物体密度的测定

关于物体密度的测定【实验目的】学习游标卡尺、千分尺和物理天平的正确使用。用流体静力称衡法和比重瓶法测定物体的密度。学习实验数据的处理方法及用复称法消除系统误差。第2页,共12页，2024年2月25日，星期天【实验原理】物体的密度是指在某一温度时物体单位体积所包含的质量，即密度ρ：

（1）式中，m是物体的质量（g），V是它的体积（），其单位是。对于规则物体，可以利用测量长度的量具间接测得其体积。但对于不规则物体则不行。测量不规则物体体积的最简单方法是用量筒直接测量，但其测量准确度低。本实验所采用的静力称衡法，使不规则物体的密度测量有较高的准确度。如果将被测物体分别在空气中和水中称衡，得到其称量值为m和则物体在水中所受到的浮力为：（2）根据阿基米德原理，浸在液体中的物体要受到向上的浮力，浮力的大小等于所排开液体的质量和重力加速度g的乘积。因此：（3）是液体的密度，V是所排开的液体的体积，亦即被测物体的体积。由式（1）、（2）、（3）可以得到待测固体的密度：（4）为水的密度，不同温度下的水的密度见附表。第3页,共12页，2024年2月25日，星期天【实验仪器】游标卡尺螺旋测微计（千分尺）物理天平比重瓶第4页,共12页，2024年2月25日，星期天【实验内容】测量规则铜圆柱体的密度（1）用复称法测量铜圆柱体在空气中的质量为观察与消除可能存在的不等臂误差，常用的方法是用复称法测量（又称交换测量法）。即先将被测物体放在天平的左盘，砝码放在右盘，称得质量为，然后将被测物体放在右盘，砝码放在左盘。称得质量为，观察两者差别如何？依此判断天平的不等臂误差的情况。然后以其几何平均值的方法算出物体质量m，消除天平的不等臂误差的影响。（2）用游标卡尺测量铜圆柱体的长度l，螺旋测微计测量其直径，各测量六次。第5页,共12页，2024年2月25日，星期天用静力称衡法测量铜圆柱体的密度称出物体浸没在水中的质量（若经过前面的观察发现物理天平的不等臂误差较大，也可以用复称法测量。一般可以不用复称）。将盛水的烧杯置于物理天平的托盘上，并使铜圆柱体浸没于水中。注意勿使铜圆柱体接触烧杯，铜圆柱体的表面不得附着气泡，开启天平后铜圆柱体不得露出水面。第6页,共12页，2024年2月25日，星期天用比重瓶法测量不规则铅粒的密度对于不规则的颗粒状固体，不可能用流体静力称衡法来逐一称其质量。因此，可采用比重瓶法。实验时，将比重瓶内盛满蒸馏水，用天平称出瓶和水的质量为，称其粒状固体的质量为，装满蒸馏水的瓶内放入粒状固体溢出水后的总质量为，则放入粒状固体后从比重瓶中排出水的质量为：，固体的体积等于排出水的体积：待测粒状固体的密度为：第7页,共12页，2024年2月25日，星期天【数据处理与分析】1.列表记录所有测量数据和所使用仪器的仪器误差限，确定各测量值的最佳值与不确定度。2．按照式（1）和（4）分别计算铜圆柱体的密度；根据不确定度合成公式分别计算，并正确表示测量结果。3．计算并正确表示铅粒的密度。第8页,共12页，2024年2月25日，星期天【注意事项】1．物理天平称衡时，每次加、减砝码和移动游码时必须使天平止动。2．在将铅粒装入比重瓶内时要特别小心，漏失一粒铅粒都会使实验结果产生很大的差错。因此可以将比重瓶放在纸上，这样掉在瓶外的铅粒不易滚失。3．物理天平上的挂钩、架子和托盘均有编号，左右不能调换，否则天平将无法进行零点调节第9页,共12页，2024年2月25日，星期天预习思考题1．物理天平的正确使用可以归纳为哪四句话？如何消除天平的不等臂误差？2．天平的感量的物理意义是什么？第10页,共12页，2024年2月25日，星期天讨论题1．如果物体的密度小于水的密度，或呈小颗粒状，你能否设计一种方法测量其密度？2．若被测物体浸入水