测量液体密度的多种方案

新的课程改革为物理教学注入了活力，其中的科学探究活动是最具有特色的教学改革，而且在新教材的实验中逐渐体现其强大的生命力，本次课程改革将学生活动作为教材内容的重要部分，强调科学探究。新课标要求我们的课堂教学必须有效地促进学生主动参与，成为学生学习认知和实践活动的渠道。为此，在中考复习密度时，我们为学生开放了实验室，让学生用已学过的科学知识，动手探究液体密度的测量方法。

器材准备 天平、弹簧测力计、轻质杠杆(含支架)、细线、密度已知为ρ的石块、拴有细线的重物、小石块、装有适量细砂的平底试管、灵敏杆秤、刻度尺、两只去口的雪碧瓶、一只空瓶、一根橡皮筋、两只相同的小烧杯、一端扎有橡皮膜的玻璃管、大烧杯、足够多的水、待测液体。

实验要求 根据学过的物理知识、原理，利用实验室提供的器材设计实验。

同学们根据实验要求，进行分组讨论，设计了多种实验方案，通过实验验证得出了多种测定方法，概括起来，有以下几种。

方案一 选择“天平、一只空瓶、一根橡皮筋、待测液体，足够多的水”。

步骤 ①用调节好的天平测出空瓶的质量为m0；②测出装适量水的瓶的总质量为m1，用橡皮筋作上标记，瓶中水的质量m水=m1-m0，水的体积V=m1-m0ρ水；③倒出瓶中的水，待瓶中水干后，在瓶中倒入液体到标记处，称出总质量为m2，待测液体的质量m液=m2-m0;④液体的密度ρ=m2-m0m1-m0ρ水。

评析 测密度的常规方法是用天平测其质量，用量筒测其体积，然后利用公式ρ=mV计算出物质的密度。而同学们在此方案中只用了天平未用量筒，通过把待测液体与已经知道密度的水进行比较，得出待测液体的密度，这充分体现了学生在探究过程中的创新。

方案二 选择“天平(无砝码）、刻度尺、两只相同的小烧杯、水、待测液体”。

步骤 ①用调节好的天平称出等质量的水和待测液体；②用刻度尺测出烧杯中的水和待测液体的高度分别为h水、h液；③由m水=m液，m=ρV，得ρ水Sh水=ρ液Sh液；④液体的密度ρ=h水h液ρ水。

评析 此方案中学生没有用量筒，且天平又无砝码，而是利用刻度尺和烧杯，充分体现了学生扎实的科学知识和探究创新能力。

方案三 选择“一端扎有橡皮膜的玻璃管、刻度尺、大烧杯、水、待测液体”。

步骤 ①在管内倒入一定深度的待测液体；②将管竖直放入水中，待橡皮膜变平后，用刻度尺测出管底到水面和待测液面的深度分别为h水和h液；③P水=P液，ρ水gh水=ρ液gh液；④液体的密度ρ=h水h液ρ水。

评析 此方案中学生既没有用天平也没有用量筒，只用了刻度尺和烧杯，充分体现了学生扎实的科学知识和探究创新能力。

方案四 选择“装有适量细砂的平底试管、刻度尺、两只雪碧瓶、水、待测液体”。

步骤 ①将装有适量细砂的平底试管放入盛有水的雪碧瓶中，使试管竖直地漂浮在水面上，用刻度尺测出此时试管进入水中的长度h水；②从水中取出试管，然后放入到盛有待测液体的瓶中，使试管竖直地漂浮于液面，量出此时试管进入液体中的长度h液；③因为漂浮：G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液体的密度ρ=h水h液ρ水。

评析 此方案也是未用天平和量筒，只用装有适量细砂的平底试管、刻度尺、生活中的雪碧瓶，进行探究，充分体现了学生能利用身边的器材进行科学探究，更加体现了物理来自于生活，生活离不开物理。

方案五 选择“弹簧测力计、细线、小石块、水、待测液体”。

步骤 ①用弹簧测力计和细线测出石块重为G；②将石块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数为F水；③将石块浸没在待测液体中，读出弹簧测力计的示数为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）得液体的密度ρ液=G-F液G-F水ρ水。

评析 同学们设计此方案时把浮力和密度的知识结合起来，充分体现了学生把理论知识运用于实践，也体现了学生的思维的灵活性。

方案六 选择“杆秤、石块、细线、去口的雪碧瓶、水、待测液体”。

步骤 ①取一灵敏杆秤，在秤钩上系好石块，用杆秤称出石块在空气中的质量为m0；②再把石块浸没在水中，称出石块此时的质量为m1；③再把石块浸没在待测液体中，称出石块此时的质量为m2；④根据F水浮=m0g-m1g=ρ水gV排，和F液浮=m0g-m2g=ρ液gV排两次相比得出液体的密度ρ=m0-m1m0-m2ρ水。

评析 由于同学们家中没有天平，他们想到用杆秤来代替天平，可见同学们利用生活中的测量工具进行探究，把课堂实验设计成家庭实验，使用身边随手可得的物品进行探究活动，拉近了物理学与生活的距离，使学生感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系；另一方面，由于这些物品本来的用途并不是进行物理实验，充分体现了学生对科学探究的兴趣、积极性和创新。

方案七 选择“轻质杠杆(含支架)、一只大烧杯、细线、密度己知为ρ的石块、拴有细线的重物、刻度尺、待测液体”。

步骤 ①将石块和重物悬挂在杠杆的两边，使其在水平位置平衡，用刻度尺量出重物的臂长L1；②让石决浸没在待测液体中，移动重物位置，使其在水平位置平衡，再量出重物的臂长L′1；③第一次平衡：GL1=mgL2(1)

第二次平衡：

评析 此方案中学生既没有用天平也没有用量筒，把浮力和杠杆原理的知识结合起来，充分体现了学生扎实的科学知识和探究创新能力。

在本次实验探究课中，学生的思维非常活跃，每一位学生都积极参与活动，根据自己的知识和能力设计了不同的方案。有根据密度的定义式ρ=mV来测液体的密度，也有通过比较得出液体的密度。这些都充分体现了同学们的探究创新能力。因此，我们要充分利用实验探究课，让学生充分参与教学的全过程。在动手、动口、动脑的探究活动中发现问题、解决问题，会收到意想不到的效果。

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