5. 以下是小宁粗略测定空气密度的几个操作:
①算出篮球内放出的空气质量$m = m_{1}-m_{2}$;②轻轻松开导管夹,让篮球内空气慢慢进入装满水的集气瓶,在篮球放出一些气体且体积没有明显减小前,停止放气;③调整集气瓶的高度,使集气瓶内外的水面相平,测出集气瓶内空气柱的高度$h$和直径,算出空气的体积$V$;④用电子秤测出打足了气的篮球质量$m_{1}$;⑤测出放气后篮球的质量$m_{2}$。最后根据$\rho = m/V$计算空气的密度。下列选项中操作顺序正确的是()

A.④⑤②③①
B.⑤②④③①
C.②④③①⑤
D.④②③⑤①
[解析]本题的难点是如何准确测量气体的体积。将化学中的排水法应用在气体体积测量中,可以测量出气体体积,并注意测量过程中气体压强变化对气体体积造成的影响。由于气体的体积还与压强有关,所以气体通入集气瓶后需要调整瓶内外的液面高度,使集气瓶内气压等于外界大气压,测出标准大气压下的气体体积;而排出空气的质量只需要通过计算放气前后篮球的质量差便可获得。
[答案]D
①算出篮球内放出的空气质量$m = m_{1}-m_{2}$;②轻轻松开导管夹,让篮球内空气慢慢进入装满水的集气瓶,在篮球放出一些气体且体积没有明显减小前,停止放气;③调整集气瓶的高度,使集气瓶内外的水面相平,测出集气瓶内空气柱的高度$h$和直径,算出空气的体积$V$;④用电子秤测出打足了气的篮球质量$m_{1}$;⑤测出放气后篮球的质量$m_{2}$。最后根据$\rho = m/V$计算空气的密度。下列选项中操作顺序正确的是()
A.④⑤②③①
B.⑤②④③①
C.②④③①⑤
D.④②③⑤①
[解析]本题的难点是如何准确测量气体的体积。将化学中的排水法应用在气体体积测量中,可以测量出气体体积,并注意测量过程中气体压强变化对气体体积造成的影响。由于气体的体积还与压强有关,所以气体通入集气瓶后需要调整瓶内外的液面高度,使集气瓶内气压等于外界大气压,测出标准大气压下的气体体积;而排出空气的质量只需要通过计算放气前后篮球的质量差便可获得。
[答案]D
答案
D
解析
测定空气密度的正确操作顺序为:首先用电子秤测出打足气的篮球质量$m_1$(步骤④);接着轻轻松开导管夹,让篮球内空气进入装满水的集气瓶(步骤②);再调整集气瓶高度使瓶内外水面相平,测出空气体积$V$(步骤③);之后测出放气后篮球的质量$m_2$(步骤⑤);最后算出放出的空气质量$m=m_1-m_2$(步骤①),再根据$\rho=m/V$计算密度。故正确顺序为④②③⑤①。
6. 用提供的器材制作一个液体密度测量工具,要求标定零刻度线,细分刻度并推导判断刻度是否均匀。本实验可提供以下器材:弹簧测力计、胶头滴管、小桶、水、酒精、蔗糖溶液(密度为$1.2\mathrm{g/cm}^{3}$)。
答案
解:
1. 制作及零刻度线标定:
(1)将小桶悬挂在弹簧测力计下端,读取弹簧测力计示数$G_0$,此为小桶的重力,标记该示数位置为密度测量工具的零刻度线(对应液体密度为$0$)。
(2)向小桶内装满水,用弹簧测力计测出总重力$G_水$,计算小桶容积$V = \frac{m_水}{\rho_水} = \frac{G_水 - G_0}{g\rho_水}$。
2. 刻度细分:
(1)向小桶内装满酒精,测出总重力$G_酒$,计算酒精密度$\rho_酒 = \frac{G_酒 - G_0}{gV} = \frac{(G_酒 - G_0)\rho_水}{G_水 - G_0}$,在弹簧测力计示数$G_酒$的位置标记$\rho_酒$。
(2)向小桶内装满蔗糖溶液,测出总重力$G_糖$,计算蔗糖溶液密度$\rho_糖 = \frac{(G_糖 - G_0)\rho_水}{G_水 - G_0}$,在弹簧测力计示数$G_糖$的位置标记$\rho_糖$。
(3)在零刻度线与酒精刻度、酒精刻度与蔗糖溶液刻度之间,均匀划分若干等份,每份对应相等的密度增量,完成刻度细分。
3. 刻度均匀性推导:
设小桶内装满某液体时,弹簧测力计示数为$G$,液体密度为$\rho$。
由液体重力$G_液 = G - G_0$,结合$G_液 = \rho V g$,可得:
$\rho = \frac{G - G_0}{V g}$
由于$G_0$、$V$、$g$均为定值,$\rho$与$G$成正比例关系,即弹簧测力计示数的均匀变化对应液体密度的均匀变化,因此刻度是均匀的。
答:该液体密度测量工具的制作、刻度标定与细分如上,刻度均匀。
1. 制作及零刻度线标定:
(1)将小桶悬挂在弹簧测力计下端,读取弹簧测力计示数$G_0$,此为小桶的重力,标记该示数位置为密度测量工具的零刻度线(对应液体密度为$0$)。
(2)向小桶内装满水,用弹簧测力计测出总重力$G_水$,计算小桶容积$V = \frac{m_水}{\rho_水} = \frac{G_水 - G_0}{g\rho_水}$。
2. 刻度细分:
(1)向小桶内装满酒精,测出总重力$G_酒$,计算酒精密度$\rho_酒 = \frac{G_酒 - G_0}{gV} = \frac{(G_酒 - G_0)\rho_水}{G_水 - G_0}$,在弹簧测力计示数$G_酒$的位置标记$\rho_酒$。
(2)向小桶内装满蔗糖溶液,测出总重力$G_糖$,计算蔗糖溶液密度$\rho_糖 = \frac{(G_糖 - G_0)\rho_水}{G_水 - G_0}$,在弹簧测力计示数$G_糖$的位置标记$\rho_糖$。
(3)在零刻度线与酒精刻度、酒精刻度与蔗糖溶液刻度之间,均匀划分若干等份,每份对应相等的密度增量,完成刻度细分。
3. 刻度均匀性推导:
设小桶内装满某液体时,弹簧测力计示数为$G$,液体密度为$\rho$。
由液体重力$G_液 = G - G_0$,结合$G_液 = \rho V g$,可得:
$\rho = \frac{G - G_0}{V g}$
由于$G_0$、$V$、$g$均为定值,$\rho$与$G$成正比例关系,即弹簧测力计示数的均匀变化对应液体密度的均匀变化,因此刻度是均匀的。
答:该液体密度测量工具的制作、刻度标定与细分如上,刻度均匀。
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