关于这间实验室
四个课题,一个习惯:先分清两个量,再找它们的比。
质量与体积是两个量,它们的比值才是密度;压力与受力面积是两个量,它们的比值才是压强。前两个课题用天平和量筒测密度,后两个课题用海绵的凹陷看压强。每个课题都有一个常见的错觉:只盯着其中一个量。
每一个读数、每一个点、每一条曲线都来自同一个物理模型,不是预先画好的动画。改一个参数,所有数据一起重新计算。
四个结论
四个结论
- 质量与体积:同一种物质,m–V 图是过原点的直线,斜率就是密度。棱长 5 cm 的铝块 337.5 g,棱长 2 cm 的铁块只有 63.2 g;铝块重,密度却只有 2.70 g/cm³,铁是 7.90 g/cm³。
- 测石块密度:先称质量再测体积,花岗岩石块 52.0 g、20 mL,ρ = 2.60 g/cm³。先测体积再称,石块带出约 1.4 g 水,结果 2.67 g/cm³,偏大 2.7 %。
- 压力的作用效果:同一张小桌,桌腿朝下的受力面积是桌面朝下的 1/25,压强是 25 倍。空桌腿朝下只有 0.98 N,海绵陷下 8.4 mm;桌面朝下加 500 g 砝码有 5.88 N,只陷 2.3 mm。
- 柱体压强:竖放的均匀圆柱 p = ρgh,与粗细无关。半径 1 cm、高 6 cm 的铁柱只有 149 g,压强 4645 Pa;半径 3 cm、高 6 cm 的铝柱 458 g,压强只有 1588 Pa。
模型与来源
模型与来源
- 密度:铝 2.7 × 10³ kg/m³,铁 7.9 × 10³ kg/m³,松木 0.5 × 10³ kg/m³,取人教版八年级上册的密度表(OpenStax 表列铁或钢 7.8,木材 0.3–0.9);电子天平分度值 0.1 g。
- 排水法:量筒原有 40 mL 水,最小分度 1 mL;石块离开水面带出 1.4 g 水,这是教学假设,真实数值随石块表面而变。
- 压强:p = F/S,1 Pa = 1 N/m²。小桌 100 g,桌面 10 cm × 10 cm,四条桌腿各 1 cm × 1 cm;砝码每片 100 g。
- 海绵:凹陷深度 d = 25 mm × (1 − e^(−p / 6000 Pa)),只随压强单调增加。这是教学假设,用来比较深浅,不是海绵的测量值。
重力加速度取教材值 g = 9.8 N/kg。液体压强与浮力在压强与浮力实验台,本页不重复。
- OpenStax College Physics 2e · 11.2 Density ↗ 2026-11-06 核对
- OpenStax College Physics 2e · 11.3 Pressure ↗ 2026-11-06 核对
- BIPM · The International System of Units (SI Brochure) ↗ 2026-11-06 核对