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妙用身边物品 巧测牛奶密度
http://www.newdu.com
2019-10-22 上海物理教育网 佚名
参加讨论
牛奶是老少皆宜的营养滋补品,被营养学家誉为“最接近完善的食物”,但是市面上有些牛奶掺水较多。学完密度知识后,学生们知道可以通过测量牛奶的密度来鉴别其优劣。
实验室常用天平测质量、量筒测体积,然后利用公式ρ=m/V计算出物体的密度。可是一般学生家没有天平和量筒这样的专业测量工具,能否用身边的物品作为实验器材来测量牛奶的密度呢?问题提出后,学生们兴致高涨,首先上网查询了牛奶的密度为1.03g/cm3,然后纷纷寻找合适的物品设计实验方案。经过交流与合作设计出4种实验探究方案。
方案1、所选器材:杆秤、小空药瓶、水、细线。
实验步骤:(1)用杆秤测出小空药瓶的质量m1。
(2)空药瓶中装满水,用杆秤测出瓶和水的总质量m2,则水的质量是m2-m1,水的体积V=(m2-m1)/ρ水。
(3)倒掉水,擦干瓶,装满牛奶,用天平测出瓶和牛奶的总质量m3,则牛奶的质量是m3-m1。
(4)牛奶密度的表达式为:
分析:这种方案巧妙地运用了“等效思想”,装满时牛奶和水的体积相同,因此用水代替牛奶找体积。用杆秤代替天平测物体的质量,当然实验中还可用案秤、电子秤等。有的学生则选择了弹簧秤测出物体的重力,然后用公式G=mg计算出物体的质量。方案中用小空药瓶代替烧杯优点有二:一是方便寻找,家中若没有药瓶,还可用小点儿的饮料瓶代替。二是小药瓶有盖,装满液体后将盖拧紧可保证水和牛奶的体积相同。
方案2、所选器材:弹簧秤、细线、小石块、两个水杯、水。
实验步骤:(1)用细线系住小石块挂在弹簧秤下,测出小石块的重力G。
(2)将适量的水倒入杯中,用弹簧秤测出小石块浸没在水中时受到的拉力F1,根据F浮=G-F和F浮=ρ液gV排,可得F浮1=G-F1=ρ水gV排。
(3)将适量的牛奶倒入杯中,用弹簧秤测出小石块浸没在牛奶中时受到的拉力F2,同理可得F浮2=G-F2=ρ奶gV排。
(4)牛奶密度的表达式:
分析:此方案灵活运用了阿基米德原理,实验器材简单,操作方便,是个很好的设计方案。
方案3、所选器材:冰糕棍、金属丝(体积不计)、水、刻度尺、足够深的盛水容器(饮料瓶去掉上半部分)。
实验步骤:(1)将冰糕棍的一端绕上金属丝,制成一支“密度计”。
(2)使“密度计”漂浮在水面上,用刻度尺测出浸在水中的长度L1,根据F浮=G物和F浮=ρ水gV排=ρ水gSL1(S为冰糕棍的截面积),可得G物=ρ水gSL1。
(3)使“密度计”漂浮在牛奶中,用刻度尺测出浸在牛奶中的长度L2,同理可得G物=ρ奶gSL2。
(4)牛奶密度的表达式:
分析:质检部门就是用密度计检测牛奶中是否掺水的,但学生们家中没有密度计,于是想到自制密度计进行测量。有些爱动手动脑的学生发现,圆珠笔芯放入水或牛奶中都能竖直漂浮在液体表面,而且浸在液体中的体积不同,于是他们对实验进行了改进,用圆珠笔芯作为“密度计”讲行测量,这样更方便。
方案4。所选器材:粗细均匀的木棒、小玻璃瓶、高压锅限压阀(设质量为m)、刻度尺、支架、细线。
实验步骤:(1)将木棒的中点固定在支架上,制成一个杠杆。
(2)将小玻璃瓶用细线挂在杠杆支点的左边P处,限压阀挂在支点右边A处,使杠杆保持水平平衡,用刻度尺分别测出P点到支点的距离L,和A点到支点的距离L1。根据杠杆的平衡条件可得G瓶L=mgL1。
(3)小玻璃瓶位置不变,在瓶内装满水,改变限压阀的位置到B处,杠杆保持水平平衡,用刻度尺测出B点到支点的距离L2。同理可得(G瓶+G水)L=mgL2,则水的重力
又根据G水=ρ水gV,可得:
(4)倒掉瓶内水,擦干后装满牛奶,瓶的位置不变,改变限压阀的位置到C处,杠杆仍保持水平平衡,用刻度尺测出C点到支点的距离L3。同理可得
(5)牛奶密度的表达式:
分析:此方案则应用了杠杆的平衡条件,用高压锅限压阀当质量一定的物体,实验中大家还可以因地制宜换成其他质量一定的物品。
以上4种方案虽然有些方案看起来比较粗糙,有些方案操作起来不太方便,但它们是学生们智慧的结晶。通过这次活动,学生们学习物理的积极性更高了,因为他们体会到物理就在我们身边,只要做个有心人,身边的物品都可作为实验器材进行科学探究。
(责任编辑:admin)
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