物理实验密度测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,密 度 的 测 量,前 言,单位体积的物质所具有的质量称为该物体的密度。如果该物体的质量为m和体积为V，则其密度为,物质的密度与物体所含物质的成分有关，常用密度来作为原料成分的分析和液体浓度的测定。,实验目的,掌握物理天平的使用,掌握不规则固体的密度的测量,掌握液体密度的测量,物理天平,比重瓶（50ml100ml),烧杯 (100ml200ml),待测金属块、石蜡。,待测液体,待测颗粒状固体,实验仪器,实验仪器,实物图,A横梁；B刀口；C立柱；D刀承；E吊耳；F秤盘；G制动旋钮；H止动架；I铅锤；J底脚螺丝；K调平螺丝；L指针；M标尺；N游码,A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,实验仪器,结构示意图,A横梁；B刀口；C立柱；D刀承；E吊耳；F秤盘；G止动旋钮；H止动架；I铅锤；J底脚螺丝；K调平螺丝；L指针；M标尺；N游码,物理天平的构造及主要性能指标,如上页图所示，在横梁上装有三角刀口,B,、,D1,、,D2,，中间刀口,B,置于支柱顶端的玛瑙刀口垫上，作为横梁,A,的支点。两边刀口各有秤盘,F1,、,F2,，启动止动旋钮,G,使横梁上升或下降，当横梁下降时，制动架就会把它托住，以免刀口磨损。横梁两端各有一平衡螺母,K1,、,K2,，用于空载调节平衡。平衡时指针,L,应指向标尺,M,的中心,10,刻线位置。横梁上装有游动砝码,N,，用于,1g,以下的称量。,物理天平的规格由最大称量值和感量（或灵敏度）来表示。最大称量值是天平允许称量的最大质量。感量就是天平的指针从标牌上零点平衡位置转过一格，天平两盘上的质量差，灵敏度是感量的倒数，感量越小灵敏度就越高。,固体密度的测量,实验原理,固体密度的测量,本实验采用,流体静力称衡法,测量不规则物体密度,流体静力称衡法,可将不易测量的物理量体积转化为可精确测得的物理量质量,m 天平测量质量,V 1规则物体体积,2不规则物体体积,流体静力称衡法,测量固体块的密度,对几何形状不规则的物体，只有利用阿基米德原理，先测量物体在空气中的质量，再将物体浸没在密度为 的某液体中，该物体所受到的浮力,F,等于所排开的液体的重量，即,(如测量金属块的密度),则物体的密度可由下式确定,m 固体在空气中的称衡质量,m1 固体浸没在水中的称衡质量,（如测量石蜡的密度）,m 蜡块在空气中的称衡质量；,m,2,蜡块和重物完全浸没在水中的称衡质量；,m,3,蜡块在空气中，重物在水中的称衡质量。,比重瓶法测量固体小颗粒的密度,用比重瓶测量不溶于液体的小块固体（大小要能放入瓶内）的密度 时,可依次称出待测固体在空气中的质量,m,1,，,比重瓶装满水的质量,m,2,以及在装满水的比重瓶内投入小块固体后总质量,m,3,，,显然,考虑到,所以,为投入瓶内小固体的总体积,为水的密度,流体静力称衡法,实验原理,液体密度的测量,根据此法在固体密度测量中的应用，如果把物体浸入在另一待测液体中，秤衡的质量为 ，则刻液体的密度为,m 固体在空气中的称衡质量,m1 固体浸没在水中的称衡质量,固体浸入在另一待测液体中秤衡的质量,比重瓶法测液体的密度,设空比重瓶的质量为 ，充满密度为 的被测液体的质量为 ，充满同温度已知密度的液体的质量为 ，则被测液体的密度为,比重瓶,m,1,空比重瓶的质量,m,2,比重瓶充满被测液体的质量,m,3,比重瓶充满已知密度液体的质量,实验步骤,天平的调节,1,天平的水平调节,2,天平的零点调节,测不规则固体的密度,（,1,）用流体静力称衡法测量固体的密度,1,用天平称量物体在空气中质量,m,2,用天平称量物体在液体中质量,m,1,3,记录室内温度，有附表查出相应温度下水的密度,4,计算出待测固体的密度并估算出不确定度，写出测量结果。,（,2,）用流体静力称衡法测量石蜡的密度,1,测量蜡块在空气中称衡质量,m,；,2,测量蜡块和重物完全浸没在水中称衡质量,m2,；,3,测量蜡块在空气中，重物在水中称衡质量,m3,。,4,计算出待测石蜡的密度并估算出不确定度，写出测量结果。,（3）比重瓶法测量固体小颗粒的密度,1 用天平称出待测固体在空气中的质量m,1,；,2 用天平称出比重瓶装满水的质量m,2,；,3 用天平称出在装满水的比重瓶内投入小块固体后总质量m,3,；,4 计算出待测小颗粒固体的密度并估算出不确定度，写出测量结果。,测量液体的密度,（1）用流体静力称衡法测量液体的密度,1 用天平测量固体在空气中的质量m,1,；,2 用天平测量固体浸没在水中的称衡质量m,2,；,3 用天平测量固体浸入在另一待测液体中秤衡的质量m,3,；,4 计算出待测液体的密度并估算出不确定度，写出测量结果。,（2）比重瓶法测量液体的密度,1 用天平测量空比重瓶的质量m,1,；,2 用天平测量比重瓶充满被测液体的质量m,2,；,3 用天平测量比重瓶充满已知密度液体的质量m,3,；,4 计算出待测液体的密度并估算出不确定度，写出测量结果。,m,观察天平的型号、最大称量、最小分度值、仪器误差，并填入表格。,仪器名称,型号,量程,分度值,仪器误差,实验数据处理,测不规则固体的密度,（,1,）用流体静力称衡法测量固体的密度,室温,水的密度,待测物体在空气中的质量m(g),待测物体在水中相应的砝码质量m,1,(g),测量结果：,（2）用流体静力称衡法测量石蜡的密度,室温,水的密度,测量蜡块在空气中称衡质量m,测量蜡块和重物完全浸没在水中称衡质量m,2,测量蜡块在空气中，重物在水中称衡质量m,3,测量结果：,（3）比重瓶法测量固体小颗粒的密度,室温,水的密度,待测钢珠在空气中的质量m,1,比重瓶装满水的质量m,2,在装满水的比重瓶内投入小块固体后总质量m,3,测量结果：,测量液体的密度,（,1,）用流体静力称衡法测量液体的密度,室温,水的密度,金属块在空气中的质量m,(g),金属块浸没在水中的称衡质量m,1,(g),金属块浸入在待测液体中秤衡的质量m,；(g),测量结果：,(2)比重瓶法测量液体的密度,室温,水的密度,空比重瓶的质量m,1,(g),比重瓶装满水的质量m,2,(g),比重瓶装满待测液体的质量m,3,(g),测量结果：,在前面用各种方法对密度的测量中，对质量的测量都是单次测量，所以只考虑B类不确定度。,单次测量量,m,固体,、,m,蜡,、,m,1,、,m,2,、,m,3,等的不确定度为：,水密度,t,的不确定度分析：,水温测量结果：,水密度查表：,水密度测量结果,水温的变化：最大为1,C 左右,0,10,20,30,0.0,0.999867,0.999727,0.998229,0.995672,0.5,899,681,124,520,1.0,926,632,017,366,1.5,949,580,0.997907,210,2.0,968,524,795,051,2.5,982,465,680,0.994891,3.0,992,404,568,728,3.5,998,339,443,564,4.0,1.000000,271,321,397,4.5,0.999998,200,196,263,5.0,992,126,069,058,5.5,982,049,0.996940,0.993885,6.0,968,0.998969,808,711,6.5,951,886,674,534,7.0,929,800,538,356,7.5,904,712,399,175,8.0,876,621,258,0.992993,8.5,844,527,015,808,9.0,808,430,0.995969,622,9.5,769,331,822,434,10.0,727,229,672,244,物理天平的操作步骤：,（,1,）水平调节：使用天平时，首先调节天平底座下两个螺钉,J1,、,J2,，使水准仪中的气泡位于圆圈线的中央位置；,（,2,）零点调节：天平空载时，将游动砝码拨到左端点，与,0,刻度线对齐。两端秤盘悬挂在刀口上顺时针方向旋转制动旋钮,G,，启动天平，观察天平是否平衡。当指针在刻度尺,M,上来回摆动，左右摆幅近似相等，便可认为天平达到了平衡。如果不平衡，反时针方向旋转制动旋钮,G,，使天平制动，调节横梁两端的平衡螺母,K1,、,K2,，再用前面的方法判断天平是否处于平衡状态，直至达到空载平衡为止；,物理天平操作规则及注意事项,（,1,）称量：把待测物体放在左盘中，右砝码盘中放置砝码，轻轻右旋制动旋钮使天平启动，观察天平向哪边倾斜，立即反向旋转制动旋钮，使天平制动，酌情增减砝码，再启动，观察天平倾斜情况。如此反复调整，直到天平能够左右对称摆动。然后调节游动砝码，使天平达到平衡，此时砝码加游动砝码的质量就是待测物体的质量。称量时选择砝码应由大到小，逐个试用，直到最后利用游动砝码使天平平衡。,（,2,）天平的负载量不得超过其最大称量值，以免损坏刀口或横梁；,（,3,）为了避免刀口受冲击而损坏，在取放物体、取放砝码、调节平衡螺母以及不使用天平时，都必须使天平制动。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平启动或制动时，旋转制动旋钮动作要轻；,（,4,）砝码不能用手直接取拿，只能用镊子间接挟取。从秤盘上取下后应立即放入砝码盒中。,（,5,）天平的各部分以及砝码都要防锈、防腐蚀，高温物体以及有腐蚀性的化学药品不得直接放在盘内称量；,（,6,）称量完毕将制动旋钮左旋转，放下横梁，保护刀口。,问答思考题,1.,天平的操作规则中,哪些规定是为了保护刀口,哪些规定是为了保证测量精度,?,2.,如何测定密度比水小的不规则物体的密度,?,3.,将铜放在水中称衡时有一个气泡附着,将对结果发生怎样的影响,?,为什么？,4.,如何消除物理天平不等臂误差？,1.在天平的操作规则中，哪些规定是为了保护刀口，哪些规定是为了保证测量精度？,a.天平的负载不能超过其最大称量。,b.在调节天平，取放物体、取放砝码（包括游码）以及不用天平时，都必须将天平止动。,c.待测物体和砝码要放在称盘的正中，砝码不允许用手拿取，只准用镊子夹取。,d.高温物体、液体及带腐蚀性的化学药品，不得直接放在称盘内称量。,e.每台天平均附有各自的称盘和砝码，互相间不得混淆。,保护刀口：a.b.保证测量精度：c.d.e.,2.如何消除物理天平不等臂误差？,复称法。左右各称一次，后由力矩平衡法则,推出m.,即：,两式相乘:,得,The end,