指导书-03质量与密度的测量.doc

天津城市建设学院大学物理实验中心 大学物理实验A/大学物理实验B 实验教学指导书质量与密度的测量【实验目的】1 掌握物理天平的结构原理，操作规程，使用及维护方法；2 学会用物理天平测量质量；3 掌握用静力称衡法测定不规则固体及液体密度的原理和方法。【实验器材】物理天平、待测样品、已知液体（水）、烧杯、未知液体（酒精）、细线、温度计。【实验原理】一、天平的结构与使用方法天平是一种等臂杠杆，按其称衡的精确程度分等级，精确度低的是物理天平，不同精确度的天平配置不同等级的砝码。各种等级的天平和砝码的允许误差都有规定，可以查看产品说明书。天平的规格除了等级以外，主要还有最大称量和感量（或灵敏度），最大称量是天平允许称量的最大质量。感量就是天平的摆针从标度尺上零点平衡位置偏转一个最小分格时，天平两称盘上的质量差。一般说来，感量的大小应该与天平砝码（游码）读数的最小分度值相适应。灵敏度是感量的倒数，即天平平衡时，在一个盘中加单位质量后摆针偏转的格数。1.横梁2.支柱3.游码4.平衡螺母5.制动旋钮6.指针7.托盘8.水平仪9. 秤盘10.标尺11.感量砣12.主刀口13.刀口14.底脚调节螺丝图1物理天平1、 物理天平的构造本实验中采用的是物理天平。物理天平的构造如图5.2-1所示，1是天平的横梁，上面装有三个刀口，横梁中间一个主刀口12，其左右两边各一个刀口13。中间的刀口置于支柱2的刀垫上作为支点，使横梁形成等臂杠杆，左右两边的刀口上各悬挂了一个等重秤盘用以放置物体和砝码。横梁上装有刻度尺，用来表示游码3的位置。刻度尺的最小分度值为50mg，代表游码每向右移动一格，相当于在右盘中增加50mg的砝码，利用游码可作1.0g以下的称量。横梁两端的平衡螺母4是在使用前调节天平平衡时用的。制动旋钮5可控制横梁的上升和下降。横梁降下时制动架就会把它托住以免使刀口磨损。横梁下端连接一个固定指针6，当天平平衡时，指针应指示标尺10上刻度为10的位置（即标尺的中间位置）。实验中可根据指针在刻度尺上的读数来判断天平是否平衡。底座左边装有一支架和托盘7，用来托住不被称量的物体。水平仪8是用来判断天平底座是否水平的标志，如不水平，可调整底角螺丝14，使水平仪中气泡位于中心。2、 天平的使用方法和注意事项（1）调整天平底角螺丝，使水平仪气泡居中，确保天平位于水平桌面。 （2）调整零点。天平空载时将游码置于零刻度处，将吊耳挂在刀口上，转动制动旋钮支起横梁，观察指针是否在标尺刻度10附近小幅对称摆动。如指针偏向一边，可降下横梁，调节横梁上的平衡螺母。反复调整，直至支起横梁后，指针指向中央线或在中央线附近做对称摆动为止。（3）称量物体时，应把被称量物体放在左盘，砝码放在右盘。加减砝码必须使用镊子，严禁手拿。（4）取放物体和砝码，移动游码和天平时，都应将横梁制动以免损坏刀口。（5）读数。天平平衡时，砝码和游码所示的总质量即为被称量物体质量，估读到0.01g。二、流体静力称衡法测密度若物体质量为、体积为，则其密度为： (1)对于形状规则、密度均匀的物体，可直接根据定义，通过测定其质量和体积而求得。对于形状不规则的物体而言，可用流体静力称衡法间接地测出其体积，这是测量不规则物体密度的常用方法。若不计空气浮力，则物体在空气中的重量与其在液体中的视重之差即为它在该液体中所受的浮力，即： (2)上式中，及分别表示物体在空气及液体中的视质量。由阿基米德原理：物体在液体中所受的浮力等于它排开液体的重量。若以表示液体的密度，表示排开液体的体积亦即待测物体的体积，则： (3)由以上三式可解得待测物体的密度： (4)如将上述物体再浸入密度为的待测液体中，测得视质量为，则有： (5)由上式又可解得待测液体的密度： (6)可知，用静力称衡法测定固体或液体的密度，最终将转化为质量的测量。已知液体（水）在不同温度下的密度可从附表中查到。【实验内容与步骤】一、测量未知样品的质量（大、中、小三种，记入表1，计算平均值，平均值有效数字位数与测量值相同）二、用流体静力称衡法测量不规则固体和未知液体（酒精）的密度1、用物理天平测量未知被测物分别在空气中、水中的质量，各测量5次，记入表格1，平均值属于密度测量的中间结果，比测量值多留一位有效数字。记录室温，查出此温度下水的密度，要求比测量值多留一位郁有效数字。按公式（4）固体密度，有效数字与测量值中最短的位数一致，用科学计数法表达结果。2、测量该物体在未知液体（酒精）中的质量，测量次数5次，记入表格1，并求其密度，有效数字要求同上。三、整理仪器：天平止动，被测物和砝码、游码归原位，两侧吊耳从刀口上取下放在刀口内侧的横梁上。【注意事项】1 严格遵守物理天平操作步骤和操作规则，正确使用天平；2 在液体中称衡时应注意不使样品露出水面或接触烧杯，并应防止待测液体与已知液体混合；3 实验中应注意随时排除附着于待测样品上的气泡，排除方法可以用细丝轻轻摇振。4 把固体从一种液体换到另一种液体中测量时，要擦干表面残留液体。【数据处理】表1 质量的测量 单位：g次数样品质量12345平均值m小m中m大表2 密度的测量 单位：g次数质量12345平均值mm1m2室温： 水的密度= = 附表1 在20时常见固体和液体的密度（本表不用抄在报告中）物质密度/kgm-3物质密度/kgm-3铝铜铁银金钨铂铅锡水银钢2698.9896078741050019320193002145011350729813546.276007900石英水晶玻璃冰(0)乙醇乙醚汽车用汽油弗利昂12变压器油甘油2500280029003000880920789.471471072013298408901260附表2 在标准大气压下不同温度时水的密度（本表不用抄在报告中）温度t（）密度/kgm-3温度t /密度/kgm-3温度t /密度/kgm-30123456789101112131415999.841999.900999.941999.965999.973999.965999.941999.902999.849999.781999.700999.605999.498999.377999.244999.09916171819202122232425262728293031998.943998.774998.595998.405998.203997.992997.770997.538997.296997.044996.783996.512996.232995.944995.646995.3403233343536373839405060708090100995.025994.702994.371994.031993.68993.33992.96992.59992.21988.04983.21977.78971.80965.31958.35【思考题】1、物理天平在使用过程中要注意的哪些事项？2、密度测量中哪些因素会影响测量精度？【参考资料】1、杨广武等. 大学物理实验. 天津：天津