常規(guī)的密度測量方式是用托盤天平測量物體的質(zhì)量,用量筒使用排水法測量物體的體積。但是,如果測量的物體易溶于水,就不能簡單地用排水法測量物體的體積;如果測量的物體易吸水,測量的體積誤差則較大。
一、易溶于水的物體
如果物體易溶于水,我們常用的體積測量方式有以下4種。
(1)埋沙法:用細(xì)沙代替水,測量物體的體積,由于沙子的流動性沒有水好,并且沙子中容易有空隙,所以在埋入沙子后,需要搖勻,如果沒有搖勻,沙子中的空隙會導(dǎo)致測量的體積偏大,而使最終測量的密度偏小。
(2)飽和法:可以利用物質(zhì)的飽和溶液來測某易溶于水的物體的體積。比如測量鹽的體積時(shí),可以在水中放入足量的鹽,直到量筒底部有鹽析出,測出體積為V1。然后加入待測鹽,當(dāng)鹽不再溶解時(shí),測出體積為V2,則V2 - V1為待測鹽的體積。
(3)排油法:如果物體只易溶于水,而不易溶于油,可以用油代替水。
(4)包膜法:用保鮮膜將物體包好,測量方式仍然用排水法,但保鮮膜有一定體積,測量的體積會偏大,最終會導(dǎo)致測量的密度偏小。
注意:埋沙法在測量易溶于水的物體時(shí)較為常見。飽和法、排油法和包膜法的測量過程與排水法無異,了解方法即可,考試中很少遇到。
例1 某興趣小組測量一種易溶于水且形狀不規(guī)則的固體顆粒物質(zhì)的密度,測量的部分方法和結(jié)果如下。
(1)用調(diào)節(jié)好的天平測量適量小顆粒的質(zhì)量。當(dāng)天平平衡時(shí),右盤中的砝碼和游碼位置如圖1所示,則稱量的顆粒的質(zhì)量是__________g。
(2)因顆粒易溶于水,采用圖2方法測量體積,所稱量顆粒的體積是__________cm3。
(3)該物質(zhì)的密度是__________kg/m3。
(4)在圖2C步操作中,若搖動不夠充分,細(xì)鐵砂未充滿顆粒的空隙,則測出的密度比實(shí)際密度偏 (填“大”或“小”)。
(5)在圖2C步操作中,若細(xì)鐵砂較少,全部倒進(jìn)并反復(fù)搖動后,沒有完全覆蓋顆粒,則測出的密度比實(shí)際密度偏__________(填“大”或“小”)。
二、易吸水的物體
如果物體易吸水,假如以正常的方式測量,將物體放入量筒后,液面相比不吸水的物體會下降,從而導(dǎo)致測量的體積偏小,最終導(dǎo)致測量的密度偏大。
測量易吸水的物體的體積,上文中提到的埋沙法和包膜法仍有效。至于飽和法可以將其改為吸飽法,即將易吸水的物體先放入水中吸足水,再測量體積,方法和排水法一致。
例2 小明想測量大米的密度,但由于大米容易吸水,導(dǎo)致體積明顯變化,因此用排水法測量大米的體積是不合理的,于是小明進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)和思考。
(1)如圖3甲,使用托盤天平稱取5 g大米,稱量過程中發(fā)現(xiàn)天平指針偏向右邊(如圖甲)。接下來小明應(yīng)如何操作?__________。
(2)由于米粒間存在較大間隙,按圖3乙的方式用量筒直接測量大米體積,則會導(dǎo)致測得的體積值偏__________。
小明思考:能否用排空氣的方法測量大米的體積呢?他設(shè)想將大米與空氣密封在一個(gè)注射器內(nèi),只要測出注射器內(nèi)空氣和大米的總體積及空氣的體積,其差值就是大米的體積。但如何測出空氣的體積呢?
查閱資料得知,溫度不變時(shí),一定質(zhì)量氣體的體積與其壓強(qiáng)的乘積是定值。于是進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)二:稱取5 g大米并裝入注射器內(nèi)(如圖3丙),從注射器的刻度上讀出大米和空氣的總體積,通過壓強(qiáng)傳感器測出此時(shí)注射器內(nèi)空氣壓強(qiáng)為p;而后將注射器內(nèi)的空氣緩慢壓縮,當(dāng)空氣壓強(qiáng)增大為2p時(shí),再讀出此時(shí)的總體積。(壓縮過程中大米的體積、空氣的溫度均不變。)整理相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如下表。
[ 注射器內(nèi)空氣壓強(qiáng) 注射器內(nèi)空氣和大米的總體積 注射器內(nèi)空氣體積 壓縮前 p 23毫升 V 壓縮后 2p 13毫升 0.5V ]
(3)由實(shí)驗(yàn)二測得大米的密度為__________(計(jì)算結(jié)果精確到0.01)g/cm3。
答案:1. (1)168 (2)70 (3)2.4 × 103 (4)小 (5)小 2. (1)向左盤中添加大米,直到橫梁平衡 " "(2)大 (3)1.67
(作者單位:遼寧省實(shí)驗(yàn)中學(xué)初中部)
初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)·提升版2024年1期