高考物理实验题中如何正确使用天平和量筒测量固体密度

一、实验原理

根据公式 ρ = m/V，需先测量固体质量（m）和体积（V），再计算密度。质量用天平测量，体积通过量筒“排水法”间接测得。

二、实验器材

天平（需配套砝码、镊子）；

量筒（根据固体体积选择合适量程）；

细线（用于悬挂不规则固体）；

烧杯、水（用于排水法测体积）。

三、实验步骤与操作要点

1. 天平的规范使用

调节平衡：

将天平置于水平台面，游码移至标尺左端零刻度线。

调节平衡螺母，使指针在分度盘中央或左右摆动幅度相等（“左偏右调，右偏左调”）。

测量质量：

左盘放待测固体，右盘用镊子按“先大后小”顺序添加砝码，最后移动游码至天平平衡。

读数：质量 = 砝码总质量 + 游码示值（注意最小分度值）。

注意事项：

砝码生锈或磨损会导致质量测量误差（生锈时实际质量偏大，测量值偏小）。

若物体与砝码位置颠倒（左砝码右物体），需用砝码总质量减去游码示值。

2. 量筒的规范使用

选择量筒：根据固体体积预估，选择量程合适且分度值较小的量筒。

排水法测体积：

向量筒中倒入适量水，记录初始体积 V₁（以凹液面底部或凸液面顶部为准）。

用细线系住固体，缓慢浸没于水中，记录总体积 V₂。

体积计算：V = V₂

V₁。

注意事项：

固体需完全浸没且不吸水，否则需用“针压法”或“助沉法”。

若固体表面附着气泡，需轻摇量筒排除，否则体积测量偏大，密度偏小。

四、误差分析与优化方法

1. 质量误差：

砝码问题：砝码缺损或生锈时，需修正质量值。

操作失误：如未调节天平零点，需重新校准。

2. 体积误差：

残留水滴：若取出固体时带出水，导致 V₁ 偏小，V 偏大，密度偏小。

读数误差：视线未与液面齐平（仰视导致 V 偏小，俯视导致 V 偏大）。

3. 优化方案：

使用“两次烧杯法”减少残留液体误差（如测盐水密度时先测总质量，再倒出部分液体测剩余质量）。

对于吸水性固体，可用“埋沙法”或涂蜡处理后再测体积。

五、高考高频考点与答题技巧

1. 实验步骤排序：

常规步骤：测质量 → 测体积 → 计算密度。

若题目中缺失量筒，可用等效替代法（如利用烧杯和水标记体积）。

2. 特殊情境处理：

漂浮固体：需用细针压入水中或绑重物助沉。

微小固体：累积法测多个相同物体总质量与总体积。

3. 数据记录与计算：

单位统一（如质量用克，体积用立方厘米，密度单位 g/cm³）。

结果保留与题目要求一致的有效数字。

六、真题示例与解析

例题（改编自网页2）：

用天平测得石块质量 m = 32g，量筒中水的体积 V₁ = 40mL，放入石块后总体积 V₂ = 52mL，则石块密度为多少？

解答：

体积 V = 52mL

40mL = 12mL = 12cm³，密度 ρ = 32g / 12cm³ ≈ 2.67g/cm³。

总结

掌握天平和量筒的规范操作、误差分析及特殊情境处理是高考实验题的得分关键。实验设计需严格遵循步骤，注意细节以减少系统误差。