大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)- 密度的測量

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1、實(shí)驗(yàn)密度的測量·【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、學(xué)習(xí)用流體靜力稱衡法測量固體和液體的密度。2、掌握物理天平的正確使用方法。·【實(shí)驗(yàn)儀器】物理天平、游標(biāo)卡尺、水杯及待測樣品（銅圓柱體，鹽水）?！ぁ緦?shí)驗(yàn)原理】1、固體的密度的測量：（一）規(guī)則物體的密度測量：設(shè)物體質(zhì)量為m，體積為V，則該物體的密度為（1）對形狀規(guī)則的圓柱體，質(zhì)量m可由物理天平稱出，體積V可以直接測量物體的外形尺寸，然后應(yīng)用幾何公式計(jì)算出來。即：（2）其中d是圓柱體直徑：h是圓柱體高度。于是（3）（二）不規(guī)則物體的密度測量：(1)﹥1的固體根據(jù)阿基米德原理，物體浸在液體中所減少

2、的重量（P1-P2），即受到的浮力：等于它所排開同體積液體的重量。故有（4）如果用天平分別稱出物體在空氣中的質(zhì)量m1（）及物體浸沒在水中的表現(xiàn)質(zhì)量m2（），則就等于物體與同體積的水的重量，即為這部分水的質(zhì)量。物體所排開的水的體積（即物體的體積）為（5）則固體的密度：（6）這就是流體靜力稱衡法的基本原理。(2)﹤1的固體設(shè)待測物(﹤1)在空氣中的質(zhì)量為，輔助物(﹥1)在空氣中的質(zhì)量和浸沒于水中的表觀質(zhì)量分別為和，將兩個(gè)物體連在一起后完全浸沒于水中的表觀質(zhì)量為，則輔助物和待測物一起完全浸沒于水中時(shí)受到的浮力為而待測物浸沒于水

3、中時(shí)受到的浮力則為即待測物體積：由定義式可得待測物密度2、液體的密度測量：此法要借助于不溶于水并且和被測液體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物體（一般用玻璃塊）。設(shè)物體的質(zhì)量為，將其懸吊且浸沒在被測液體中的稱衡值為，懸吊且浸沒在水中的稱衡值為，則參照上述討論，可得液體的密度等于（7）·【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】（一）測量圓柱體的密度：1、用游標(biāo)卡尺測量圓柱體的直徑和高度，每個(gè)物理量測5次，并將測量結(jié)果記錄于表（1）中。按直接測量結(jié)果表示的要求，計(jì)算它們的不確定度，并將測量結(jié)果表示出來。2、用物理天平測量圓柱體的質(zhì)量。只要求測量一次。按只測一次確

4、定不確定度的方法，將測量結(jié)果表示出來。3、按數(shù)據(jù)處理的方法，把圓柱體密度的測量結(jié)果表示出來。（二）用流體靜力稱衡法測固體的密度：1、用天平測不規(guī)則物體在空氣中的質(zhì)量和全部浸沒在水中的質(zhì)量。只要求測一次，按只測一次時(shí)確定不確定度的方法，將測量結(jié)果表示出來。2、用溫度計(jì)測出水的溫度,查表確定水的密度。3、計(jì)算和,完整表示測量結(jié)果。（三）用流體靜力稱衡法測液體的密度：1、用天平測固體在空氣中的質(zhì)量和全部浸沒在水中的質(zhì)量及全部浸沒在被測液體中的質(zhì)量。只要求測一次，按只測一次時(shí)確定不確定度的方法，將測量結(jié)果表示出來。·【數(shù)據(jù)記錄及

5、結(jié)果處理】表（1）圓柱體及物體質(zhì)量的測量數(shù)據(jù)記下室溫t=()次數(shù)名稱12345平均值柱體的直徑d(cm)(cm)柱體的高度h(cm)(cm)物體在空氣中的質(zhì)量(g)(g)物體在水中的質(zhì)量(g)(g)物體在鹽水中的質(zhì)量(g)(g)天平感量kg天平最大稱量kg查表得室溫下水的密度=（kg/m3）計(jì)算：（?。y規(guī)則銅圓柱體的密度：；=；（注意：游標(biāo)卡尺的零點(diǎn)讀數(shù)）；=；（kg/m3）=（kg/m3）（kg/m3）（2）靜力稱衡法測不規(guī)則固體密度：=（kg/m3）==（kg/m3）（kg/m3）（3）用流體靜力稱衡法測液體的密度

6、：=（kg/m3）==（kg/m3）（kg/m3）·【實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)】1．本實(shí)驗(yàn)在操作中首先要做好天平的調(diào)節(jié)，這是非常關(guān)鍵的一步。2．在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生常常容易發(fā)生違規(guī)操作行為（在橫梁抬起的情況下進(jìn)行具體操作等），教師需不斷提示。3．稱衡平衡時(shí)指針不得偏離平衡刻線一小格（不論左或右），因砝碼最小配置與刻度尺最小分度值相同。4．讀取估讀數(shù)據(jù)時(shí)，要注意指針的偏轉(zhuǎn)方向，以便對估讀值進(jìn)行修正?！ぁ靖戒洝课锢硖炱降氖褂媒榻B物理天平的構(gòu)造如圖2-3-1所示，在橫梁上裝有三角刀口A、F1、F2，中間刀口A置于支柱頂端的瑪瑙刀墊上，作為橫梁

7、的支點(diǎn)。兩邊刀口各懸掛秤盤P1、P2，橫梁的下方固定一個(gè)指針，當(dāng)橫梁擺動時(shí)，指針尖端就在支柱的下方標(biāo)尺前擺動，制動旋鈕可以使橫梁上升或下降。當(dāng)橫梁下降時(shí)，制動架就會把它托住，以免刀口磨損。橫梁兩端各有一平衡螺母B1、B2，用于空載時(shí)調(diào)節(jié)平衡。橫梁上裝有游碼D，用于1g以下的稱衡。圖2-3-1物理天平物理天平的規(guī)格由最大稱量和感量（或靈敏度）來表示，最大稱量是天平允許稱量的最大質(zhì)量。感量就是天平的指針從標(biāo)度尺上零點(diǎn)平衡位置轉(zhuǎn)過一個(gè)最小分格時(shí)，天平兩端秤盤上的質(zhì)量差。靈敏度是感量的倒數(shù)，感量越小靈敏度就越高。物理天平的操作步

8、驟：（1）水平調(diào)節(jié)：使用天平時(shí)，首先調(diào)節(jié)天平底坐下兩個(gè)螺釘L1、L2，使水準(zhǔn)儀中的氣泡位于圓圈線的中央位置（或使懸掛的錐尖與底坐錐尖對齊）（2）零點(diǎn)調(diào)節(jié)：天平空載時(shí)，將游碼撥到左端與0刻線對齊，使兩端秤盤懸掛在懸掛在刀口上并順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)制動旋鈕，啟動天平、觀察天平是否平衡。當(dāng)指針在刻度尺上來回?cái)[動，左右擺幅近似相等，便