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小明同学制作了直接测量液体密度的“密度天平”.其制作过程和原理如下:如图甲所示,选择一根长杠杆,调节右端的平衡螺母使杠杆
题目内容:
小明同学制作了直接测量液体密度的“密度天平”.其制作过程和原理如下:
如图甲所示,选择一根长杠杆,调节右端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡;在左侧离支点10cm的位置用细线固定一个质量为110g、容积为50ml的容器.右侧用细线悬挂一质量为50g的钩码(细线的质量忽略不计).
(1)调节杠杆平衡时,发现杠杆左端下沉,须将平衡螺母向___(选填“左”或“右”)调节;测量液体时往容器中加满待测液体,移动钩码使杠杆在水平位置平衡,在钩码悬挂位置直接读出液体的密度.
(2)该“密度天平”的“零刻度”应标在支点O的右侧___ cm处;
(3)若测量某种液体密度时,钩码在距离支点右侧30cm处,则此种液体的密度为___g/cm3.
(4)若此“密度天平”的量程不够大,应采用___方法增大量程.
【拓展】若杠杆足够长,用此“密度天平”还可以测量固体的密度.先在容器中加满水,再将待测固体轻轻浸没在水中,溢出部分水后,调节钩码的位置,使杠杆水平平衡,测出钩码离支点O的距离为56cm;用量筒测出溢出水的体积如图乙所示,待测固体的体积为___cm3.则此固体的密度为___g/cm3.(已知ρ水=1.0g/cm3)优质解答
(1)杠杆左端下沉,说明杠杆的重心偏左,要使它在水平位置平衡,左、右两端的螺母(或一端的螺母)都要向杠杆上翘的右端调节.
(2)根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得,即:m1gL1=m2gL2,
则有:110g×10cm=50g×L2,
解得,L2=22cm.
(3)设OA为L1′=10cm,O点距钩码的距离为L2′=30cm,
容器的质量为m1=110g,钩码的质量为m2=50g,容器中加满液体的质量为m,
由F1L1=F2L2得:(m1+m)gL1′=m2gL2′,
即(110g+m)×10cm=50g×30cm,
解得液体的质量:m=40g,
液体的体积V=50mL=50cm3,
则液体的密度:ρ=m V
=40g 50cm3
=0.8g/cm3.
(4)当钩码的质量适当增大时,说明杠杆一侧的力增大,在力臂关系相同的情况下,另一侧的力也会增大,即该“密度天平”的量程将增大;
当增加杠杆的长度时,说明杠杆一侧的力臂增大,根据杠杆的平衡条件可知,另一侧的力也会增大,即该“密度天平”的量程将增大.
【拓展】
由图可知,量筒中液体的凹液面的底部与30mL刻度线相平,
因为物体浸没在水中,所以待测固体的体积:V′=V溢水=20mL=20cm3.
固体放入容器后剩余水的体积:
V剩=V-V溢水=50mL-20mL=30mL=30cm3,
容器内剩余水的质量:m剩=ρ水V剩=1g/cm3×30cm3=30g,
由F1L1=F2L2得,(m1+m剩+m′)gL1″=m2gL2″,
即(110g+30g+m′)×10cm=50g×56cm,
解得,m′=140g,
则此固体的密度:ρ=m′ V′
=140g 20cm3
=7g/cm3.
故答案为:(1)右;(2)22;(3)45;0.9;(4)增加杠杆的长度(或增大钩码的质量);
【拓展】20;7.
如图甲所示,选择一根长杠杆,调节右端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡;在左侧离支点10cm的位置用细线固定一个质量为110g、容积为50ml的容器.右侧用细线悬挂一质量为50g的钩码(细线的质量忽略不计).
(1)调节杠杆平衡时,发现杠杆左端下沉,须将平衡螺母向___(选填“左”或“右”)调节;测量液体时往容器中加满待测液体,移动钩码使杠杆在水平位置平衡,在钩码悬挂位置直接读出液体的密度.
(2)该“密度天平”的“零刻度”应标在支点O的右侧___ cm处;
(3)若测量某种液体密度时,钩码在距离支点右侧30cm处,则此种液体的密度为___g/cm3.
(4)若此“密度天平”的量程不够大,应采用___方法增大量程.
【拓展】若杠杆足够长,用此“密度天平”还可以测量固体的密度.先在容器中加满水,再将待测固体轻轻浸没在水中,溢出部分水后,调节钩码的位置,使杠杆水平平衡,测出钩码离支点O的距离为56cm;用量筒测出溢出水的体积如图乙所示,待测固体的体积为___cm3.则此固体的密度为___g/cm3.(已知ρ水=1.0g/cm3)
优质解答
(2)根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得,即:m1gL1=m2gL2,
则有:110g×10cm=50g×L2,
解得,L2=22cm.
(3)设OA为L1′=10cm,O点距钩码的距离为L2′=30cm,
容器的质量为m1=110g,钩码的质量为m2=50g,容器中加满液体的质量为m,
由F1L1=F2L2得:(m1+m)gL1′=m2gL2′,
即(110g+m)×10cm=50g×30cm,
解得液体的质量:m=40g,
液体的体积V=50mL=50cm3,
则液体的密度:ρ=
m |
V |
40g |
50cm3 |
(4)当钩码的质量适当增大时,说明杠杆一侧的力增大,在力臂关系相同的情况下,另一侧的力也会增大,即该“密度天平”的量程将增大;
当增加杠杆的长度时,说明杠杆一侧的力臂增大,根据杠杆的平衡条件可知,另一侧的力也会增大,即该“密度天平”的量程将增大.
【拓展】
由图可知,量筒中液体的凹液面的底部与30mL刻度线相平,
因为物体浸没在水中,所以待测固体的体积:V′=V溢水=20mL=20cm3.
固体放入容器后剩余水的体积:
V剩=V-V溢水=50mL-20mL=30mL=30cm3,
容器内剩余水的质量:m剩=ρ水V剩=1g/cm3×30cm3=30g,
由F1L1=F2L2得,(m1+m剩+m′)gL1″=m2gL2″,
即(110g+30g+m′)×10cm=50g×56cm,
解得,m′=140g,
则此固体的密度:ρ=
m′ |
V′ |
140g |
20cm3 |
故答案为:(1)右;(2)22;(3)45;0.9;(4)增加杠杆的长度(或增大钩码的质量);
【拓展】20;7.
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