7.(图像分析)如图是一定质量水的体积随温度变化图像,分析图像可知,水在$4°\mathrm{C}$时的

密度
最大;夏季将一瓶常温纯净水放入$1°\mathrm{C}$的冰箱冷藏室中,水的体积将先变小后变大
。答案
密度;先变小后变大 【点拨】质量是物体的属性,不随温度变化,在$4\ °\mathrm{C}$时,水的体积最小,由$\rho=\dfrac{m}{V}$可知,在质量一定的情况下,体积最小,密度最大;由图像可知,质量一定时,温度低于$4\ °\mathrm{C}$时,水的体积随着温度降低而增大;高于$4\ °\mathrm{C}$时,水的体积随温度升高而增大,夏季将一瓶常温纯净水放入$1\ °\mathrm{C}$的冰箱冷藏室中,水的体积将先变小后变大。
解析
【分析】要解决本题,需明确:质量是物体的固有属性,不随温度改变,结合密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,当质量一定时,体积越小,密度越大。观察图像,水的体积随温度变化的曲线显示,4℃时水的体积最小,由此可判断此时水的密度最大。对于常温纯净水放入1℃冷藏室的情况,常温高于4℃,降温过程分为两段:从高于4℃降到4℃时,体积随温度降低而减小;从4℃降到1℃时,体积随温度降低而增大,因此体积变化是先变小后变大。
【解析】1. 分析4℃时水的密度:一定质量的水,质量$m$不变,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,由图像可知,4℃时水的体积$V$最小,因此此时水的密度最大。
2. 分析常温纯净水放入1℃冷藏室的体积变化:常温(高于4℃)的纯净水放入1℃冷藏室,温度从高于4℃逐渐降低到1℃,过程中:①温度从高于4℃降到4℃时,水的体积随温度降低而减小;②温度从4℃降到1℃时,水的体积随温度降低而增大,因此水的体积将先变小后变大。
【答案】密度;先变小后变大
【知识点】密度与温度;质量体积密度关系
【点评】本题结合图像考查水的反常膨胀规律,需结合密度公式分析体积与密度的关系,核心是读懂图像中体积随温度的变化趋势,理解水在4℃时体积最小的特点,属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
【解析】1. 分析4℃时水的密度:一定质量的水,质量$m$不变,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,由图像可知,4℃时水的体积$V$最小,因此此时水的密度最大。
2. 分析常温纯净水放入1℃冷藏室的体积变化:常温(高于4℃)的纯净水放入1℃冷藏室,温度从高于4℃逐渐降低到1℃,过程中:①温度从高于4℃降到4℃时,水的体积随温度降低而减小;②温度从4℃降到1℃时,水的体积随温度降低而增大,因此水的体积将先变小后变大。
【答案】密度;先变小后变大
【知识点】密度与温度;质量体积密度关系
【点评】本题结合图像考查水的反常膨胀规律,需结合密度公式分析体积与密度的关系,核心是读懂图像中体积随温度的变化趋势,理解水在4℃时体积最小的特点,属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
8.(科学论证)舰艇与潜艇共同构成海上攻防体系,因此它们的安全性至关重要。$\ce{CO_{2}}$灭火器可用于舰艇灭火,在某次消防安全演练时,消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体。小明认为,由于密度是物质的一种属性,所以罐内$\ce{CO_{2}}$气体的密度不变。你认为小明的判断是
错误
(填“正确”或“错误”)的,理由是演练时,消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体,含有的物质减小,故质量减小,而气体充满罐子,体积不变,故密度减小
。答案
错误;演练时,消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体,含有的物质减小,故质量减小,而气体充满罐子,体积不变,故密度减小
解析
【分析】
要判断罐内$\ce{CO_{2}}$气体的密度是否变化,需结合密度的定义和气体的特性分析:密度公式为$\rho=\frac{m}{V}$,气体具有流动性,会充满所在的容器,因此气体体积等于容器的固定容积。题目中消耗了部分$\ce{CO_{2}}$,说明气体质量减小,结合密度公式可判断密度变化,进而确定小明的判断是否正确。
【解析】
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$:
1. 灭火器的罐子容积固定,罐内$\ce{CO_{2}}$气体因流动性会充满整个罐子,因此气体体积$V$保持不变;
2. 演练时消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体,罐内气体的质量$m$减小;
3. 由$\rho=\frac{m}{V}$可知,当体积$V$不变、质量$m$减小时,密度$\rho$会减小,因此小明认为“密度不变”的判断是错误的。
【答案】
错误;演练时,消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体,含有的物质减小,故质量减小,而气体充满罐子,体积不变,故密度减小
【知识点】
密度的概念、密度公式的应用
【点评】
本题考查对密度概念的理解,重点是区分气体与固体、液体的体积特性,避免错误迁移密度特性,需结合质量和体积的变化分析密度变化,属于基础概念应用类题目。
【难度系数】
0.5
要判断罐内$\ce{CO_{2}}$气体的密度是否变化,需结合密度的定义和气体的特性分析:密度公式为$\rho=\frac{m}{V}$,气体具有流动性,会充满所在的容器,因此气体体积等于容器的固定容积。题目中消耗了部分$\ce{CO_{2}}$,说明气体质量减小,结合密度公式可判断密度变化,进而确定小明的判断是否正确。
【解析】
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$:
1. 灭火器的罐子容积固定,罐内$\ce{CO_{2}}$气体因流动性会充满整个罐子,因此气体体积$V$保持不变;
2. 演练时消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体,罐内气体的质量$m$减小;
3. 由$\rho=\frac{m}{V}$可知,当体积$V$不变、质量$m$减小时,密度$\rho$会减小,因此小明认为“密度不变”的判断是错误的。
【答案】
错误;演练时,消耗了一部分$\ce{CO_{2}}$气体,含有的物质减小,故质量减小,而气体充满罐子,体积不变,故密度减小
【知识点】
密度的概念、密度公式的应用
【点评】
本题考查对密度概念的理解,重点是区分气体与固体、液体的体积特性,避免错误迁移密度特性,需结合质量和体积的变化分析密度变化,属于基础概念应用类题目。
【难度系数】
0.5
9. (新定义)如图是建筑工程中承重钢筋混凝土梁柱的结构示意图,主要利用了钢筋物理属性中的
(第9题) (第10题)
抗拉强度
(填“密度”或“抗拉强度”),在搭建钢筋框架时应该将受力钢筋放在梁柱的下层
(填“上层”或“下层”)。已知钢筋的密度为7.8 g/cm³,则横截面积为50 mm²、长为10 m的钢筋质量为3.9
kg。粗细均匀的某种物质单位长度的质量定义为线密度,现有直径分别为8 mm和16 mm的两种钢筋,直径为16
mm的钢筋线密度较大。答案
抗拉强度;下层;3.9;16
解析
【分析】
本题需结合钢筋混凝土梁柱的受力特点、密度公式及线密度的定义解题:首先,承重结构中钢筋需承受拉力,对应其物理属性;梁柱承重时下层受拉,可确定受力钢筋位置;计算质量时需统一单位后用密度公式求解;线密度与横截面积相关,横截面积由直径决定,直径越大横截面积越大,线密度越大。
【解析】
1. 钢筋混凝土梁柱承重时,钢筋需承受拉力,因此利用的是钢筋的抗拉强度;
2. 梁柱承重时,下层承受的拉力更大,所以受力钢筋应放在梁柱的下层;
3. 计算钢筋质量:统一单位,横截面积$ S=50\ \mathrm{mm}^2=0.5\ \mathrm{cm}^2 $,长度$ L=10\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{cm} $,体积$ V=S× L=0.5\ \mathrm{cm}^2×1000\ \mathrm{cm}=500\ \mathrm{cm}^3 $,根据$ m=\rho V $,代入$ \rho=7.8\ \mathrm{g/cm}^3 $,得$ m=7.8\ \mathrm{g/cm}^3×500\ \mathrm{cm}^3=3900\ \mathrm{g}=3.9\ \mathrm{kg} $;
4. 线密度是单位长度的质量,粗细均匀的钢筋线密度与横截面积成正比,横截面积$ S=π(\frac{d}{2})^2 $,直径越大横截面积越大,因此直径16mm的钢筋线密度更大。
【答案】
抗拉强度;下层;3.9;16
【知识点】
物质的物理属性;密度的计算
【点评】
本题结合建筑实际考查物理知识,需理解钢筋混凝土结构的受力特点,掌握密度公式的单位换算及线密度定义,属于基础应用类题目,难度适中。
【难度系数】
0.6
本题需结合钢筋混凝土梁柱的受力特点、密度公式及线密度的定义解题:首先,承重结构中钢筋需承受拉力,对应其物理属性;梁柱承重时下层受拉,可确定受力钢筋位置;计算质量时需统一单位后用密度公式求解;线密度与横截面积相关,横截面积由直径决定,直径越大横截面积越大,线密度越大。
【解析】
1. 钢筋混凝土梁柱承重时,钢筋需承受拉力,因此利用的是钢筋的抗拉强度;
2. 梁柱承重时,下层承受的拉力更大,所以受力钢筋应放在梁柱的下层;
3. 计算钢筋质量:统一单位,横截面积$ S=50\ \mathrm{mm}^2=0.5\ \mathrm{cm}^2 $,长度$ L=10\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{cm} $,体积$ V=S× L=0.5\ \mathrm{cm}^2×1000\ \mathrm{cm}=500\ \mathrm{cm}^3 $,根据$ m=\rho V $,代入$ \rho=7.8\ \mathrm{g/cm}^3 $,得$ m=7.8\ \mathrm{g/cm}^3×500\ \mathrm{cm}^3=3900\ \mathrm{g}=3.9\ \mathrm{kg} $;
4. 线密度是单位长度的质量,粗细均匀的钢筋线密度与横截面积成正比,横截面积$ S=π(\frac{d}{2})^2 $,直径越大横截面积越大,因此直径16mm的钢筋线密度更大。
【答案】
抗拉强度;下层;3.9;16
【知识点】
物质的物理属性;密度的计算
【点评】
本题结合建筑实际考查物理知识,需理解钢筋混凝土结构的受力特点,掌握密度公式的单位换算及线密度定义,属于基础应用类题目,难度适中。
【难度系数】
0.6
10. 如图是一瓶医用酒精,75%的酒精溶液杀菌能力最好。小明想知道“75%”是指溶液中酒精的质量占比(即酒精质量占75%,水质量占25%)?还是体积占比(即酒精体积占75%,水体积占25%)?小明想到一个好办法——通过测量酒精溶液的密度来判断:已知酒精密度为ρ₁,水的密度为ρ₂,若是质量占比,则酒精溶液的密度为

$\dfrac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1+3\rho_2}$
;若是体积占比,则酒精溶液的密度为$\dfrac{3\rho_1+\rho_2}{4}$
。(设酒精溶液体积等于酒精体积与水体积之和)答案
$\dfrac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1+3\rho_2}$;$\dfrac{3\rho_1+\rho_2}{4}$ 【点拨】若是质量占比,设总质量为m,则酒精质量为75%m,水的质量为25%m;体积$V=V_{酒精}+V_水=\dfrac{m_{酒精}}{\rho_{酒精}}+\dfrac{m_水}{\rho_水}=\dfrac{0.75m}{\rho_1}+\dfrac{0.25m}{\rho_2}$;密度$\rho=\dfrac{m}{V}=\dfrac{m}{\dfrac{0.75m}{\rho_1}+\dfrac{0.25m}{\rho_2}}=\dfrac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1+3\rho_2}$;若是体积占比,设酒精、水的体积分别为3V、V,则总体积为4V;则$\rho'=\dfrac{m'}{V'}=\dfrac{\rho_1×3V+\rho_2 V}{4V}=\dfrac{3\rho_1+\rho_2}{4}$。
解析
【分析】
本题需分两种情况计算酒精溶液的密度:75%为质量占比、75%为体积占比。解题思路是:①若为质量占比,设总质量为$m$,分别算出酒精和水的质量,利用密度公式求出各自体积,求和得总体积,再用总质量除以总体积得到密度;②若为体积占比,设总体积为$V$,分别算出酒精和水的体积,利用密度公式求出各自质量,求和得总质量,再用总质量除以总体积得到密度。
【解析】
1. 当75%为质量占比时:
设酒精溶液总质量为$m$,则酒精质量$m_1 = 75\%m = 0.75m$,水的质量$m_2 = 25\%m = 0.25m$。
根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$,可得酒精体积$V_1 = \frac{m_1}{\rho_1} = \frac{0.75m}{\rho_1}$,水的体积$V_2 = \frac{m_2}{\rho_2} = \frac{0.25m}{\rho_2}$。
溶液总体积$V = V_1 + V_2 = \frac{0.75m}{\rho_1} + \frac{0.25m}{\rho_2}$,则溶液密度:
$\rho = \frac{m}{V} = \frac{m}{\frac{0.75m}{\rho_1} + \frac{0.25m}{\rho_2}} = \frac{1}{\frac{3}{4\rho_1} + \frac{1}{4\rho_2}} = \frac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1 + 3\rho_2}$
2. 当75%为体积占比时:
设酒精溶液总体积为$V$,则酒精体积$V_1 = 75\%V = 0.75V$,水的体积$V_2 = 25\%V = 0.25V$。
酒精质量$m_1 = \rho_1V_1 = 0.75\rho_1V$,水的质量$m_2 = \rho_2V_2 = 0.25\rho_2V$,总质量$m = m_1 + m_2 = 0.75\rho_1V + 0.25\rho_2V$。
溶液密度:
$\rho' = \frac{m}{V} = \frac{0.75\rho_1V + 0.25\rho_2V}{V} = \frac{3\rho_1 + \rho_2}{4}$
【答案】
$\dfrac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1+3\rho_2}$;$\dfrac{3\rho_1+\rho_2}{4}$
【知识点】
密度的计算;质量与体积的关系
【点评】
本题通过分情况讨论考查密度公式的灵活应用,需明确质量占比和体积占比的不同处理方式,是密度计算的典型题型,能有效检验学生对密度概念的理解和公式的运用能力。
【难度系数】
0.5
本题需分两种情况计算酒精溶液的密度:75%为质量占比、75%为体积占比。解题思路是:①若为质量占比,设总质量为$m$,分别算出酒精和水的质量,利用密度公式求出各自体积,求和得总体积,再用总质量除以总体积得到密度;②若为体积占比,设总体积为$V$,分别算出酒精和水的体积,利用密度公式求出各自质量,求和得总质量,再用总质量除以总体积得到密度。
【解析】
1. 当75%为质量占比时:
设酒精溶液总质量为$m$,则酒精质量$m_1 = 75\%m = 0.75m$,水的质量$m_2 = 25\%m = 0.25m$。
根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$,可得酒精体积$V_1 = \frac{m_1}{\rho_1} = \frac{0.75m}{\rho_1}$,水的体积$V_2 = \frac{m_2}{\rho_2} = \frac{0.25m}{\rho_2}$。
溶液总体积$V = V_1 + V_2 = \frac{0.75m}{\rho_1} + \frac{0.25m}{\rho_2}$,则溶液密度:
$\rho = \frac{m}{V} = \frac{m}{\frac{0.75m}{\rho_1} + \frac{0.25m}{\rho_2}} = \frac{1}{\frac{3}{4\rho_1} + \frac{1}{4\rho_2}} = \frac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1 + 3\rho_2}$
2. 当75%为体积占比时:
设酒精溶液总体积为$V$,则酒精体积$V_1 = 75\%V = 0.75V$,水的体积$V_2 = 25\%V = 0.25V$。
酒精质量$m_1 = \rho_1V_1 = 0.75\rho_1V$,水的质量$m_2 = \rho_2V_2 = 0.25\rho_2V$,总质量$m = m_1 + m_2 = 0.75\rho_1V + 0.25\rho_2V$。
溶液密度:
$\rho' = \frac{m}{V} = \frac{0.75\rho_1V + 0.25\rho_2V}{V} = \frac{3\rho_1 + \rho_2}{4}$
【答案】
$\dfrac{4\rho_1\rho_2}{\rho_1+3\rho_2}$;$\dfrac{3\rho_1+\rho_2}{4}$
【知识点】
密度的计算;质量与体积的关系
【点评】
本题通过分情况讨论考查密度公式的灵活应用,需明确质量占比和体积占比的不同处理方式,是密度计算的典型题型,能有效检验学生对密度概念的理解和公式的运用能力。
【难度系数】
0.5
11. ★★★(小制作)同学们在学习了密度知识后想利用电子秤和烧杯制作一种简易“密度秤”。

(1)如图1和图2,同学们用电子秤和烧杯测出等质量的甲、乙两种不同的液体放在烧杯中的液面高度分别为$ h_1 $和$ h_2 $,则两种液体的密度关系为$ \rho_甲 $
(2)小张发现,当烧杯中液体质量相同时,液面高度满足一定的关系,则$ h_2 = $
(3)如图3,小程为“密度秤”标定刻度线,步骤如下:
①用电子秤和烧杯测出质量为$ m $的水,并在水面处标出“1.0”刻度线(单位:$ g/cm^3 $,下同);
②用刻度尺测出“1.0”刻度线的高度;
③再利用(2)中关系式进行计算,借助刻度尺在烧杯上标出“0.8”“0.9”“1.1”“1.2”等刻度线。分析可知:烧杯上的刻度线分布
(4)由(3)可知,使用“密度秤”时,倒入待测液体,当电子秤示数为
(5)(实验改进)小王发现烧杯上刻度间距太小,测量误差较大,以下改进方案可行的是
A.换质量更小的容器
B.增大液体的质量$ m $
C.换细长的容器
D.换精确度更高的电子秤
(1)如图1和图2,同学们用电子秤和烧杯测出等质量的甲、乙两种不同的液体放在烧杯中的液面高度分别为$ h_1 $和$ h_2 $,则两种液体的密度关系为$ \rho_甲 $
$>$
(填“<”“=”或“>”)$ \rho_乙 $。(2)小张发现,当烧杯中液体质量相同时,液面高度满足一定的关系,则$ h_2 = $
$\dfrac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$
(用$ \rho_甲、\rho_乙、h_1 $字母表示)。(3)如图3,小程为“密度秤”标定刻度线,步骤如下:
①用电子秤和烧杯测出质量为$ m $的水,并在水面处标出“1.0”刻度线(单位:$ g/cm^3 $,下同);
②用刻度尺测出“1.0”刻度线的高度;
③再利用(2)中关系式进行计算,借助刻度尺在烧杯上标出“0.8”“0.9”“1.1”“1.2”等刻度线。分析可知:烧杯上的刻度线分布
不均匀
(填“均匀”或“不均匀”);“1.1”刻度线在“1.0”刻度线的下
(填“上”或“下”)方。(4)由(3)可知,使用“密度秤”时,倒入待测液体,当电子秤示数为
$m$
时,读出液面所对刻度值即为液体的密度。(5)(实验改进)小王发现烧杯上刻度间距太小,测量误差较大,以下改进方案可行的是
B
和C
(填字母)。A.换质量更小的容器
B.增大液体的质量$ m $
C.换细长的容器
D.换精确度更高的电子秤
答案
(1)$>$ (2)$\dfrac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$ (3)③不均匀;下 (4)$m$ (5)B;C
【点拨】(1)已知两种液体的质量相等,由图2又知体积关系,$V_甲<V_乙$,根据密度公式$\rho=\dfrac{m}{V}$可知,质量相等时,体积越大密度越小,故$\rho_甲>\rho_乙$。(2)$m_甲=m_乙$,根据密度公式得,$\rho_甲 V_甲=\rho_乙 V_乙$,设烧杯底面积为S,$\rho_甲 Sh_1=\rho_乙 Sh_2$,则$h_2=\dfrac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$。(5)小王发现烧杯上刻度间距太小,测量误差较大,若要增大该“密度秤”的刻度间距,需要使标准刻度“1.0”刻度线升高,因为$V=Sh$,所以使h变大,应减小S,具体做法:换稍细的容器制作“密度秤”,可以使“密度秤”相邻两刻度线之间的距离变大,或者S不变时,增大液体的体积V(即增大液体的质量m),可以使h增大;换质量更小的容器、精确度更高的电子秤不会使标准刻度“1.0”刻度线升高,不能使“密度秤”相邻两刻度线之间的距离变大,故BC正确。
【点拨】(1)已知两种液体的质量相等,由图2又知体积关系,$V_甲<V_乙$,根据密度公式$\rho=\dfrac{m}{V}$可知,质量相等时,体积越大密度越小,故$\rho_甲>\rho_乙$。(2)$m_甲=m_乙$,根据密度公式得,$\rho_甲 V_甲=\rho_乙 V_乙$,设烧杯底面积为S,$\rho_甲 Sh_1=\rho_乙 Sh_2$,则$h_2=\dfrac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$。(5)小王发现烧杯上刻度间距太小,测量误差较大,若要增大该“密度秤”的刻度间距,需要使标准刻度“1.0”刻度线升高,因为$V=Sh$,所以使h变大,应减小S,具体做法:换稍细的容器制作“密度秤”,可以使“密度秤”相邻两刻度线之间的距离变大,或者S不变时,增大液体的体积V(即增大液体的质量m),可以使h增大;换质量更小的容器、精确度更高的电子秤不会使标准刻度“1.0”刻度线升高,不能使“密度秤”相邻两刻度线之间的距离变大,故BC正确。
解析
【分析】
本题围绕简易“密度秤”的制作展开,核心是利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$及体积与液面高度的关系($V=Sh$)解题。
(1) 已知甲、乙液体质量相等,通过液面高度判断体积大小,再结合密度公式比较密度;
(2) 利用质量相等,结合体积与高度的关系,推导$h_2$的表达式;
(3) 分析液面高度与液体密度的函数关系,判断刻度是否均匀,再根据密度与高度的变化关系确定刻度位置;
(4) 结合标定步骤,明确待测液体质量与刻度的对应关系;
(5) 根据液面高度的表达式,分析增大刻度间距的可行方案。
【解析】
(1) 甲、乙两种液体质量相等,即$m_甲=m_乙$,烧杯底面积$S$相同,由图2知液面高度$h_1<h_2$,根据体积公式$V=Sh$,可得$V_甲=Sh_1 < V_乙=Sh_2$。根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,质量$m$相同时,体积$V$越小,密度$\rho$越大,因此$\rho_甲>\rho_乙$。
(2) 甲、乙液体质量相等,即$\rho_甲 V_甲=\rho_乙 V_乙$,代入$V_甲=Sh_1$、$V_乙=Sh_2$,得$\rho_甲 Sh_1=\rho_乙 Sh_2$,两边约去$S$,解得$h_2=\frac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$。
(3) 当液体质量$m$一定时,体积$V=\frac{m}{\rho}$,液面高度$h=\frac{V}{S}=\frac{m}{\rho S}$,可见$h$与$\frac{1}{\rho}$成正比,$\rho$与$h$不是线性关系,因此刻度线分布不均匀;由于$\rho$越大,$h$越小,“1.1”刻度对应的密度大于“1.0”,故其液面高度更小,在“1.0”刻度线的下方。
(4) 标定“1.0”刻度时,水的质量为$m$,因此倒入待测液体的质量为$m$时,液面所对刻度即为液体密度,即电子秤示数为$m$。
(5) 由$h=\frac{m}{\rho S}$可知,要增大刻度间距(即增大$h$的变化量),可增大液体质量$m$(选项B),或减小容器底面积$S$(换细长容器,选项C);换质量更小的容器、精确度更高的电子秤无法增大刻度间距,故可行方案为B和C。
【答案】
(1)$>$;(2)$\dfrac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$;(3)不均匀;下;(4)$m$;(5)B;C
【知识点】
密度公式应用;体积与高度的关系;密度秤原理
【点评】
本题是密度知识在实际生活中的创新应用,通过制作简易密度秤考查密度公式的灵活运用,需要学生理解液面高度、容器底面积与体积的关系,以及刻度分布的规律,综合性较强,能很好地检验学生对密度知识的掌握程度。
【难度系数】
0.5
本题围绕简易“密度秤”的制作展开,核心是利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$及体积与液面高度的关系($V=Sh$)解题。
(1) 已知甲、乙液体质量相等,通过液面高度判断体积大小,再结合密度公式比较密度;
(2) 利用质量相等,结合体积与高度的关系,推导$h_2$的表达式;
(3) 分析液面高度与液体密度的函数关系,判断刻度是否均匀,再根据密度与高度的变化关系确定刻度位置;
(4) 结合标定步骤,明确待测液体质量与刻度的对应关系;
(5) 根据液面高度的表达式,分析增大刻度间距的可行方案。
【解析】
(1) 甲、乙两种液体质量相等,即$m_甲=m_乙$,烧杯底面积$S$相同,由图2知液面高度$h_1<h_2$,根据体积公式$V=Sh$,可得$V_甲=Sh_1 < V_乙=Sh_2$。根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,质量$m$相同时,体积$V$越小,密度$\rho$越大,因此$\rho_甲>\rho_乙$。
(2) 甲、乙液体质量相等,即$\rho_甲 V_甲=\rho_乙 V_乙$,代入$V_甲=Sh_1$、$V_乙=Sh_2$,得$\rho_甲 Sh_1=\rho_乙 Sh_2$,两边约去$S$,解得$h_2=\frac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$。
(3) 当液体质量$m$一定时,体积$V=\frac{m}{\rho}$,液面高度$h=\frac{V}{S}=\frac{m}{\rho S}$,可见$h$与$\frac{1}{\rho}$成正比,$\rho$与$h$不是线性关系,因此刻度线分布不均匀;由于$\rho$越大,$h$越小,“1.1”刻度对应的密度大于“1.0”,故其液面高度更小,在“1.0”刻度线的下方。
(4) 标定“1.0”刻度时,水的质量为$m$,因此倒入待测液体的质量为$m$时,液面所对刻度即为液体密度,即电子秤示数为$m$。
(5) 由$h=\frac{m}{\rho S}$可知,要增大刻度间距(即增大$h$的变化量),可增大液体质量$m$(选项B),或减小容器底面积$S$(换细长容器,选项C);换质量更小的容器、精确度更高的电子秤无法增大刻度间距,故可行方案为B和C。
【答案】
(1)$>$;(2)$\dfrac{\rho_甲}{\rho_乙}h_1$;(3)不均匀;下;(4)$m$;(5)B;C
【知识点】
密度公式应用;体积与高度的关系;密度秤原理
【点评】
本题是密度知识在实际生活中的创新应用,通过制作简易密度秤考查密度公式的灵活运用,需要学生理解液面高度、容器底面积与体积的关系,以及刻度分布的规律,综合性较强,能很好地检验学生对密度知识的掌握程度。
【难度系数】
0.5
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