高二物理教案 实验三 固态物质密度的测量

实验二固态物质的密度测定PAGE33实验二固态物质的密度测定【实验目的】1、学会调整和使用物理天平。2、学习并掌握测量固态物质密度的方法。3、计算间接测量量的误差。【实验仪器】物理天平、游标卡尺、烧杯、钢件、蜡、水、细线、温度计等【实验原理】密度是物质的基本特征之一，它与物质的纯度有关。因此工业上常通过测定密度来作原料成分的分析和纯度鉴定。物质的密度是指单位体积中所含物质的量，即：（2-1）式中ρ是物质的密度，m为物质的质量，V是物质的体积。不规则物体测量流体静力称衡法按照阿基米德浮力定律，浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于排开液体的重量。如果将钢件放在空气中称得质量为m，而前后两次称量差为物体受到水的浮力。浮力等于两次称量值的重量之差：浮力还等于排开同体积液体的重量：由上可以得到：（2-2）代入（2-1），可得：（2-3）上式就是用流体静力称衡法测不规则固体物质密度ρ的公式（注：此式只适合ρ>1的情况）。测量蜡的密度ρ’由于蜡的密度ρ’小于水的密度ρ0，将它放入水中无法全部浸没，可以采用加配重的方法（如用上述实验中的钢件），将蜡块连同钢件拴好全部浸没在水中，此时称得质量为m2，再将蜡块提升到水面以上，而钢件仍浸没在水中，此时称得质量为m3，如图2-1所示，则前后两次称量差为蜡块受到的水的浮力，而钢件前后无变化。1231231.天平挂钩2.待测物体（蜡块）3.重物（钢件）图2-1蜡块密度测量示意图由浮力等于两次称量值的重量只差：由浮力等于排开的同体积的水的重量：可得：（2-4）带入式（2-1），得：（2-5）上式为用流体静力称衡法测量蜡块的密度公式（注：此式只适合ρ<1的情况）。【仪器介绍】TW-05型物理天平一、结构及原理TW-05型物理天平系双盘悬挂等臂式天平。横梁上有三个刀口，中间刀口是天平臂的支点，两侧刀口用于悬挂秤盘。刀口采用优质合金铜，刀垫采用玛瑙，使定位精确，摩擦阻力减小。横梁上的游码可称量1g以下重物。底板左面装有托架，可放置烧杯等物。技术参数最大载荷500g分度值20mg示值变动性<1分度游标刻度20mg/刻度l.水平螺钉2.底板3.托架4.支架5.吊耳6.游码7.横梁8.平衡调节螺母9.读数指针10.感量调节器11.中柱12.盘梁13.秤盘14.水准器15.开关旋钮16.读数标牌图2-2TW-05型物理天平二、调整与使用1、调整水平。调天平底脚两个水平螺钉，使水准器气泡居中。2、调整平衡。将游码移至左侧零刻度线处，调节横梁两端平衡调节螺母，使指针停在零位或在零位左右对称摆动。3、称物时要轻拿轻放。物放左盘，砝码放右盘。砝码只许用镊子夹，严禁用手。4、天平的起动与制动是由开关旋钮控制。切记：天平起动只是用于观察是否平衡，而其它操作均要在制动状态下进行。初称阶段不必全起动，稍旋起能判断出倾向即可回到制动状态，再进行下一步操作。5、当感量小于1g时，可使用横梁上的游码，每移一刻度相当于50mg。被称物质量=砝码质量+游码刻度+指针标牌示数指针标牌示数作为尾数，小于天平的最小分度值，应按存疑读数使用。6、天平左右挂盘均刻有“1”、“2”编号，不可互换。7、天平用毕，应处于制动状态，使刀口与刀垫脱离接触。砝码在盒里归位放好。三、复称法一对天平由两臂长度不等所引入的系统误差的修正。设L1和L2分别表示左右两臂的长度，待测物的质量为m。先把它放在左盘里称衡，平衡时右盘里砝码质量加上游码读数共计为m1，于是有mgL1=mlgL2；再将物体放在右盘里称衡（注意，此时游码读数由右向左读分度值和估读值），平衡时左盘里砝码质量加游码读数之和为m2于是有：m2gL1=mgL2由以上两式相除，可消去L1和L2，最终得，此式就是经过复称之后求得的待测物的质量。由于天平的两臂不等长引入的误差为或如果Δ臂<天平的分度值，则两臂不等长引入的系统误差可忽不计，因而没必要进行复称。在检查Δ臂时，物体的m应取得大一些，这样一来，m1与m2的差异才较明显。【实验内容】用流体静力称衡法测量钢件的密度ρ，并计算绝对误差和相对误差。实验方法：1、将钢件用细线悬挂在天平左方的天平挂钩上称出其空气中的质量m。2、烧杯中盛以纯水，放天平的托盘上，将用细线悬挂的钢件放入烧杯中，调节托盘的位置使钢件全部浸没于水中，注意，钢件不能与烧杯的任何位置相接触。如果钢件上有气泡可用玻璃棒驱除附有的气泡，测定钢件在水中的表观质量m1。3、水的密度与温度有关，测量出水的温度t，在实验室可以从水的密度表中查出其密度ρ0。4、由于物理天平的灵敏度不太高，浸没在水中的量只测量一次，用天平的仪器误差（即天平的分度值）作为测量误差。由式（2-3）计算出钢件的密度。并计算相对误差E和绝对误差Δρ。将以上数据和计算记录在表2-1所示的参考数据表格中。表2-1用流体静力称衡法测量钢件的密度纪录表复秤法测量空气中的质量（g）m1(g)ρ0（g/cm3）m左m右m==[g/cm3]Δρ=[g/cm3]测量结果：=[g/cm3]=%按照图2-1的方法测量蜡块的密度ρ’，并计算相对误差和绝对误差。将以上数据和计算记录在表2-2所示的参考数据表格中。表2-2用流体静力称衡法测量蜡块的密度纪录表复秤法测量空气中的质量（g）m2（g）m3（g）ρ0（g/cm3）m左m右m==[g/cm3]Δρ’=[g/cm3]测量结果：=[g/cm3]=%注意：只有当浸入液体后物体