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【物理素材】物之组成【廿一】  

2015-01-06 06:09:00|  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【廿一】




 

 

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【物理素材】物之组成【廿一】





测量液体密度实验思考
江苏丰县初级中学 刘庆贺





对于一个实验,可能存在多条思路、多种方案,那么在众多实验方案中,我们应如何选择呢?一般来说,选择实验方案主要有三条原则:

 

1.简便性原则  即要求所选方案原理简单、操作简便,各量易测。应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案。

 

2.安全性原则  实验方案的实施要安全可靠,不会对人身和器材造成危害,使用易破、易碎的器材时有谨慎操作的意识。所需装置和器材要易于置备,不能脱离实际,不能超出现有条件。

 

3.精确性原则  不同的实验方案,其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的。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。

 

下面结合密度的测量,具体说明如何选择实验方案。

 

小汉和小盼合作进行“测定盐水的密度”的实验。他们选择的实验器材:天平(含砝码)、量筒、烧杯、盐水。

 

实验步骤:步骤一、用天平测出空烧杯的质量m1

 

步骤二、将盐水倒进烧杯,用天平测出装有盐水的烧杯的总质量m2

 

步骤三、将烧杯中的盐水全部倒人量筒中,读出盐水的体积V

 

步骤四、计算出盐水的密度:ρ=m/V =(m2-m1)/V

 

他们收拾好实验器材后,一起对实验的过程进行了评估,小汉说:我们的实验原理正确,实验器材使用恰当,操作过程规范,读数准确,计算无误,得出的盐水密度是准确的。

 

小盼说:在操作过程中,我发现有一点儿盐水沾在烧杯内壁上。这样,尽管我们操作规范、读数准确、计算无误,但我们测量得到的数据还是有了误差,导致计算的结果也有误差。

 

小汉认真思考后,同意了小盼的意见。然后,他们一起继续探讨如何改进实验方案,尽量减小测量的误差。根据小汉和小盼对实验过程的评估,请思考:

 

(1)小盼这里所指的“测量误差”是在上述实验步骤的第        步骤产生的,导致了盐水体积读数        (填“偏大”或“偏小”),从而使得盐水密度的计算结果        (填“偏大”或“偏小”)。

 

(2)为了减小实验的误差,必须从质量和体积两方面的测量进行控制。根据小汉和小盼的分析意见,在不增加实验器材的条件下,提出你的实验设计方案,使实验结果的误差达到最小。实验步骤是:                                                             。

 

(3)在你的设计方案中,控制误差的思路是:                                  。

 

思路点拨:任何测量都有误差,由于仪器的精度、人的读数等原因引起的误差是不可避免的。但是由于实验的操作方法不当而引起的误差,我们是可以避免的。题目测量的是烧杯中盐水的密度,将杯中盐水倒入量筒时,烧杯壁上会沾上盐水,这样测出的盐水体积会偏小,算出的密度会偏大。

 

注意到了上述因素,小汉提出了改进方案:

 

步骤一:用天平测出量筒的质量m1

 

步骤二:将适量的盐水倒入量筒中,测出盐水的体积V

 

步骤三:用天平测出盐水和量筒的质量m2

 

步骤四:计算出盐水密度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。

 

小盼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。小汉说,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,看来实验还需要再设计。

 

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,测出烧杯和剩下的盐水的质量,可知倒出去的盐水质量,倒出去的盐水体积可由量筒直接测出,这样就可算出倒出去的盐水的密度。正是这样经历多次设计,多次评估,考虑到各种因素,确定了最佳方案:

 

步骤一:将适量的盐水倒入烧杯中,测出烧杯和盐水的质量m1 

 

 步骤二:把烧杯中的一部分盐水倒入量筒中,用天平测出烧杯和剩余盐水的质量m2

 

步骤三:测出量筒内盐水的体积V

 

步骤四:计算出倒出部分的盐水密度ρ=m/V =(m1-m2)/ V

 

这种方法避免了因盐水沾在容器壁上所引起的误差,保证m1、m2测量准确,V读数准确。

 

通过上述实验过程,可以看出,对于探究方案的评估和选择是科学探究活动的重要组成部分。在日常实验中,应当注意对实验方案的评估,能对探究的行为和收集信息的科学性、可靠性进行评价。能对这种差异及引起这种差异的规律进行分析,发现和提出新的问题。对探究过程和结果进行评估,提出改进探究方案的具体方法。





用天平和量筒测定固体和液体的密度


【物理素材】万物的组成(九) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间 下载: 用天平和量筒测定固体和液体的密度.zip





如何测量空气的密度
江苏丰县初级中学 刘庆贺





小明用如下实验测定所处环境的空气密度。他用气筒将皮球打足气,用天平称出此时皮球的质量为81.6g。将如图甲所示的量杯装满水后,倒放在水槽中,用气针和乳胶管将皮球内的空气引入量杯内。用排水集气的方法慢慢排出皮球内的气体,如图乙所示,同时调整量杯的高度,使量杯内气体达到量杯的最大测量值,且量杯内、外水面相平。此时,用夹子夹紧乳胶管暂停放气。再将量杯装满水后重新集气,如此共进行10次。拔出气针,用天平称出此时皮球和剩余气体的质量,如图丙所示。请根据实验及图中所示情况,帮助小明完成下面的实验数据表格。

 

充足空气后皮球的质量/g

皮球和剩余气体的质量/g

排出空气的质量/g

排出空气的总体积/cm3

空气的密度/kg·m-3

81.6

 

 

 

 

 

【物理素材】万物的组成(九) - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

答案:80.4  1.2  1000  1.2

 

点评:同学们在课堂上已经学习过测量固体和液体的密度,如何测量气体的密度,按目前的知识比较困难。但有了正确的思路和方法,情况就改变了。题目中的方法新颖、独特,给人启迪,体现了物理学是给人智慧的学科特点,让学生领略了物理学的研究方法。把测定所处环境的空气密度,转换成量杯内气体的密度,体现了转换法;一杯气体的质量太小,不易测量,放出10量杯气体就可以了,这里体现了累积法。








 

 


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