大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義(密度測定)

不規(guī)則物體密度的測定【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、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定不規(guī)則固體密度的原理和方法；3、掌握用助沉法測定不規(guī)則固體密度（比水的密度小）的原理和方法；4、掌握用密度瓶測定碎小固體密度的原理和方法?！緦?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（被測物） 石蠟塊（被測物）、碎小石子（被測物）、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，測出物體的質(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定不規(guī)則固體的密度（比水的密度大）設(shè)被測物在空氣中的質(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)gm mi圖3靜力稱衡法測密度被測物密度：m一水（2）V m m12、流體靜力稱衡法和助沉法相結(jié)合測定密度小于水的不規(guī)則固體的密度設(shè)被測物在空氣中的質(zhì)量為 m,用細(xì)線將被測物與另一助沉物串系起來：被測物在上， 助沉物在下。設(shè)僅將助沉物沒入水中而被測物在水面上時(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石蠟塊的密度根據(jù)阿基米德定律，被測物受到的浮力為：7jcVg （mi m2）g ,則被測物體積為：V m2水被測物密度為：m 一m一 水 （3）V m1m23、用密度瓶測定碎小固體（小石子）的密度假設(shè)密度瓶的質(zhì)量為 m1 ,將瓶內(nèi)裝滿待測的小石子后的質(zhì)量為m2 ,則待測小石子的質(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，再加滿水稱得其質(zhì)量為m1m2m圖5 密度瓶法測小石子的密度這樣可得小心子排開水的質(zhì)里為：m4 （m3 （m23,為了得到小石子排開水的體積,m4。3m41Tli） m4 m3 m2 m1碎小固體的總體積為：Vm4m3m2mi碎小固體的密度為:(4)m2m1 水mUm3m2mi【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:調(diào)底座水平：通過調(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。調(diào)橫梁水平： 將橫梁兩端的掛鉤(連同吊籃、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，并給出測定結(jié)果。3、流體靜力稱衡法和助沉法相結(jié)合測定石蠟塊的密度(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，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內(nèi)裝滿清水，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+小石子”的總質(zhì)量 m3 o3(4)將密度瓶內(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?！緦?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。只有觀測、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?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】表1.不規(guī)則金屬塊密度的測量m(g)mi(g)/，3、水(g/cm )1.00m3測水 =g/cmm m1u(m)12 r u(mi)12_。/=%m mim m1u(m) = u(mj = 0.05g (天平的最小稱量)，由溫度測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 E( )= =g/cm3測 u( ) = ( ) g/cm3(要有計(jì)算過程，注意測量結(jié)果的正確表示，詳見教材17面；下同)表2.石蠟塊密度的測量m(g)m1(g)m2(g)/，3、水(g/cm )1.00m 測Vm/ 3水=g/cm3m1m2（要有計(jì)算過程，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）1.00g/cm3表3.小石子密度的測量m m2 ml_則 -水=V m4 m3 m2 m1（要有計(jì)算過程，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定液體的密度？如果能測如何測量?3、能否用密度瓶測定液體的密度？如果能測如何測量？