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关于我

本人于1990年9月在新田初中上岗任教,1993年9月被合肥学院数学和物理系物理教育专业录取,两年后的7月(即1995年)从合肥学院数学和物理系物理教育专业毕业后,被区教委派往华阳初中任物理教师,2000年9月到宣城市阳光中学任物理教师并担任校团委书记,2001年6月在安徽师大 物理与电子信息学院物理教育专业取得本科学历,并于2004年8月取得高中教师资格,2008年9月在洪林初中任教,本人一直从事初中毕业班物理教学工作,取得了一定的教学成绩。只不过命运多舛,步履维艰,时常命运不济,现蜗居在新田初中任教。

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【物理素材】物之组成【卅三】  

2015-01-12 06:39:45|  分类: 物理教学素材 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【物理素材】物之组成【卅三】
另类天平的另类使用
江苏丰县初级中学 刘庆贺





我们在使用天平时,当然应该严格按照天平的使用方法进行操作,这能培养大家良好的实验习惯和严谨的操作态度。但另类天平的使用更能培养大家的创新思维能力。这类试题常涉及到游码未归零就称量、横梁未调平衡就测量、砝码磨损、左盘放砝码右盘放物体等题型,还可以用天平测量质量之外的其它物理量。要想解决这类问题,必须透彻理解天平在正常情况下的使用方法及其道理,因而对大家提出了更高的要求。

 

一、另类天平的使用

 

1.物体和砝码位置颠倒

 

例1.小汉想利用天平测量木块的质量,右盘中共有50g砝码1个,20g砝码2个,游码在标尺上的位置如图1所示,则木块质量为        ,当他记录好数据以后,突然发现木块和砝码的位置放反了,则该木块质量的正确值为       

 

【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

分析:首先应明确,向右移动游码就相当于在右盘加一小砝码。正常情况下天平应“左物右码”,此时左盘中物体的质量= 右盘中砝码总质量 + 游码在标尺上所对的刻度值。本题“左码右物”,应是左盘中砝码的总质量= 右盘中物体质量 + 游码在标尺上所对的刻度值,即物体质量= 砝码的总质量— 游码在标尺上所对的刻度值。

 

答案:90.32g;89.68g

 

【点拨】正常天平的非正常使用,常涉及到游码未归零就称量、横梁未调平衡就测量、砝码磨损、左盘放砝码右盘放物体等题型。教学中发现,许多同学遇到这类问题常常出错,怎样思考呢?比如游码处于0.2g位置就称量,则物体的实际质量应怎样记录?因为未放物体时,读数已经是0.2g,所以物体的实际质量应等于砝码与游码示数减掉0.2g;若横梁未调平衡就测量,当指针偏右时,实际就相当于左盘未放物体时右盘已有了一个小砝码,最后读数时也把这个小砝码加上了,所以使测量值变大,当然当指针偏左时,会使测量值变小;砝码磨损中,应明确磨损的是实际质量,而砝码上标明的质量不变,如标明的质量是100g的砝码,磨损后的实际质量变为50g(夸张了一下,不影响问题的解决),现在用它测量一个质量100g的物体,要使天平平衡,必须用两个这样的砝码,这时读数却是200g了,所以用磨损的砝码测量,将使测量结果变大。

 

跟踪练习1.用最小砝码是5g的天平测量物体的质量时,小汉误将被测物体放在右盘内,而他却按常规方法读取物体质量,读得的结果为32.4g。则被测物体的实际质量是        g。

 

2不准天平的使用

 

例2.实验室有一架天平,两臂长度已不再相等,但砝码准确。也就是说你用天平的正确使用方法,当天平横梁平衡时物体质量并不能等于砝码和游码指示的质量之和。现在利用这架不准的天平,你能准确测量物体的质量吗?

 

解析:用不准的天平能测量物体质量吗?可能你认为这是一个很愚蠢的问题,天平不准了,测出的质量当然不会准,测量还有什么意义呢?然而,你错了:只要你手头有正确的砝码,你就可以用一架不正确的天平做出正确的称量。当然,还要有正确的方法。用不正确的天平进行正确的称量,有几种方法呢。

 

答案:第一种方法:把一个重物放到天平的一只盘上(什么重物都可以,只要它比要称的物体质量大一些就好),然后把砝码放在另外一只盘上,使天平的两边平衡。现在,把要称的物体放到放砝码的盘上,从这只盘上逐渐把一部分砝码拿下来,使天平恢复平衡。这样,拿下的砝码的质量,自然就等于要称的物体的质量,因为就在这同一只托盘上,拿下的砝码现在已经由要称的物体代替了,可知它们是有相同的质量的。这个方法一般叫做“恒载量法”,对于需要一连串称量几个物体的时候特别适用,那原来的重物一直放在一只盘里,可以用来进行全部的称量。

 

第二种:把要称的物体放到天平的一只盘上,另外拿些沙粒或铁沙加到另外一只盘上,一直加到两边平衡。然后,把这物体拿下(沙粒别去动它),逐渐把砝码加到这只盘上,加到两只盘重新恢复平衡为止。于是,盘上砝码的质量自然就是要称的物体的质量了。这个方法叫做“替换法”。

 

【点拨】已损坏的天平,如果还用正常的使用方法,肯定不能测量物体的质量。这需要大家的创新、创造意识和能力,当然掌握常用的思维方法是非常重要的。上面的两种测量方法,从根本上说是等效替换法的应用。即把物体的质量设法用砝码的质量去替换下来,能够替换的关键在于两者的效果相同。找到这个替换方法,题目也就解决了。等效替换法是物理中常用的方法,同学们应该在学习中不断提高理解和运用这种方法的本领。

 

跟踪练习2.实验室有一架天平(带有一盒砝码),横梁上的调节螺母已无法旋动,其它部件均保持完好,天平的等臂性没有改变。将它放在水平桌面上,观察横梁平衡时,指针总指在分度盘的左侧,调换左右两盘也无法改变这种状况。请你使用这架天平,测出一个小金属块的质量。要求简述测量过程,表达出测量结果。(可以选用生活中常用的材料)

 

二、天平的另类用法

 

1.利用天平鉴别产品的优劣

 

【例3】有9个外形相同的铁球,其中一个里面混有气泡,请你用天平通过称量把它找出来,当然测量次数要尽可能少,并说出你的方法。

 

分析:里面有气泡的铁球质量会偏小,因此最容易想到的方法是一个一个的测量出质量,当然这样测量次数是9次。要想测量次数最小,必须再动脑筋,这是锻炼思维能力的好机会。

 

答案:把9个球平均分成3份,取其中任意两份分别放在已调好平衡的天平两端,若天平仍平衡,则说明空心球在剩下的一份中;若不平衡,则空心球在翘起的那个托盘中。在空心球所在的这份球中,任取两个分别放在天平的两盘中,若天平仍平衡,则说明空心球是剩下的那一个;若不平衡,则空心球就在翘起的那个托盘中。

 

【点拨】日常生活中出现的一些实际问题,可能只凭眼和手不能做出正确的判断,这时候物理仪器和物理方法就很重要了。如本题,用天平可以帮助人们鉴别零件的优劣,为人们的生产、生活提供了方便。因此,同学们应该去热心探索和实践,将会体验到许多成功的喜悦和乐趣。解答此类题的关键是要知道产品的优劣与物体质量有关,在此基础上选择合理的方法也很重要。借助物理内容提升学生智力,发展思维能力,是这类题的特点。

 

跟踪练习3. 有81个外形相同的铁球,其中一个里面混有气泡,用天平把它找出来,最少需要测量多少次?

 

2.用天平测量面积

 

【例4】如图2所示AB是从同一个厚薄均匀的铁皮上截下来的两块小铁片,其中A是正方形,B的形状不规则,用一把刻度尺和一架天平,你如何较准确地测出B的面积。

 

【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

分析:用天平只能测量质量,题目让测量面积,就必须找出质量与面积的关系。由于铁片的厚度相同,所以铁片的质量与面积成正比。利用此关系可进行解答。

 

答案:(1)用调好的天平分别测出铁片A和铁片B的质量mAmB;(2)用刻度尺测出铁片A的边长a,则A的面积SA=a2;(3)计算铁片B的面积SB。因【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

【点拨】用天平只能测量质量,要用它测量其它的物理量,必须找出质量与这个物理量的关系,再利用比例等知识,题目就容易解决了。常见的题目有用天平测量一小团粗细均匀的细铜丝的长度,用天平测量一盒大头针的数目等。可以从要测量的物体中先取一小部分进行测量,记下数量n、质量m,再对全部的物体进行测量,记下质量M。则数量N满足关系式:N/n=M/m

 

跟踪练习4.一块长方体石碑,体积是30m3,为了测量石碑的质量,先取了一块刻制石碑时剔下来的小石块作为样品,其质量是140g,体积是50cm3。求这块石碑的质量。

 

跟踪练习答案:

 

1.因为最小砝码是5g,所以读得的结果为32.4g中,砝码数值为30g,游码读数为2.4g,再根据例3的分析,被测物体的实际质量是=30g-2.4g=27.6g。

 

2.解决方法有二:一是移动横梁上的游码,记住当指针对准分度盘中央时,游码所在的位置,此位置相当于游码的“0”位置;二是把游码移至标尺左端的“0”点,然后在天平的右盘中放入一些小物块(如橡皮泥、纸板等),使天平的横梁平衡即可。

 

3.4次。每次测量时都把球分成3份就可以了。

 

4.8.4×104kg    石碑和样品的质量与体积成正比。





测不准的密度
江苏丰县初级中学 刘庆贺





测量物质的密度是一个重要实验,它涉及到较多实验器材的正确使用,对学生能力要求较高,各地中考几乎每年必考,且在实验探究题中所占分值一般较大。常规考法是量筒和天平的正确使用与读数,然后利用密度公式计算出物质的密度。这些年随着新课标的实施,密度测量的考查越来越灵活,特别是围绕密度测量值比真实值偏大还是偏小(即进行误差分析),让学生进行分析讨论,这类问题正成为中考新的热点。下面结合2013年一些中考密度试题,对密度测不准的原因进行分类,并有针对性地提出解决方法,以便使学生明确这类问题的分析方法。

 

一、由于固体吸水而测不准及解决方法

 

例1.(2013江苏南通)小明家在装修房子,他想知道大理石密度的大小, 就利用托盘天平和量筒对一小块大理石进行测量。

 

(1)先把天平放在水平桌面上,然后将游码移至标尺的零刻度线处,发现指针指在分度盘中央刻度线的左侧,小明应将平衡螺母向      (选填“左”或“右”)调节,使天平平衡。

 

(2)把小石块放在天平的左盘,当天平再次平衡时,右盘中的砝码及游码在标尺上的位置如图1甲所示,则小时块的质量为      g。

 

(3)用细线拴好小石块,把它浸没到盛有20mL水的量筒中,水面到达的位置如图1乙所示,则小石块的体积为      cm?,由此可算出大理石的密度为      g/cm3

 

(4)大理石放在水中时会吸水,由此判断,用小明的测量方法测得的密度值与它的真实值相比      (选填“偏大”“偏小”或“一样大”),理由是           

 

【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

分析:试题主要考查用天平、量筒测密度的实验过程,以及实验误差的分析。(1)指针指在分度盘中央刻度线的左侧,说明天平的横梁左侧低右侧高,所以应将两侧的平衡螺母都向右移动;(2)天平的读数:被测物体的质量 = 右盘中砝码总质量 + 游码在标尺上所对的刻度,读出的质量单位一般是“克”。关于游码的读数,一要依照游码左侧所对应的数值读数,二要看清标尺的分度值。(3)物体的体积通过量筒中两次液面的体积差进行计算,单位是“mL”,即cm?,大理石的密度用【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间计算。(4)大理石吸水,会使总体积变小,使测得的大理石体积偏小,再根据密度公式【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间可判断,计算出的密度会偏大。

 

答案:(1)右   (2)54    (3)20   2.7   (4)偏大   由于大理石吸水,测得的大理石体积偏小,密度偏大

 

解决方法:测量小固体密度时,由于要用量筒和水测量其体积,所以要先测质量,后测体积,避免固体沾有水对测量的影响。当固体吸水时,可在测出其质量后,把固体放在水中让其吸足水,然后再用量筒测量其体积。或者用面粉或细沙代替水进行测量,这时要注意三点:面粉或细沙放进量筒中后要反复震荡,使不留空隙;应让被测物浸没在面粉或细沙中;面粉或细沙表面应相平,以准确读数。

 

二、由于固体体积较大而测不准及解决方法

 

例2.(2013 福建省泉州)德化盛产陶瓷,小李同学想测量一块不规则瓷片的密度。

 

(1)把天平放在水平桌面上,将游码移到零刻度处,然后调节        使天平平衡。

 

(2)用调节好的天平测量瓷片的质量,所用砝码的个数和游码的位置如图2所示,则瓷片的质量为       g。

 

(3)他发现瓷片放不进量筒,改用如图3所示的方法测瓷片的体积:

 

a.往烧杯中加入适量的水,把瓷片浸没,在水面到达的位置上作标记,然后取出瓷片;

 

b.先往量筒装入40ml的水,然后将量筒的水缓慢倒入烧杯中,让水面到达标记处,量筒里剩余水的体积如图4所示,则瓷片的体积为        cm3

 

(4)用密度公式计算出瓷片的密度ρ         g/cm3

 

(5)根据以上步骤,你认为小李同学测出的瓷片密度值        (选填“偏大”“偏小”)。

 

 

分析:瓷片放不进量筒,无法像测量小固体的体积那样,用量筒和水测量其体积。试题所述的方法,属于等量代换法的应用。即瓷片的体积等于从量筒里倒进烧杯里的水的体积。读量筒内水的体积时,要注意两点:视线与凹形液面的底部相平,还有量筒的分度值为2 ml。采用上述方法测量瓷片密度时,由于取出瓷片时,不可避免地要带走一些水,会使量筒内的水向烧杯内多倒一些,即测量的瓷片体积偏大,因此测出的瓷片密度偏小。

 

答案:(1)平衡螺母   (2)32   (3)14   (4)2.29(或2.3)  (5)偏小

 

解决方法:等量代换是物理中常用的方法,用此方法可以测量体积稍大的物体的体积。但用此法时,由于取出的物体不可避免地要带走一些水,即物体和这些带走的水都充当了物体体积,所以会使测量的物体变大,测出的密度变小。如果在物体放进烧杯中之前先沾上水,再进行实验,则可以避免上述原因产生的误差。

 

3.由于实验步骤欠精密而测不准及解决方法

 

例3.(2013山东东营)东营地区石油储量丰富,为了测量某油井所产石油的密度,小刚收集了该井所产石油样品进行了如下测量(常温下石油为粘稠的液态)。

 

(1)将天平放在水平台上,调节好天平平衡。先用天平称出空烧杯的质量为31.2g。然后将石油样品倒入烧杯,放在调节好的天平左盘上称量,当天平重新平衡时,右盘中的砝码和游码的位置如图5甲所示,则烧杯和石油样品的质量为          g。

 

(2)将烧杯中的石油倒入量筒,其示数如图5乙所示,石油的体积为          ml。

 

【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

(3)根据测量的数据,求得所测石油的密度为             g/cm3

 

(4)联想到某起石油泄漏事故中石油漂浮在水面上的情景,小刚发现自己测量的石油密度值偏大,你认为该实验方案造成测量结果偏大的原因是                       

 

(5)针对小刚的实验方案,请提出改进办法:                              

 

分析:(1)天平的读数等于右盘中砝码的质量加游码在标尺上所对的刻度值。由图甲知,标尺的分度值为0.2g,所以天平的读数为50g+20g+10g+1.8g=81.8g。

 

(2)在进行量筒的读数时,视线与凹形液面的底部相平,注意量筒的分度值为2ml,所以量筒的读数为46ml。

 

(3)烧杯内石油的质量m=81.8g﹣31.2g=50.6g,根据【物理素材】物之组成(廿) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间可计算石油的密度。

 

(4)将烧杯内的石油倒入量筒中时,不可能倒干净,所以测量的石油体积偏小,根据密度公式,则所测密度偏大。

 

(5)可先测出石油和烧杯的总质量,将一部分石油倒入量筒后,再测出烧杯和剩余石油的质量,用量筒中的石油质量和体积便可计算石油密度。即注意量筒中的体积和质量应对应,这样便可减小误差。

 

答案:(1)81.8;(2)46;(3)1.1;(4)从烧杯向量筒中倒石油时,烧杯中有残留,使所测得的石油体积偏小,从而使密度值偏大;(5)先测出石油和烧杯的总质量,将石油倒入量筒后再测出烧杯和剩余石油的质量。

 

解决方法:由于液体具有流动性,必须用烧杯等容器盛放。无论先将烧杯内的液体倒进量筒还是先将量筒内的液体倒进烧杯,都存在因液体沾在容器壁上而倒不干净的问题。学习过程中有同学提出这样的方法:用天平测出量筒的质量m1;将适量的液体倒入量筒中,测出液体的体积V;用天平测出液体和量筒的质量m2;计算出液体密度ρ=(m2-m1)/ V。单纯从减小误差的角度来考虑,上述步骤是正确的。但上述步骤忽略了另一重要因素----安全性。试想,量筒又细又高,底座面积又小,放在晃晃悠悠的天平上,一不留神就会翻倒,怎不让实验者胆颤心惊。作为实验,安全性──包括人身安全和实验仪器安全,应是实验者考虑的首要因素。而具有安全操作的意识,不仅对学生现在,就是将来走向社会,也是公民必须具备的基本素质。有同学注意到了仪器的安全性,于是提出用量杯代替量筒进行实验。量杯比量筒粗矮,放到天平上不容易翻倒,这样安全性有保障了,但量杯精确度比量筒差,测出的数值误差较大。既然烧杯中的水无法全部倒入量筒,我们不妨让它多剩一些,测出烧杯和剩下的液体的质量,可知倒出去的液体质量,倒出去的液体体积可由量筒直接测出,这样就可算出倒出去的液体的密度。这种方法避免了因液体沾在容器壁上所引起的误差,保证了测量的准确性。

 

我们知道,只要测量就存在误差。实验中的误差主要来自三个方面:测量仪器不够精密产生误差,测量者估读产生误差,实验方案不合理产生误差。前两种误差是不可避免的,而后一种误差是应该尽力避免的。在选择方案时,应对各种可能的方案进行初步的误差分析,尽可能选用精确度高的实验方案。

 

练一练:

 

1.(2013重庆)老师讲了“的密度”这节知识后,小明和小楠对他们都喜欢吃的柑橘的密度感兴趣了,他们拿出一个柑橘,决定想办法测出它的密度。

 

图6

 

(1)将托盘天平放在__________桌面上,将标尺上的游码移到零刻度处,发现指针偏向分度盘的右侧,如图6甲所示,此时应将平衡螺母向____ (选填“左”或“右”)端调节,直到指针指向分度盘的中央。

 

(2)小楠用天平测量柑橘的质量,右盘中的砝码和标尺上的游码位置如图6乙所示,则柑橘的质量是______g,若小楠再将柑橘浸没在水中测得它的体积为230cm3,则柑橘的密度为__________kg/m3

 

(3)如果小楠做实验时,是先将柑橘浸没在水中测出柑橘的体积,再用天平测出柑橘的质量,则这样测得的柑橘密度比真实值______ (选填“偏大”或“偏小”),其原因是_____________________________。

 

(4)实验完成后,小明问小楠是如何测出柑橘体积的,于是小楠将柑橘擦干净,又取出小烧杯、量筒、溢水杯和牙签等。小楠先将溢水杯装满水,接下来小楠的做法是:________________。

 

(5)小明在思考,小楠的做法也存在不妥之处,你认为不妥之处是            

 

参考答案:

 

(1)水平  左(2)220.8g   0.96×103kg/m3  (3)偏大   柑橘上会沾有水,导致柑橘的质量变大  (4)将小烧杯放在溢水口处,小楠借助牙签使这个柑橘浸没在溢水杯中,当溢水杯停止排水后,用量筒测出小烧杯中水的体积即可测得柑橘的体积   (5)量筒所测水的体积偏小,这样测得的密度比真实值偏大。












 

 

 

2010年6月22日 - 馨雅居温馨苑欢迎你

 

 

 


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