第十一章多彩的物质世界.pdf

153 第十一章 多彩的物质世界 这些数值是如何计算出来的 在课本中，说到分子的小，举了两个例子，一是将一滴油酸在水面上散开后，可形成厚度为1010m的薄油层，说明分子的直径就是1010m。这是通过实验得出的，因为油酸对水有很强的亲合力，当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时，油酸就在水面上散开，其中的酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上就形成了如图 1 所示形状的一层纯油酸膜。这是一个厚度只有一个分子大小的油膜。如何测出它的厚度呢？这里采用了一种简接的测量方法，先算出一滴油酸溶液中油酸的体积，这就要通过配制油酸溶液时通过浓度进行计算，然后，再测出这些油酸在水面上形成的单分子油膜的面积，就是图中的不规则面积，最后用体积除以面积就是油酸膜的厚度，即油酸分子直径的大小。第二个例子是数 1cm3空气中分子的个数。如果在一个容积为 1cm3的小盒子上开一个小孔，如图 2 所示，每秒让 1 亿个分子跑出来，要经过 9000 年，容器中的分子才能全部跑出来。这 9000 年是怎样计算出来的呢？由于 1cm3的空气中有 2.71019个分子，这些分子跑完所需的时间为：年年秒秒64.8561365243600107.2107.2101107.21111819t，约 9000 年。注重理解本质，熟悉天平使用 天平的使用共分为如下四步，每步在实际测量中都会出现一些不同情况，我们应该注重从本质上理解天平的构造、原理，从而进一步熟悉天平的使用。第一步：使用天平时，应将天平放在水平工作台上。例 1、下列做法是否正确，为什么？(1)将己调好的天平移动一下位置后，可以直接称量；(2)不管桌面是否水平，只要调平横梁就可以称量；分析：(1)不正确。因为天平虽然己调好，但移动位置后，底面是否水平是不知道的，所以此时仍要继续观察横梁是否平衡，如果不平，仍需要继续调节；(2)不正确。天平平衡的标志虽然是横梁平衡，但它是建立在底面水平基础上的，如果底面不水平，刀口的位置就可能不在中央，两盘到刀口的距离就不相等了。第二步：使用前，将游码移至称量标尺左端的“0”刻度线上；调节平衡螺母，使指针尖对准标尺中央的刻度线。例 2、（2007 年镇江）如图 1 所示，实验室里常用托盘天平测量物体 的 _，请 你 指 出 图 中 在 调 节 天 平 时 的 错 误 是：_。分析：托盘天平是用来测量物体质量的；图中的错误在于游码没移至称量标尺左端的“0”刻度线上；就调节平衡螺母，这很难使其平衡。图 1 图 1 图 2 重点讲解 授之以渔 动 手 动 脑 学 物 理 154 第三步：天平的右盘放置砝码，左盘放置需称量的物品，添加砝码和移动标尺游码，使指针对准分度标尺的中央刻度线，此时砝码质量与称量标尺上的示数之和即为所称量的物品的质量。例 3、(2005 年广西桂林)在“用天平称物体质量”的实验中，张强同学用已调节好的天平在称物体质量时，通过增、减砝码后指针偏在分度盘中线左边一点，这时应该（）A把横梁右端螺母向右旋出一些 B把横梁右端螺母向左旋进一些 C把天平右盘的砝码减少一些 D向右移动游码 分析：由于该天平己调好，并在盘内添加了砝码，所以就不能调节螺母了，故 A、B 不对；此时横梁仍不能平衡，就需要通过调节游码来调节，故选 D。例 4、（2007 年淮安）用托盘天平测量物体的质量。测量过程中向右移动游码的作用相当于()A向左调节平衡螺母 B向右调节平衡螺母 C往右盘里增加砝码 D从右盘里减去砝码 分析：游码一般是在所添加的砝码能力达不到的时候才使用，即再加一个小砝码右盘下沉，减去一个小砝码右盘就上翘时，我们需要更小的砝码时使用，所以向右移动游码的作用就相当于往右盘里增加砝码，C 是正确的。例 5、（2007 年无锡）用托盘天平测量金属块的质量时，天平左盘放金属块，右盘放砝码，移动游码后，使天平再次平衡。若右盘中砝码及游码指示位置如图 2 所示，则金属块的质量为_g。分析：物体的质量应等于砝码的质量加上称量标尺上的示数。砝码质量为 20g+20g+5g=45g，称量标尺每个最小格为 0.2g，则标尺上的示数为 2.4g；则物体的质量为 45g+2.4g=47.4g。例 5、小明同学 使用天平测物体质量时，不留神，将物体和砝码位置放反了，当天平平衡时，左盘中共用到了 20g、20g、5g 砝码各 1 个，此时游码指示的示数是 2.4g，则物体的实际质量应该为()A47.4g B42.6g C45g D无法知道物体的质量 分析：用天平称量物体质量时，实际上两盘及游码质量存在如下关系：左盘物体的质量=右盘物体的质量+游码对应的示数；针对该题，则 20g+20g+5g=物体质量+2.4g，则物体质量=42.6g，选 B。第四步：从砝码盒中取砝码时，必须用镊子夹取，不要用手提取。例 6、某同学做实验时，打开砝码盒，发现镊子没有了，他该如何取放砝码呢？分析：从砝码盒中取砝码时，不要用手提取的目的是防止手上的汗液对砝码产生腐蚀作用，致使砝码的质量出现偏差；如果没有镊子，只要手不接触砝码就行，可以通过干净的布、纸垫着取放。出了问题的天平怎么办？天平是一个精密的测量工具，它的使用也有一套完整的程序，但是用天平测质量时，有时会出现一些小的问题，对这些问题的正确处理正是考查对天平使用的一个热点。一、天平的调节 正确步骤：把天平放在水平桌面上易于操作的地方，用镊子把游码轻轻拨至标尺左侧的零位，调节平衡螺母，使横梁水平平衡。习题 1、小华在调节天平时，忘记了将游码归零，结果用这架天平称物时()A测量值大于真实值 B测量值小于真实值 C测量值等于真实值 D条件不足，不好判断 分析：游码没归零，调节天平平衡时我们可以通过调节螺母使其重新平衡，再用它测量物体质量又平衡时，没归零的游码所对应的质量值将加入物体的质量，故测量的质量值将增大。习题 2、小明用一架托盘天平测量物体的质量时，将己调好的天平又移动了一个新位置，则此20g 图 2 20g 5g 0 1 2 3 4 5g 授之以渔 155 时()A不用调节，直接可以测量物体的质量 B应该在新位置再次调节，才能测物体的质量 分析：托盘天平使用时应该放在水平桌面上，如果在某个位置己调好，换了个位置，则不能保证这个位置与原来的确在一个平面上，故应该重新调节天平，使其横梁平衡，然后再测物体的质量。习题 3、某实验室有一架托盘天平(带有一盒砝码)，横梁上的调节螺母己无法旋动，其它部件均保持完好，天平的等臂性没有改变。将它放在水平桌面上观察横梁平衡时，指针总偏向分度盘的左端，调换左、右两盘的位置也无法改变这种状况。请你使用这架天平，测出一个小金属块的质量。要求简述测量过程，表达出测量结果。(可以选用生活中常见的材料)_ _。分析：用天平测质量前应把横梁调平衡，调节横梁平衡必须用螺母。该题中螺母己无法使用，螺母的作用就是将质量不相等的两盘调节成相等的，向右旋动螺母相当于右盘增加了一定质量的物体，向左旋动螺母相当于左盘增加了一定质量的物体。现在螺母不能旋动了，只能人为地向质量较小的盘增加小重物了。指针总偏向左端，说明左盘质量大，右盘质量小，所以把游码放在标尺左端的 0 刻线处，在天平右盘加些小物件(如小砝码、橡皮泥等)，就能使天平横梁平衡；然后将待测金属块再放到天平左盘上，在右盘上加砝码，并调节游码，直至天平重新平衡。则右盘中砝码的质量加游码所对的刻度值，就是待测金属块的质量。二、测质量时的方法 正确步骤：把待测物体物在左盘，估计被测物体质量的大小，用镊子夹取适当的砝码轻放在右盘中，用镊子轻拨游码，使指针在中央刻度线两侧摆动的幅度基本相同时，就表示天平己经平衡了，那么右盘中砝码的质量加上游码对应的质量值，就是物体的质量。习题 4、天平用久了，砝码会造成磨损，用这种受磨损的砝码来称物体的质量，其测量结果将()A偏大 B偏小 C不受影响 D无法判断 分析：砝码磨损后的质量减少，但所表示的质量没变，所以测量结果会变大。习题 5、用调节好的天平去测量物体的质量，在天平的右盘里无论如何加减砝码，都不能使横梁平衡，则此时可采用的方法是（）A交换托盘 B移动游码 C调节横梁上的平衡螺母 分析：使用己调节好的天平去测量物体的质量时，螺母和托盘都不能再调了，因为它们都是在放物体之前就已经调好的；由于天平砝码的配制并不是所有规格的砝码都有，在最小砝码以下的质量是靠移动游码对应的刻度来代替的，向右拨动游码，相当于向右盘增加了一定质量的小砝码；若在右盘里加一个最小的砝码，右盘下沉，则表示右盘应该加一个比最小砝码更小的砝码，这时就通过移动游码来完成这项任务，故选 C。习题 6、用托盘天平称物体质量时，将被测物体和砝码放错了位置。若天平平衡时，左盘放 100g和 20g 的砝码各一个，游码所对应的刻度值是 4g，则物体质量为()A124g B122g C118g D116g 分析：向右拨动游码，相当于在右盘增加了一定的质量，则天平平衡时存在：左盘中的质量=右盘中的质量+游码对应的质量值。结合本题，就存在以下等式：100g+20g=物体的质量+4g，即物体的质量=120g4g=116g。故选 D。巧用天平分辨真伪 题目：有七只同种材料制成、外形完全相同的小零件，已知其中一只内部的缺陷，质量偏小，想用托盘天平来寻找这只零件，排除偶然因素，至少需要使用天平几次()一题多解 156 A4 次 B3 次 C2 次 D1 次 分析：有缺陷的零件，说明其质量和其它的零件质量是不同的。因天平两托盘放质量相等的物体时，它就会平衡，所以我们可以通过将不同的零件放到天平上，观察天平的平衡情况来判断有缺陷零件的是哪一个。方法(一)：因零件总数是 7 个，我们将 3 个放在天平的左盘，3 个放在天平的右盘，剩下 1 个。如果天平平衡，则剩下的 1 个为有缺陷的零件，此时只用 1 次就可确定。这就属于“偶然因素”，因我们不考虑这种情况，那就是指天平不平衡时的状态；如果天平不平衡，则向上翘起的托盘中一定含有缺陷零件。同理，对于这 3 个零件，我们将 2 个分别放在天平的两盘，如果天平平衡，则剩下的就是有缺陷零件；如果不平衡，上翘的盘中即为有缺陷零件。故需要使用天平 2 次。方法(二)：我们也可将零件分成这样的三部分，2、2、3。天平的每盘放 2 个零件，如果天平平衡，则缺陷零件一定在剩下的 3 个零件中，我们可以通过再次在天平的两盘各放 1 个来判断出，也需要 2 次；如果天平不平衡，则上翘的盘中 2 个零件必有一个有缺陷，然后将这两个再放到天平上比较，则上翘的盘中零件为有缺陷的，也使用天平 2 次。看来，像这样找有缺陷零件的题目，必须已知有缺陷零件的质量是偏小还是偏大，如果零件的总数为 N，则用天平找出次品的最少称量次数(排除偶然因素)有以下规律：当 N3 时，只需要 1 次；当 3N32时，只需要 2 次；当 32N33时，只需要 3 次；当当 3n1N3n时，只需要 n 次.如果我们把上题改一下，看你判断：1、有 7 只同种材料制成、外形完全相同的小零件，已知其中一只内部的缺陷，质量偏大，想用托盘天平来寻找这只零件，排除偶然因素，至少需要使用天平几次()A4 次 B3 次 C2 次 D1 次 2、有 17 只同种材料制成、外形完全相同的小零件，已知其中一只内部的缺陷，质量偏小，想用托盘天平来寻找这只零件，排除偶然因素，至少需要使用天平几次()A4 次 B3 次 C2 次 D1 次 答案：1、C；2、B。三种提供信息方式的横向比较 在习题中，有许多向我们提供信息的方式，其中以图示、表格、图像提供的信息最为广泛。下面我们就这三种提供信息的方式进行横向比较，以总结出其中的规律。一、以图示的方式提供信息 习题 1、质量为 30g 的烧杯，装有适量某种液体，放在己调整后的天平上，平衡时砝码的质量及游码所在的位置如图甲所示，则液体的质量是_g；将液体倒入量筒中，如图所示，液体的体积是_cm3；根据上述实验结果可知，液体的密度是_kg/m3。分析：由图示可知，天平左盘放物体，右盘放砝码，游码被拨到一定的位置，故左盘中物体的质量为50g+10g+5g+1.8g=66.8g，杯中液体的质量为 66.8g30g=36.8g；液体的体积我们可以通过量筒的读数得到，其体积为 V=46mL=46 cm3；则液体的密度为8.0468.36Vm(g/cm3)=0.8103kg/m3。以图示方式提供信息主要是为了考查视图能力、实验的基本操作、及简单的单位换算等。做题时要特别注意一些小的环节，如游码表示的质量大小不能忽略、减去烧杯的质量才是液体的质量、量筒中每小格的体积是 2mL 等，不细心反而会造成大失误。二、以表格的方式提供信息 0 1 2 3 4 5g 50g 10g 5g 10 20 30 40 50 图 1 授之以渔 157 习题 2、固原县有一个女生研究小组，由于她们无法直接获取黄河水，因而设计并进行了黄河水含沙量的模拟研究。她们在一个量筒中放入 50g 干燥的“黄土”，先倒入 250mL 清水，接着每次加入 50mL 清水配制成不同的泥沙水，并分别测出不同泥沙水的体积，她们的有关实验数据见右表(1)分析右表中的有关数据，你认为泥沙水的含沙量和泥沙水的密度有什么关系？(2)研究小组发现，她们的实验可以测得“黄土”的密度，请你根据表中数据算出“黄土”的密度，并作必要的说明。分析：在第 1 问中，欲找出泥沙水的含沙量和泥沙水的密度有什么关系，应该在最后两栏中进行比较。由表可知，含沙量越大，泥沙水的密度就越大。在第二问中，欲求“黄土”的密度，应知道它的质量和体积，其质量是已知的，为 50g，那么它的体积是多大呢？这要求我们通过表格将它的体积得出来，通过比较我们会发现，表中第 3 列和第 4 列分别列出的是水的体积和泥沙水的体积，其差就是“黄土”的体积，这四次的体积分别是26cm3、24cm3、25cm3、25cm3，我们取其平均值为 25cm3。故“黄土”的密度22550Vm(g/cm3)=2103kg/m3。用表格的方式提供信息主要是考查分辨能力，由于表中提供的信息较多，要求能从中抽出对我们有用的信息，这种抽出有时是在全面衡量表格内容及题意的情况下得出的，对我们的要求较高，做这种题要特别注意表格中各列(或行)所表示的量有什么不同，抓住这种差异，得出结果。三、以图像的方式提供信息 习题 3、如图 2 所示，为质量、体积的关系图像，请根据图像回答下列问题：(1)甲物质的密度 甲为多少？(2)甲物质的密度是乙物质密度的几倍？分析：(1)在图像中，甲物质对应两组非常明显的数值，一组是 m1=2.7g，V=1cm3；一组是 m2=5.4g，V=2cm3。使用任何一组都可将甲的密度计算出来，故7.217.211Vm甲(g/cm3)=2.7103kg/m3。(2)由图像可知，在质量都是 2.7g 时，甲对应的体积是 1cm3，乙对应的体积是 3cm3，故甲、乙两物质的密度之比是313甲乙乙甲VV，即甲的密度是乙密度的 3 倍。用图像的方式提供信息也为我们提供了大量的数值，只要在图像中选其合适的数值就可计算，这种状态量的给予是通过两坐标相对应的量来实现的。如何让物理计算变简单 密度这部分涉及的物理计算较多，不少同学在这里卡了壳，有的题知道怎样做，可就是不知从何下手，有的知道怎样解，可就是结果算不对，计算速度极慢。针对这种情况，我向大家提几点建议，希望对同学们有所帮助。一、用科学计数法 序号 泥沙质量/g 水体积/cm3 泥沙水体积/cm3 泥沙水质量/g x 含沙量/kgm3 泥沙水密度/kgm3 1 50 250 276 300 181.16 1.087 2 50 300 324 350 154.32 1.080 3 50 350 375 400 133.33 1.067 4 50 400 425 450 117.65 1.059 V/cm3 m/g 0.9 1.8 2.7 3.6 4.5 5.4 1 2 3 甲 乙 图 2 授之以渔 158 习题 1、一个体积为 0.5dm3的铁球，其质量是 1.58kg，问它的实心的还是空心的，如果是空心的，空心部分能注入水的质量是多少？分析：对于该球是否空心，我们有三种比较有方法，一是比较其密度，二是比较其质量，三是比较其体积。联系下面的问题，比较其体积还是较为简便的，它可以在求注入水的质量时快速算出空心的体积。如果质量为 1.58kg 的球是实心的，其体积应为3333102.0/109.758.1mmkgkgmV铁，即0.2dm3，由于实际体积是 0.5 dm3，故该球是空心的。空心部分的体积是 V=0.5 dm30.2 dm3=0.3 dm3，能注入水的质量是 m=水V=1.0103kg/m30.3103m3=0.3kg 在该题中，运用科学计数法，将体积的得出变的简单，如果密度表示为 7900kg/m3，体积表示为0.0002m3，这运算起来该多麻烦呀!现在将3101单独得出 103，1.58 与 7.9 相除正好是 0.2，表示为0.2103m3也较为简捷；再者，注入水的质量计算时 103103=1，这也是运用科学计数法快速计算的应用之一。二、针对不同的情况采用不同的单位 习题 2、一个小瓶子装满水后总质量是 210g，如先在小瓶中放入一小块质量为 45.5g 的金属块后再装满水，则称得总质量为 251.5g，求该金属块的密度，它可能是什么金属？分析：为了能快速理解题意，我们不妨先画出该题的示意图，如图 1 所示就是该题的示意图。欲求该金属块的密度应知道其质量和体积，质量等于 45.5g，那体积就应该是金属块排开水的体积，由于排开水的质量能计算，m=210g(251.5g45.5g)=4g；则排开水的体积334/14cmcmggmV水，这也是金属块的体积，故金属块的密度3333/104.11/4.1145.45mkgcmgcmgVm金。由于该题所已知的质量单位是 g，如果我们变换成 kg，势必人为造成许多的麻烦，我们因势力导，就用密度的另一个单位 g/cm3，正好省去许多的麻烦，给解题带来了方便。三、尽量综合计算 习题 3、飞机设计师为减轻飞机重力，将一钢零件改为铝制零件，使其质量减少 104kg，则所需铝的质量是(钢=7.9103 kg/m3，钢=2.7103 kg/m3)A35.5 kg B54 kg C104 kg D158 kg 分析：设零件的体积为 V，则由题意得 钢V钢V=104kg，则33102.5104104mkgV铝钢。所以所需铝的质量为 m=钢V=2.7103 kg/m33102.5104m3=2.51047.2kg=54kg。该题是一个小综合，我们并没有将体积 V 的值具体计算出来，而是将它以分式的形式代入到下面的一个计算式子中，为最后综合的约分打下了良好的基础，由于体积值不用计算，也提高了整个题的解题速度。水 210g 水 251.5g 45.5g 图 1 159 说说取样研究问题的方法 有时，我们遇到的物体的量很大，或物体的量不容易测量，那么此时就要学会用取样的方法来研究这些问题。取物体的一小部分，或规则的一些小物体，我们称之谓“样本”，先对它进行测量，然后再利用容易测得的量通过计算将物体未知的量算出。如 2004 年陕西省中考实验题：在学校学习生活中，课桌与我们朝夕相处。那么，你是否知道课桌所用的材料的体积有多大呢？某中学木工房新做了一批简易木制课桌，请你运用所学物理知识，选择恰当的工具或器材，设计一个方案来测定一张这种简易课桌所用木料的体积。(方案设计应该科学合理，不能损坏课桌)分析：课桌所用材料的体积是一个不容易的量，为此，我们可以采用取样的方法，先取一小块木块做“样本”，用天平测出它的质量和体积，然后再称出课桌的质量，由于小木块和课桌的材料是相同的，故它们的密度相同，由此可以计算出课桌的体积。若用刻度尺测得木块的长、宽、高分别为 a、b、c，质量为 m样，课桌的质量为 M，则计算课桌的体积为：样mabcMMV可见，在该题中，取样的思想设计很突出。又如 2004 年南宁市中考实验题：如图所示，A、B 是从同一块厚度均匀的金属片上裁下的两小片，其中 A 片是正方形的，B片的形状不规则。请你用一种物理方法准确地测出B 片的面积。提供的器材有：刻度尺；天平(附砝码)；量筒、水和细线；弹簧测力计和细线。要求：写出所选用的器材，测量的步骤，所测的物理量，并用所测的物理量符号写出 B片面积的表达式。(注意：只需写一种方法)器材：_、_。(填入器材的序号即可)步骤：_ _。表达式：SB=_。分析：由于 B片的形状不规则，通过与 A 片比较可以看出，A 片就是它的“样本”，因为它们的材料相同，厚度相同。我们可以通过测量样本 B片的面积计算出 A 片的面积，这其中，两片的密度是相同的，所以我们还要测出两片的质量。故选用的器材是天平(附砝码)或弹簧测力计和细线测质量，用刻度尺测体积。若测得两物体的质量为 mA、mB，A 片的边长为 L，则 A 片的面积为L2，则 B片面积的计算公式为AABBSSmm。可见，在该题中，A 片就是己给你的样本。测物体的密度为什么多提供水 平时我们都用天平和量筒测物质的密度，天平测质量，量筒测体积，二者相除即是物质的密度；但在缺少测量工具的情况下，我们只能测出质量和体积中的一个量，另一个量就需要通过一种已知密度的物质来比较得出，这也是在测密度时经常需要水的原因，通过某种等量关系，将不能直接测得的量通过已知密度的水来获得。例 1、只有一架天平，一只空茶杯和适量的水，请你利用现有器材，测出一碗豆浆的密度，写出步骤及其表达式。分析：天平只能测质量，但怎样测出体积呢？由于豆浆和水都具有流动性，如果让它们具有相同的体积，那么豆浆的体积就可以通过测水的体积来获得，这实际上是一个等量代换问题。A B 授之以渔 重点讲解 160 实验步骤：(1)调节天平平衡，用天平测出空茶杯的质量为 m0；(2)用天平测出茶杯装满水后的总质量 m1；(3)用天平测出茶杯装满豆浆后的总质量 m2。计算公式：因为水的质量 m水=m1m0，故水的体积 V水=水01mm；豆浆的质量 m豆浆=m2m0，故豆浆的体积 V豆浆=豆浆02mm。因为 V水=V豆浆；所以水01mm=豆浆02mm，即水豆浆0102mmmm。例 2、现有如图所示的实验器材：一些碎玻璃、装有果冻用的塑料小盒子(重力忽略不计)、量杯一个、足量的水。仅利用这些器材，请你设计一个测量玻璃密度的实验方案。要求：(1)写出实验步骤，并用字母把要测量的物理量表示出来；(2)用测量的量将玻璃的密度表示出来。分析：量杯是用来测体积的，但怎样测质量呢？由于小试管放入盛水的量筒中会处于漂浮状态，那么浮力就等于它受到的重力，通过测出排开水的体积，计算浮力，然后再求出小试管的质量。故(1)测量步骤：用量杯装上适量的水，记下此时的示数 V1；用塑料小盒子装适量的碎玻璃后，轻轻放入盛水的量杯中，让其漂浮，记下此时的示数 V2；将塑料小盒子从量杯中取出后，记下此时的示数 V3，然后将塑料小盒子中的玻璃全部倒入量杯中，记下此时的示数 V4；(2)计算公式：由于塑料小盒子装适量的碎玻璃后漂浮，故F浮=G排；即 水g(V2V1)=m玻璃g；则 m玻璃=水(V2V1)；又因为玻璃的体积 V玻璃=V4V3；所以水玻璃玻璃玻璃3412VVVVVm。可见，测物体密度时如果缺少一种测量工具，一般会给定水，它的作用就是要将所缺少测量工具的物理量得出来，因为水的密度是已知的。如何设计开放类实验题 物质的属性有很多，比如颜色、气味、硬度、状态、密度、凝固点、沸点等，想鉴别物质，应选用适当的属性。这类的实验设计题都具有一定的开放性，需要我们的思维尽可能灵活些。例 1、(2005 年吉林)现有一杯水，一杯酒精，一铁块，一木块，它们之间存在许多不同特征，由此请你提出一个你想研究的问题，并提出解决问题的方案。示例：提出问题：研究水和酒精沸点的高低。解决方案：加热水和酒精至沸腾后，用温度计测量即可得知。提出问题：_；解决方案：_。分析：该题给出了四种物质，主要考查我们提出问题的能力。针对这四种物质，如果我们从不同的角度去分析，你就会提出不同的问题。如从颜色角度去看，铁块和木块的颜色不同；从气味角度看，水和酒精的气味不同；从硬度角度看，铁块和木块的硬度也有不同；从密度角度看，水和酒精、铁块和木块的密度也是不同的；这些都可以充当我们提出问题的思路。故我们仿照示例可以整理出若干个这样的问题：水授之以渔 161 问题：研究铁块和木块密度的不同；方案：分别测出铁块和木块的质量和体积，计算它们的密度。问题：研究铁块和木块硬度的不同；方案：用铁块和木块的棱相互挤压，根据物体表面下陷的程度判断硬度的大小。问题：研究水和酒精凝固点的高低；方案：让水和酒精温度降低，用温度计测量水凝固和酒精凝固时的温度，说明酒精的凝固点比水低。例 2、(2006 年福州)有两个大小相同、外表涂有相同防护漆的实心立方体，已知其中一个是铁块，另一个是木块，你能在不损坏防护漆的前提下鉴别出它们吗?请你写出两种鉴别方法。方法一：_ ；方法二：_ 。分析：由上题知道，铁块和木块存在的差异是很多的，但由于它们的表面都涂有防护漆，所以我们就不能通过颜色鉴别了，又因为鉴别时不能损坏防护漆，所以不能通过硬度、燃点鉴别了。但题中有二者体积相等的已知条件，所以我们可以通过密度的不同来鉴别它，还可以通过磁铁对铁块有吸引力来鉴别它，故方法有：(1)用磁铁分别靠近它们，能够被吸引的是铁块，不能够被吸引的是木块；(2)把它们都放入水中，上浮的是木块，下沉的是铁块；(3)它他们放到己调好的天平两端，下沉那端对应的是铁块，上升的那端对应是木块。各方法填写时要求言简意赅，不拖泥带水，把意思表达清楚即可。【资料 1】砝码盒为什么这样组合？每架天平都配有一套砝码，作为标准质量。砝码保存在砝码盒里。砝码的质量通常是：（1）1，2，2，5，10，20，20，50，100 克；（2）10，20，20，50，100，200，200，500 毫克。很容易看出，这是一个有规律的“1，2，2，5”序列。为什么砝码的质量要采用这样的序列呢？我们知道，被测物体的质量，只有通过天平与砝码（质量已知的标准物）相“比较”才能确定。因此，在测量所能达到的精确范围内，被测物的质量可以认为是一些正整数的组合。例如，15.3 克可以认为是由 15 克和 300 毫克这两个单位不同的正整数组成的。用天平称出这一质量应准备 15 克和 300 毫克的砝码。如果天平的称量范围是 1100 克，是不是就要准备 100 只 1 克的砝码呢？其实这是不必要的，采用“等量累积代替”法，我们就可以减少砝码的个数。例如 15 就可以由 5 和 10 累积代替。不难发现，110 以内的任何整数都可以由 1，2，2，5 四个数经过适当搭配累积（相加）而成。如 3214，422，752。因此，只要准备质量数分别是 1，2，2，5 克四只砝码，就可以满足 110 克整数称量的需要。同理，要称 100900 毫克范围内 100 毫克整数倍的质量，只需要准备100，200，200，500 毫克的四只砝码。因此，砝码盒内砝码的质量都采用“1，2，2，5”序列。如果这盒砝码的最小砝码是 100 毫克，最大砝码是 100 克，那么这台天平用砝码称量的精确度为 100 毫克，称量范围为 100 毫克211 克。这就是说，凡在这个精确度和范围内的任何数值的质量，都可由砝码盒中的砝码累积代替。如 175.5 克可由 100 克、50 克、20 克、5 克、500 毫克的砝码累积而成。这就保障了在测量范围内，任何一个质量数值都能由这些砝码中的某几个组合出来，并且从总体上来说，所需要的砝码个数又是最少的。另外，这样组合还有利于较快地测出物体的质量。测量时如果采用从小到大或从大到小，逐一增减砝码的方法，添减砝码和扭动止动旋扭的次数就会增多，这将引起横梁变形，增大误差。采用“半分法”添减砝码（每次添减上次添减砝码的一半），就会减少添减砝码的次数，现以实例具体说明：如果待测物体的质量是 1755 克（现在我们尚不知道这个数值，要通过试验，把它测出来）。测量时，如果我们先放一个 100 克的砝码，天平示出砝码的质量小于物体，如果我们采用从小到大的方法来添减砝码，就要经过下面这样的步骤：添 10 克砝码，（不足），再添 20 克（不足），再添 50物 理 大 观 园 物理小常识 162 克（超过），取下 10 克（不足），添 1 克（不足），添 2 克（不足），添 5 克（超过），取下 1 克（不足），添 100 毫克（不足），添 200 毫克（不足），添 500 毫克（超过），取下 200 毫克（仍超过），取下 100 毫克，这时就平衡了。如果采用“半分法”添减砝码，则只要经过下面的步骤；先放 100 克的砝码，不足，添上等于它一半的砝码 50 克，还不足，再添等于 50 克一半左右的砝码 20克，仍不足，再添上 10 克的，这时超过了，取下它，换添 5 克的（不足），再添 2 克的（超过了），把它取下换添 1 克的（还超过），取下，添上 500 毫克的，天平正好平衡。很明显，采用“半分法”，添减砝码的次数减少了。也许你能由此联想到，我们使用的人民币，也是由 1 分、2 分、5 分，1 角、2 角、5 角，1 元，2 元，5 元等面值的硬币或钞票组成的。【资料 2】密度单位的换算 密度在国际单位制中的主单位是“千克米3”，这是绝大多数同学都能够掌握的，但是要换算单位，不少同学却感到困难了。例如：铁的密度是 7.8103千克米3克厘米3。这个问题可以利用单位换算中的基本方法来解决，那就是分子里的单位变小多少倍，换算后的数值就变大多少倍：1千克103克；分母中的单位变小多少倍，换算后的数值要变小多少倍：1 米3106厘米3，因此，7.810 千克米37.8103（103106）克厘米378 克厘米3；根据这种换算方法；分析一下可以得出密度的单位有一个规律，即：对于某种物质的密度，在分别用“克厘米3”，“千克分米3”和“吨米3”来做单位时，它们的数值是相同的。例如，铁的密度，按照这个规律可知：水7.8 克厘米37.8 千克分米37.8 吨米3。这个“7.8”就是课本上密度表中铁的密度值去掉 103得到的。记住这个规律，不但给密度单位的换算带来很大的方便，而且使一些涉及密度计算的问题变得简单。例如用这种方法来记算水的质量，就是 1 厘米3（毫升）水的质量是 1 克，1 分米3（升）水的质量是 1 千克，1 米3水的质量是 1 吨。【资料 1】电子秤 电子秤是目前城市商店中应用较广的称量、计价工具，它最大的优点是能够自动快速准确地称量和计价，另外，它还有累计顾客购买的不同货物金额、累计总金额、去皮等多种功能。如图是一般电子秤的外形图，前面的三个数字显示窗口，最左面的为质量显示，中间的为商品单价显示，右面的为计价显示，右端的装置为指令键盘，上面的平板秤盘是放商品的地方。当接通 220V 电源并开机后，单价显示窗口显示出“0.00”；如果商品单价为 12.34 元，就分别按数字键 1、2、3、4，即可将商品单价自动输入。把商品放在秤盘上，左边窗口就显示出商品的质量数，右边的计价窗口就显示出商品的金额。如图是电子秤的工作原理示意图，当商品放在秤盘上后，电阻应变式传感器将商品的轻重信号传递给中心控制电路，中心控制电路再将处理后的各种信号输入给数字荧光显示屏，在质量显示窗口就显示出商品的质量；如果质量为“0.195”，单价显示窗口的数字 如果是“12.34”，那么计价窗 口就显示出“2.40”如果该顾客同时还买了另一种商品，则须重新输入该商品的单价，然后按一下“累计”键，把商品放在秤盘上，即可在金额显示窗口显示出累计金额值。当给另一位顾客计价时，必须先按一下“清除”键，即清除前一位顾客的金额，才能开始新的金额计价。如果需要查看一天的营业额时，可先按“功能”键，再按“累计”键，在金额显示窗口即显示出总金额累计值。电子秤是目前比较先进、比较方便的称量工具，其称量规格一般有 15kg、6kg、3kg 等，其精度为 13000，即称量 15kg 时误差在 5g 左右。目前，电子秤还在朝着高精度、多功能的方向发展着。物理与生活 163【资料 2】趣谈水的几个物理特性 在我们人类生活的地球表面上，有 70%的地方由液态水覆盖着，可以说地球是个名副其实的水球。几乎所有的生命形式的主要构成成分都是水，没有水就没有生命的存在，也不会有今天有滋有味的生活。水有很多我们熟知的特性，如无色、无味、能溶解许多物质、在 0时结冰、100时汽化、能吸收大量的热能、能形成晶莹的水珠等等。虽然一般人对水都比较了解，但仍有很多值得研究的地方，即使是它那些熟知的特性也显得是如此地巧妙，因而让人类居住的这个神秘的星球有了无比丰富的生命与多姿多彩的生活。一、水的溶解性与食味 水比其他任何液体都能溶解更多的物质，这要得力于它独特的分子结构，特别是水分子的有极性。我们都知道水的分子式是 H2O。水的分子结构非常简单，由两个氢原子和一个氧原子呈一定对称性组成 V 字型分子。这种结构导致水分子在氧的一边出现微弱的负电，而在氢的一边形成微弱正电，所以水分子很容易相互形成立体的连接，也使它很容易与其他物质的原子因电荷的吸引而相互接合，因而使水有很强的溶解其他物质的能力。比如当我们将盐(NaCl)加到水中时，水分子的有极性使它与盐分子间形成微弱结合，使得晶体盐粒均匀分散到水中。正是这一特性才使得我们的生活中有那么多的美味，我们每一天都在不知不觉中喝下了各种水溶液，酸甜苦辣样样都有。水的这种强溶解性，使得动物体内的水溶液携带着各种所需要的物质在体内循环，从而也为生命的代谢起了重要的作用。二、水的密度与地球生命 在地球环境条件下，水是已知惟一三态共存的自然物质。水的不同状态对应分子的不同排列形式，在固体状态下分子呈高度有序态存在。大多数物质在一定压力下，随着温度的下降，其密度会上升；而水却比较特殊，在温度大于 4时，水是遵循这一规律的，包括从气态水到液态的过程。但在低于 4后，水的密度反而开始减小，即水在 4时的密度最大。水的这种固态密度大于液态密度的特性在自然界中几乎是独一无二的。在地球的大部分能结冰的地方，冬天来临时，水开始结冰，然后浮在水面上，这样将冰下方的液态水与冰上方的冷空气隔离开，从而阻止或是减缓了冰下液态水的固化，也保证了水中以液态水为生活条件的生命形式比如鱼类、水草等的存活。当第二年春天到来时，上升的气温会熔化掉浮在水面上的冰，水又重新回到流动的液态。试想一下，如果水没有这一特殊的物理性质会是什么样的结果？上面的水结冰后往下沉，涌上来的水又结成冰，如此反复，最终是一条河或整个湖都变成硕大的冰疙瘩，水中的生命也就无法生存下去了。果真如此，生命形式是否还这样丰富多彩也就很难说了。三、水的表面张力与植物的吸水 对液态的水来说，它的水分子由于有极性会处于一种半有序的状态，即水分子不断形成小团体同时这种连接又不断被打断，这是液态水有流动性的一个根本原因。水分子之间的吸引使得水有一定的形状，如在重力场中水滴是上小下大的尖椭圆球体而不是散开的。也正是水分子之间的这种内聚力使得水与空气接触的表面形成了与水内部不一样的特征，即表层分子因所受内聚力不同而具有比内部水分子更高的势能，于是产生表面的收缩，在表层上形成一定的张力，可以承受一定的重量。比如我们常看见水面上有小昆虫站立，这时如果用一定倍数的放大镜观察，就会看到昆虫站立处的水表面就像有一层膜一样微微下凹。而且水越纯净表面张力越大，实验中可以看到在很纯净的水面上，一个 5 分的硬币也不会下沉。同样在水与容器的接触壁处，由于水分子之间和水分子与容器的固体分子间的分子作用力的共同作用，水会沿壁上升或是下降一定的位置，这就是水的毛细现象。对于植物的根脉来说水是浸润的，即水会在没有外来压力的情况下自动沿植物的毛细管或毛细缝上升，其上升高度与毛细管的宽度及水溶液本身所含物质以及地球的引力等因素相关。对于大多数不足 1 米的植物而言，利用水的毛细现象吸收水分是一个重要的手段。如果在生活中水没有了这一特性，你桌上的水