小明在学习了《质量与密度》后,想测定家中某食用油的密度,他准备了量筒、合适的圆柱体和适量的水。已知水的密度为ρ水,圆柱体在水和该食用油中均漂浮。假如你是小明,请完成下列问题:
(1)请写出主要实验步骤,说明要测量的物理量并用字母表示;
(2)请写出待测液体密度的表达式ρ=
答案:
(1)A.在量筒中装适量的水,记录液面的示数V1;
B.将圆柱体放入量筒中,记录此时液面的示数V2;
C.取出圆柱体,将量筒中的水倒出之后再装食用油,记录液面示数V3;
D.将圆柱体放入装有食用油的量筒中,记录此时液面的示数V4;
E.整理器材;
(2)
解:
(1)由题知,圆柱体在水和食用油中均漂浮,由漂浮条件可知,物体在液体中受到的浮力等于物体的重力,因圆柱体的重力不变,故圆柱体在两液体中所受浮力相等;根据阿基米德原理可知,要测浮力需用排水法测V排,然后列等式求得待测食用油的密度。
所以,主要实验步骤如下:
A、在量筒中装适量的水,记录液面的示数为V1;
B、将圆柱体放入量筒中,记录此时液面的示数为V2;
C、取出圆柱体,将量筒中的水倒出之后再装入食用油,记录液面示数为V3;
D、将圆柱体放入装有食用油的量筒中,记录此时液面的示数为V4;
E、整理器材。
(2)由步骤AB可知,圆柱体排开水的体积:
V排水=V2﹣V1,
由阿基米德原理可得,圆柱体在水中所受的浮力:
F浮=ρ水g(V2﹣V1),
圆柱体在水中处于漂浮状态,则
G物=F浮=ρ水g(V2﹣V1)﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①;
由步骤CD可知,圆柱体排开待测液体的体积:
V排液=V4﹣V3,
则圆柱体在食用油中所受的浮力:
F浮′=ρ食用油g(V4﹣V3);
圆柱体在食用油中漂浮,则
G物=F浮′=ρ食用油g(V4﹣V3)﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②;
由关系式①②可得:
ρ食用油g(V4﹣V3)=ρ水g(V2﹣V1),
解得:、
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