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1、實驗四 固體和液體的密度測定 1 # 實驗?zāi)康? 1熟練掌握物理天平的構(gòu)造原理及調(diào)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(zhì)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(jù)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(zhì)量 mi,然后將物體浸 入水中，稱出其在水中的質(zhì)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(jù)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(lián)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(xì)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(zhì)量算出，稱量得空比重瓶的質(zhì)量為 mi,充滿蒸餾水時的質(zhì)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(zhì)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(zhì)量。因此， 可采用“比重瓶法”。實驗時，比重瓶內(nèi)盛滿蒸餾水，用天平稱出瓶和水的質(zhì)量 mi,稱 出粒狀固體的質(zhì)量為 m2，稱出在裝滿水的瓶內(nèi)投入粒狀固體后的總質(zhì)量為 m3,則被測 粒狀固體將排出比重瓶內(nèi)水的質(zhì)量是 m = mi+ m2 — m3,而排出水的體積就是質(zhì)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(dāng)然，所測粒狀固體不能溶于水，其大小應(yīng)保證能投入比重瓶內(nèi)。 實驗內(nèi)容 i?調(diào)試物理天平：調(diào)節(jié)水平；調(diào)節(jié)零點；練習(xí)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(xì)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(zhì)量 mi； 2）將金屬塊浸沒在水中，稱其質(zhì)量 m2； 3）記錄實驗室內(nèi)水的溫度。 （2）測塑料塊的密度 1）測量塑料塊在空氣中的質(zhì)量 m； 2）用細(xì)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(zhì)量 m1； 3）將塑料塊和“助沉物”一起浸入水中，測量質(zhì)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(zhì)量 m1； 2）采用吸管將蒸餾水充滿比重瓶，稱其質(zhì)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(zhì)量 m3。 （ 2）測定粒狀固體物質(zhì)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(zhì)量 m1； 2）采用天平稱量固體顆粒鉛的質(zhì)量 m2； 3）將顆粒鉛投入比重瓶內(nèi)，擦去溢出的水，稱出瓶、水和顆粒鉛的總質(zhì)量 m3。 數(shù)據(jù)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(guān)數(shù)據(jù)。并計算其密度和誤差，將

8、結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn) 式表示。 （2）自擬表格記錄測量塑料塊的有關(guān)數(shù)據(jù)。并計算其密度和誤差，將結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn) 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(guān)數(shù)據(jù)， 并計算其密度和誤差， 將結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn) 式表示。 思考題 1．使用物理天平應(yīng)注意哪幾點？怎樣消除天平兩臂不等而造成的系統(tǒng)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(gòu)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(dāng)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(diào)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(zhì) 量。感量就是天平的指針從標(biāo)牌上零點平衡位置轉(zhuǎn) 過一格，天平兩盤上的質(zhì)量差，靈敏度是感量的倒 數(shù)，感量越小靈敏度就越高。物理天平的操作步驟: (1)水平調(diào)節(jié)：使用天平時，首先調(diào)節(jié)天平底 座下兩個螺釘Li、L2，使水準(zhǔn)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(diào)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(zhuǎn)制動旋鈕 Q,啟動天平，觀察天平是否平衡。當(dāng)指針在 刻度尺S上來回擺動，左右擺幅近似相等，便可認(rèn)為天平達(dá)到了平衡。如果不平衡，反 時針方向旋轉(zhuǎn)制動旋鈕 Q,使天平制動，調(diào)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(dá)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(zhuǎn)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(fù)調(diào)整，直到天平能夠左右對稱擺動。然后調(diào)節(jié)游 動砝碼，

11、使天平達(dá)到平衡，此時游動砝碼的質(zhì)量就是待測物體的質(zhì)量。稱量時選擇砝碼 應(yīng)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(hù)方法 (1) 天平的負(fù)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(diào)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(zhuǎn)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(yīng)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(xué)藥 品不得直接放在盤內(nèi)稱量； 5）稱量完畢將制動旋鈕左旋轉(zhuǎn)，放下橫梁，保護(hù)刀口。 6