小明买了一瓶饮料,她想知道饮料的密度.但身边只有一只铅笔、一块小石块、一把刻度尺、一个小桶、一些细线和水,请你帮她测出这种饮料的密度.要求:
(1)推导出测量饮料密度的数学表达式;
(2)说明测量的步骤.
(以上配图说明,请将图画在方框内)
解:实验步骤:
①把细线系在铅笔的中间,用细线把石头系在铅笔一端,
把小桶系在铅笔另一端,制成一个等臂杠杆;
②如图甲所示,往小桶里面倒水,使铅笔在水平位置平衡,用刻度尺测出水的深度h水;
③如图乙所示,把小桶里的水倒掉,往小桶里倒入饮料,直到铅笔在水平位置平衡,
刻度尺测出饮料的深度h饮料.
④求饮料的密度:小桶的底面积S相同,两次测量时,石块相同,
杠杆(铅笔)平衡时,水与饮料的质量相等,即m饮料=m水,
m水=ρ水V水=ρ水Sh水,
m饮料=ρ饮料V饮料=ρ饮料Sh饮料;
所以ρ水Sh水=ρ饮料Sh饮料,
饮料的密度ρ饮料=.
故答案为:(1)饮料密度的表达式:ρ饮料=.
(2)实验步骤如上述所示.
用细线与铅笔制作一个等臂杠杆,把石块与小桶分别挂在杠杆两端,桶内分别倒入水与饮料,使杠杆平衡,用刻度尺测出水与饮料的深度,然后根据水与饮料的质量相等,根据密度公式求出饮料的密度.
点评:本题考查了设计实验测饮料的密度,难度较大,是一道难题;要根据实验密度、实验器材、实验原理设计实验;实验设计题对学生的能力要求较高,难度较大,平时应加强实验设计能力的培养.
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