平，利用彈簧測力計、細線、盛有水的大燒杯等器材，也巧妙測出了橙子的密度。請你將他的測量步驟補充完整，已知水的密度為ρ↓水。
①用彈簧測力計測出橙子的重力G；
②_______；
③橙子密度的表達式為：ρ↓橙=______（用測出的物理量和已知量的字母表示）。
答案：（1）分度盤的中央；（2）162；1.08×10↑3；（3）偏大；
（4）②將橙子浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數為F；③［ G/（G－F）］ρ↓水
點評：本題是綜合考查密度的測量和浮力的有關實驗應用。本實驗中的方法是常規方法和特殊情況下測量固體密度的方法。本題中第四步用到了等效替代法，藉助了彈簧測力計，通過浮力求V排來得出橙子的體積，有一定的難度，現在可以不關注著一問，等學完浮力的知識再完成。
【練習測評】
1．小明利用如下器材測量雞蛋的密度：託盤天平、溢水杯、燒杯、量筒、雞蛋、足夠的水。
（1）實驗的步驟如下：
①把雞蛋放入調節好的天平左盤，在右盤增減砝碼並調節遊碼，天平平衡後，右盤所放砝碼以及遊碼位置如圖甲所示，則雞蛋的質量為______g。
②由於雞蛋較大不能用量筒直接測量其體積，因此利用溢水杯來測量。將適量的水倒入溢水杯中，讓水面跟溢水口相平，再將雞蛋輕輕放入溢水杯中，浸沒水中後，雞蛋所排開的水全部盛於空燒杯中，如圖乙所示。
③將燒杯的水倒入量筒中，如圖丙所示。則溢出水的體積為______ml。
甲 乙 丙
④通過計算可得雞蛋的密度為______kg/m↑3。
（2）在這個實驗中誤差不可避免。就本實驗寫出一條可能造成誤差的原因。
答案：（1）58；（3）50；（4）1.16×10↑3；（5）將水從燒杯倒入量筒中時，燒杯的內壁會沾有水，不能倒乾淨，所以測出雞蛋的體積偏小，密度偏大
2．紅薯是我省的主要農作物，它的密度是多大呢？同學們想出了不同的測量方法。
（1）小麗用調節平衡後的天平測量一塊紅薯的質量，她在天平右盤放上適量的砝碼後，發現指針在中央刻度線兩邊來回擺動，但偏向左側的角度較大，要使天平恢復平衡，她應_____。
天平平衡後，遊碼的位置和所用的砝碼如圖所示，則這塊紅薯的質量為_____g。
小麗又用排水法測得這塊紅薯的體積為230ml，則她測出的紅薯的密度約為____kg/m↑3。
（2）小亮憑紅薯雖能沉到水底，但在水裡拿紅薯時感覺很輕的經驗,估計到紅薯的密度比水大不了多少。於是從學校借來了一支密度計，並用食鹽、水、大茶杯和密度計進行實驗，也測出了紅薯的密度。他的方法步驟是：______。
答案：（1）向右撥動遊碼；252.6；1.1×10↑3；（2）把紅薯放入盛有足量水的大茶杯中，在大茶杯中逐漸加入食鹽並攪拌，當紅薯懸浮時，用密度計測出鹽水的密度，就等於紅薯的密度
3．小科利用天平、量筒、水和細線測量一小塊形狀不規則的礦石的密度，實驗過程如下圖所示：
（1）由圖可知，通過計算可知礦石的密度ρ=______ kg/m↑3。
（2）小敏同學提出另外一種測量方法：
①用天平測礦石的質量m；
②往燒杯中加適量水浸沒礦石，在水面位置作上標記。取出礦石，用量簡取水緩慢倒入燒杯，讓水面升至標記處，如圖所示。量筒內倒出水的體積V即為礦石的體積；
③計算出礦石的密度ρ。
根據以上步驟，你認為測出的密度值會_______（填「偏大」、「偏小」或「不變」），理由是______ 。
答案：2.34×10↑3；偏小；取出礦石時，礦石上會沾有水，因此倒入水的體積大於礦石的體積，體積測量偏大
4．某小組測量—種易溶於水且形狀不規則的固體小顆粒物質的密度，測量的部分方法和結果如圖甲、乙所示。
（1）將天平放在水平桌面上， 將遊碼移至標尺的_____處，然後調節_____，使天平平衡。接著，用天平測量適量小顆粒的質量。當天平重新平衡時，砝碼質量和遊碼位置如圖甲所示，則稱量的顆粒質量是_____g。
（2）因顆粒易溶於水，小組同學採用圖乙所示的方法測量體積，所稱量的顆粒體積是_____ cm↑3。
（3）該物質的密度是_____ g/cm↑3。
（4）在步驟C中，若搖動不夠充分，則測出的密度比實際密度值偏_____。
答案：（1）零刻度；平衡螺母；147.6；（2）60；（3）2.46；（4）小
5．給你一架託盤天平，一隻空瓶、水、一杯牛奶，沒有量筒，請你想辦法測出牛奶的密度，寫出實驗步驟及牛奶密度的表達式。
答案：（1）利用天平測出空瓶子的質量m↓1；
（2）在空瓶中裝滿水，用天平測出瓶子和水的總質量m↓2；
（3）在空瓶中裝滿牛奶，再測出盛滿牛奶的瓶和牛奶的總質量m↓3；
（4）表達式：牛奶的密度為：ρ↓（牛奶）=[（m↓3－m↓1）/（m↓2－m↓1）]×ρ↓水。
本文由「跟我一起學物理」原創！