大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義(密度測(cè)定)

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不規(guī)則物體密度的測(cè)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(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?！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(cè)物）、石蠟塊（被測(cè)物）、碎小石子（被測(cè)物）、清水、細(xì)線。密度瓶游碼平衡螺母邊刀托杯托盤底座度盤指針中刀托手輪調(diào)平螺母掛鉤吊耳水準(zhǔn)泡托盤托盤橫梁物理天平圖1物理天平圖2-3物理天平【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(cè)出物體的質(zhì)量m和體積V，由上式可求出樣品的密度。圖3靜力稱衡法測(cè)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（懸吊，不接觸燒杯壁和底）的表觀質(zhì)量為m1（如圖3示），體積為V，水的密度為。根據(jù)阿基米德定律，有： 被測(cè)物密度：（2）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)入水中而被測(cè)物在水面上時(shí)系統(tǒng)的表觀質(zhì)量為，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，如圖4所示：圖4靜力稱衡法和助沉法測(cè)石蠟塊的密度待測(cè)物塊（石蠟塊）根據(jù)阿基米德定律，被測(cè)物受到的浮力為：，則被測(cè)物體積為：被測(cè)物密度為：（3）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，將瓶?jī)?nèi)裝滿待測(cè)的小石子后的質(zhì)量為，則待測(cè)小石子的質(zhì)量：。然后將裝有小石子的密度瓶加滿水，再稱其總質(zhì)量，為了得到小石子排開(kāi)水的體積，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。圖5密度瓶法測(cè)小石子的密度這樣可得小石子排開(kāi)水的質(zhì)量為： 碎小固體的總體積為：，碎小固體的密度為：。（4）【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（1）稱量金屬塊在空氣中的質(zhì)量。（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。（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。（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，再稱二者均沒(méi)入水中時(shí)系統(tǒng)的表觀質(zhì)量（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。（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。（3）再將裝有小石子的密度瓶?jī)?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。（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。（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、取放砝碼、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?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】表1.不規(guī)則金屬塊密度的測(cè)量1.00＝g/cm3=_______%＝＝0.05g（天平的最小稱量），由溫度測(cè)量誤差而造成的誤差非常小，可忽略不計(jì)，并且?。ㄏ峦?=______g/cm3=（±）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1.00＝＝g/cm3(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) 表3.小石子密度的測(cè)量1.00＝＝g/cm3(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？