大學(xué)物理實驗講義(密度測定)

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1、不規(guī)則物體密度的測定【實驗?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?。┑脑砗头椒?;4、掌握用密度瓶測定碎小固體密度的原理和方法?!緦嶒瀮x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【實驗原理】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)實驗中,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

2、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),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)時的表觀質(zhì)量為m2,如圖4所示:圖4

3、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

4、:Vm4m3m2mi碎小固體的密度為:(4)m2m1 水mUm3m2mi【實驗內(nèi)容及步驟】1、對物理天平進行調(diào)平在了解天平的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對天平進行調(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,則說明橫梁平衡。若不平衡,則左旋升降螺絲,使橫梁制動,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

5、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系統(tǒng)的表觀質(zhì)量mi ,再稱二者均沒入水中時系統(tǒng)的表觀質(zhì)量m2 (懸吊,不能接觸燒杯壁和底)。(3)計算石蠟塊的密度,不要求計算不確定度。4、用密度瓶測量碎小石子密度

6、(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)計算小石子的密度,不要求計算不確定度?!緦嶒炞⒁馐马棥?、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,動作要輕、穩(wěn),橫梁支起時

7、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、吊耳及秤盤切勿對調(diào)。橫梁調(diào)平時,一定要先使橫梁制動,將兩端 的吊耳掛到刀口上。只有觀測、判斷橫梁是否水平時,才將橫梁支起;調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲、取放待測物、取放祛碼、移動游碼時,天平的橫梁均應(yīng)放下,并且支撐在橫梁上的兩個小支柱上。3、實驗中,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,要及時報告、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

8、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,并且取水=1.00g/cm3 (下同)。u() 測 E( )= =g/cm3測 u( ) = ( ) g/cm3(要有計算過程,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(要有計算過程,保留到小數(shù)點后兩位有效數(shù)字,不要求計算不確定度)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(要有計算過程,保留到小數(shù)點后兩位有效數(shù)字,不要求計算不確定度【思考題】1、具體分析本實驗產(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?

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