李华利用生活中常见物品巧妙地测出一石块的密度,实验过程如下:
A .取一根筷子,用细线将其悬挂,调节悬挂位置,直至筷子水平平衡,悬挂位置记为 O 点,如图甲所示;
B .将矿泉水瓶剪成烧杯形状,倾斜固定放置,在瓶中装水至溢水口处,用细线系紧石块,将石块缓慢浸入水中,溢出的水全部装入轻质塑料袋中,如图乙所示;
C .取出石块,擦干水分;将装水的塑料袋和石块分别挂于筷子上 O 点两侧,移动悬挂位置使筷子仍水平平衡,用刻度尺分别测出 O 点到两悬挂点的距离 l 1 和 l 2 ,如图丙所示。
( 1 )已知水的密度为 ρ 水 ,则石块密度 ρ 石 = _____ (用字母 ρ 水 和所测得的物理量表示);
( 2 )采用上述实验方法,筷子粗细不均匀对实验结果 ____ (选填 “有”或“无”)影响;
( 3 )图乙所示步骤中,若瓶中的水未装至溢水口,实验结果将 _____ (选填 “偏大”、“偏小”或“不变”)。
ρ 水 无 偏大
【解析】
( 1 )图丙中,根据杠杆的平衡条件 F 1 l 1 =F 2 l 2 可得: G 水 l 1 =G 石 l 2 ,由于 G=mg=ρVg 可得: ρ 水 V 水 l 1 =ρ 石 V 石 l 2 ;石块体积等于它排出水的体积,所以, V 石 =V 水 ,则: ρ 水 l 1 =ρ 石 l 2 ,所以, ρ 石 = ρ 水 ;
( 2 )由于实验时调节悬挂位置,直至筷子水平平衡,此时重力的作用线通过支点,支点到重力的作用线的距离为零,则消除筷子自身重对杠杆平衡的影响,所以筷子粗细不均匀对实验结果无影响;
( 3 )若瓶中的水未装至溢水口,则溢出的水的体积小于实际排开的水的体积,则溢出的水的重力小于排开的水的重力,当在图丙实验时, l 1 变大,根 ρ 石 = ρ 水 可知 ρ 石 偏大。