測量液體密度的多種方案

新的課程改革為物理教學注入了活力，其中的科學探究活動是最具有特色的教學改革，而且在新教材的實驗中逐漸體現其強大的生命力，本次課程改革將學生活動作為教材內容的重要部分，強調科學探究。新課標要求我們的課堂教學必須有效地促進學生主動參與，成為學生學習認知和實踐活動的渠道。為此，在中考復習密度時，我們為學生開放了實驗室，讓學生用已學過的科學知識，動手探究液體密度的測量方法。

器材準備 天平、彈簧測力計、輕質杠桿(含支架)、細線、密度已知為ρ的石塊、拴有細線的重物、小石塊、裝有適量細砂的平底試管、靈敏桿秤、刻度尺、兩只去口的雪碧瓶、一只空瓶、一根橡皮筋、兩只相同的小燒杯、一端扎有橡皮膜的玻璃管、大燒杯、足夠多的水、待測液體。

實驗要求 根據學過的物理知識、原理，利用實驗室提供的器材設計實驗。

同學們根據實驗要求，進行分組討論，設計了多種實驗方案，通過實驗驗證得出了多種測定方法，概括起來，有以下幾種。

方案一 選擇“天平、一只空瓶、一根橡皮筋、待測液體，足夠多的水”。

步驟 ①用調節好的天平測出空瓶的質量為m0；②測出裝適量水的瓶的總質量為m1，用橡皮筋作上標記，瓶中水的質量m水=m1-m0，水的體積V=m1-m0ρ水；③倒出瓶中的水，待瓶中水干后，在瓶中倒入液體到標記處，稱出總質量為m2，待測液體的質量m液=m2-m0;④液體的密度ρ=m2-m0m1-m0ρ水。

評析 測密度的常規方法是用天平測其質量，用量筒測其體積，然后利用公式ρ=mV計算出物質的密度。而同學們在此方案中只用了天平未用量筒，通過把待測液體與已經知道密度的水進行比較，得出待測液體的密度，這充分體現了學生在探究過程中的創新。

方案二 選擇“天平(無砝碼）、刻度尺、兩只相同的小燒杯、水、待測液體”。

步驟 ①用調節好的天平稱出等質量的水和待測液體；②用刻度尺測出燒杯中的水和待測液體的高度分別為h水、h液；③由m水=m液，m=ρV，得ρ水Sh水=ρ液Sh液；④液體的密度ρ=h水h液ρ水。

評析 此方案中學生沒有用量筒，且天平又無砝碼，而是利用刻度尺和燒杯，充分體現了學生扎實的科學知識和探究創新能力。

方案三 選擇“一端扎有橡皮膜的玻璃管、刻度尺、大燒杯、水、待測液體”。

步驟 ①在管內倒入一定深度的待測液體；②將管豎直放入水中，待橡皮膜變平后，用刻度尺測出管底到水面和待測液面的深度分別為h水和h液；③P水=P液，ρ水gh水=ρ液gh液；④液體的密度ρ=h水h液ρ水。

評析 此方案中學生既沒有用天平也沒有用量筒，只用了刻度尺和燒杯，充分體現了學生扎實的科學知識和探究創新能力。

方案四 選擇“裝有適量細砂的平底試管、刻度尺、兩只雪碧瓶、水、待測液體”。

步驟 ①將裝有適量細砂的平底試管放入盛有水的雪碧瓶中，使試管豎直地漂浮在水面上，用刻度尺測出此時試管進入水中的長度h水；②從水中取出試管，然后放入到盛有待測液體的瓶中，使試管豎直地漂浮于液面，量出此時試管進入液體中的長度h液；③因為漂?。篏物=F水浮=F液；所以ρ水gV排=ρ液gV′排，ρ水gsh水=ρ液gsh液；④液體的密度ρ=h水h液ρ水。

評析 此方案也是未用天平和量筒，只用裝有適量細砂的平底試管、刻度尺、生活中的雪碧瓶，進行探究，充分體現了學生能利用身邊的器材進行科學探究，更加體現了物理來自于生活，生活離不開物理。

方案五 選擇“彈簧測力計、細線、小石塊、水、待測液體”。

步驟 ①用彈簧測力計和細線測出石塊重為G；②將石塊浸沒在水中，讀出彈簧測力計的示數為F水；③將石塊浸沒在待測液體中，讀出彈簧測力計的示數為F液；④F水浮=G-F水

=ρ水gV排(1)

F液浮=G-F液=ρ液gV排(2)

（2）（1）得液體的密度ρ液=G-F液G-F水ρ水。

評析 同學們設計此方案時把浮力和密度的知識結合起來，充分體現了學生把理論知識運用于實踐，也體現了學生的思維的靈活性。

方案六 選擇“桿秤、石塊、細線、去口的雪碧瓶、水、待測液體”。

步驟 ①取一靈敏桿秤，在秤鉤上系好石塊，用桿秤稱出石塊在空氣中的質量為m0；②再把石塊浸沒在水中，稱出石塊此時的質量為m1；③再把石塊浸沒在待測液體中，稱出石塊此時的質量為m2；④根據F水浮=m0g-m1g=ρ水gV排，和F液浮=m0g-m2g=ρ液gV排兩次相比得出液體的密度ρ=m0-m1m0-m2ρ水。

評析 由于同學們家中沒有天平，他們想到用桿秤來代替天平，可見同學們利用生活中的測量工具進行探究，把課堂實驗設計成家庭實驗，使用身邊隨手可得的物品進行探究活動，拉近了物理學與生活的距離，使學生感受到科學的真實性，感受到科學和社會、科學和日常生活的關系；另一方面，由于這些物品本來的用途并不是進行物理實驗，充分體現了學生對科學探究的興趣、積極性和創新。

方案七 選擇“輕質杠桿(含支架)、一只大燒杯、細線、密度己知為ρ的石塊、拴有細線的重物、刻度尺、待測液體”。

步驟 ①將石塊和重物懸掛在杠桿的兩邊，使其在水平位置平衡，用刻度尺量出重物的臂長L1；②讓石決浸沒在待測液體中，移動重物位置，使其在水平位置平衡，再量出重物的臂長L′1；③第一次平衡：GL1=mgL2(1)

第二次平衡：

評析 此方案中學生既沒有用天平也沒有用量筒，把浮力和杠桿原理的知識結合起來，充分體現了學生扎實的科學知識和探究創新能力。

在本次實驗探究課中，學生的思維非?；钴S，每一位學生都積極參與活動，根據自己的知識和能力設計了不同的方案。有根據密度的定義式ρ=mV來測液體的密度，也有通過比較得出液體的密度。這些都充分體現了同學們的探究創新能力。因此，我們要充分利用實驗探究課，讓學生充分參與教學的全過程。在動手、動口、動腦的探究活動中發現問題、解決問題，會收到意想不到的效果。

(欄目編輯 王柏廬)

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