密度的测量实验报告

1 / 29密度的测量实验报告固体密度的测定一、实验目的：1. 掌握测定规则物体和不规则物体密度的方法；2. 掌握游表卡尺、螺旋测微器、物理天平的使用方法； 3. 学习不确定度的计算方法，正确地表示测量结果； 4. 学习正确书写实验报告。 二、实验仪器：1. 游表卡尺： 2. 螺旋测微器： 3. 物理天平：三.实验原理：内容一：测量细铜棒的密度m4m 可得 ? 2V?dh只要测出圆柱体的质量 m、外径 d 和高度 h，就可算出其密度。根据 ?内容二：用流体静力称衡法测不规则物体的密度1、待测物体的密度大于液体的密度根据阿基米德原理：F?0Vg 和物体在液体中所受的浮力：F?W?W1?(m?m1)g 可得?m?02 / 29m?m1m 是待测物体质量,m1 是待测物体在液体中的质量,本实验中液体用水，?0 即水的密度，不同温度下水的密度见教材附录附表 5。2、待测物体的密度小于液体的密度将物体拴上一个重物，加上这个重物后，物体连同重物可以全部浸没在液体中，这时进行称衡。根据阿基米德原理和物体在液体中所受的浮力关系可得被测物体的密度：?m?0 m3?m2如图 1-1，相应的砝码质量为 m2，再将物体提升到液面之上，而重物仍浸没在液体中，这时进行称衡，如图 1-1，相应的砝码质量为 m3，m 是待测物体质量,?0 即水的密度同上。图片已关闭显示，点此查看图 1-1 用流体静力称衡法称密度小于水的物体只有当浸入液体后物体的性质不会发生变化时，才能用此法来测定它的密度。13 / 29注：以上实验原理可以简要写。四. 实验步骤：实验1.熟悉游标卡尺和螺旋测微器,正确操作的使用方法，记下所用游标卡尺和螺旋测微器的量程，分度值和仪器误差.零点读数。2.用游标卡尺测细铜棒的长度 h,在不同方位测量 5 次分别用游标卡尺和螺旋测微器测细铜棒的直径 5 次,计算它们的平均值(注意零点修正)和不确定度.写出测量结果表达式并把结果记录表格内.3.熟悉物理天平的使用的方法,记下它的最大称量分度值和仪器误差.横梁平衡,正确操作调节底座水平, 正确操作天平.称出细铜棒的质量 m,并测 5 次,计算平均值和不确定度,写出测量结果表达式.4.用铜?4 公式算出细铜棒的平均密度 2?5.用不确定度的传递公式求出密度的相对不确定度和绝对不确定度,写出最后的结果表达式:?103kg/m3并记.4 / 296.求出百分差：铜焊条密度的参考值：?铜?103Kg/m3.实验内容二:用流体静力称衡法测不规则物体的密度1测定外形不规则铁块的密度；按照物理天平的使用方法，称出物体在空气中的质量 m，标出单次测量的不确定度，写出测量结果。把盛有大半杯水的杯子放在天平左边的托盘上，然后将用细线挂在天平左边小钩上的物体全部浸没在水中，称出物体在水中的质量 m1，标出单次测量的不确定度，写出测量结果。测出实验时的水温，由附录附表 5 中查出水在该温度下的密度?0。由式计算出?，同时用不确定度传递公式计算?的不确定度?，最后写出测量结果和相对不确定度，并和铁栓密度的参考值：?铁?10Kg/m 的数值比较之，求出百分差。2测定石蜡的密度 同上测出石蜡在空气中的质量 m；将石蜡拴上重物，测出石蜡仍在空气中，而重物浸没水中的质量 m3； 将石蜡和重物都浸没在水中，测出m2；5 / 29测出水温，由大学物理实验教材表中查出?0； 由式计算?及?。33求出百分差：石蜡密度的参考值：?石蜡?10Kg/m。 五、实验数据记录：铜焊条、铁栓、石蜡密度的理论参考值：33?铜?103Kg/m3、?铁?103Kg/m3、?石蜡?103Kg/m3固体密度测量图片已关闭显示，点此查看2图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看流体静力称衡法密度测量数据记录图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看6 / 29图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看六、实验数据处理：铜?(mm)铜修?(mm)铜?(mm) m 铜?(g)?d 铜?(mm)?h 铜?(mm)?m 铜?(mm)铜?4 铜 33?10Kg/m2?铜修铜E铜?%铜 3图片已关闭显示，点此查看?铜?E?铜?%?103?103(Kg/m3)EP 铜?铜?铜参?7 / 29?100%?%?铜参?0?103?103(kg/m3) m?铁?E 铁?铁?m?m?%m(m?m1)(?)?铁?E 铁?铁?%?103?103(Kg/m3) EP 铁?铁?铁参?100%?% ?铁参?0?103?103(kg/m3) m3?石蜡?E 石蜡?石蜡?8 / 29?m2?% mm3?石蜡?E 石蜡?石蜡?%?103?103(Kg/m3) EP石蜡?石蜡?石蜡参?()?100%?%?石蜡参七、结果讨论及误差分析：1、铜密度的百分差为负的%,测量值比参考值偏小,但偏小较小。其误差产生的主要原因：由于铜棒不是绝对圆柱体,所以圆柱直径 d 的测量值存在着系统误差,另外虽然采用了多次测量,但随机误差只能减小,不能消除。2、铁密度的百分差为负的%,测量值比参考值偏小,但偏小较小。其误差产生的主要原因：实验方法采用流体静力称衡法来测物体的密度，拴铁块的线用棉线，存在一定的系统误差，而且放入水中在铁块周围存在少量的气泡，使铁块质量在水中的视值偏小，产生了系统误差，测量值偏小。3、石蜡密度的百分差在%,误差较大。其误差产生的主要原因：实验方法采用流体静力称衡法来测物体的密度，拴铁块和石蜡的线用棉线，存在一定的系统误差，而且放入水中在石蜡和重物周围存在少量的气泡，使石蜡9 / 29和重物在水中的视值偏小，另外被测石蜡是用蜡烛，含有杂质，测量值偏大。4固体密度的测定示范报告一、实验目的：1. 掌握测定规则物体和不规则物体密度的方法；2. 掌握游表卡尺、螺旋测微器、物理天平的使用方法； 3. 学习不确定度的计算方法，正确地表示测量结果； 二、实验仪器：1. 游表卡尺： 2. 螺旋测微器： 3. 物理天平：三.实验原理：内容一：测量细铜棒的密度?根据m4m?2V 可得 ?dh 只要测出圆柱体的质量 m、外径 d 和高度 h，就可算出其密度。 内容二：用流体静力称衡法测不规则物体的密度 1、待测物体的密度大于液体的密度如果不计空气的浮力，物体在空气中的重量 W = mg 与它浸没在液体中的视重 W1 = m1g 之差即为它在液体中10 / 29所受的浮力：F?W?W1?(m?m1)g (1-3)根据阿基米德原理：F?0Vg ?0 是液体的密度，在物体全部浸入液体中时，V 是排开液体的体积，亦即物体的体积。由式和式可得?m?0m?m1本实验中液体用水，?0 即水的密度，不同温度下水的密度见教材附录附表。2、待测物体的密度小于液体的密度将物体拴上一个重物，加上这个重物后，物体连同重物可以全部浸没在液体中，这时进行称衡，如图 1-1，相应的砝码质量为 m2，再将物体提升到液面之上，而重物仍浸没在液体中，这时进行称衡，如图 1-1，相应的砝码质量为 m3，则物体在液体中所受的浮力：F?(m3?m2)g 图片已关闭显示，点此查看?11 / 29密度m?0m3?m2 只有当浸入液体后物体的性质不会发生变化时，才能用此法来测定它的密度。 四. 实验步骤：实验内容一：测量细铜棒的密度1.熟悉游标卡尺和螺旋测微器,正确操作的使用方法，记下所用游标卡尺和螺旋测微器的量程，分度值和仪器极限误差.零点读数。2.用游标卡尺测细铜棒的长度 h,在不同方位测量 5次分别用游标卡尺和螺旋测微器测细铜棒的直径 5 次,计算它们的平均值(注意零点修正)和不确定度.写出测量结果表达式并把结果记录表格内.3.熟悉物理天平的使用的方法,记下它的最大称量分度值和仪器误差.正确操作调节底座水平, 横梁平衡, 正确操作天平.称出细铜棒的质量 m,并测 5 次,计算平均值和不确定度,写出测量结果表达式.4.用铜?12 / 294?2 公式算出细铜棒的平均密度5.用不确定度的传递公式求出密度的相对不确定度和绝对不确定度,写出最后的结果表达式:?103kg/m3并记录到表格中.33?10Kg/m6.求出百分差：铜焊条密度的参考值：铜.实验内容二: 用流体静力称衡法测不规则物体的密度1测定外形不规则铁块的密度；按照物理天平的使用方法，称出物体在空气中的质量 m，标出单次测量的不确定度，写出测量结果。把盛有大半杯水的杯子放在天平左边的托盘上，然后将用细线挂在天平左边小钩上的物体全部浸没在水中，称出物体在水中的质量 m1 ，标出单次测量的不确定度，写出测量结果。测出实验时的水温，由附录附表中查出水在该温度下的密度?0。13 / 29?，最后写出测量结果和相对不确定度，并和铁由式计算出?，同时用不确定度传递公式计算?的不确定度栓密度的参考值：?铁?103Kg/m3的数值比较之，求出百分差。2测定石蜡的密度 同上测出石蜡在空气中的质量 m；将石蜡拴上重物，测出石蜡仍在空气中，而重物浸没水中的质量 m3；将石蜡和重物都浸没在水中，测出 m2； 测出水温，由表中查出由式计算?及?0；。?求出百分差：石蜡密度的参考值：五、实验数据记录： 固体密度测量图片已关闭显示，点此查看?石蜡?(?)?103Kg/m3。流体静力称衡法密度测量数据记录图片已关闭显示，点此查看14 / 29六、实验数据处理： 零点读数：游?(mm)铜?40976?(mm)铜?(mm)m 铜?(g)图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看?d 铜?图片已关闭显示，点此查看(mm)图片已关闭显示，点此查看?h 铜?(mm)?m 铜?(g)?d 铜?(mm) h 铜?(mm) m 铜?(g)铜图片已关闭显示，点此查看?433?10Kg/m?2E?%?E?%?103?103(Kg/m3)?15 / 29EP 铜?铜?铜参?100%?%?铜参?铁?0?103?103(kg/m3)m?E 铁?铁?m?m?%m(m?m1)(?)?铁?E 铁?铁?%?103?103(Kg/m3)EP 铁?铁?铁参?100%?%?铁参?0?103?103(kg/m3)m3?石蜡?E 石蜡?16 / 29?石蜡?m2?m?%mm3?m2?石蜡?E 石蜡?石蜡?%?103?103(Kg/m3)EP石蜡?石蜡?石蜡参?(?)?100%?(?)%?石蜡参图片已关闭显示，点此查看七、结果讨论及误差分析：1、铜密度的百分差为负的%,测量值比参考值偏小,但偏小较小。其误差产生的主要原因：由于铜棒不是绝对圆柱体,所以圆柱直径 d 的测量值存在着系统误差,另外虽然采用了多次测量,但随机误差只能减小,不能消除。2、铁密度的百分差为负的%,测量值比参考值偏小,但偏小较小。其误差产生的主要原因：实验方法采用流体静力称衡法来测物体的密度，拴铁块的线用棉线，存在一定的系统误差，而且放入水中在铁块周围存在少量的气泡，使铁块质量在水中的视值偏小，产生了系统误差，测量值偏小。3、石蜡密度的百分差在%到%之间,该测量值17 / 29在参考值区间内，误差一般。其误差产生的主要原因：实验方法采用流体静力称衡法来测物体的密度，拴铁块和石蜡的线用棉线，存在一定的系统误差，而且放入水中在石蜡和重物周围存在少量的气泡，使石蜡和重物在水中的视值偏小，另外被测石蜡是用蜡烛，中间有棉线产生了系统误差，测量注意：以上内容只作参考，杜绝抄袭。图片已关闭显示，点此查看测量固体的密度1、实验名称：测量小石块的密度2、实验器材：天平、量筒、烧杯和适量的水、细线。 3、 实验步骤：用天平测出的质量记作 m 在量筒中放入 的水记作 V1用细线拴住小石块块将其浸没于量筒中的水中，水的体积记作 V2 4、实验记录表格：图片已关闭显示，点此查看教师演示小石块密度测量方法： 1、先把天平调节平衡测出小石块的质量 2、用量筒测出小石块的体积3、把数据填入表中根据密度公式测出小石块的密度。学生：练习测量小石块的密度，并完成上述实验报告。18 / 29测量液体的密度1、实验名称：测量盐水的密度2、实验器材：天平、烧杯和适量盐水、量筒 3、实验步骤：用天平测出 的质量记作 m1 将烧杯中的液体倒入量筒中一部分，体积记作 V 用天平测出 的质量记作 m2 4、实验记录表格：图片已关闭显示，点此查看教师演示盐水密度测量方法1、先用天平测出盐水和烧杯的总质量 m1 2、把烧杯中的水倒入量筒中一部分，体积记作 V 3、测出烧杯和剩余盐水的总质量 m2 ， 4、用密度公式计算出盐水的密度。学生：练习测量盐水的密度，并完成上述实验报告。 教师巡视学生回答问题实验名称：测量物体密度 实验器材：实验步骤：用天平测出 的质量记作 m 在量筒中放入 的水记作 V1用细线拴住金属块将其浸没于量筒中的水中，水的体积记作 V2实验记录表格：图片已关闭显示，点此查看实验名称：测量液体密度 实验器材：19 / 29实验步骤：用天平测出 的质量记作 m1 将烧杯中的液体倒入量筒中一部分，体积记作 V用天平测出 的质量记作 m2 实验记录表格：图片已关闭显示，点此查看教学设计思想：。教学重点：密度测量原理、步骤 教学过程： 1.小石块密度的测量教师：密度测量原理要测量那些量 m v。画出测量表格。教师演示小石块 密度测量方法：1、先把天平调节平衡测出小石块的质量 2、用量筒测出小石块的体积 3、把数据填入表中根据密度公式测出小石块的密度。学生：练习测量小石块的密度，并完成实验报告。 教师巡视学生解答问题 2.密度的测量教师：测量盐水密度需要测量量画出表格。教师演示盐水密度测量方法 1、先用天平测出盐水和烧杯的质量 2、把烧杯中的水倒入量筒中测出空瓶的质量 ，用量筒测出盐水的体积 3、用密度公式计算出盐水的密度。学生：练习测量盐水的密度，并完成实验报告。 教师巡视学生回答问题 小结：密度的测量公式及方法 作业：完成实验报告学生实验报告20 / 29一、实验综述1、实验目的及要求1了解游标卡尺、螺旋测微器的构造，掌握它们的原理，正确读数和使用方法。2学会直接测量、间接测量的不确定度的计算与数据处理。 3学会物理天平的使用。 4掌握测定固体密度的方法。 2、实验仪器、设备或软件 1、游标卡尺 2、螺旋测微器 3、物理天平二、实验过程1、测圆环体体积图片已关闭显示，点此查看直接量外径标准差D=(mm)直接量外径 D 的 A 类不确定度：A=*D=(mm) 直接量外径 D 的 B 类不确定度：B= 仪=(mm) 直接量外径 D 的合成不确定度：Ux= (mm) 直接量外径 D 的测量结果为：D=(mm)Urx= UxD*100%=%直接量内径标准差21 / 29d=(mm)直接量内径 d 的 A 类不确定度：A=*d=(mm) 直接量内径 d 的 B 类不确定度：B= 仪=(mm) 直接量内径 d 的合成不确定度：Ux= (mm) 直接量内径 d 的科学测量结果：d=(mm)Urx= Uxd*100%=% 直接量高标准差h=(mm)直接量高 h 的 A 类不确定度：A=*h=(mm)直接量高 h 的 B 类不确定度：B= 仪=(mm) 直接量高 h 的合成不确定度：Ux= (mm) 直接量高 h 的科学测量结果：h=(mm)Urx= Uxh*100%=% 间接量体积 V 的平均值：V=h(D2-d2)/4= 间接量 V 的不确定度：222?v?(?(D2?d2)?h)?(?D)?(?d)=圆环体体积 V 的科学测量结果：V=(m)2、测钢丝直径仪器名称：螺旋测微器(千分尺)准确度=估读到图片已关闭显示，点此查看钢丝直径标准差：22 / 29d=钢丝直径 d 的 A 类不确定度：A=*d=(mm) 钢丝直径 d 的 B 类不确定度：B= 仪=(mm) 钢丝直径d 的合成不确定度：Ux=(mm)钢丝直径 d 的科学测量结果：d=(mm) Urx=Uxd*100%=%3、测石蜡的密度仪器名称：物理天平 TW天平感量： g 最大称量 500 g图片已关闭显示，点此查看123B= 仪=(2)写出直接测量 M1、M2、M3 的科学测量结果：M1= g M2= g M3= g(3)t 以为标准查表取值，计算石蜡密度平均值：?M1?t=/cm3M2?M32223 / 29间接量密度 的不确定度2?(?t?m1/(m2?m3)?(m1?t?m2/(m2?m3)2)?(m1?t?m3/(m2?m3)2)=3(5)石蜡密度 的科学测量结果: p= g/cm三、结论1、实验结果圆环体体积 V 的科学测量结果：V=(m) 钢丝直径 d 的科学测量结果：d=(mm) Urx=Uxd*100%=% 石蜡密度 的科学测量结果: p= g/cm2、分析讨论：要求平均值剔除异常数据 要用系统误差修正平均值 数据要用科学方法表示3策底初中物理实验报告单图片已关闭显示，点此查看- 1 - 2 -图片已关闭显示，点此查看24 / 29空气密度的测量内容摘要：空气密度是社会和自然科学的一个重要参数，就比如空气对运动物体的阻碍力，所受阻力大小受到各地海拔及空气湿度的影响，总的来说就是因为空气密度不同，所以学会精确测量其大小对于科研及教学尤为重要。引言：空气密度的测量对于现代教学及科技发展具有重大意义，但研究者甚少，物体受到空气的弹力而产生的.汽车、船舶、铁路机车等在运行时，由于前面的空气被压缩，两侧表面与空气的摩擦，以及尾部后面的空间成为部分真空，这些作用所引起的阻力.在逆风运行时，还要把风力附加在内. 在现实生活中，自由落体也受空气阻力的影响，其速度，接触面积，空气密度等都会影响空气阻力的大小. 在热传学中，对流被分为自然对流与强制对流.例如自然对流热空气上升冷空气下降 .还有在风电场工程建设的过程中,对一个地区风能大小的准确评测至关重要,其中空气密度是准确计算与衡量一个地区风能大小的重要参数之一等等之类的，它影响着我们的生活甚至科学的的发展，所以，对于测量这样的一个参数，是很有必要的.实验仪器：玻璃瓶、金属管、夹子、橡胶管、水槽、量筒、打气筒 实验方案拟定：1、选择实验方法25 / 29=m/V m=M2-M1的瓶子、夹子、导管的总质量；V：用排水集气法得到的空气体积）2、选择测量方法 M1、M2 的测量使用阻尼式分析天平进行称量 V 的测量利用排水集气法测量3、测量仪器的选择(原则-误差均分) 确定误差分配方案 按照相等影响原则分配若 y=f(x1,x2xn)例：g=f(T,l)=42Uc(y)=(f/x1)2Uc2(x1) +(f/xn)2 Uc2 (xn) 1/2r(y)=(lnf/x1)2 Uc2 (x1)+ +(lnf/xn)2 Uc2 (xn) 1/2 要求(f/xi)2 Uc2 (xi) 1/21/2Uc(y)(lnf/xi)2 Uc2 (xi) 1/2r 则|f/xi | Uc(xi) Uc(y)/(n 1/2) |lnf/xi| Uc(xi) r /(n 1/2) 根据以上运算推出：|/mi| Uc(mi) Uc() /(21/2) |ln(m,V)/ Vi| Uc(Vi) r/(21/2)设 m= V=500mL(cm3),要求密度 的r1%，应用什么器具来测量？=m/V26 / 29ln=lnm+ln(1/V) 根据误差均分原则|1/m|Uc(m) r/(21/2) |-1/V|Uc(V)r/(21/2)Uc(m) rm/(21/2)=(1%*)/(21/2)1mg 分度 Uc(V) rV/(21/2)=(1%*500cm3) /(21/2)1cm3(1mL)所以选择最小分度为 1mg 以下的分析天平和最小分度为 1mL(1cm3)以下的量筒(集气瓶)分别测 m 和 V4、选择测量条件尽可能精确称出 m 的值及量出体积 V 实验过程需小心仔细尽量排除其它外加因素的影响 5、拟定实验程序先找一个玻璃瓶，在瓶口处用橡胶塞塞紧在塞子中央打一孔，把金属管或玻璃管紧插入孔内，将塞子塞紧，将橡皮导管套在金属管上。检查气密性：通过导管向玻璃瓶中充入一定空气后用夹子夹紧橡胶管，将图一整个装置浸没于水中，若无气泡渗出则表明气密性较好，无漏气；检查好气密性后，将整个装置烘干，打开夹子后再夹上；用天平称量出图一中瓶子、塞子、玻璃管及橡胶27 / 29管的总质量；图片已关闭显示，点此查看注：此时两仪器内的空气与外界连通将瓶子取下，用打气筒从导管向瓶内充气，打入一定气体后，用夹子将橡皮管夹紧，抽出打气筒；图片已关闭显示，点此查看将瓶子再放到天平上，增如毫克砝码，直至天平重新平衡