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学习任务一 探究物质的质量与体积的关系
|实验探究|
探究物质的质量与体积的关系
[实验思路]
保持不变，探究同种物质质量与体积的关系；改变，探究不同种类的物质质量与体积的关系。
[实验过程]
(1)取3个不同体积的长方体铝块，用天平分别测量它们的质量，用刻度尺分别测量长、宽、高，计算出它们的体积，填入表格中。
(2)取3个不同体积的长方体木块，用天平分别测量它们的质量，用刻度尺分别测量长、宽、高，计算出它们的体积，填入表格中。
(3)通过比较、分析，寻找这些数据中包含的规律。
(4)在下图中作出$m-V$图像。
[实验结论]
(1)物质相同，质量跟体积的比值。
(2)物质不同，质量跟体积的比值一般。
|探究归纳|
1.同种物质的质量与它的体积成。
质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$与物质的有关。
2.同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$是一个。对于不同的物质，这个比值一般不同，说明这个比值反映的是物质的某种特性。
【活动链接】
同种物质的质量与体积成正比，根据所学知识学会估测质量较大且无法直接测量的物体的质量[本书第103页(实践活动)]。
|学以致用|
|实验探究|
探究物质的质量与体积的关系
[实验思路]
保持不变，探究同种物质质量与体积的关系；改变，探究不同种类的物质质量与体积的关系。
[实验过程]
(1)取3个不同体积的长方体铝块，用天平分别测量它们的质量，用刻度尺分别测量长、宽、高，计算出它们的体积，填入表格中。
(2)取3个不同体积的长方体木块，用天平分别测量它们的质量，用刻度尺分别测量长、宽、高，计算出它们的体积，填入表格中。
(3)通过比较、分析，寻找这些数据中包含的规律。
(4)在下图中作出$m-V$图像。
[实验结论]
(1)物质相同，质量跟体积的比值。
(2)物质不同，质量跟体积的比值一般。
|探究归纳|
1.同种物质的质量与它的体积成。
质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$与物质的有关。
2.同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$是一个。对于不同的物质，这个比值一般不同，说明这个比值反映的是物质的某种特性。
【活动链接】
同种物质的质量与体积成正比，根据所学知识学会估测质量较大且无法直接测量的物体的质量[本书第103页(实践活动)]。
|学以致用|
答案
解：
[实验思路]
保持物质种类不变，探究同种物质质量与体积的关系；改变物质种类，探究不同种类的物质质量与体积的关系。
[实验过程](4) m-V图像绘制：在坐标系中依次描出铝块的坐标点$(10,27)$、$(20,54)$、$(30,81)$，将三点与原点相连得到一条过原点的倾斜直线；再描出木块的坐标点$(10,5)$、$(20,10)$、$(30,15)$，将三点与原点相连得到另一条过原点的倾斜直线。
[实验结论]
(1) 物质相同，质量跟体积的比值相同。
(2) 物质不同，质量跟体积的比值一般不同。
[探究归纳]
1. 同种物质的质量与它的体积成正比。
质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$与物质的种类有关。
2. 同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$是一个定值。
[实验思路]
保持物质种类不变，探究同种物质质量与体积的关系；改变物质种类，探究不同种类的物质质量与体积的关系。
[实验过程](4) m-V图像绘制：在坐标系中依次描出铝块的坐标点$(10,27)$、$(20,54)$、$(30,81)$，将三点与原点相连得到一条过原点的倾斜直线；再描出木块的坐标点$(10,5)$、$(20,10)$、$(30,15)$，将三点与原点相连得到另一条过原点的倾斜直线。
[实验结论]
(1) 物质相同，质量跟体积的比值相同。
(2) 物质不同，质量跟体积的比值一般不同。
[探究归纳]
1. 同种物质的质量与它的体积成正比。
质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$与物质的种类有关。
2. 同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$是一个定值。
解析
【分析】
本题是探究物质质量与体积关系的基础实验，核心运用控制变量法分析问题。探究同种物质质量与体积的关系时，需保持物质种类不变，仅改变体积；探究不同物质的质量与体积关系时，需改变物质种类。通过分析实验数据，可归纳出同种、不同物质的质量与体积比值的规律，进而理解密度这一物质特性的概念。
【解析】
1. 实验思路：根据控制变量法，探究同种物质质量与体积的关系时，应保持物质种类不变，改变体积；探究不同种类物质的质量与体积关系时，改变物质种类。
2. 实验结论：
(1) 对同种物质的不同体积样本，计算质量与体积的比值，结果相同，故物质相同，质量跟体积的比值相同；
(2) 对比不同物质的质量与体积比值，结果一般不同，故物质不同，质量跟体积的比值一般不同。
3. 探究归纳：
1. 同种物质的质量随体积增大按比例增大，故质量与它的体积成正比；质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$由物质本身决定，与物质的种类有关；
2. 同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$固定不变，即一个定值，该比值反映物质的特性（密度）。
【答案】
[实验思路]
保持物质种类不变，探究同种物质质量与体积的关系；改变物质种类，探究不同种类的物质质量与体积的关系。
[实验结论]
(1) 物质相同，质量跟体积的比值相同。
(2) 物质不同，质量跟体积的比值一般不同。
[探究归纳]
1. 同种物质的质量与它的体积成正比。质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$与物质的种类有关。
2. 同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$是一个定值。
【知识点】
控制变量法、密度的概念、探究物质质量与体积的关系
【点评】
本题是初中物理密度章节的基础实验题，重点考察控制变量法的应用及实验结论的归纳，帮助学生建立密度是物质固有特性的概念，属于教材核心实验内容，难度较低。
【难度系数】
0.3
本题是探究物质质量与体积关系的基础实验，核心运用控制变量法分析问题。探究同种物质质量与体积的关系时，需保持物质种类不变，仅改变体积；探究不同物质的质量与体积关系时，需改变物质种类。通过分析实验数据，可归纳出同种、不同物质的质量与体积比值的规律，进而理解密度这一物质特性的概念。
【解析】
1. 实验思路：根据控制变量法，探究同种物质质量与体积的关系时，应保持物质种类不变，改变体积；探究不同种类物质的质量与体积关系时，改变物质种类。
2. 实验结论：
(1) 对同种物质的不同体积样本，计算质量与体积的比值，结果相同，故物质相同，质量跟体积的比值相同；
(2) 对比不同物质的质量与体积比值，结果一般不同，故物质不同，质量跟体积的比值一般不同。
3. 探究归纳：
1. 同种物质的质量随体积增大按比例增大，故质量与它的体积成正比；质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$由物质本身决定，与物质的种类有关；
2. 同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$固定不变，即一个定值，该比值反映物质的特性（密度）。
【答案】
[实验思路]
保持物质种类不变，探究同种物质质量与体积的关系；改变物质种类，探究不同种类的物质质量与体积的关系。
[实验结论]
(1) 物质相同，质量跟体积的比值相同。
(2) 物质不同，质量跟体积的比值一般不同。
[探究归纳]
1. 同种物质的质量与它的体积成正比。质量跟体积的比值$\frac{m}{V}$与物质的种类有关。
2. 同种物质的质量与体积的比值$\frac{m}{V}$是一个定值。
【知识点】
控制变量法、密度的概念、探究物质质量与体积的关系
【点评】
本题是初中物理密度章节的基础实验题，重点考察控制变量法的应用及实验结论的归纳，帮助学生建立密度是物质固有特性的概念，属于教材核心实验内容，难度较低。
【难度系数】
0.3
例1 探究固体的质量与体积的关系的实验中，小明用3个铝块和3个松木块进行实验。
(1)调节天平平衡后，小明用天平测量体积为10 cm³的铝块的质量，如图所示，这一操作中的错误是。改正错误后，继续进行实验。
(2)实验数据记录如表所示。
①表中空白处数据应为。
②根据1、2、3三次实验数据，可得出结论：同种物质的质量与体积的比值是（选填“相同”或“不同”）的。
③比较铝块和松木块的实验数据，可得出结论：不同物质的质量与体积的比值一般是（选填“相同”或“不同”）的。
(3)在本实验的研究中，我们需要进行多次测量，这是为了（选填“减小误差”或“寻找普遍规律”）。
(4)小明发现实验桌上还有一个未知实心物块，他通过实验测得其质量为32.4 g，体积为12 cm³，通过计算他判断该物块可能是（选填“铝块”或“松木块”）。
【易错警示】托盘天平调平后，在测量物体质量的过程中，不允许再调节平衡螺母。
(1)调节天平平衡后，小明用天平测量体积为10 cm³的铝块的质量，如图所示，这一操作中的错误是。改正错误后，继续进行实验。
(2)实验数据记录如表所示。
①表中空白处数据应为。
②根据1、2、3三次实验数据，可得出结论：同种物质的质量与体积的比值是（选填“相同”或“不同”）的。
③比较铝块和松木块的实验数据，可得出结论：不同物质的质量与体积的比值一般是（选填“相同”或“不同”）的。
(3)在本实验的研究中，我们需要进行多次测量，这是为了（选填“减小误差”或“寻找普遍规律”）。
(4)小明发现实验桌上还有一个未知实心物块，他通过实验测得其质量为32.4 g，体积为12 cm³，通过计算他判断该物块可能是（选填“铝块”或“松木块”）。
【易错警示】托盘天平调平后，在测量物体质量的过程中，不允许再调节平衡螺母。
答案
解：
(1) 称量物体质量的过程中调节平衡螺母
(2) ① 由实验数据计算得：$\frac{m}{V}=\frac{54\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，空白处数据为$\boldsymbol{2.7}$
② $\boldsymbol{相同}$
③ $\boldsymbol{不同}$
(3) $\boldsymbol{寻找普遍规律}$
(4) 计算未知物块的质量与体积的比值：$\frac{m'}{V'}=\frac{32.4\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{cm}^3}=2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，该比值与铝块的质量体积比值一致，因此该物块可能是$\boldsymbol{铝块}$。
(1) 称量物体质量的过程中调节平衡螺母
(2) ① 由实验数据计算得：$\frac{m}{V}=\frac{54\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3}=2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，空白处数据为$\boldsymbol{2.7}$
② $\boldsymbol{相同}$
③ $\boldsymbol{不同}$
(3) $\boldsymbol{寻找普遍规律}$
(4) 计算未知物块的质量与体积的比值：$\frac{m'}{V'}=\frac{32.4\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{cm}^3}=2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，该比值与铝块的质量体积比值一致，因此该物块可能是$\boldsymbol{铝块}$。
解析
【分析】
要解决这道题，需结合天平的使用规则、密度的概念及实验探究的目的逐步分析：
1. 第(1)问：回忆天平使用方法，调平后测量物体质量时，不能调节平衡螺母，只能通过增减砝码或移动游码调平，据此判断错误操作。
2. 第(2)问：①同种物质的质量与体积的比值是定值，选取铝块的实验数据计算该比值即可；②分析铝块的三次数据，比值不变，得出同种物质的结论；③对比铝块和松木块的比值，得出不同物质的结论。
3. 第(3)问：本实验是探究规律的实验，多次测量是为了避免偶然性，寻找普遍规律，而非减小误差。
4. 第(4)问：计算未知物块的质量与体积的比值，与铝块的比值对比，判断物质种类。
【解析】
(1) 托盘天平的使用规则：调节天平平衡后，测量物体质量的过程中，不能调节平衡螺母，只能通过增减砝码或移动游码使天平平衡，因此操作错误为：称量物体质量的过程中调节平衡螺母。
(2) ① 同种物质的质量与体积的比值恒定，选取铝块的实验数据（如$m=54\ \mathrm{g}$，$V=20\ \mathrm{cm}^3$），计算比值：$\rho = \frac{m}{V} = \frac{54\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3} = 2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，故空白处数据为2.7。
② 分析1、2、3次铝块的实验数据，质量与体积的比值均为$2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，因此结论：同种物质的质量与体积的比值是相同的。
③ 对比铝块和松木块的实验数据，两者质量与体积的比值不同，因此结论：不同物质的质量与体积的比值一般是不同的。
(3) 本实验属于探究规律类实验，多次测量的目的是避免实验结论的偶然性，寻找普遍规律。
(4) 计算未知物块的质量与体积的比值：$\rho' = \frac{m'}{V'} = \frac{32.4\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{cm}^3} = 2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，该比值与铝块的质量体积比值一致，因此该物块可能是铝块。
【答案】
(1) 称量物体质量的过程中调节平衡螺母；(2) ①2.7；②相同；③不同；(3) 寻找普遍规律；(4) 铝块
【知识点】
密度概念、天平的使用、实验探究方法
【点评】
本题是探究固体质量与体积关系的经典实验题，重点考查天平的正确使用、密度作为物质特性的理解，以及实验多次测量的目的，题目难度适中，侧重基础知识点的应用，有助于巩固学生对密度概念的掌握。
【难度系数】
0.7
要解决这道题，需结合天平的使用规则、密度的概念及实验探究的目的逐步分析：
1. 第(1)问：回忆天平使用方法，调平后测量物体质量时，不能调节平衡螺母，只能通过增减砝码或移动游码调平，据此判断错误操作。
2. 第(2)问：①同种物质的质量与体积的比值是定值，选取铝块的实验数据计算该比值即可；②分析铝块的三次数据，比值不变，得出同种物质的结论；③对比铝块和松木块的比值，得出不同物质的结论。
3. 第(3)问：本实验是探究规律的实验，多次测量是为了避免偶然性，寻找普遍规律，而非减小误差。
4. 第(4)问：计算未知物块的质量与体积的比值，与铝块的比值对比，判断物质种类。
【解析】
(1) 托盘天平的使用规则：调节天平平衡后，测量物体质量的过程中，不能调节平衡螺母，只能通过增减砝码或移动游码使天平平衡，因此操作错误为：称量物体质量的过程中调节平衡螺母。
(2) ① 同种物质的质量与体积的比值恒定，选取铝块的实验数据（如$m=54\ \mathrm{g}$，$V=20\ \mathrm{cm}^3$），计算比值：$\rho = \frac{m}{V} = \frac{54\ \mathrm{g}}{20\ \mathrm{cm}^3} = 2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，故空白处数据为2.7。
② 分析1、2、3次铝块的实验数据，质量与体积的比值均为$2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，因此结论：同种物质的质量与体积的比值是相同的。
③ 对比铝块和松木块的实验数据，两者质量与体积的比值不同，因此结论：不同物质的质量与体积的比值一般是不同的。
(3) 本实验属于探究规律类实验，多次测量的目的是避免实验结论的偶然性，寻找普遍规律。
(4) 计算未知物块的质量与体积的比值：$\rho' = \frac{m'}{V'} = \frac{32.4\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{cm}^3} = 2.7\ \mathrm{g·cm}^{-3}$，该比值与铝块的质量体积比值一致，因此该物块可能是铝块。
【答案】
(1) 称量物体质量的过程中调节平衡螺母；(2) ①2.7；②相同；③不同；(3) 寻找普遍规律；(4) 铝块
【知识点】
密度概念、天平的使用、实验探究方法
【点评】
本题是探究固体质量与体积关系的经典实验题，重点考查天平的正确使用、密度作为物质特性的理解，以及实验多次测量的目的，题目难度适中，侧重基础知识点的应用，有助于巩固学生对密度概念的掌握。
【难度系数】
0.7
