实验五 物质密度的测定

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1、实验五物质密度的测定要想测量物体的密度ρ，只需称量该物体的质量m和体积V，再根据ρ=m/V进行计算得到。物体的质量m可用天平称量，对于外形规整而又便于测量外形尺寸的物体，可通过测外形尺寸来计算体积，对于一般外形不规整的固体，则必须采用其它方法求其体积。本实验介绍了常用的测量不规则固体与液体密度的方法。【实验目的】1．学会正确使用物理天平称量物体的质量。2．掌握用流体静力称衡法和比重瓶法测量固体和液体的密度。【实验原理】一、流体静力称衡法用流体静力称衡法测固体密度时，先设物体在空气中的重量为W1，悬在水中的视重W2，则物体所受水的浮力F的大小等于F=W1-W2根据阿基米

2、德原理，物体在水中所受的浮力的大小等于它所排开水的重量，即F=ρ0Vg其中，ρ0为水的密度，V为物体的体积，g为重力加速度，得W1-W2=ρ0Vg即V=(5-1)又设物体在空气中称衡时天平的砝码值为m1，如图5-1所示，将物体挂在天平横梁左侧吊耳的挂钩上，并使其悬在盛水的烧杯中称衡时天平的砝码值为m2，则W1=m1g，W2=m2g，将此代入(5-1)式中得到V=(5-2)测出水的温度，从附表中查出ρ0值，就可从(5-2)式求出物体的体积，而物体的密度ρ就等于(5-3)二、比重瓶法比重瓶的形状如图5-1所示，它在一定的温度下有一定的容积。当将液体注满比重瓶并塞好塞子后，

3、多余的液体将从塞子的毛细管流出，使瓶中液体的体积保持一定。图5-1比重瓶图5-2铝块的称衡1．测量液体密度测量液体的密度时，先称出比重瓶的质量m1，然后将温度相同的待测液体和蒸馏水分别注满比重瓶，并分别称出二者与比重瓶的质量m2和m3。则体积相同的待测液体和蒸馏水的质量分别为m2-m1和m3-m1，即和其中ρ0和分别为水和液体的密度。由此二式得到(5-4)2．测量不溶于水的小块固体密度若用比重瓶法测量形状不规则的，且不溶于水的小块固体密度时，可依前法逐一称出固体的质量m4，装满蒸馏水的比重瓶的质量m3，以及装满蒸馏水的比重瓶内投入小块固体后的总质量m5。显然，被小块固

4、体从瓶中排出的水的质量为m3+m4-m5，因此在体积相同的条件下，小块固体的密度为(5-5)【实验仪器】物理天平，烧杯，比重瓶，温度计，恒温箱，待测固体和液体，蒸馏水，吸水纸。【实验步骤】1．用流体静力称衡法测固体的密度（铝块）⑴将铝块放在天平左盘上称得其在空气中的质量m1。⑵用细线将铝块吊在天平横梁左侧的小钩上，如图5-2，再将铝块全部浸入盛有蒸馏水的烧杯中，称出此时物体在水中称衡时天平的砝码值m2（注意不要让铝块接触烧杯并除去铝块周围附着的气泡）。⑶测出蒸馏水的温度值，并查出此温度下蒸馏水的密度ρ0。⑷由公式（5-3）计算铝块的密度，并用不确定度报告测量结果（ρ铝

5、=ρ±Δρ）。2．用比重瓶法测量液体的密度（酒精）⑴洗净、烘干比重瓶，并称出干燥比重瓶的质量m1。⑵将待测液体酒精充满比重瓶，用吸水纸擦干瓶外的酒精，再称其质量m2。⑶倒出酒精，将比重瓶放入恒温箱中进行烘干（恒温箱温度控制在70℃以下），然后将干燥的比重瓶充满蒸馏水，称其质量m3。⑷用公式（5-4）计算酒精的密度并用不确定度报告测量结果（ρ洒精=）。3．用比重瓶法测量不规则小块固体的密度（玻璃球）⑴将小玻璃球（约10粒左右）烘干，并称其质量m4。⑵将已称其质量为m4的玻璃球放入已盛满蒸馏水的比重瓶内，塞上瓶塞，擦干瓶外的蒸馏水，称出此时比重瓶、水和玻璃球的总质量m5。

6、⑶由公式（5-5）计算出玻璃球的密度并用不确定度报告测量结果（ρ玻璃=）。【思考题】1．使用天平测量前，应进行哪些调节，如何消除天平不等臂误差?2．如何用静力称衡法测定液体的密度?3．用未经干燥的比重瓶进行测量，对实验结果有什么影响?参考资料物理天平【原理】图5-3物理天平利用等臂杠杆来量度质量的称衡仪器，称为天平。按其称衡的精度分等级，精密度高的是分析天平，精密度低的是物理天平，实验中常用的物理天平如图5-3所示。它的主要部分是底座1，支柱2，横梁3及秤盘4和5。在横梁的中点和两端有三个钢质的刀口6、7和8，中间刀口向下可由支柱2上的刀垫支起，作为横梁的支点，两端的

7、刀口上悬挂两个秤盘，其刀口位置正好距中间刀口等远，三个刀口在同一平面上，这样就构成等臂杠杆天平。横梁在制造上要求轻而坚牢，质量分布具有中央轴线对称，重心在中央刀口稍下，使横梁处于水平稳定平衡，横梁的水平位置，是称衡时的参考位置，它由固定在上面的指针10在支柱2上的水平标尺11上指示出，称为零点。在支柱的下方有一止动旋钮9，用以升降横梁，当顺时针转动止动旋钮时，支柱中升高的刀垫将横梁托起，梁即可灵活摆动进行称衡。不用时，逆时针转动止动旋钮，横梁下降，由止动架托住，中央刀口和刀垫分离，两端的刀口由于称盘落在底座上而减去负荷，其目的是保护刀口以免受到损伤，