各種測(cè)金戒指密度的方法大解密

周永海

（江蘇省海安市白甸鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)，江蘇 海安）

一次小迪的媽媽旅游時(shí)買了一枚金戒指，不知真假，小迪想幫助媽媽。

小迪和她的好朋友小欣、小敏、小堯、小軍五人一起來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)。物理老師給他們提供以下器材：50cm3的量筒一個(gè)；量程為2.5N，最小分度值為0.05N的彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè)；最小砝碼為5g，標(biāo)尺的最小刻度為0.1g的托盤天平一架，還有小燒杯一個(gè)，足量的細(xì)線和水、溢水杯等。

他們經(jīng)討論：認(rèn)為從這些器材中選用一部分進(jìn)行測(cè)量，設(shè)計(jì)一個(gè)最佳的實(shí)驗(yàn)方案，使測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確。（1）寫出選用的器材；（2）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；（3）推導(dǎo)出計(jì)算戒指密度的表達(dá)式。

經(jīng)過(guò)搜集，他們共找出這些測(cè)量密度的方法：

一、常規(guī)方法測(cè)密度

方法（實(shí)驗(yàn) 1）：器材：天平（含砝碼）、量筒、燒杯、線、水

步驟：（1）用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m；（2）在量筒中倒入適量的水，測(cè)出水的體積V1；（3）將戒指用細(xì)線拴好，放在盛有水的量筒中，（排水法）測(cè)出總體積V2。

二、特殊方法測(cè)密度

特殊方法一（實(shí)驗(yàn) 2）：器材：天平（含砝碼）、細(xì)線、小燒杯、溢水杯和水

步驟：（1）用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m1；（2）測(cè)出空燒杯的質(zhì)量m2；（3）把金戒指放在盛滿水的溢水杯中，用燒杯接住溢出的水，測(cè)出溢出的水和燒杯的總質(zhì)量m3。

特殊方法二（實(shí)驗(yàn)3）：器材：天平（含砝碼）、細(xì)線、小燒杯、水

步驟：（1）用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m1；（2）測(cè)出盛滿水的燒杯的總質(zhì)量m2；（3）把金戒指放在盛滿水的杯中，待水溢出后擦干杯外壁，測(cè)出金戒指、水和燒杯的總質(zhì)量m3。

特殊方法三（實(shí)驗(yàn)4）：器材：天平（含砝碼）、細(xì)線、小燒杯、水

步驟：（1）用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m1；（2）測(cè)出盛滿水的燒杯的總質(zhì)量m3；（3）把金戒指放在盛滿水的杯中，把金戒指從水中拿出，測(cè)出剩余水和燒杯的總質(zhì)量m2。

特殊方法四（實(shí)驗(yàn)5）：器材：天平（含砝碼）、細(xì)線、小燒杯、水

步驟：（1）用天平測(cè)出戒指的質(zhì)量m1；（2）測(cè)出盛水的燒杯的總質(zhì)量m2；（3）把金戒指掉著懸掛放在盛水的杯中，測(cè)出水和燒杯的總質(zhì)量m3。

小迪和她的小組利用器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。戒指的質(zhì)量m=5.21g。實(shí)驗(yàn)1：往量筒倒入50.0ml的水；將戒指放入量筒中，水面幾乎不變。所以此方法不行。實(shí)驗(yàn)2：空燒杯的質(zhì)量為28.20g；將溢水杯盛滿水，戒指放入水中，沒(méi)有水流入燒杯中。此方法也不行。實(shí)驗(yàn)3：注滿水燒杯的質(zhì)量m2=103.30g；放入戒指后，總質(zhì)量為m3=107.60g；利用公式求出戒指密度為5.725g/cm3。實(shí)驗(yàn)4：注滿水燒杯的質(zhì)量m3=103.30g；放入戒指后，再將戒指拿出來(lái)，測(cè)出剩下水和燒杯的總質(zhì)量為m2=102.35g；利用公式求出戒指的密度為5.48g/cm3，和上次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差不多。實(shí)驗(yàn)5：往燒杯中放入適量的水，測(cè)出總質(zhì)量為m2=74.31g；將戒指懸掛在水中，測(cè)出此時(shí)質(zhì)量m3=74.60g；算出戒指密度17.97g/cm3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果小迪感到還算滿意。

通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)探究，小迪小組得到了以下的一些收獲：

收獲一：通過(guò)本次的實(shí)驗(yàn)探究，把密度、浮力等知識(shí)及儀器的使用等知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，知識(shí)容量和綜合程度大大提高。分析能力、綜合能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、科學(xué)探究能力和科學(xué)方法等得到了一次較好的鍛煉。

收獲二：以后測(cè)戒指的密度可以這樣做：用精密天平直接測(cè)量戒指的質(zhì)量，取一小燒杯盛適量水，并置于精密天平上，再用細(xì)繩拴住戒指，并小心懸于水中，天平顯示質(zhì)量增加，稍穩(wěn)定后讀取這個(gè)增加值。要注意的是這里由于水分揮發(fā)、水體晃動(dòng)等原因，往往得不到一個(gè)穩(wěn)定的示數(shù)，放入戒指約3-5秒后讀個(gè)中值就行了。

收獲三：如何更加減小實(shí)驗(yàn)誤差：用不易揮發(fā)性的液體代替水；用支架固定絲線，以免受的晃動(dòng)影響準(zhǔn)確性；天平的精確度也在一定程度上影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)方法決定實(shí)驗(yàn)的成敗。

收獲四：通過(guò)此次探究激發(fā)了學(xué)習(xí)和探究物理的積極性，培養(yǎng)了發(fā)散思維和創(chuàng)造性思維能力，自主探究能力得到了提升。小組成員把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出來(lái)，都想主動(dòng)地把實(shí)驗(yàn)演示給大家觀摩，每個(gè)成員都希望得到大家贊許而得到滿足成功感。當(dāng)實(shí)驗(yàn)成功時(shí)，會(huì)得到成員的掌聲與敬慕；當(dāng)實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)，雖然沒(méi)有掌聲，成員們會(huì)伸出友誼之手，在精神上鼓勵(lì)。在實(shí)驗(yàn)中小組成員可以相互探討、相互磋商、相互學(xué)習(xí)，從而達(dá)到共同成功、共同提高的愿望！