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测量物质的密度

教学参考

对于一个实验,可能存在多条思路、多种方案,那么在众多实验方案中,我们应如何选择呢?一般来说,选择实验方案主要有三条原则:

1.简便性原则 即要求所选方案原理简单、操作简便,各量易测。应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案。

2.安全性原则 实验方案的实施要安全可靠,不会对人身和器材造成危害,使用易破、易碎的器材时有谨慎操作的意识。所需装置和器材要易于置备,不能脱离实际,不能超出现有条件。

3.精确性原则 不同的实验方案,其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的。在选择方案时,应对各种可能的方案进行初步的误差分析,尽可能选用精确度高的实验方案。

下面结合密度的测量,具体说明如何选择实验方案。

小汉和小盼合作进行测定盐水的密度的实验。他们选择的实验器材:天平(含砝码)、量筒、烧杯、盐水。

实验步骤:步骤一、用天平测出空烧杯的质量1

步骤二、将盐水倒进烧杯,用天平测出装有盐水的烧杯的总质量2

步骤三、将烧杯中的盐水全部倒人量筒中,读出盐水的体积V

步骤四、计算出盐水的密度:ρ=/V =(2-1)/V

他们收拾好实验器材后,一起对实验的过程进行了评估,小汉说:我们的实验原理正确,实验器材使用恰当,操作过程规范,读数准确,计算无误,得出的盐水密度是准确的。

小盼说:在操作过程中,我发现有一点儿盐水沾在烧杯内壁上。这样,尽管我们操作规范、读数准确、计算无误,但我们测量得到的数据还是有了误差,导致计算的结果也有误差。

小汉认真思考后,同意了小盼的意见。然后,他们一起继续探讨如何改进实验方案,尽量减小测量的误差。根据小汉和小盼对实验过程的评估,请思考:

(1)小盼这里所指的测量误差”是在上述实验步骤的第步骤产生的,导致了盐水体积读数(偏大”或偏小”),从而使得盐水密度的计算结果(偏大偏小”)

(2)为了减小实验的误差,必须从质量和体积两方面的测量进行控制。根据小汉和小盼的分析意见,在不增加实验器材的条件下,提出你的实验设计方案,使实验结果的误差达到最小。实验步骤是:。

(3)在你的设计方案中,控制误差的思路是:。

思路点拨:任何测量都有误差,由于仪器的精度、人的读数等原因引起的误差是不可避免的。但是由于实验的操作方法不当而引起的误差,我们是可以避免的。题目测量的是烧杯中盐水的密度,将杯中盐水倒入量筒时,烧杯壁上会沾上盐水,这样测出的盐水体积会偏小,算出的密度会偏大。

注意到了上述因素,小汉提出了改进方案:

步骤一:用天平测出量筒的质量1

步骤二:将适量的盐水倒入量筒中,测出盐水的体积V

步骤三:用天平测出盐水和量筒的质量2

步骤四:计算出盐水密度ρ=(2-1)/V

单纯从减小误差的角度来考虑,上述步骤是正确的。但上述步骤忽略了另一重要因素──安全性。试想,量筒又细又高,底座面积又小,放在晃晃悠悠的天平上,一不留神就会翻倒,怎不让实验者胆颤心惊。作为实验,安全性──包括人身安全和实验仪器安全,应是实验者考虑的首要因素。而具有安全操作的意识,不仅对学生现在,就是将来走向社会,也是公民必须具备的基本素质。

小盼注意到了仪器的安全性,于是提出用量杯代替量筒进行实验。小汉说,量杯比量筒粗矮,放到天平上不容易翻倒,这样安全性有保障了,但量杯精确度比量筒差,测出的数值误差较大,看来实验还需要再设计。

既然烧杯中的水无法全部倒入量筒,我们不妨让它多剩一些,测出烧杯和剩下的盐水的质量,可知倒出去的盐水质量,倒出去的盐水体积可由量筒直接测出,这样就可算出倒出去的盐水的密度。正是这样经历多次设计,多次评估,考虑到各种因素,确定了最佳方案:

步骤一:将适量的盐水倒入烧杯中,测出烧杯和盐水的质量1

步骤二:把烧杯中的一部分盐水倒入量筒中,用天平测出烧杯和剩余盐水的质量2

步骤三:测出量筒内盐水的体积V

步骤四:计算出倒出部分的盐水密度ρ=/V =(1-2)/ V

这种方法避免了因盐水沾在容器壁上所引起的误差,保证m1m2测量准确,V读数准确。

通过上述实验过程,可以看出,对于探究方案的评估和选择是科学探究活动的重要组成部分。在日常实验中,应当注意对实验方案的评估,能对探究的行为和收集信息的科学性、可靠性进行评价。能对这种差异及引起这种差异的规律进行分析,发现和提出新的问题。对探究过程和结果进行评估,提出改进探究方案的具体方法

    
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