用刻度尺巧测物体密度探究

物理实验是人类认识世界的一项重要活动，是进行科学研究的基础.研究表明，如果实验所用的材料是学生所熟悉的，就会使学生感觉到亲切，较容易克服思维障碍，能较好的达到实验的目的.使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种物理实验，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地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.

刻度尺是初中物理最简单的测量工具，日常生活中也经常使用.而测量物体的密度方法很多，使用到的实验仪器也很多.本文介绍仅使用一把刻度尺和必要的生活用品来测量物体密度的方法.

一、怎样测量积雪的密度

例题在平整地面上有一层厚度均匀的积雪，小明用力向下踩，形成了一个下凹的脚印，如图1所示.脚印下的雪由于受外力挤压可近似看成冰层，利用冰的密度，只要测量哪些物理量，可以估测出积雪的密度呢？

解析脚用力把雪挤压成冰层，仅仅是雪的体积被压缩了，把蓬松状雪压缩成较厚实的冰层，前后它们的质量没有改变.根据m=ρV=ρSh，因此需要测量雪层厚度与冰层的厚度.由于雪挤压成冰后面积没有改变，所以面积不需要测量.因此只需要测出积雪厚度h1，脚印深度h2（测冰层厚度不方便），则冰的厚度为h1—h2.设脚印面积为S，根据m雪=m冰有

ρ雪Sh1=ρ冰S（h1—h2），

解得ρ雪=ρ冰h1—h2h1.

实验的关键是把雪压成的冰层要尽可能的密实.

仅仅用一把刻度尺就可以测出雪的密度，使用的器材最少，避免了专业器材，试验方法也很简单.在平时教学中，一定要多挖掘这类实验，使学生都能参与到实验之中，体会到学习的快乐.

二、怎样测量液体密度

例题小明自制密度计并测定盐水的密度.

实验器材：刻度尺、圆柱形竹筷、细铅丝、烧杯、水、待测盐水.

实验步骤：

①在竹筷的一端缠上适量细铅丝（体积或略不计），制成密度计.

②用刻度尺测出竹筷的长度L.

③把土密度计放入盛水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度h1（如图2所示）.

④

被测盐水的密度表达式：ρ盐水=（不计铅丝体积）.

解析无论把木筷放入水中或盐水中，木筷总处于漂浮状态，所以木筷受到的浮力与重力相等，因此密度计在水中与在盐水中所受的浮力相等.由F浮=ρ液gV排，我们要把密度计放入盛盐水的烧杯中，静止后用刻度尺测出液面上竹筷的长度h2（竹筷浸入液面下的长度不便于测量）；在水中时

F浮=ρ水gV水=ρ水gS（L—h1）

在盐水中时

F浮=ρ盐水gV盐水=ρ盐水gS（L—h2）；

因为浮力相等，所以

ρ水gS（L—h1）=ρ盐水gS（L—h2）；

解得ρ盐水=L—h1L—h2ρ水.

教师只要放下架子，用生活中的材料制作专业的测量工具，敢于展示自己制作的“丑东西”，学生才能积极参与.教师细心指导，也许能制做出我们想不到的实验工具呢.

三、怎样测量固体密度

例题每当看到电视中出现演员被倒塌的房屋砸中，小明都为演员捏一把汗.

现有以下器材：道具砖样品、一个烧杯、一根细针、一把刻度尺和足够的水.已知道具砖不吸水，质地较软且密度小于水，水的密度为ρ水.请用所测出的物理量写出道具砖密度的表达式，ρ=.

解析实验中没有天平，不能测出质量；但由于道具砖不吸水，质地较软且密度小于水，所以放入水中漂浮，故浮力等于重力.由此可以设计步骤：

①在烧杯中倒入适量的水，并在水面处做一记号.

②将道具砖样品放入烧杯中，使其漂浮在水面，用刻度尺测出水面到记号处的高度差为h1.

③将道具砖样品用细针压入水中，使其完全浸没在水中，用刻度尺测出水面到记号处的高度差为h2.

数据分析：

ρ=GgV=F浮gV=ρ水gSh1gSh2=h1h2ρ水.

扩展研究怎样测量下沉物体的密度？

器材：刻度尺、圆筒杯、水、小塑料杯、小石块.怎样测量小石块的密度？

分析本题难点就是小石块沉于水中，因此我们只需把小石块放入小塑料杯中使其漂浮在水面，转换成漂浮物体，测量方法与上题相似.

计算表达式ρ=h2—h1h3—h1ρ水

（其中h1是将塑料杯杯口朝上轻轻放入圆筒杯水面，让其漂浮，用刻度尺测出杯中水的高度；h2是将小石块轻轻放入杯中，让其漂浮，用刻度尺测出水的高度；h3是将小石块从杯中取出，放入水中，下沉后，用刻度尺测出水的高度）.

利用一把小小的刻度尺，可以做很多意想不到的实验，这样小小的实验培养了学生动手操作能力，也有利于学生对知识的理解与运用.这类实验还有许多，比如用矿泉水瓶可以做许多实验：研究滚动摩擦与滑动摩擦、压力的作用效果与哪些因素有关实验、大气压强相关的实验等等，平时的教学中要多思考，多鼓励学生用身边器材代替专业器材进行实验.这样学生才能积极参与到实验创新之中，把学习物理变成一件有趣的事情.

总之，利用刻度尺和生活中常见的器材做实验，使学生学习过程中发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的过程.使学生对实验获得更加清晰的印象，学到物理知识，又能培养学生的实验能力，提高学生的学习兴趣和主动性.通过学生充分的动脑、动手、动口，调动学生的多种感观，促进学生实现立体学习.

练一练1.给你一块长方体木块、烧杯、水、刻度尺.怎样测出木块的密度？

2.某同学随地理老师去郊外考察时在溪边捡到一个小酒杯状的金属物体，将该物体口朝上轻轻放入水中，它能漂浮在水面上，该同学带有大口圆柱形透明水杯一只（杯口直径约是物体口径的二倍）和一把刻度尺.在这样的条件下，他如何才能粗略的测出这个物体的密度？