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大學物理實驗講義(密度測定)

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1、不規(guī)則物體密度的測定 【實驗目的】 1、學習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 。 【實驗儀器和用品】 物理天平(500g、50mg)、密度瓶(50ml)、燒杯(500ml)、不規(guī)則金屬塊(被測物) 石蠟塊(被測物)、碎小石子(被測物)、清水、細線。 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

2、,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)g m mi 圖3靜力稱衡法測密度 被測物密度: m」一水 (2) V m m1 2、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

3、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 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 m1m2 3、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,

4、再加滿水稱得其質(zhì)量為 m1m2 m 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 (m2 3,為了得到小石子排開水的體積, m4。 3 m4 1Tli)) m4 m3 m2 m1 碎小固體的總體積為:V m4 m3 m2 mi 碎小固體的密度為: (4) m2 m1 水 mU m3 m2 mi 【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: ①調(diào)底座水平:通過調(diào)底板下的調(diào)平螺絲,把水準儀中的氣泡調(diào)在水準儀正中。 ②調(diào)橫梁水平: 將橫梁兩端的掛鉤(連同吊

5、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,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)稱量金屬塊在空氣中的質(zhì)量 m。 (2)用細線拴住金屬塊,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

6、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 (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

7、上瓶塞,讓多余的水從塞子中間的細管 流出,用布擦干瓶子,稱出“瓶+水 +小石子”的總質(zhì)量 m3 o 3 (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。 【實驗注意事項】 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,動作要輕、穩(wěn),橫梁支起時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

8、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,并作適當賠償。 5、測量結(jié)束后,要將儀器復原,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。 【數(shù)據(jù)記錄與處理】 表1.不規(guī)則金屬塊密度的測量 m(g) mi(g) / , 3、 水(g/cm ) 1.00 m 3 測

9、水 =g/cm m m1 u(m)12 r u(mi)12 _ 。/ ] [ ] =% m mi m m1 u(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 ) 1.00 m 測V m / 3 水= = g/cm3 m1 m2 (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) 1.00 g/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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