对物质密度实验失败的探究和分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇对物质密度实验失败的探究和分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

物质密度的探究是初中物理中重要的科学探究实验之一，也是初中学生最早涉及的对于数据精度要求高，操作相对复杂的实验，要求让学生通过体验科学探究的全过程，熟悉科学探究的主要环节；学习应用“比值”的方法探究物质的性质，建立密度概念，认识密度公式和单位的由来。然而学生往往不能通过实验数据得出正确的结论，常犯一些“想当然”的错误。

下面提供司南版（07年7月修改）八年级物理教材(P.122)：“科学探究：物质的密度”一节公开课的课堂情境：学生各小组通过实验测出了若干杯体积不同的纯水的质量与体积，测出了若干个体积不同的铁块、铜块、铝块的质量与体积，并进行数据的收集整理，计算出了质量与体积的比值。师：请各小组相互交流与合作，回答下面的问题：不同的物质，其质量与体积的比值是否大小相同？生：不相同。师：相同物质，其质量与体积的比值是否大小相同或相近？生：水的结果是相近或相同的，铁、铜、铝的不相同，我们小组间的数值有的相差还较大。师：相互交流一下，思考原因在哪里。生：老师，我们的测量方法没有错呀，各小组间有的数据相近，但没有相同的。生：老师，书上说“同种物质的质量与体积之间的比值是恒定的”，我们测出的却各不相同，是什么原因呢？……生：我们测出的铁、铜、铝的密度和书上的对比，结果也相差较大，谁的正确呢？……学生在交流中议论纷纷，从他们的言语和表情上都看出他们对教材上“实验证明，同种物质的质量与体积之间的比值是恒定的”这一结论的怀疑。显然这次实验探究是失败的。这也是许多物理教师遇到的共性问题。通过课堂观察，发现因实验室仪器配置局限，学生各小组选择的测量仪器的精确不统一，学生选用的托盘天平感量有0.1g、0.2g、0.5g的三种天平；选用的量筒也有100ml、200ml二种，精确度(分度值)分别为1cm3、2cm3，有的小组选用了250ml±3ml的量杯，造成了读取数值的精确度不统一，使用量杯测体积的小组，测量结果误差最大。通过对学生实验操作过程的回顾，发现有的学生选择的被测物体积太小；量筒中水的体积V1，在固体浸入之前也未调整为整数值，V1、V2(V2是固体浸入量筒后的体积)两次估读，使体积的测量误差增大；也有个别的小组是由于操作方法不当造成结果错误。另一方面，学生在比值结果有效数字的取舍不统一，这也是小组间交流时，对实验结果可靠程度产生怀疑的原因。教师也未及时指导，从而得不出正确的结论。

针对上述情况，老师应在课前运用误差理论，对实验结果的可靠程度进行认真的估计，而在课中参与学生实验计划的制定时，引导学生讨论并制定减小实验误差的措施和方法，确定实验数据的误差范围，再选用实验仪器。对于比值结果，要统一有效数字的取舍(一般取小数点后两位数)。下面以测铁块的密度为例：

若该实验要控制误差范围不超过6，而实验室中只有分度值为2cm3的量筒和感量为0.2g的天平。根据误差计算公式，V最大相对误差不超过5。因为ΔV/V=1.0cm3/V≤0.05，所以V≥20cm3。可见，实验中选择被测物的体积应在20cm3以上。物体体积越大，误差越小。

对于感量为0.2g的天平，按被测物体为20cm3计算，质量最小的铝块的质量为：

m=2.7ｇ/cm3×20cm3=54g。根据误差计算公式：m的最大相对误差是Δm/m=0.2g/54g=0.4，所以密度最大相对误差为5.4。由此可见，实验中天平对误差影响不大，选用感量为0.5g以下的天平就符合要求。

通过对实验结果进行误差分析，我们可以指导同学采用如下措施提高实验精确度。

1.选用天平的感量在200mg内，选用的量筒分度值在2cm3内，尽量选用精度较高的量筒，不用量杯测体积。并指导学生认真阅读仪器的使用说明和铭牌标识。

2.选择的固体体积在20cm3以上，尽可能大些。如选用长条柱体。

3.将量筒中水V1在固体浸入之前仔细地调整到某一整数。可使用滴管加减水。这样，物体V=V2-V1体积的最大绝对误差就近似等于V2的读数误差，使最大相对误差由5降到2.5。

4.读取浸入固体后的体积V2，可用毫米刻度尺立于量筒刻度边，作对比辅助估读，使其估读数值误差远小于量筒分度值的1/2。

通过以上措施可使实验最大相对误差降低到2.5以下。

关于小组间在比值结果的交流时，先让选择相同精度实验仪器的小组进行对比交流，而且教师要根据对实验结果可靠度的估计，指导学生讨论：哪些相近的结果在误差允许的范围内可以视为是相等的。形成共识后，总结得出结论。最后让各小组自由交流实验探究的体会和感悟。

本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文