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1、物质密度的测定密度是物质的基本特性之一,它与物质的纯度有关。因此,工业上常通过测定密度来作原料成份的分析和纯度的鉴定。测量物体质量时,需使用天平,天平是物理实验中常用的基本仪器,我们将通过对物体密度的测量来熟悉物理天平的使用。1-1规则物体密度的测定［实验目的］1、掌握测定规则物体密度的一种方法。2、学习使用物理天平的方法。3、进一步熟悉游标卡尺和螺旋测微计的使用。［实验原理］若一物体的质量为M,体积为V,密度为ρ,则按密度定义有Mρ=(1)V当待测物体是一直径为d、高度为h的圆柱体时,公式(1)变为4Mρ=(2)2πdh只要测
2、出圆柱体的质量M、直径d和高度h,代入公式(2)就可算出该圆柱体的密ρ。一般说来,待测圆柱体各个断面的大小都不尽相同,从不同方位测量它的直径,其数值会稍有差异,另外,圆柱体的高度各处也不完全一样,因此,要精确测定圆柱体的体积,必须在它的不同位置测量直径和高度,求出直径和高度的算术平均值。测圆柱体的直径时,可选圆柱的上、中、下三个部位进行测量,每一部位至少测量三次,每测得一个数据后,应转动一下圆柱再测下一个数据,最后利用测得的全部数据求直径的平均值。同样,高度也应在不同位置进行多次测量。［装置介绍］物理天平是常用的测量物体质量的仪
3、器,其外表示意图见图1。天平的横梁上装有三个刀口,中间刀口置于支柱上,两侧刀口各悬挂一个秤盘。横梁下面固定一个指针,当横梁摆动时,指针尖端就在支柱下方的标尺前摆动。制动旋钮可以使横梁上升或下降,横梁下降时,制动架就会把它托住,以避免磨损刀口。横梁两端两个平衡螺母是天平空载时调平衡用的。横梁上装有游码,用于1.00g以下的称衡。支柱左边的托盘,可以托住不被称衡的物体。物理天平的规格由下列两个参量来表示:1.感量是指天平平衡时,为使指针产生可觉察的偏转在一端需加的最小质量。感量越小,天平的灵敏度越高。图1所示天平的感量为0.05g。
4、2.称量是允许称衡的最大质量。该天平的称量为200g。使用物理天平时应当注意以下几点:1.使用前应调节天平底脚螺钉,使水准仪中气泡在中心,以保证支柱铅直。图1物理天平2.要调准零点,即先将游码移到横梁左端零线上,支起横梁,观察指针是否停在中间“10”点;如不在,可调节平衡螺母,使指针指向“10”点。3.称物体时,被称物体放在左盘,砝码放在右盘,加减硅码,必须使用镊子,严禁用手。4.取放物体和砖码,移动游码或调节天平时,都应将横梁制动,以免损坏刀口。［实验内容］测定铁圆柱体的密度:1.正确使用物理天平,称出圆柱体的质量M。2.用螺
5、旋测微计测圆柱体外径,在不同部位测量9次,求其平均值d。3.用游标卡尺测圆柱体高度,在不同方位测量5次,求其平均值h。4.用公式(2)算出物体的密度ρ。5.求出密度的相对误差与不确定度,确定物体密度的有效数字位数。表1-1测量铁圆柱体密度记录表Δm=g,Δd=cm,Δh=cm.表(一) 质量M(克)m1m2表(二) 直径d(厘米)上端中端下端d1d2d3d4d5d6d7d8d9表(三) 高度h(厘米)h1h2h3h4h5［思考题］1.试扼要地说明为什么圆柱体的高度要用游标卡尺测量,直径要用千分尺测量？若用普通米尺测量这两个量,测
6、得的铁密度的结果表达式有何不同？1-2用流体静力称衡法和比重瓶法测定固体的密度［实验目的］1、学习正确使用物理天平和比重瓶。2、掌握用流体静力称衡法和比重瓶法测定形状不规则的固体和小块固体密度的原理。3、测定不规则固体材料的密度。［实验原理］(一)流体静力称衡法按照阿基米德定律,浸在液体中的物体要受到向上的浮力。浮力的大小等于物体所排开的液体的重量。如果将物体分别浸在空气和水里称衡,得到物体的重量为W1和W2,则物体在水中受到的浮力为W−W,它应等于全部浸入水中物体所排12开的水的重量，即W−W=ρgV(其中ρ为水的密度,g12
7、00为重力加速度,V为物体的体积)。考虑到W=ρgV(ρ为1物体的密度),消去V、g后等式变为ρW1=ρW−W012(3)W1即ρ=ρ0W−W12图2比重瓶'如果将上述物体再浸入密度为ρ的待测液体中,称得此时物体的重量为W,则物体在3待测液体中受到的浮力为W−W,此浮力又等于ρ'gV。考虑到W−W=ρgV,得到待13120测液体的密度 W−W13ρ'=ρ (4)0W−W12(二)比重瓶法实验所用比重瓶如图2所示。比重瓶注满液体后,当用中间有毛细管的玻璃塞子塞住时,多余的液体就从毛细管溢出,这样瓶内液体的体积就是固定的。 要用比
8、重瓶法来测量不溶于水的小块固体(其大小应保证能放入比重瓶内)的密度,ρ可依次称出小块固体的质量M、盛满纯水后比重瓶和纯水的总质量M,以及装满纯水的瓶31内投入小块固体后的总质量M。显然,被小块固体排出比重瓶的水的质量是4M+M−M，排出水的体积就是质量为M的小块
