■科学园地
从实验到工程应用 看浮力破解“密度谜题”
项目实践小组同学尝试测量不规则小石块的密度。小组同学对如何测量不规则小石块的体积提出疑问,经讨论后决定采用物体完全浸没时排开液体的体积等于物体的体积来测出小石块的体积。于是他们利用弹簧测力计、烧杯、细绳、不规则石块等材料,进行了如下实验(如图一所示)。
●探究一
实验步骤:①用细绳将石块系在弹簧测力计上,待其静止后读出弹簧测力计示数F1=5N。②将石块缓缓浸没在水中,待示数稳定后读出弹簧测力计的示数F2=3N。
(1)分析计算:小石块的密度是 ▲ 。(已知:ρ水=1.0×103kg/m3;g=10N/kg)
反思总结:通过该实验,同学们发现:当物体完全浸没时,物体的体积等于排开液体的体积,因此可以通过测量此时物体的浮力来求得该物体的体积,进而求出不规则物体的密度。
●探究二
同学们在劳动基地打捞池塘未知漂浮物时,有同学提出疑问:“漂浮在水面上的物体是否也可以通过测出浮力来测得该物体的密度呢?”他们决定尝试测量该漂浮物的密度。经过小组讨论,他们利用滑轮和吸盘对实验装置进行了改进(如图二所示)。
实验步骤:①将物体完全干燥,用细线悬挂在弹簧测力计下端,如图二甲所示,静止时读出弹簧测力计的示数为F3。②将滑轮通过吸盘固定在烧杯底部,如图二乙所示。在烧杯中倒入适量的水,将该物体放入水中后,如图二丙所示,用弹簧测力计继续拉,直至该漂浮物体完全浸没,读出弹簧测力计的示数为F4。
(2)分析图二丙可得此时该漂浮物体受到的浮力F浮= ▲ 。(请用字符表示)
(3)该物体的密度为 ▲ 。
反思总结:漂浮在水面上的物体也可以通过测量浮力来测得物体的密度。
●探究三
实验室有一瓶标签脱落的试剂,同学们好奇,是否可以利用图二装置测量液体的密度呢?于是取适量该试剂倒入烧杯中,重复图二丙实验,测得弹簧测力计的示数为1.2N。
(4)该瓶试剂的密度为 ▲ 。
●拓展探究四
“既然在图二丙装置中装入不同的液体,弹簧测力计的示数就不同,那么能否利用其改造设计一个简易密度计呢?”小组同学产生了新的想法。于是同学们尝试将图二丙的装置改造成简易密度计。
(5)请帮助小组同学分析,此密度计最大量程为 ▲ 。
(6)为确保测量的准确性,在设计或使用该密度计的过程中,你觉得还需要注意些什么?或有什么改进意见。 ▲
■上期答案
(1)弹性势能;动能。
(2)①悬刀—C;牙—D;望山—A;勾心—B。
②牙为钩状结构,能够钩住弓弦,使弩弓保持形变储能,实现待发锁定;以枢轴为支点构成杠杆,配合其他部件完成触发,结构决定功能。
(3)①向前(射击方向); ②顺时针。
(4)压缩弹簧;安全卡扣+保险杆;扳机。
(5)1.增设保险杆联动结构:保险杆连接卡扣与扳机,未打开保险杆时,扳机无法带动卡扣运动,有效防止误触扳机导致的意外发射,利用“机械联动”实现安全锁定。
2.卡扣采用“防回弹”设计:卡扣钩住弹簧的一端设计为“斜角式”,弹簧的推力使卡扣更紧密地锁定,只有扣动扳机施加反向力才能松开,避免弹簧回弹导致卡扣自行解锁,提升结构稳定性。
(6)优化建议:将望山设计为可调节刻度的活动结构,根据射击距离调节刻度,适配不同的射击需求,提升弩机的瞄准精度(或在望山上增加刻度标识,对应不同的射击距离,让射手根据目标远近选择刻度,体现科学测量的原理)。
供稿:吴慧敏 金华市青春中学
审稿:葛新福 金华市教育教学研究中心
温馨提醒:本期答案和解析将在下期公布,敬请关注。