固體和液體的密度測定

1、實(shí)驗(yàn)四 固體和液體的密度測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟練掌握物理天平的構(gòu)造原理及調(diào)整和使用方法。2掌握測定固體和液體密度的兩種方法（靜力稱衡法和比重瓶法）。實(shí)驗(yàn)儀器天平，待測物體，線繩，燒杯，水，比重瓶。實(shí)驗(yàn)原理若一個(gè)物體的質(zhì)量為m，體積為V，則其密度為 圖41 （41）可見，通過測定m和V可求出，m可用物理天平稱量，而物體體積則可根據(jù)實(shí)際情況，采用不同的測量方法。對(duì)于形狀不規(guī)則的物體，或小粒狀固體，液體可用下述兩種方法測量其體積，從而計(jì)算出它的密度。1 用液體靜力“稱量法”測量固體的密度（1）能沉于水中的固體密度的測定 所謂液體靜力“稱量法”，即先用天平稱被測物體在空氣中質(zhì)量m1，然后將物體浸入水中，稱出

2、其在水中的質(zhì)量m2，如圖41所示，則物體在水中受到的浮力為 F (m1m2)g （42）根據(jù)阿基米德原理，浸沒在液體中的物體所受浮力的大小等于物體所排開液體的重量。因此，可以推出 F0Vg （43）圖42其中0為液體的密度（本實(shí)驗(yàn)中采用的液體為水）；V是排開液體的體積亦即物體的體積。聯(lián)立（42）和（43）式可以得 （44）由此得 （45）（2）浮于液體中固體的密度測定待測物體的密度比液體小時(shí)，可采用加“助沉物”的辦法，如圖42所示，“助沉物”在液體中而待測物在空氣中，稱量時(shí)砝碼質(zhì)量為m1。待測物體和“助沉物”都浸入液體中稱量時(shí)如圖43所示，砝碼質(zhì)量為m2，因此物體所受浮力為(m1m2)g。若物

3、體在空氣中稱量時(shí)的砝碼質(zhì)量為m，物體密度為圖43 （46）2 比重瓶法（1）液體密度的測量對(duì)液體密度的測定可用流體靜力“稱量法”，也可用“比重瓶法”。在一定溫度的條件下，比重瓶的容積是一定的。如將液體注入比重瓶中，將毛玻璃塞由上而下自由塞上，多余的液體將從毛玻璃塞的中心毛細(xì)管中溢出，瓶中液體的體積將保持一定。比重瓶的體積可通過注入蒸餾水，由天平稱其質(zhì)量算出，稱量得空比重瓶的質(zhì)量為m1,充滿蒸餾水時(shí)的質(zhì)量為m2，則m2m1V，因此，可以推出 V(m2m1) （47）如果再將待測密度為的液體（如酒精）注入比重瓶，再稱量得出被測液體和比重瓶的質(zhì)量為m3，則(m3m1)/V。將公式（7）代入此公式得

4、（48）（2）粒狀固體密度的測定對(duì)于不規(guī)則的顆粒狀固體，不可能用流體靜力“稱衡法”來逐一稱其質(zhì)量。因此，可采用“比重瓶法”。實(shí)驗(yàn)時(shí)，比重瓶內(nèi)盛滿蒸餾水，用天平稱出瓶和水的質(zhì)量m1，稱出粒狀固體的質(zhì)量為m2，稱出在裝滿水的瓶內(nèi)投入粒狀固體后的總質(zhì)量為m3，則被測粒狀固體將排出比重瓶內(nèi)水的質(zhì)量是mm1m2m3，而排出水的體積就是質(zhì)量為m2的粒狀固體的體積，所以待測粒狀固體的密度為 （49）當(dāng)然，所測粒狀固體不能溶于水，其大小應(yīng)保證能投入比重瓶內(nèi)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1調(diào)試物理天平：調(diào)節(jié)水平；調(diào)節(jié)零點(diǎn)；練習(xí)使用方法。2用流體靜力“稱量法”測物體的密度。（1）測金屬塊的密度1）用細(xì)線拴住金屬塊，置于天平的左面掛鉤

5、上測出其在空氣中的質(zhì)量m1；2）將金屬塊浸沒在水中，稱其質(zhì)量m2；3）記錄實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水的溫度。（2）測塑料塊的密度1）測量塑料塊在空氣中的質(zhì)量m；2）用細(xì)線在塑料塊的下面懸掛一個(gè)“助沉物”，測量塑料塊在空氣中而“助沉物”在液體中的質(zhì)量m1；3）將塑料塊和“助沉物”一起浸入水中，測量質(zhì)量m2。3采用比重瓶測定物體的密度（1）測定物體的密度1）采用天平稱量比重瓶沒有裝入東西時(shí)的質(zhì)量m1；2）采用吸管將蒸餾水充滿比重瓶，稱其質(zhì)量m2；3）倒出比重瓶中的蒸餾水、烘干，然后再將被測液體注入比重瓶，稱量比重瓶和液體的質(zhì)量m3。（2）測定粒狀固體物質(zhì)的密度1）將純水注滿比重瓶后蓋上塞子，擦去溢出的水，再用天平

6、稱出瓶和水的總質(zhì)量m1；2）采用天平稱量固體顆粒鉛的質(zhì)量m2；3）將顆粒鉛投入比重瓶內(nèi)，擦去溢出的水，稱出瓶、水和顆粒鉛的總質(zhì)量m3。 數(shù)據(jù)處理1用流體靜力“稱量法”測物體密度（1）自擬表格記錄測量金屬塊的有關(guān)數(shù)據(jù)。并計(jì)算其密度和誤差，將結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)式表示。（2）自擬表格記錄測量塑料塊的有關(guān)數(shù)據(jù)。并計(jì)算其密度和誤差，將結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)式表示。2采用比重瓶測量酒精和顆粒鉛的密度自擬表格記錄測量酒精和顆粒鉛的有關(guān)數(shù)據(jù)，并計(jì)算其密度和誤差，將結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)式表示。思考題1使用物理天平應(yīng)注意哪幾點(diǎn)？怎樣消除天平兩臂不等而造成的系統(tǒng)誤差？2分析造成本實(shí)驗(yàn)誤差的主要原因有哪些？附錄 物理天平1使用介紹B2DACB1F

7、1F2GSP1P2QL1L2物理天平圖44物理天平的構(gòu)造如圖44所示，在橫梁上裝有三角刀口A、F1、F2，中間刀口A置于支柱頂端的瑪瑙刀口墊上，作為橫梁的支點(diǎn)。兩邊刀口各有秤盤P1、P2，橫梁上升或下降，當(dāng)橫梁下降時(shí)，制動(dòng)架就會(huì)把它托住，以免刀口磨損。橫梁兩端各有一平衡螺母B1、B2，用于空載調(diào)節(jié)平衡。橫梁上裝有游動(dòng)砝碼D，用于1g以下的稱量。物理天平的規(guī)格由最大稱量值和感量（或靈敏度）來表示。最大稱量值是天平允許稱量的最大質(zhì)量。感量就是天平的指針從標(biāo)牌上零點(diǎn)平衡位置轉(zhuǎn)過一格，天平兩盤上的質(zhì)量差，靈敏度是感量的倒數(shù)，感量越小靈敏度就越高。物理天平的操作步驟：（1）水平調(diào)節(jié)：使用天平時(shí)，首先調(diào)節(jié)

8、天平底座下兩個(gè)螺釘L1、L2，使水準(zhǔn)儀中的氣泡位于圓圈線的中央位置；（2）零點(diǎn)調(diào)節(jié)：天平空載時(shí)，將游動(dòng)砝碼撥到左端點(diǎn)，與0 刻度線對(duì)齊。兩端秤盤懸掛在刀口上順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)制動(dòng)旋鈕Q，啟動(dòng)天平，觀察天平是否平衡。當(dāng)指針在刻度尺S上來回?cái)[動(dòng)，左右擺幅近似相等，便可認(rèn)為天平達(dá)到了平衡。如果不平衡，反時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)制動(dòng)旋鈕Q，使天平制動(dòng)，調(diào)節(jié)橫梁兩端的平衡螺母B1、B2，再用前面的方法判斷天平是否處于平衡狀態(tài)，直至達(dá)到空載平衡為止；（3）稱量：把待測物體放在左盤中，右砝碼盤中放置砝碼，輕輕右旋制動(dòng)旋鈕使天平啟動(dòng)，觀察天平向哪邊傾斜，立即反向旋轉(zhuǎn)制動(dòng)旋鈕，使天平制動(dòng)，酌情增減砝碼，再啟動(dòng)，觀察天平傾斜情況。如此反復(fù)調(diào)整，直到天平能夠左右對(duì)稱擺動(dòng)。然后調(diào)節(jié)游動(dòng)砝碼，使天平達(dá)到平衡，此時(shí)游動(dòng)砝碼的質(zhì)量就是待測物體的質(zhì)量。稱量時(shí)選擇砝碼應(yīng)由大到小，逐個(gè)試用，直到最后利用游動(dòng)砝碼使天平平衡。2維護(hù)方法（1）天平的負(fù)載量不得超過其最大稱量值，以免損壞刀口或橫梁；（2）為了避免刀口受沖擊而損壞，在取放物體、取放砝碼、調(diào)節(jié)平衡螺母以及不使用天平時(shí)，都必須使天平制動(dòng)。只有在判斷天平是否平衡時(shí)才將天平啟動(dòng)