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(2014•海港区一模)某学生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1所示,选择一根长杠杆,调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡;在左侧离支点10cm的位置
题目详情

如图1所示,选择一根长杠杆,调节两边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).
【测量过程】将下列实验空白处补充完整:
(1)调节杠杆平衡时,发现杠杆左端下沉,须将平衡螺母向______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.
【拓展应用】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2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
答案和解析
(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)根据杠杆的平衡条件公式F1L1=F2L2得,110g×10cm=50g×L2,
解得,L2=22cm.
(3)设OA为L1′,O点距最右端的距离为L2′,容器的质量为m1,钩码的质量为m2,容器中加满液体的质量为m,
由F1L1=F2L2得,(m1+m)gL1′=m2gL2′,
已知:m1=110g,m2=50g,L1′=10cm,L2′=30cm,代入上式解得,m=40g,
则液体的密度ρ=
=
=0.8g/cm3,故B错误;
(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,增加杠杆的长度也可增大量程.
由图可知,量筒中液体的凹液面的底部与20mL刻度线相平,所以待测固体的体积是20mL=20cm3;
由ρ=
可得,容器中加满水,水的总质量m水=ρ水V容=1g/cm3×50cm3=50g
溢出水的质量m溢出=ρ水V水=1g/cm3×20cm3=20g
则容器内剩余水的质量m剩=m水-m溢出=50g-20g=30g,
由F1L1=F2L2得,(m1+30g+m′)gL1″=m2gL2″,
则(110g+30g+m′)×10cm=50g×0.56cm,
解得m′=140g,
则此固体的密度ρ=
=
=7g/cm3.
故答案为:(1)右;(2)22;(3)0.8;(4)增加杠杆的长度;20;7.
(2)根据杠杆的平衡条件公式F1L1=F2L2得,110g×10cm=50g×L2,
解得,L2=22cm.
(3)设OA为L1′,O点距最右端的距离为L2′,容器的质量为m1,钩码的质量为m2,容器中加满液体的质量为m,
由F1L1=F2L2得,(m1+m)gL1′=m2gL2′,
已知:m1=110g,m2=50g,L1′=10cm,L2′=30cm,代入上式解得,m=40g,
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,增加杠杆的长度也可增大量程.
由图可知,量筒中液体的凹液面的底部与20mL刻度线相平,所以待测固体的体积是20mL=20cm3;
由ρ=
m |
V |
溢出水的质量m溢出=ρ水V水=1g/cm3×20cm3=20g
则容器内剩余水的质量m剩=m水-m溢出=50g-20g=30g,
由F1L1=F2L2得,(m1+30g+m′)gL1″=m2gL2″,
则(110g+30g+m′)×10cm=50g×0.56cm,
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)0.8;(4)增加杠杆的长度;20;7.
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