初中物理竞赛教程(基础篇):第17讲 密度(附强化训练题及答案)
【内容简介】17.1 学习提要
17.1.1 密度的初步概念
物质的密度据说最早是由古希腊学者阿基米德提出的。不过当时,他用了一个跟物质密度相关的概念,称为比重。他是怎样想到需要引入这一重要概念的呢?公园前200多年,阿基米德为了给古希腊国王验证一个王冠是否是用纯金制成,他首先提出了一个重要的假设:如果王冠是由纯金制成的,那么质量相等的金块和王冠一定应该有相等的体积。开始令阿基米德苦恼的是,他无法用几何学的方法测出形状不规则的王冠的体积,而当他浸入浴桶时看到水从同种溢出,这使他一下子想到了一种测量不规则物体体积的实验方法。接着他就用这一方法解决了王冠是否由纯金制成的难题,并由此引入了比重(密度)的概念。
从阿基米德的发现中我们知道,对于同一种物质来说,不论它的形状如何,只要体积相等,质量就相等。那么对于不同的物质,如何进行比较呢?平时我们常说水比空气重,或者说水的质量比空气大。显然,这是将相同体积的水与空气相比较而言的。如果没有这一前提,就很难进行比较。例如,教室里空气的质量要比10大桶20升(L)饮用水的质量还大。因此,只有比较相同体积的不同物质的质量才有意义。
实验表明,通常情况下,某种物质的质量与体积的比值是一个确定的值,它表示某种物质单位体积的质量。物理学中把这个比值称为物质的密度。物质的密度与物质的质量多少、体积大小无关。对于不同的物质,密度通常是不同的。因此,密度表示了物质本身的一种特性,即:密度=质量/体积,如果用ρ表示密度,m表示质量,V表示体积,密度可表示为ρ=m/V,式中质量m的单位是“千克(kg)”,体积V的单位是“米3(m3)”,密度ρ的单位就是“千克/米3(kg/m3)”,读作“千克每立方米”。密度的常用单位还有“克/厘米3(g/cm3)”,读作“克每立方厘米”。它们之间换算关系是:
1kg/m3=10-3g/cm3;103kg/m3=1g/cm3
不同物质的密度通常是不同的,所以可以用密度来区分不同的物质。
17.1.2 一些常见物质的密度
常温常压下,一些固体的密度如表17-1所示。
常温常压下,一些液体的密度如表17-2所示。
在0℃,标准大气压下,一些气体的密度如表17-3所示。
17.1.3 密度的测量
1、密度测量的基本方法
实验室常用天平和量筒(量杯)测量物质的密度。
根据密度公式ρ=m/V可知,只要设法测出物体的质量和体积,就可以算出组成该物体物质的密度。对于形状规则的固体,可以利用天平测出物体的质量,用刻度尺测出其体积,然后计算出物质的密度。对于液体和形状不规则的固体,则需要借助量筒和量杯来测量它们的体积。
2、用量筒测量固体物质的体积
量筒是测量物体体积的一种常用工具,利用量筒测量物体体积的基本方法如下:
(1)在量筒中先倒入一定量的水,并读出水的体积V水;
(2)把物体浸没于量筒的水中,读出物体和水的总体积V总;
(3)计算出物体的体积V物=V总-V水。
3、量筒的读出方法
(1)视线与液面保持水平,如图17-1所示;
(2)正确读出测量结果的刻度值及单位。
17.1.4 密度的应用
1、鉴别物质
因为密度是特性之一,因此可以用密度值来鉴别物体由何种物质组成。例如金的密度较大,我们可以用密度和其他特性来判别它的真伪和成色。
2、间接测量
(1)密度可以用来测量体积。某些形状不规则的物体,如果不便直接测量它的体积,就可以由密度ρ和质量m,用公式V=m/ρ来计算体积的大小。
(2)密度还可以用来测量质量。某些庞大而形状规则的物体如果不便直接测量它的质量,可以由体积V和密度ρ,用公式m=ρ∙V计算其质量。
3、测量混合物体中各种物质的百分比含量
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