物理实验密度测量

1、物理实验密度测量 密 度 的 测 量 实验二 物理实验密度测量 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 m V 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。 物理实验密度测量 实验目的 掌握物理天平的使用 物理实验密度测量 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 物理实验密度测量 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

2、标尺；N游码 A B C D E F G H I J K L M N 物理实验密度测量 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 物理实验密度测量 物理天平的构造及主要性能指标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

3、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。 物理实验密度测量 固体密度的测量固体密度的测量 m V 实验原理固体密度的测量 本实验采用本实验采用 流体静力称衡法流体静力称衡法 测量不规则物体密度测量不规则物体密度流流 体静力称衡法体静力称衡法 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 得的物理量质量得的物理量质量 m 天

4、平测量质量天平测量质量 V 1规则物体体积规则物体体积 2不规则物体体积不规则物体体积 物理实验密度测量 00 FVgmg 0 流体静力称衡法流体静力称衡法测量固体块的密度测量固体块的密度 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，再将物体浸没在密理，先测量物体在空气中的质量，再将物体浸没在密 度为度为 的某液体中，该物体所受到的浮力的某液体中，该物体所受到的浮力F F等于所排等于所排 开的液体的重量，即开的液体的重量，即 物水 ( (如测量金属块的密度如测量金属块的密度) ) 物理实验密度测量 00 01 mmm Vm

5、mm 则物体的密度可由下式确定则物体的密度可由下式确定 m 固体在空气中的称衡质量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没在水中的称衡质量 物理实验密度测量 物水 （如测量石蜡的密度）（如测量石蜡的密度） 32 32 mm FmmggVV 浮水蜡蜡 水 （） （） m V 蜡 32 m mm 蜡水 m 蜡块在空气中的称衡质量；蜡块在空气中的称衡质量； m2 蜡块和重物完全浸没在水中的称衡质量；蜡块和重物完全浸没在水中的称衡质量； m3 蜡块在空气中，重物在水中的称衡质量。蜡块在空气中，重物在水中的称衡质量。 物理实验密度测量 比重瓶法测量固体小颗粒的密度比重瓶法测量固体小

6、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m1，比重瓶装满水的质量m2,以及在 装满水的比重瓶内投入小块固体后总质量m3，显然 考虑到 所以 为投入瓶内小固体的总体积 为水的密度 1230 mmmV 1 mV 11 0 1230123 mm mmmmmm V 0 物理实验密度测量 流体静力称衡法流体静力称衡法 m 0 1 mm mm 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，秤衡的质量为入在另一待测液体中，秤衡的质量为 ，则刻液体的，

7、则刻液体的 密度为密度为 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 m 物理实验密度测量 比重瓶法测液体的密度比重瓶法测液体的密度 1 m 3 m 2 m 21 0 31 mm mm 设空比重瓶的质量为设空比重瓶的质量为 ，充满密度为，充满密度为 的被测液体的被测液体 的质量为的质量为 ，充满同温度已知密度的液体的质量为，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则被测液体的密度为 比重瓶比重瓶 m1空比重瓶的质量 m2比重瓶充满被测液体的质量 m3比重瓶充满已知密度液体的质量 物理实验密度测量 实验步骤 天平的调节天平的调节

8、 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测不规则固体的密度 （1 1）用流体静力称衡法测量固体的密度）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m1 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 2）用流体静力称衡法测量石蜡的密度）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。 0 物理

9、实验密度测量 （3 3）比重瓶法测量固体小颗粒的密度）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m1； 2 用天平称出比重瓶装满水的质量m2； 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m3； 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。 测量液体的密度测量液体的密度 （1 1）用流体静力称衡法测量液体的密度）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m1； 2 用天平测量固体浸没在水中的称衡质量m2； 3 用天平测量固体浸入在另一待测液体中秤衡的质量m3； 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

10、 2）比重瓶法测量液体的密度）比重瓶法测量液体的密度 1 用天平测量空比重瓶的质量m1； 2 用天平测量比重瓶充满被测液体的质量m2； 3 用天平测量比重瓶充满已知密度液体的质量m3； 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 m 物理实验密度测量 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 物理实验密度测量 测不规则固体的密度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m1(g) t c 0 0 1 m mm 固 1 2

11、22 1 110 1 ()()() () mm u u m uu mm mmm 固 固 r uu 固 固 测量结果： u 固 固固 % r u 物理实验密度测量 （2 2）用流体静力称衡法测量石蜡的密度）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m2 测量蜡块在空气中，重物在水中称衡质量m3 0 t c 32 t m mm 蜡 23 2222 3232 1111 ()()()() t mmm t U UUUU mmmmm 蜡 蜡 r UU 蜡 蜡 测量结果： % r U U 蜡 蜡蜡 物理实验密度测量 （3 3）比重瓶法测量固

12、体小颗粒的密度）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m1 比重瓶装满水的质量m2 在装满水的比重瓶内投入小块固体后总质量m3 1 0 123 m mmm 固 312 2 22 23 1123123123 mmm r Umm UUU U m mmmmmmmmm r UU 固 u 固固 % r u 测量结果： 物理实验密度测量 测量液体的密度测量液体的密度 （1 1）用流体静力称衡法测量液体的密度）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m1 (g) 金属块浸入在待测液体中秤衡的质量m,；(g) 0 1

13、mm mm r UU 测量结果： % r u u 01 2 222 1 10 1 m m m r Umm UU UU U mmmmmmmm 物理实验密度测量 (2) (2)比重瓶法测量液体的密度比重瓶法测量液体的密度 室温水的密度 空比重瓶的质量m1 (g) 比重瓶装满水的质量m2 (g) 比重瓶装满待测液体的质量m3 (g) 21 0 31 mm mm 液体 02 222 3 21310 m m r UUU U U mmmm 液体 液体 r UU 液体液体 测量结果： % r u u 液体液体液体 物理实验密度测量 在前面用各种方法对密度的测量中，对质量的测量都在前面用各种方法对密度的测量中

14、，对质量的测量都 是单次测量，所以只考虑是单次测量，所以只考虑B类不确定度。类不确定度。 n单次测量量单次测量量m固体 固体、 、m蜡 蜡、 、m1、m2、m3 等的不确定度为：等的不确定度为： n水密度水密度t的不确定度分析：的不确定度分析： m mmu 测量值 100% m rm u u m 测量值 水温测量结果：水温测量结果： 水密度查表：水密度查表： 水密度测量结果水密度测量结果 00t u t c mB uu C 仪 水温的变化水温的变化 ：最大为：最大为1C 左右左右 0 物理实验密度测量 0102030 0.00.9998670.9997270.9982290.995672 0.

15、5 899 681 124 520 1.0 926 632 017 366 1.5 949 5800.997907 210 2.0 968 524 795 051 2.5 982 465 6800.994891 3.0 992 404 568 728 3.5 998 339 443 564 4.01.000000 271 321 397 4.50.999998 200 196 263 5.0 992 126 069 058 5.5 982 0490.9969400.993885 6.0 9680.998969 808 711 6.5 951 886 674 534 7.0 929 800 53

16、8 356 7.5 904 712 399 175 8.0 876 621 2580.992993 8.5 844 527 015 808 9.0 808 4300.995969 622 9.5 769 331 822 434 10.0 727 229 672 244 0 0.5 c 10 c 物理实验密度测量 物理天平的操作步骤：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

17、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； 物理实验密度测量 物理天平操作规则及注意事项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

18、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。 物理实验密度测量 问答思考题问答思考题 1.天平的操