測量較大石塊的密度

河北省唐山市第七十四中學 徐彩榮

實驗目的：測量較大石塊的密度。

實驗器材：天平（最大稱量為200 g）、量筒、水（ρ水= 1.0 g/cm3）、較大的石塊。

實驗步驟：（1）用已調好的天平測出較大石塊的質量m；（2）將適量的水倒入量筒中，讀出水面對應的示數V1；（3）把石塊浸沒在裝有水的量筒中，讀出水面對應的示數V2；（4）根據公式計算石塊的密度。

我巡視時發現，學生按此方案進行實驗時，因石塊質量較大，超出天平的量程，故不能用天平測出石塊的質量。把石塊放入量筒內的水中測體積時，因石塊體積較大，不能放入量筒中，故也不能測出石塊的體積。也就是說，他們按這種常規方法測量較大石塊的密度是不可行的。我給他們指出了實驗方案中存在的問題，并提出了一些建議，他們經過討論后重新設計實驗方案，完成了該實驗的探究。下面是他們設計的新方案：

實驗器材：燒杯、量筒、杠桿、彈簧測力計（量程為0～5 N）、細線、水、較大的石塊。

實驗步驟：（1）用彈簧測力計和杠桿來測量較大石塊的質量（利用杠桿原理）：如右圖，安裝好杠桿，調節杠桿兩端平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡；用細線把石塊拴好，然后把拴好的石塊和彈簧測力計掛在圖中所示位置，讀出彈簧測力計的示數為2.4 N，根據杠桿平衡條件F1l1=F2l2可得，石塊的重力7.2 N，石塊的質量=0.72 kg = 720 g（g取10 N/kg）。

（2）用燒杯、量筒和水測量石塊的體積（填補法）：將石塊放入燒杯中，往燒杯中加入適量的水讓石塊浸沒，在水面到達的位置做上標記；取出石塊，用量筒往燒杯中加水，直至達到標記位置為止，則所加水的體積即為石塊的體積。

在用量筒往燒杯中加水時，先加了100 mL 水，接著又取了50 mL 水繼續加，水面達到標記位置后，量筒中剩余的水為30 mL，求出石塊的體積V= 100 mL +50 mL - 30 mL = 120 mL = 120 cm3。

完成實驗探究后，學生進行了交流和評價，他們認為在新方案中測量石塊體積的過程中，由于從水中拿出石塊時會帶出一部分水，導致測得的石塊體積偏大，從而造成測出的石塊密度誤差較大。為了減小實驗誤差，他們認為在實驗過程中應該注意三點：（1）在使用彈簧測力計前，應該輕輕拉動掛鉤幾次，防止彈簧卡殼；要觀察指針是否指在零刻度線，否則要進行調零。（2）測量較大石塊的體積時，由于采用填補法，造成誤差比較大。所以可以改進一下，采用排水法（即把溢水杯裝滿水，使物體浸沒在水中，測出排出水的體積即為物體的體積）。（3）讀取量筒中液體的體積時，視線要與液體的凹液面相平。