初中物理測(cè)量的基本工具——密度計(jì)

1、初中物理測(cè)量的基本工具一一密度計(jì)一.密度計(jì)結(jié)構(gòu)和原理密度計(jì)結(jié)構(gòu)多數(shù)密度計(jì)的構(gòu)造如圖1所示，它是用密封的玻璃管制成的。AB段的外徑均勻，是用來(lái)標(biāo)刻度線的部分，BC段做成內(nèi)徑較大的玻璃泡，CD段的玻璃管做得又細(xì)又長(zhǎng)，最下端的玻璃泡內(nèi)裝有密度很大的許多小彈丸(如鉛丸)或水銀等，整體是一根粗細(xì)不均勻的密封玻璃管。2.密度計(jì)原理在物理實(shí)驗(yàn)中使用的密度計(jì)，是一種測(cè)量液體密度的儀器。它是根據(jù)物體浮在液體中所受的浮力等于重力的原理制造與工作的。二.密度計(jì)的使用方法和注意事項(xiàng)(1)首先估計(jì)所測(cè)液體密度值的可能范圍，根據(jù)所要求的精度選擇密度計(jì).(2)仔細(xì)清洗密度計(jì).測(cè)液體密度時(shí).用手拿住干管最高刻線來(lái)源網(wǎng)絡(luò)整理，

2、僅作為學(xué)習(xí)參考以上部位垂直取放.(3)容器要清洗后再慢慢倒進(jìn)待測(cè)液體，并不斷攪拌，使液體內(nèi)無(wú)氣泡后，再放入密度計(jì).密度計(jì)浸入液體部分不得附有氣泡.(4)密度計(jì)使用前要洗滌清潔.密度計(jì)浸入液體后，若彎月面不正常，應(yīng)重新洗滌密度計(jì).(5)讀數(shù)時(shí)以彎月面下部刻線為準(zhǔn).讀數(shù)時(shí)密度計(jì)不得與容器壁、底以及攪拌器接觸.對(duì)不透明液體，只能用彎月面上緣讀數(shù)法讀數(shù)。三.幾個(gè)問題1 .為什么密度計(jì)要做成如圖甲所示的形狀而不做成截面上下均勻的形狀(如圖乙所示的形狀)呢？甲乙AB段截面均勻是為了便于標(biāo)度，下端DE段的玻璃泡內(nèi)裝有密度很大的彈丸是為了讓密度計(jì)的重心盡量下移；BC段的玻璃泡做得較大是為了讓密度計(jì)浮在液面上時(shí)

3、其“浮心”(浮力的作用點(diǎn)，即密度計(jì)浸在液體中液面以下部分的幾何中心)盡量上移；而CD段的玻璃來(lái)源網(wǎng)絡(luò)整理，僅作為學(xué)習(xí)參考管做得細(xì)而長(zhǎng)是為了增大重心和“浮心”間的距離。這樣，當(dāng)密度計(jì)浮在液面上時(shí)，在重力和浮力的作用下，密度計(jì)能很快停止左右搖擺而豎直站立在液體中。若制成如圖乙所示的形狀，當(dāng)測(cè)量密度較大的液體時(shí)，“浮心”下移，與重心靠近，密度計(jì)容易傾斜在液面上，甚至橫著漂浮在液面上，這樣密度計(jì)讀數(shù)就不準(zhǔn)確，或者根本無(wú)法讀數(shù)。密度計(jì)的刻度線間距是不均勻的，也就是說(shuō)相差相同數(shù)值（密度的標(biāo)定值）的刻度線間距并不相等。無(wú)論是比重計(jì)還是比輕計(jì)的刻度線都是上疏下密。有人認(rèn)為密度計(jì)刻度線之所以不均勻是由于它的截面

4、上下不均勻造成的，這種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。為了研究問題方便，我們以圖乙所示的形狀密度計(jì)為例，設(shè)管的截面積為S,裝入彈丸后質(zhì)量為m,將它放入密度為P的液體中（假設(shè)能豎直站立），浸入液面下的深度為h,可得h=m/（Sp）。表明深度h與液體密度p成反比。當(dāng)液體的密度P等值增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的深度h并不等值減小，說(shuō)明密度計(jì)的刻度是不均勻的。大于水的液體，又能測(cè)量密度小于水的液體呢？來(lái)源網(wǎng)絡(luò)整理，僅作為學(xué)習(xí)參考如果要制做這樣一種密度計(jì)，為了讀數(shù)準(zhǔn)確，當(dāng)待測(cè)液體的密度較小時(shí)，則圖1中的AB段必須做得很長(zhǎng)；當(dāng)待測(cè)液體的密度較大時(shí)，密度計(jì)容易傾斜，達(dá)不到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。在這種情況下，若要密度計(jì)豎直站立，必須把CD段做得很

5、長(zhǎng)，這樣的一支密度計(jì)整體上比較長(zhǎng)，使用起來(lái)很不方便，何況盛液體的容器本身具有確定的深度，一般的量筒和透明盛液筒很難達(dá)到要求。所以實(shí)驗(yàn)室使用的密度計(jì)分為比重計(jì)和比輕計(jì)兩種。比重計(jì)的1.0刻度線在AB段的最上面，越向下刻度值越大。而比輕計(jì)的1.0刻度線在AB段的最下面，越向上刻度值越小。2 .密度計(jì)的刻度為什么是不均勻的？這是因?yàn)槊芏扔?jì)總漂浮在水面上，它的浮力總等于重力，而密度計(jì)的重力不變的。即密度在不同的液體中所受的f浮是不變的，根據(jù)阿基米德定律可知：v排=f浮/p液g;式中，f浮和g都不變，可見v排和p液是反比的關(guān)系，注意是反比的關(guān)系，所以刻度線是不均勻的。3 .如何標(biāo)注密度計(jì)的刻度？來(lái)源網(wǎng)絡(luò)

6、整理，僅作為學(xué)習(xí)參考最簡(jiǎn)單標(biāo)注密度計(jì)的刻度的方法就是實(shí)驗(yàn)法：把密度計(jì)放入水中,平衡后密度計(jì)在水面3處的刻度數(shù)值就為1.0（單位：g/cm）,再放入其它已知密度的液體中，同樣可標(biāo)出刻度，這樣多實(shí)驗(yàn)幾次，就能解決問題。也可以采用計(jì)算的方法，先找到1.0刻度線的位置，測(cè)出密度計(jì)的質(zhì)量m,及密度計(jì)上端均勻部分玻璃管的面積s,根據(jù)浮力的知識(shí)，可以算出當(dāng)液體的密度為p時(shí)的刻度線和1.0刻度線之間的距離l=m（p水p滴/p水p液，算出的結(jié)果如果是正的，就在1.0的上方標(biāo)，是負(fù)的就在1.0的下方標(biāo)，這樣密度計(jì)上所有相應(yīng)的刻度線就標(biāo)好了。密度計(jì)上的刻度總是：在上面的刻度數(shù)值小，下面的刻度數(shù)值大，刻度線間距上大下

7、小。四.典型例題解析如圖所示，小陽(yáng)同學(xué)制作了一支密度計(jì)，密度計(jì)的上部是一個(gè)用來(lái)標(biāo)刻度的圓柱形玻璃管，2長(zhǎng)為10cm,橫截面積為0.5cm,管下部分還有一個(gè)玻璃泡.整來(lái)源網(wǎng)絡(luò)整理，僅作為學(xué)習(xí)參考個(gè)玻璃管、玻璃泡的質(zhì)量共32.4g.小陽(yáng)同學(xué)在玻璃泡中裝進(jìn)1cm的水銀后，請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室老師用酒精噴燈封閉玻璃管，當(dāng)把它插進(jìn)水中時(shí)，水面距上端4cm.請(qǐng)你幫助小陽(yáng)同學(xué)推算出：（1）整個(gè)密度計(jì)的體積；33（2）密度計(jì)上部玻璃管所能標(biāo)出的最大密度值.（水銀的密度為13.6M0kg/m）（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）【解析】（1）求出密度計(jì)受到的重力，把密度計(jì)放在水里漂浮，利用物體的漂浮條件求受到水的浮力；再利用阿基米德原

8、理求排開水的體積，進(jìn)而求密度計(jì)的體積.（2）當(dāng)密度計(jì)上部的圓柱形玻璃管全部露出液面時(shí)，所測(cè)液體密度值為最大，再利用物體的漂浮條件和阿基米德原理求解.解：（1）管內(nèi)水銀的質(zhì)量：33m=p水專艮v水專艮=13.6g/cmX1cm=13.6g,來(lái)源網(wǎng)絡(luò)整理，僅作為學(xué)習(xí)參考密度計(jì)的總質(zhì)量:m=2.4g+13.6g=16g.設(shè)整個(gè)密度計(jì)的體積為v,當(dāng)置于水中時(shí)，密度計(jì)漂浮，f浮二9物，即：p水gv排=mg321g/cmx(V-4cm><0.5cm)=16g3v=18cm.(2)當(dāng)密度計(jì)上部的圓柱形玻璃管全部露出液面時(shí)，所測(cè)液體密度值為最大，密度值為p最大，葉浮=9物，即：p最大gv排'=mg32P最大x18cm-1