《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義(密度測(cè)定)》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義(密度測(cè)定)(5頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、不規(guī)則物體密度的測(cè)定
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1、學(xué)習(xí)物理天平的使用方法;
2、掌握用流體靜力稱衡法測(cè)定不規(guī)則固體密度的原理和方法;
3、掌握用助沉法測(cè)定不規(guī)則固體密度(比水的密度?。┑脑砗头椒ǎ?
4、掌握用密度瓶測(cè)定碎小固體密度的原理和方法 。
【實(shí)驗(yàn)儀器和用品】
物理天平(500g、50mg)、密度瓶(50ml)、燒杯(500ml)、不規(guī)則金屬塊(被測(cè)物) 石蠟塊(被測(cè)物)、碎小石子(被測(cè)物)、清水、細(xì)線。
物理天平 密度瓶
【實(shí)驗(yàn)原理】
某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量叫做這種物質(zhì)的密度。對(duì)一密度均勻的物體,若其質(zhì)量為 m,
體積為V,則該物體的密度:
(1)
實(shí)驗(yàn)中
2、,測(cè)出物體的質(zhì)量 m和體積V,由上式可求出樣品的密度。
1、用流體靜力稱衡法測(cè)定不規(guī)則固體的密度(比水的密度大)
設(shè)被測(cè)物在空氣中的質(zhì)量為 m(空氣浮力忽略不計(jì)),全部浸沒在水中(懸
水的密度為 水。根據(jù)阿基米德定律,有:
吊,不接觸燒杯壁和底) 的表觀質(zhì)量為 mi (如圖3示),體積為V,
水 Vg (m mi)g
m mi
圖3靜力稱衡法測(cè)密度
被測(cè)物密度: m」一水 (2)
V m m1
2、流體靜力稱衡法和助沉法相結(jié)合測(cè)定密度小于水的不規(guī)則固體的密度
設(shè)被測(cè)物在空氣中的質(zhì)量為 m,用細(xì)線將被測(cè)物與另一助沉物串系起來(lái):被測(cè)物在上, 助沉物在下。設(shè)僅將助沉物沒入水中
3、而被測(cè)物在水面上時(shí)系統(tǒng)的表觀質(zhì)量為 mi ,二者均沒
入水中(注意懸吊,不接觸燒杯壁和底)時(shí)的表觀質(zhì)量為 m2,如圖4所示:
圖4 靜力稱衡法和助沉法測(cè)石蠟塊的密度
根據(jù)阿基米德定律,被測(cè)物受到的浮力為: 7jcVg (mi m2)g ,則被測(cè)物體積為:
V ? m2
水
被測(cè)物密度為: m 一m一 水 (3)
V m1m2
3、用密度瓶測(cè)定碎小固體(小石子)的密度
假設(shè)密度瓶的質(zhì)量為 m1 ,將瓶?jī)?nèi)裝滿待測(cè)的小石子后的質(zhì)量為 m2 ,則待測(cè)小石子的質(zhì)
量:m m2 m1。
然后將裝后小后子的管度瓶加滿水, 再稱其思質(zhì)里m
還需要將密度瓶里的小石子倒出,
4、再加滿水稱得其質(zhì)量為
m1m2 m
圖5 密度瓶法測(cè)小石子的密度
這樣可得小心子排開水的質(zhì)里為: m4 (m3 (m2
3,為了得到小石子排開水的體積,
m4。
3 m4
1Tli)) m4 m3 m2 m1
碎小固體的總體積為:V
m4 m3
m2 mi
碎小固體的密度為:
(4)
m2 m1
水
mU m3 m2 mi
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】
1、對(duì)物理天平進(jìn)行調(diào)平
在了解天平的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對(duì)天平進(jìn)行調(diào)平,調(diào)平分兩步:
①調(diào)底座水平:通過(guò)調(diào)底板下的調(diào)平螺絲,把水準(zhǔn)儀中的氣泡調(diào)在水準(zhǔn)儀正中。
②調(diào)橫梁水平: 將橫梁兩端的掛鉤(連同吊
5、籃、托盤)掛到刀口上,游碼移到最左端;
然后再稍稍右旋升降螺絲, 升起橫梁后觀察橫梁是否水平, 若指針正指刻度牌中線或在中線
兩側(cè)作微小的等幅振動(dòng),則說(shuō)明橫梁平衡。若不平衡,則左旋升降螺絲,使橫梁制動(dòng),然后
調(diào)節(jié)橫梁兩端的調(diào)平螺絲;再支起橫梁判斷,放下橫梁后調(diào)節(jié),如此反復(fù),直至調(diào)平。
2、用流體靜力稱衡法測(cè)定不規(guī)則金屬塊的密度
(i)稱量金屬塊在空氣中的質(zhì)量 m。
(2)用細(xì)線拴住金屬塊,掛到天平橫梁左端的鉤子上,懸吊于燒杯的水中。燒杯放在
底座左邊的托架上。稱出金屬塊完全浸沒在水中的表觀質(zhì)量 m1。
(3)計(jì)算金屬塊的密度及其不確定度,并給出測(cè)定結(jié)果。
3、流體靜力稱衡法和
6、助沉法相結(jié)合測(cè)定石蠟塊的密度
(1)稱量石蠟塊在空氣中的質(zhì)量 m。
(2)用細(xì)線將石蠟塊和助沉金屬塊串系起來(lái),石蠟塊在上,助沉塊在下。系好后掛在
天平橫梁左端的掛鉤上。先稱僅有金屬塊沒入水中而石蠟塊在水面之上時(shí)系統(tǒng)的表觀質(zhì)量
mi ,再稱二者均沒入水中時(shí)系統(tǒng)的表觀質(zhì)量 m2 (懸吊,不能接觸燒杯壁和底)。
(3)計(jì)算石蠟塊的密度,不要求計(jì)算不確定度。
4、用密度瓶測(cè)量碎小石子密度
(1)先用物理天平稱量空密度瓶的質(zhì)量 m1。
(2)將碎小石子細(xì)心地裝入密度瓶中 (大約占據(jù)密度瓶容積一半的空間) ,稱出“瓶+
小石子”的總質(zhì)量m2。
(3)再將裝有小石子的密度瓶?jī)?nèi)裝滿清水,蓋
7、上瓶塞,讓多余的水從塞子中間的細(xì)管
流出,用布擦干瓶子,稱出“瓶+水 +小石子”的總質(zhì)量 m3 o
3
(4)將密度瓶?jī)?nèi)的小石子和清水倒掉,再裝滿水,蓋上瓶塞,讓多余的水從塞子中間
的細(xì)管流出,用布擦干瓶子,稱出“瓶+水”的總質(zhì)量 m4O
(5)計(jì)算小石子的密度,不要求計(jì)算不確定度。
【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】
1、使用物理天平前,要熟悉天平的基本結(jié)構(gòu),了解各結(jié)構(gòu)的用途和使用方法,做到先 觀察后操作。
2、使用天平時(shí),動(dòng)作要輕、穩(wěn),橫梁支起時(shí)不能作前后左右的旋轉(zhuǎn),以免橫梁跌落摔 損;天平的左、右掛鉤、吊耳及秤盤切勿對(duì)調(diào)。橫梁調(diào)平時(shí),一定要先使橫梁制動(dòng),將兩端 的吊耳掛到刀口上。
只有
8、觀測(cè)、判斷橫梁是否水平時(shí),才將橫梁支起;調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲、取放待測(cè)物、取放祛
碼、移動(dòng)游碼時(shí),天平的橫梁均應(yīng)放下,并且支撐在橫梁上的兩個(gè)小支柱上。
3、實(shí)驗(yàn)中,浸在液體中固體表面的氣泡要盡量排盡; 金屬塊或石蠟塊要完全浸沒水中,
且不能與燒杯底部或器壁相碰。
4、小心易碎玻璃儀器;如遇到損壞,要及時(shí)報(bào)告、登記,并作適當(dāng)賠償。
5、測(cè)量結(jié)束后,要將儀器復(fù)原,即:天平橫梁放下,吊耳拿到刀口下;燒杯、密度瓶 里面的水倒掉;小方巾平鋪在桌面上。
【數(shù)據(jù)記錄與處理】
表1.不規(guī)則金屬塊密度的測(cè)量
m(g)
mi(g)
/ , 3、
水(g/cm )
1.00
m 3
測(cè)
9、水 =g/cm
m m1
u(m)12 r u(mi)12 _ 。/
] [ ] =%
m mi m m1
u(m) = u(mj = 0.05g (天平的最小稱量),由溫度測(cè)量誤差而造成 水的誤差非常小,
可忽略不計(jì),并且取 水=1.00g/cm3 (下同)。
u() 測(cè) E( )= =g/cm3
測(cè) u( ) = ( ) g/cm3
(要有計(jì)算過(guò)程,注意測(cè)量結(jié)果的正確表示,詳見教材 17面;下同)
表2.石蠟塊密度的測(cè)量
m(g)
m1(g)
m2(g)
/ , 3、
水(g/cm )
1.00
m 測(cè)V
m / 3
水= = g/cm3
m1 m2
(要有計(jì)算過(guò)程,保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字,不要求計(jì)算不確定度 )
mi(g)
m|2(g)
m|3(g)
m4(g)
/ , 3、
水(g/cm)
1.00
g/cm3
表3.小石子密度的測(cè)量
m m2 ml _
則 - 水= =
V m4 m3 m2 m1
(要有計(jì)算過(guò)程,保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位有效數(shù)字,不要求計(jì)算不確定度
【思考題】
1、具體分析本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的各種原因。
2、能否用流體靜力稱衡法測(cè)定液體的密度?如果能測(cè)如何測(cè)量?
3、能否用密度瓶測(cè)定液體的密度?如果能測(cè)如何測(cè)量?