1. 冰墩墩是2022年北京冬季奥运会的吉祥物之一。测得某个空心陶瓷冰墩墩纪念品质量为230 g,总体积为300 cm³。若用玻璃打造一个形状体积完全相同的空心“冰墩墩”纪念品,则玻璃冰墩墩的质量为
250
g。(已知:$\rho_{\mathrm{陶瓷}} = 2.3 × 10^3 \mathrm{ kg/m}^3$,$\rho_{\mathrm{玻璃}} = 2.5 × 10^3 \mathrm{ kg/m}^3$)
答案:1. 250
解析:
【分析】
要解决该问题,需明确空心纪念品的外壳体积固定(形状体积相同,即外壳材料体积不变)。解题思路为:①将密度单位换算为g/cm³,简化计算;②利用陶瓷冰墩墩的质量和密度,求出其外壳的体积;③根据玻璃的密度和外壳体积,计算玻璃冰墩墩的质量。
【解析】
先进行密度单位换算:
$\rho_{\mathrm{陶瓷}} = 2.3×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 = 2.3\ \mathrm{g/cm}^3$,$\rho_{\mathrm{玻璃}} = 2.5×10^3\ \mathrm{kg/m}^3 = 2.5\ \mathrm{g/cm}^3$。
空心纪念品的外壳体积等于陶瓷部分的实心体积,根据密度公式$\rho = \frac{m}{V}$,可得外壳体积:
$V_{\mathrm{壳}} = \frac{m_{\mathrm{陶瓷}}}{\rho_{\mathrm{陶瓷}}} = \frac{230\ \mathrm{g}}{2.3\ \mathrm{g/cm}^3} = 100\ \mathrm{cm}^3$。
玻璃冰墩墩的外壳体积与陶瓷外壳体积相同,因此玻璃冰墩墩的质量:
$m_{\mathrm{玻璃}} = \rho_{\mathrm{玻璃}} × V_{\mathrm{壳}} = 2.5\ \mathrm{g/cm}^3 × 100\ \mathrm{cm}^3 = 250\ \mathrm{g}$。
【答案】
250
【知识点】
密度公式应用、质量与密度计算
【点评】
本题考查密度公式的实际应用,核心是明确空心纪念品的外壳体积不变,需注意密度单位的换算,属于基础应用题,难度较低。
【难度系数】
0.3
知识点二 利用密度求出体积
2. 很多同学知道自己的身高和体重,却不知道自己的体积。小军身高170 cm,质量为60 kg,他的体积约为(已知人体的密度与水的密度差不多)(
B
)
A.$170\ \mathrm{cm}^3$
B.$0.06\ \mathrm{m}^3$
C.$0.6\ \mathrm{m}^3$
D.$60\ \mathrm{m}^3$
答案:2. B
【解析】由题意知,小军的质量为 60 kg,则$m=60\ \mathrm{kg}$,人体的密度与水的密度差不多,则$\rho\approx\rho_*=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$,根据公式$\rho=\frac{m}{V}$,可知$V=\frac{m}{\rho}=\frac{60\ \mathrm{kg}}{1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3}=0.06\ \mathrm{m}^3$,故A、C、D不符合题意,B符合题意。故选B。
解析:
【分析】
要解决这个问题,需先明确题目给出的已知条件:小军的质量已知,人体密度近似等于水的密度。解题思路是:回忆密度公式的变形公式,将已知的质量和近似密度代入公式计算体积,再对比选项选出正确答案,计算时要注意单位的统一。
【解析】
已知小军的质量$ m = 60\ \mathrm{kg} $,人体密度与水的密度相近,即$ \rho \approx \rho_{水} = 1.0 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 $。根据密度公式$ \rho = \frac{m}{V} $,变形可得体积公式$ V = \frac{m}{\rho} $。将数值代入公式计算:$ V = \frac{60\ \mathrm{kg}}{1.0 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3} = 0.06\ \mathrm{m}^3 $。对比选项,A选项数值和单位均错误,C选项数值错误,D选项单位和数值均错误,只有B选项符合计算结果。
【答案】
B
【知识点】
密度公式应用、体积计算
【点评】
本题结合生活实际考查密度公式的基本应用,关键是记住人体密度近似水的密度,熟练运用密度公式变形计算体积,属于基础题型,难度较低。
【难度系数】
0.8
3. 质量和体积都相等的三个金属球,分别由铝、铁、铜制成,已知$\rho_{铝}<\rho_{铁}<\rho_{铜}$,对三个球分析正确的是(
A
)
A.铁球一定是空心的
B.铝球一定不是空心的
C.铝球空心部分的体积比铁球大
D.铁球空心部分的体积比铜球大
答案:3. A
【解析】铝、铁、铜制成三个球的质量相等,它们的密度关系$\rho_{铝}<\rho_{铁}<\rho_{铜}$,由$V=\frac{m}{\rho}$可知,制成三个球材料的体积关系$V_{铜}<V_{铁}<V_{铝}$,又因为三个球的体积相等,所以,铜球和铁球一定是空心的,铝球可能是实心的,也可能是空心的,故A正确,B错误;如果都是空心的,则铝球空心部分的体积最小,铜球空心部分的体积最大,故C、D错误。故选A。
解析:
【分析】
要解决这道题,需利用密度公式的变形分析实心材料体积与球总体积的关系:已知三个金属球质量相等,根据密度公式ρ=m/V,可得实心材料体积V=m/ρ,结合密度大小关系能判断三种金属实心体积的大小;再对比球的实际体积,即可判断球是否空心,以及空心体积的大小。
【解析】
已知三个金属球质量m相等,且ρ铝<ρ铁<ρ铜,由密度公式变形V=m/ρ可知,三种金属制成实心球时的体积关系为:V铝实 = m/ρ铝,V铁实 = m/ρ铁,V铜实 = m/ρ铜,因此V铜实<V铁实<V铝实。
又因为三个金属球的实际体积V球相等,所以:
铜和铁的实心体积小于球的总体积,故铜球、铁球一定是空心的;
铝的实心体积可能等于球的总体积(铝球实心),也可能小于球的总体积(铝球空心),即铝球可能实心也可能空心。
对选项逐一分析:
A. 铁球一定是空心的,符合上述结论,正确;
B. 铝球可能是空心的,并非一定不是空心,错误;
C. 空心体积 = V球 - V实,因V铝实>V铁实,所以铝球空心部分体积比铁球小,错误;
D. 同理,V铁实>V铜实,铁球空心部分体积比铜球小,错误。
综上,答案选A。
【答案】
A
【知识点】
密度公式的应用;空心问题
【点评】
本题是密度空心问题的典型基础题,核心是利用密度公式变形分析实心体积与球体积的关系,需明确空心体积的计算方法,难度适中,适合巩固密度相关知识。
【难度系数】
0.5
4. 某同学借助天平和刻度尺鉴别一实心正方体金属块的组成物质,用天平测出其质量是21.6 g,用刻度尺(单位:cm)测出边长如图 6.4-1 所示,经计算可知,该金属块可能是由
铝
(选填“铅”“铁”或“铝”)组成的。(已知$\rho_{\mathrm{铅}}=11.3×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,$\rho_{\mathrm{铁}}=7.9×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$,$\rho_{\mathrm{铝}}=2.7×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$)

答案:4. 铝
【解析】由题图知,刻度尺的分度值为0.1 cm,该金属块的体积
$V=(2×10^{-2}\mathrm{m})^3=8×10^{-6}\mathrm{m}^3$
该金属块的密度
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{21.6×10^{-3}\mathrm{kg}}{8×10^{-6}\mathrm{m}^3}=2.7×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$
故该金属块可能是由铝组成的。
解析:
【分析】要鉴别金属块的组成,需先测量其边长计算体积,再结合质量计算密度,最后与已知物质的密度对比。首先读取刻度尺上金属块的长度确定边长,接着根据正方体体积公式算出体积,再利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算金属块的密度,最后将计算结果与铅、铁、铝的密度对比,判断组成物质。
【解析】1. 刻度尺读数:由题图可知,刻度尺的分度值为0.1cm,金属块左端对齐10.00cm,右端对齐12.00cm,因此边长$L=12.00\mathrm{cm}-10.00\mathrm{cm}=2.00\mathrm{cm}=0.02\mathrm{m}$。2. 计算体积:正方体体积$V=L^3=(0.02\mathrm{m})^3=8×10^{-6}\mathrm{m}^3$。3. 单位换算:金属块质量$m=21.6\mathrm{g}=21.6×10^{-3}\mathrm{kg}=0.0216\mathrm{kg}$。4. 计算密度:根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,代入数据得$\rho=\frac{0.0216\mathrm{kg}}{8×10^{-6}\mathrm{m}^3}=2.7×10^3\mathrm{kg/m}^3$。5. 对比判断:已知$\rho_{\mathrm{铅}}=11.3×10^3\mathrm{kg/m}^3$,$\rho_{\mathrm{铁}}=7.9×10^3\mathrm{kg/m}^3$,$\rho_{\mathrm{铝}}=2.7×10^3\mathrm{kg/m}^3$,该金属块的密度与铝的密度相等,故该金属块由铝组成。
【答案】铝
【知识点】密度计算、刻度尺读数、密度鉴别物质
【点评】本题考查密度知识的应用,需掌握刻度尺的正确读数、体积和密度的计算,通过密度对比鉴别物质,是基础的力学综合题,注重实验技能与公式应用的结合。
【难度系数】0.6
5. 妈妈买了一个实心的金龙吊坠,小明想知道吊坠是否为纯黄金制成,于是测出了这个吊坠的质量为24 g,体积为1.5 cm³。
(1)这个金龙吊坠的密度为多少?
(2)如果这个金龙吊坠是纯黄金制成,那么它的质量应为多少?($\rho_{\mathrm{金}}=19.3×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$)
(3)若另一个相同大小纯金制成的空心金龙吊坠的质量为15.44 g,则该吊坠的空心部分的体积为多少?
答案:5.【解】(1)由题意可知,金龙吊坠的质量$m=24\ \mathrm{g}$,体积$V=1.5\ \mathrm{cm}^3$,则金龙吊坠的密度
$\rho=\frac{m}{V}=\frac{24\ \mathrm{g}}{1.5\ \mathrm{cm}^3}=16\ \mathrm{g/cm}^3$
即这个金龙吊坠的密度为$16\ \mathrm{g/cm}^3$。
(2)$\rho_{金}=19.3×10^3\ \mathrm{kg/m}^3=19.3\ \mathrm{g/cm}^3$,由$\rho=\frac{m}{V}$可知,如果这个金龙吊坠是纯黄金制成,其质量应为
$m=\rho_{金}V=19.3\ \mathrm{g/cm}^3×1.5\ \mathrm{cm}^3=28.95\ \mathrm{g}$
(3)由$\rho=\frac{m}{V}$得,实心部分的体积
$V_{实}=\frac{m'}{\rho_{金}}=\frac{15.44\ \mathrm{g}}{19.3\ \mathrm{g/cm}^3}=0.8\ \mathrm{cm}^3$
空心部分的体积
$V_{空}=V-V_{实}=1.5\ \mathrm{cm}^3-0.8\ \mathrm{cm}^3=0.7\ \mathrm{cm}^3$
即该吊坠的空心部分的体积为$0.7\ \mathrm{cm}^3$。
解析:
【分析】本题围绕密度公式$\rho=\frac{m}{V}$及其变形公式展开解题:第(1)问直接利用密度公式,代入吊坠的质量和体积计算其密度;第(2)问需先将黄金密度的单位换算为与题目中质量、体积匹配的$\mathrm{g/cm^3}$,再用变形公式$m=\rho V$计算纯金吊坠的质量;第(3)问先通过变形公式$V=\frac{m}{\rho}$计算15.44g纯金的实心体积,再用吊坠总体积减去实心体积得到空心部分体积,解题时需注意单位统一。
【解析】(1)已知吊坠质量$m=24\ \mathrm{g}$,体积$V=1.5\ \mathrm{cm^3}$,根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$,可得吊坠密度:$\rho=\frac{24\ \mathrm{g}}{1.5\ \mathrm{cm^3}}=16\ \mathrm{g/cm^3}$。
(2)先换算黄金密度单位:$\rho_{\mathrm{金}}=19.3×10^3\ \mathrm{kg/m^3}=19.3\ \mathrm{g/cm^3}$,若为纯金,根据$m=\rho_{\mathrm{金}}V$,可得质量:$m=19.3\ \mathrm{g/cm^3}×1.5\ \mathrm{cm^3}=28.95\ \mathrm{g}$。
(3)已知空心吊坠质量$m'=15.44\ \mathrm{g}$,纯金密度$\rho_{\mathrm{金}}=19.3\ \mathrm{g/cm^3}$,先算实心部分体积:$V_{\mathrm{实}}=\frac{m'}{\rho_{\mathrm{金}}}=\frac{15.44\ \mathrm{g}}{19.3\ \mathrm{g/cm^3}}=0.8\ \mathrm{cm^3}$,空心部分体积:$V_{\mathrm{空}}=V-V_{\mathrm{实}}=1.5\ \mathrm{cm^3}-0.8\ \mathrm{cm^3}=0.7\ \mathrm{cm^3}$。
【答案】(1)$16\ \mathrm{g/cm^3}$;(2)$28.95\ \mathrm{g}$;(3)$0.7\ \mathrm{cm^3}$
【知识点】密度的计算、密度公式的应用
【点评】本题是密度公式的基础应用题,涉及单位换算和空心体积计算,主要考察学生对密度公式及其变形的掌握,属于基础题型,难度适中。
【难度系数】0.7