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1、實驗四 固體和液體的密度測定 1 # 實驗目的 1熟練掌握物理天平的構造原理及調整和使用方法。 2.掌握測定固體和液體密度的兩種方法(靜力稱衡法和比重瓶法) 實驗儀器 天平，待測物體，線繩，燒杯，水，比重瓶。 實驗原理 若一個物體的質量為 m,體積為V，則其密度為 q = m ( 4— i) V 可見，通過測定m和V可求出p , m可用物理天平稱量， 而物體體 積則可根據實際情況，采用不同的測量方法。對于形狀不規(guī)則的物體， 或小粒狀固體，液體可用下述兩種方法測量其體積，從而計算出它的密 度。 1.用液體靜力“稱量法”測量固體的密度 (1 )能沉

2、于水中的固體密度的測定 圖4— 1 所謂液體靜力“稱量法”，即先用天平稱被測物體在空氣中質量 mi,然后將物體浸 入水中，稱出其在水中的質量 m2，如圖4 — 1所示，則物體在水中受到的浮力為 F = (mi — m2)g ( 4— 2) 根據阿基米德原理，浸沒在液體中的物體所受浮力的大小等于物體所排開液體的重量。 因此，可以推出 F= p oVg (4— 3) 其中p o為液體的密度(本實驗中采用的液體為水) ；V是排開液體的 體積亦即物體的體積。聯立(4 — 2)和(4 — 3)式可以得 V =mi「m2 (4— 4) 由此得 .：■ 也 . ,：o (4—

3、5) mi-m2 (2)浮于液體中固體的密度測定 待測物體的密度比液體小時，可采用加“助沉物”的辦法，如圖 4— 2所示，“助沉 2 物”在液體中而待測物在空氣中，稱量時砝碼質量為 mj。待測物體和 “助沉物”都浸入液體中稱量時如圖 4 — 3所示，砝碼質量為 m2,因 此物體所受浮力為 (mi — m2)g。若物體在空氣中稱量時的砝碼質量為 m,物體密度為 P = m! m —

4、m2 (4 — 6) 2.比重瓶法 (1) 液體密度的測量 對液體密度的測定可用流體靜力“稱量法” ，也可用“比重瓶法”。在一定溫度的條 件下，比重瓶的容積是一定的。如將液體注入比重瓶中，將毛玻璃塞由上而下自由塞上, 多余的液體將從毛玻璃塞的中心毛細管中溢出，瓶中液體的體積將保持一定。 比重瓶的體積可通過注入蒸餾水， 由天平稱其質量算出，稱量得空比重瓶的質量為 mi,充滿蒸餾水時的質量為 m2，貝V m2= mi+ p V，因此，可以推出 V = (m2 — mi)/ p ( 4— 7) 如果再將待測密度為 p '的液體(如酒精)注入比重瓶，再稱量得出被測液體和比

5、 重瓶的質量為 m3，貝V p = (m3 — mi)/v。將公式(7)代入此公式得 ：=：m3 _mi (4— 8) m2 -mt (2) 粒狀固體密度的測定 對于不規(guī)則的顆粒狀固體，不可能用流體靜力“稱衡法”來逐一稱其質量。因此， 可采用“比重瓶法”。實驗時，比重瓶內盛滿蒸餾水，用天平稱出瓶和水的質量 mi,稱 出粒狀固體的質量為 m2，稱出在裝滿水的瓶內投入粒狀固體后的總質量為 m3,則被測 粒狀固體將排出比重瓶內水的質量是 m = mi+ m2 — m3,而排出水的體積就是質量為 m? 的粒狀固體的體積，所以待測粒狀固體的密度為 X——m2——.：：0 (4— 9)

6、+m2 _m3 當然，所測粒狀固體不能溶于水，其大小應保證能投入比重瓶內。 實驗內容 i?調試物理天平：調節(jié)水平；調節(jié)零點；練習使用方法。 2?用流體靜力“稱量法”測物體的密度。 (i )測金屬塊的密度 i) 用細線拴住金屬塊，置于天平的左面掛鉤上測出其在空氣中的質量 mi； 2）將金屬塊浸沒在水中，稱其質量 m2； 3）記錄實驗室內水的溫度。 （2）測塑料塊的密度 1）測量塑料塊在空氣中的質量 m； 2）用細線在塑料塊的下面懸掛一個“助沉物” ，測量塑料塊在空氣中而“助沉物” 在液體中的質量 m1； 3）將塑料塊和“助沉物”一起浸入水中，測量質量 m2。 3．采用

7、比重瓶測定物體的密度 （1）測定物體的密度 1）采用天平稱量比重瓶沒有裝入東西時的質量 m1； 2）采用吸管將蒸餾水充滿比重瓶，稱其質量 m2； 3）倒出比重瓶中的蒸餾水、烘干，然后再將被測液體注入比重瓶，稱量比重瓶和 液體的質量 m3。 （ 2）測定粒狀固體物質的密度 1）將純水注滿比重瓶后蓋上塞子，擦去溢出的水，再用天平稱出瓶和水的總質量 m1； 2）采用天平稱量固體顆粒鉛的質量 m2； 3）將顆粒鉛投入比重瓶內，擦去溢出的水，稱出瓶、水和顆粒鉛的總質量 m3。 數據處理 1．用流體靜力“稱量法”測物體密度 （1）自擬表格記錄測量金屬塊的有關數據。并計算其密度和誤差，將

8、結果用標準 式表示。 （2）自擬表格記錄測量塑料塊的有關數據。并計算其密度和誤差，將結果用標準 式表示。 2．采用比重瓶測量酒精和顆粒鉛的密度 自擬表格記錄測量酒精和顆粒鉛的有關數據， 并計算其密度和誤差， 將結果用標準 式表示。 思考題 1．使用物理天平應注意哪幾點？怎樣消除天平兩臂不等而造成的系統誤差？ 2．分析造成本實驗誤差的主要原因有哪些？ 附錄 物理天平 1使用介紹 物理天平的構造如圖 4 — 4所示，在橫梁上裝有三角刀口 A、F2，中間刀口 A 置于支柱頂端的瑪瑙刀口墊上，作為橫梁的支點。兩邊刀口各有秤盤 Pi、P2，橫梁上升 或下降，當橫梁下降時，制動架就會把

9、它托住，以 Bi B2 A F2 C G [tto S P2 Fi 物理天平 免刀口磨損。橫梁兩端各有一平衡螺母 Bi、B2，用 于空載調節(jié)平衡。橫梁上裝有游動砝碼 D，用于1g 以下的稱量。 物理天平的規(guī)格由最大稱量值和感量(或靈敏 度)來表示。最大稱量值是天平允許稱量的最大質 量。感量就是天平的指針從標牌上零點平衡位置轉 過一格，天平兩盤上的質量差，靈敏度是感量的倒 數，感量越小靈敏度就越高。物理天平的操作步驟: (1)水平調節(jié)：使用天平時，首先調節(jié)天平底 座下兩個螺釘Li、L2，使水準儀中的氣泡位于圓圈線的中央位置; 0刻度線對齊。兩端秤 (2 )零

10、點調節(jié)：天平空載時，將游動砝碼撥到左端點，與 盤懸掛在刀口上順時針方向旋轉制動旋鈕 Q,啟動天平，觀察天平是否平衡。當指針在 刻度尺S上來回擺動，左右擺幅近似相等，便可認為天平達到了平衡。如果不平衡，反 時針方向旋轉制動旋鈕 Q,使天平制動，調節(jié)橫梁兩端的平衡螺母 Bi、B2，再用前面的 方法判斷天平是否處于平衡狀態(tài)，直至達到空載平衡為止; (3 )稱量：把待測物體放在左盤中，右砝碼盤中放置砝碼，輕輕右旋制動旋鈕使 天平啟動，觀察天平向哪邊傾斜， 立即反向旋轉制動旋鈕， 使天平制動，酌情增減砝碼, 再啟動，觀察天平傾斜情況。如此反復調整，直到天平能夠左右對稱擺動。然后調節(jié)游 動砝碼，

11、使天平達到平衡，此時游動砝碼的質量就是待測物體的質量。稱量時選擇砝碼 應由大到小，逐個試用，直到最后利用游動砝碼使天平平衡。 2.維護方法 (1) 天平的負載量不得超過其最大稱量值，以免損壞刀口或橫梁； (2) 為了避免刀口受沖擊而損壞，在取放物體、取放砝碼、調節(jié)平衡螺母以及不 使用天平時，都必須使天平制動。只有在判斷天平是否平衡時才將天平啟動。天平啟動 或制動時，旋轉制動旋鈕動作要輕； (3) 砝碼不能用手直接取拿，只能用鑷子間接挾取。從秤盤上取下后應立即放入 砝碼盒中; （4）天平的各部分以及砝碼都要防銹、防腐蝕，高溫物體以及有腐蝕性的化學藥 品不得直接放在盤內稱量； 5）稱量完畢將制動旋鈕左旋轉，放下橫梁，保護刀口。 6