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Physics · real student question

方程 d = m/V 给出质量为 m、体积为 V 的物体的密度 d。下面哪个才是解出 V 的等价方程:dm = V、m/d = V、d/m = V,还是 m − d = V?

Question

方程

d=mVd=\frac{m}{V}

可以用来计算质量为 mm、体积为 VV 的物体的密度 dd。下面哪个是解出 VV 的等价方程?

dm=Vmd=Vdm=Vm−d=Vdm=V\qquad \frac{m}{d}=V\qquad \frac{d}{m}=V\qquad m-d=V

Step-by-step solution

  1. 先把要求的变量从分母里弄出来。 VV 待在分母下面时是没法孤立出来的,所以两边同乘 VV(它非零,因为真实物体总有体积):

    dV=m.dV=m.

  2. 再除以 V 的系数。 这个系数就是 dd,于是

    V=md.V=\frac{m}{d}.

    这正好对应第二个选项。

  3. 代回去检验。 把 V=mdV=\tfrac{m}{d} 代入原式:

    mV=mm/d=m⋅dm=d ✓\frac{m}{V}=\frac{m}{m/d}=m\cdot\frac{d}{m}=d\ \checkmark

  4. 用具体数据试一遍。 一块 m=20 gm=20\ \text{g}、V=4 cm3V=4\ \text{cm}^3 的物块,密度为 d=5 g/cm3d=5\ \text{g/cm}^3。这时 md=205=4\tfrac{m}{d}=\tfrac{20}{5}=4,正是它的体积;而 dm=100dm=100 和 dm=0.25\tfrac{d}{m}=0.25 都不对。

  5. 用单位把干扰项排除掉。 mm 的单位是克,dd 的单位是 g/cm3\text{g}/\text{cm}^3,所以 md\tfrac{m}{d} 的单位是 g÷g/cm3=cm3\text{g}\div\text{g}/\text{cm}^3=\text{cm}^3 —— 正是体积,符合要求。相比之下 dmdm 带的是 g2/cm3\text{g}^2/\text{cm}^3,而 m−dm-d 是两个不同单位相减,根本没有意义。光靠量纲检查就足以把答案挑出来。

Answer

V=mdV=\frac{m}{d}

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