北师大版八年级上册物理讲义物质的密度 新材料及其应用（提高）知识讲解

PAGE物质的密度新材料及其应用(提高)责编：武霞【学习目标】

1.掌握密度概念、公式和单位，并会密度单位之间的换算；2.知道密度是物质的一种特性，不同物质的密度一般不同；

3.会查密度表，记住水的密度值及其含义；

4.能运用公式及变形计算；5.会用天平和量筒测固体与液体的密度；6.能够用密度知识解决简单的问题，7.了解纳米材料、“绿色”能源、记忆合金等新材料及其应用。

【要点梳理】

要点一、密度1、概念：有某种物质组成的物体，其质量与体积的比值是一个常量，它反映了这种物质的一种特性。物质不同，其比值一般不同。在物理学中，把这种比值叫做这种物质的密度。2.密度的公式：式中的m表示质量，V表示体积，表示密度。3.密度的单位：国际单位是千克/米3(kg/m3)，常用单位有克/厘米3（g／cm3）它们之间的换算关系：1g/cm3＝103kg/m3。物理意义：铝的密度为2.7×103kg／m3，,表示每立方米的铝的质量为2.7×103kg。要点诠释：（1）不同的物质，其密度一般不同，即其质量与体积的比值一般也不同。（2）密度与物体的质量、体积、形状、运动状态等无关，与物体的种类和物态有关，还受温度的影响。（3）同种物质的物体，体积大的质量也大，物体的质量跟它的体积成正比，即当ρ一定时，=；（4）不同物质的物体，在体积相同的情况下，密度大的质量也大，物体的质量跟它的密度成正比，即当V一定时，；在质量相同的情况下，密度大的体积反而小，物体的体积跟它的密度成反比，即当m一定时，。要点二、测量固体和液体的密度1.固体的密度：固体的质量可直接用天平称得，外形不规则物体的体积可通过“排水法”来测定，然后，根据密度定义求得密度。步骤：

（1）用天平测出石块的质量m；

（2）向量筒内倒入适量的水，测出的水的体积V1；

（3）把石块放入量筒中，测出石块和水的总体积V2；

（4）算出石块的体积V=V2-V1；

（5）利用公式算出石块的密度。

2.液体的密度：先测液体和容器的总质量，然后倒入量筒中一部分液体，并测出这部分液体的体积，再称出容器与剩余液体的总质量，两者之差就是量筒内液体的质量，再用密度公式求出液体的密度。

步骤：

（1）用天平测出烧杯和盐水的总质量m1；

（2）将烧杯中的盐水倒入量筒中的一部分，记下体积V；

（3）用天平测出烧杯和剩余盐水的总质量m2，算出量筒中盐水的质量m=m1-m2；

（4）利用公式算出盐水的密度。

要点诠释：测量的原理：根据可知，用天平测出物体的质量，用量筒测出物体的体积V，就可以求出它的密度。要点三、密度知识的应用由密度公式变形可得m=ρV和V=两个公式。三个公式代表密度知识有三个方面的应用。（1）鉴别物质。（2）计算物体的质量。（3）计算物体的体积。根据公式ρ=.要知道一个物体是什么物质做的，只要测出它的密度，再查阅密度表，看测得的密度值与何种物质的密度相近.如测算出某物质的密度是2.6×103kg／m3，通过查密度表，知道这种物质是花岗岩。要点诠释：密度计算一般要做到“四有”：有必要的文字说明、有公式、有运算过程、有单位。密度计算的一般步骤：=1\*GB3①确定已知条件并统一各物理量的单位；=2\*GB3②分析未知量所对应的条件；=3\*GB3③选择适当的公式进行计算。要点四、新材料及其应用1.纳米材料及其应用：我们在本章开始的时候就学习了物质的尺度，知道了纳米这个单位。这个单位实在是太小了，过去我们在生活中没有关注它，但现在却成了人们谈论的热门话题。原因是人们发现，将某些物质的尺度加工到1～100nm，它们的物理性质或者化学性质与较大尺度时比，发生了异常的变化，这就称为纳米材料。应用：（1）洗衣机桶的表面上用了纳米尺度的氧化硅微粒和金属离子的组合，就具有抑制细菌生长的功能。（2）普通领带的表面经过纳米方法处理后，会有很强的自洁性能，不沾水，也不沾油。（3）用纳米陶瓷粉制成的陶瓷，具有一定的可韧性，用于制造发动机的缸体，汽车会跑的更快。2.“绿色”能源及其应用：人类一直在寻找各种高效和“绿色”的能源，新材料在这方面扮演了重要的角色。用锂作电极制造出锂电池有，具有体积小、质量轻、能够多次充电,对环境污染小等特点,已经被广泛地应用于移动通信、小型摄像机等设备上。并且完全不会造成污染。近年来开发的多晶硅和非晶硅材料,能够制造出大面积的太阳能电池,发电的效率提高、成本下降,1m3的面积可以提供100多瓦的电力。人造卫星离不开它，家庭生活中也可以使用它。氢燃料电池是使用化学元素氢制造成的储存能量的电池。氢燃料电池具有无污染、无噪声、高效率的优点，是汽车等动力设备名副其实的“绿色燃料”。3.记忆合金及其应用：科普博览会上有一种神奇金属花。灯光一照就绽开，关上灯又会闭合。它的花瓣是用一种特殊的金属片——记忆合金制成的，它原本是开放的，后来被弯成合拢的，当用灯泡把它加热到一定的温度时，就自动恢复原状，表现了它具有“记忆”能力。记忆合金的主要成分是镍和钛，它独有的物理特性是：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致了外型的变化。应用：现在已经有多种形状的记忆合金医用支架，用于外科手术。还可以将记忆合金制成的弹簧安装在热水器的出水阀门内，当水温超过某一温度（例如80℃）时，弹簧自动伸长，将阀门关闭而停止出水，避免发生烫伤人的事故。【典型例题】类型一、密度的概念1、（春•江阴市期中）小翔在学习密度的知识时写出了一些交流材料，其中不正确的是（）A．把某容器中的物质用去一部分后，剩余物质密度的大小不会改变B．不同物质在相同状态下，密度大小一般是不相等的C．同种物质组成的实心物体在相同状态时，质量与其体积成正比D．质量相等的实心物体，体积较大的组成物质的密度较小【答案】A【解析】A、如果是气体在密闭容器内，体积始终不变，质量减小了，密度肯定会变小，故A错误；B、密度是物质的一种特性，不同物质在相同状态下，密度大小一般是不相等的，故B正确；C、在同种物质组成的实心物体在相同状态时，密度是保持不变的，即质量与其体积成正比，故C正确；D、根据密度公式可知，质量相等，体积较大的物质的密度就较小，故D正确；故选A。【总结升华】密度是初中阶段比较重要的一个概念，对密度概念的掌握，一是要抓住定义和公式来判断密度的大小比较；二是要抓住密度是物质的一种特性，同种物质相同状态下的密度是不变的，不同种物质的密度一般不同。举一反三：【变式】蜡烛在燃烧过程中，它的（）A.质量不变，体积变小，密度变大 B.质量变小，体积变小，密度不变C.质量变小，体积不变，密度变小 D.质量、体积、密度都变小【答案】B.2、由可知，对于同种物质：A.密度与质量成正比B.密度与体积成反比C.密度与质量和体积无关D.当质量一定时，密度与体积成反比【思路点拨】公式是密度的定义式、计算式，并不是密度的决定式。同种物质的密度相同，不随质量和体积的变化而变化。【答案】C【解析】密度是物质的一种特性，对于确定的某种物质，它的密度不随质量、体积的改变而改变．同种物质，在一定状态下密度是定值，实际上当质量（或体积）增大几倍时，其体积（或质量）也增大几倍，而比值，即单位体积的质量不改变；因此，不能认为物质的密度与质量成正比，与体积成反比。因此，选项A、B、D都是错误的．而选项C符合对这一特性的描述。【总结升华】是密度的定义式，在分析各物理量的正反比关系时，一定要结合物理规律及生活实际，切不可脱离现实而一味分析其数学关系。类型二、密度的测量3、下面是一位同学在测量金属块密度时的实验步骤记录。A：用天平称出金属块的质量，其结果是m1=79g；B：在量筒内注入适量的水，用天平称出量筒和水的总质量为m2=180g；C：在量筒内注入适量的水，量筒的读数为V1=50.0mL；D：将金属块放入量筒中，用天平称量筒水和金属块的质量为m3=259g；E：将金属块放入量筒中，量筒的读数为V2=60.0mL。上述步骤中，多余的步骤是（填序号），金属块的体积为mL，金属块的密度为kg/m3。步骤中适量的含义是：水最多应为；水最少应为。【思路点拨】用天平称出金属的质量；用排水法测出金属的体积；根据密度公式计算金属的密度。【答案】B、D；10；7.9×103kg/m3；放入物体时不能溢出；能浸没物体。【解析】用量筒测固体密度时，先在量筒内注入适量的水，读出水的体积，再将物体放入量筒中，读出水和物体的总体积，即可计算出物体体积．步骤B、D是多余的，金属块的体积为10ml，金属块的密度为。【总结升华】本题考查了测量固体密度的方法和步骤。举一反三：【变式】（•衡阳县一模）用天平和量筒测量食用油密度的实验中，不必要且不合理的是（）A．用天平称出空烧杯的质量B．将适量的食用油倒入烧杯中，用天平测出杯和油的总质量C．将烧杯中的油倒入量筒中读出油的体积D．用天平测出倒掉油以后烧杯的质量【答案】A类型三、密度的应用4、（•巴中模拟）有一节运油车内装了30m3的石油，从车中取出30mL的石油，称得质量为24.6g问：（1）这种石油的密度是多少？（2）这节油车所装的石油质量是多少？【思路点拨】（1）密度是物质的一种特性，与质量和体积无关，根据ρ=m/V结合石油样品的质量和体积求出石油的密度；（2）知道运油车所装石油的体积，根据m=ρV求出这节车所装石油的质量。【答案】（1）0.82×103kg/m3；（2）24.6吨【解析】（1）石油样品的体积：V=30ml=30cm3，石油的密度：ρ=m/V=24.6g/30cm3=0.82g/cm3=0.82×103kg/m3；（2）这节运油车所装石油的质量：m′=ρV′=0.82×103kg/m3×30m3=24600kg=24.6t。【总结升华】本题利用密度知识计算物体的质量，关键要理解密度是物质的一种特性，密度与物体的质量和体积无关，要注意单位的换算和统一。举一反三：【变式】建筑物内遭遇火灾时，受困人员应采取弯腰甚至匍匐的姿势撤离火场，这样能够有效避免吸入有害气体或被灼伤．这是因为与房间内其他空气相比较，含有毒有害物质的气体（）A、温度较低，密度较大，而大量集聚在房间的下方B、温度较低，密度较小，而大量集聚在房间的下方C、温度较高，密度较大，而大量集聚在房间的上方D、温度较高，密度较小，而大量集聚在房间的上方【答案】D【解析】建筑物内起火后，温度较高，室内空气体积膨胀，密度减小，有毒气体漂浮在房间的上方。5、一铁球的质量是2.2kg，体积是0.4×10-3m3,试鉴定此球是空心的还是实心的。

（ρ铁=7.9g/cm3）

【思路点拨】判断物体是空心还是实心，解决问题的方法很多，但实际上都是根据密度定义式，比较实际物体与实心物体的质量、体积或密度之间是否存在差异，如果存在差异，则实际物体为空心物体。【答案】

方法一：铁球密度ρ=m/V=2.2kg/0.4×10-3m3=5.5×103kg/m3

因为5.5×103kg/m3＜7.9×103kg/m3，所以是空心的。

方法二：若铁球是实心的，则铁球的质量m=ρV=7.9×103kg/m3×0.4×10-3m3=3.16kg，

因为3.16kg＞2.2kg，所以球是空心的。

方法三：因为铁的体积：V=m/ρ=2.2kg/7.9×103kg·m-3=0.28×10-3m3＜0.4×10-3m3。

所以铁球是空心的。【解析】鉴定球是否空心有三种方法。方法一：比较密度，假设球是实心的，用求出的铁球密度与铁的已知密度相比,若相等则是实心的，若小于铁的密度则是空心的；方法二：比较质量，假设球是实心的，求出铁球的质量与题目所给的质量相比，若相等则是实心，若大于题目所给的质量则是空心的；方法三：比较体积，求出铁球中铁的体积与题所给体积相比，若相同则是实心的，若小于题目所给的体积则是空心的。

【总结升华】一题多解对于理解公式、规律是很重要的，同学们要多尝试。

举一反三：【变式】用相同质量的铝和铜制成体积相等的球，已知ρ铝=2.7×103kg/m3，ρ铜=8.9×103kg/m3，则下列说法正确的是（）

A．铜球不可能是实心的B．铝球是实心