大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義(密度測(cè)定)

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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（比水的密度小）的原理和方法； 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(méi)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(méi)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(méi) 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(kāi)水的質(zhì)里為： m4 （m3 （m2 3,為了得到小石子排開(kāi)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(méi)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(méi)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(méi)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(méi)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(jiàn)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？