【提出问题】
学习了固体和液体质量的测量,小盼和小汉在思考一个问题:我们一时一刻也离不开空气,常见的空气有没有质量呢?
【猜想与假设】
1.空气没有质量
2.空气也应该有质量,但质量不会太大。
【设计方案】
空气的质量应该很小,不好直接用天平测量。而且我们处在空气的包围中,周围的空气会对我们的测量造成影响。如何处理好这两个问题是我们测量的关键,应该动动脑筋。
小盼想了下面的方法:准备两只完全相同的气球,分别放在天平的两个托盘上,然后通过调节使之平衡。把右边托盘上的气球拿下来,吹足气,再放上去。如果天平的右端下沉,就表明气球内的空气有质量。
小汉说:想法不错。我也想出一个办法:找一个玩具皮球,先测出给它打足气的质量,再用气针把它里面的气全部放出,再测出它这时的质量。比较这两个质量的大小就可以知道球内的空气有没有质量。
为什么不两种方法都试试呢?看看会出现什么情况。
【进行实验】
按天平的正确使用方法和上面设计好的步骤进行实验,小盼发现吹足气的气球放上天平后,原本平衡的天平右端下沉。多次进行实验,情形均如此。这说明气球内的空气有质量。
小汉按设计的方法进行实验。把一个打足气的玩具皮球和气针共同放在已调节好的天平左盘,右盘放砝码并移动游码使天平重新平衡,读出玩具皮球的总质量486.8g。紧接着把气针插进皮球,放出球内的气体,这时观察到天平不再平衡,左端不断上升。这说明左盘物体的质量在减小,减小的正是跑出去的空气的质量。过一会,气体不再跑出时重新移动游码使天平平衡,测出皮球的质量485.6g。则原来皮球内空气的质量为1.2g。
【得出结论】
上面的实验都证实空气是有质量的。
【评估与反思】
1.用天平测量物体质量之前,应调节平衡螺母,使横梁保持平衡。小盼设计的实验中,在进行这一步调节时,是把两只气球分别放在天平的两个托盘上之前进行,还是之后进行较好呢?
经过分析思考,认为应该先把两只气球分别放在天平的两个托盘上,再调节平衡螺母,使横梁保持平衡。这是因为两只气球不可能完全相同,多少会存在质量上的差别,上述步骤能够消除气球质量差别对实验的影响。
2.实验中,向球中吹入的空气是多些还是少些好?
当然是向球中吹入的空气是多些好,这样会使现象更明显。
3.想知道教室内空气的质量,应该怎么办?
教室内空气的质量肯定无法直接测量,我们可以根据
间接计算。这样需要知道空气的密度和教室的容积。教室的容积可以通过测量教室的长、宽、高计算。一般教室长10米、宽8米、高3米,查空气密度为1.29kg/m3,这样教室内空气的质量约300千克,相当于约6个中学生的体重。
4.地球周围被厚厚的大气所覆盖,大气的质量有多大呢?
联想到液体对容器底部有压强,产生压强的原因是液体受到重力。同样大气之所以产生压强(我们称为大气压,地面附近的大气压约为p=1×105Pa)也是因为受到重力。如果知道地球周围大气的总重力G,就可以根据G=mg计算出地球周围大气的总质量m。地球周围大气的总重力G等于地球总表面积S上的总大气压力F,而F=PS,S=4πR2,R为地球半径,约为6.4×106m。计算过程如下:
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