物质密度的测量讲义

物质密度的测量【实验目的】1、掌握物理天平的使用2、掌握静力称衡法求不规则固体的密度3、掌握比重瓶测液体的密度【实验原理】1、 固体密度的测量（1）卡尺法对一密度分布均匀的物体，若其质量为m，体积为V，则刻物体的密度 （1）对几何形状简单且规则的物体，可用分析天平准确的测定物体的质量m，用游标卡尺或千分尺等量具测定其体积V，由（1）式求出样品的密度，但此方法往往既麻烦又不易测准，从而降低了测量精度。 （2）流体静力称衡法对几何形状不规则的物体，其体积无法用量具测定，为了克服这一困难，只有利用阿基米德原理，先测量物体在空气中的质量，再将物体浸没在密度为的某液体中，刻物体所受到的浮力F等于所排开的液体的重量，即 刻物体在空气中的质量，在液体中的质量均可由分析天平精确测定，此物体的密度可由下式确定： （2）液体的密度随着温度变化，在某一温度下的密度，通常可以从物理学常数表中查出。因此，求物体体积就转化为求和的问题，而和是能够准确测定的。（3）比重瓶法用比重瓶法能够准确地测定液体、不溶于液体介质的小块固体或粉末颗粒状物质的密度。假设空比重瓶质量为，比重瓶加待测固体的总质量为，比重瓶加待测固体和加满液体时的总质量为，比重瓶仅盛满液体时的质量为，则待测固体的密度可由下式求出 （3）2、液体密度的测量（1）流体静力称衡法根据此法在固体密度测量中的应用，如果把物体浸入在另一待测液体中，秤衡的质量为，则刻液体的密度为 （4）此方法要借助于不溶于水并且和被测液体不发生化学反应的物体（一般用玻璃体）。（2）比重瓶法根据此法在固体密度测量中的应用，设空比重瓶的质量为，充满密度为的被测液体的质量为，充满同温度已知密度的液体的质量为，则被测液体的密度为 （5）3、空气密度的测量空气密度是非常重要的物理量，许多精密测量都要考虑空气阻力、浮力的影响，这就要牵涉到空气密度的测量。另外，在质量、压力、流量等的测量中以及在空气成份分析、监测大气污染时常常要测量空气密度。图1 定容瓶空气密度很小，一般用定容瓶法测量。如图1所示，定容瓶是一个带真空活塞的容积固定的玻璃瓶，设充满空气的定容瓶质量为，抽真空时（1Pa数量级）的质量为，则空气密度为 （6）式中定容瓶的容积V可以这样来测量，在定容瓶中装满水后，再称其质量，则定容瓶的容积为 （7）定容瓶的容积也可由实验室事先测出。由于受到压强、湿度、温度等因素的影响，测得的空气密度包括水蒸气和干燥空气的密度。要想得到干燥空气在标准状态下的密度，就要对式（6）进行修正。空气可近似看成理想气体，理想气体状态方程为 （8）式中为空气密度，R为普适气体常量，P为气体压强，T为热力学温度，M为摩尔质量。设干燥空气和水蒸气的密度、分压强和摩尔质量分别为、和、，于是有 （9） （10）实验测得的密度是二者之和， （11） （12）由于，上式可近似为 （13）由气压计读出的压强值也是由干燥空气和水蒸气组成的，同样有 （14） （15）式（13）、（15）分别代表在实验条件下干燥空气的密度及压强。在标准状态下，即温度在0，压强为时，干燥空气的密度为 （16） （17）式中=1/273.15-1,由式（16）、（17）可得 （18）将（13）式代入（18）式，得 （19）式中，由气压计直接读出一个数值，再进行温度修正可得， （20）其中t为实验室环境温度，单位为。是水蒸气分压强，先由干湿泡温度计读出室温（干泡），再通过查水的饱和蒸气压与温度的关系表可得饱和蒸气压，将其乘以相对湿度即可得到。【实验内容】1、天平的调节天平灵敏度S=（单位：） 例如：S = 或S =。天平感量M是指天平指针在标尺上偏转1个分格时，天平称盘上应增加（或减少）的砝码值。天平的仪器误差一般可取感量的1/22、测不规则固体密度要求：（1）、分别由物理天平测量。（2）的数值可测量当时水温查表得到。温度0123456789100.999730.999630.999520.999400.999270.999130.998970.998800.998620.99843200.998230.998020.997800.997570.997330.997060.996810.996540.996260.99597300.995680.995370.995050.994730.994400.994060.993710.993360.992990.99262附表： 水的密度（103 ）3、测液体的密度要求：、分别由物理天平测量4、实验结果要用不确定度正确表示