物理實驗密度測量

物理實驗密度測量第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六前言

單位體積的物質所具有的質量稱為該物體的密度。如果該物體的質量為m和體積為V，則其密度為

物質的密度與物體所含物質的成分有關，常用密度來作為原料成分的分析和液體濃度的測定。第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六實驗目的

掌握物理天平的使用掌握不規(guī)則固體的密度的測量掌握液體密度的測量第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六物理天平比重瓶（50ml~100ml)燒杯(100ml~200ml)待測金屬塊、石蠟。待測液體待測顆粒狀固體實驗儀器第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六實驗儀器——實物圖

A—橫梁；B—刀口；C—立柱；D—刀承；E—吊耳；F—秤盤；G—制動旋鈕；H—止動架；I—鉛錘；J—底腳螺絲；K—調平螺絲；L—指針；M—標尺；N—游碼ABCDEFGHIJKLMN第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六實驗儀器——結構示意圖

A—橫梁；B—刀口；C—立柱；D—刀承；E—吊耳；F—秤盤；G—止動旋鈕；H—止動架；I—鉛錘；J—底腳螺絲；K—調平螺絲；L—指針；M—標尺；N—游碼第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

物理天平的構造及主要性能指標如上頁圖所示，在橫梁上裝有三角刀口B、D1、D2，中間刀口B置于支柱頂端的瑪瑙刀口墊上，作為橫梁A的支點。兩邊刀口各有秤盤F1、F2，啟動止動旋鈕G使橫梁上升或下降，當橫梁下降時，制動架就會把它托住，以免刀口磨損。橫梁兩端各有一平衡螺母K1、K2，用于空載調節(jié)平衡。平衡時指針L應指向標尺M的中心10刻線位置。橫梁上裝有游動砝碼N，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量。感量就是天平的指針從標牌上零點平衡位置轉過一格，天平兩盤上的質量差，靈敏度是感量的倒數，感量越小靈敏度就越高。第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

固體密度的測量

實驗原理——固體密度的測量本實驗采用

流體靜力稱衡法測量不規(guī)則物體密度．流體靜力稱衡法可將不易測量的物理量體積Ｖ轉化為可精確測得的物理量質量ｍ．m——天平測量質量V——1．規(guī)則物體體積2．不規(guī)則物體體積第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

流體靜力稱衡法測量固體塊的密度對幾何形狀不規(guī)則的物體，只有利用阿基米德原理，先測量物體在空氣中的質量，再將物體浸沒在密度為的某液體中，該物體所受到的浮力F等于所排開的液體的重量，即(如測量金屬塊的密度)第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六則物體的密度可由下式確定m固體在空氣中的稱衡質量m1固體浸沒在水中的稱衡質量第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

（如測量石蠟的密度）

m蠟塊在空氣中的稱衡質量；m2蠟塊和重物完全浸沒在水中的稱衡質量；m3蠟塊在空氣中，重物在水中的稱衡質量。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六比重瓶法測量固體小顆粒的密度用比重瓶測量不溶于液體的小塊固體（大小要能放入瓶內）的密度時,可依次稱出待測固體在空氣中的質量m1，比重瓶裝滿水的質量m2,,以及在裝滿水的比重瓶內投入小塊固體后總質量m3，顯然考慮到

所以

為投入瓶內小固體的總體積為水的密度第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六流體靜力稱衡法

實驗原理——液體密度的測量

根據此法在固體密度測量中的應用，如果把物體浸入在另一待測液體中，秤衡的質量為，則刻液體的密度為m固體在空氣中的稱衡質量m1固體浸沒在水中的稱衡質量固體浸入在另一待測液體中秤衡的質量第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

比重瓶法測液體的密度

設空比重瓶的質量為，充滿密度為的被測液體的質量為，充滿同溫度已知密度的液體的質量為，則被測液體的密度為比重瓶m1空比重瓶的質量m2比重瓶充滿被測液體的質量m3比重瓶充滿已知密度液體的質量第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六實驗步驟天平的調節(jié)

1天平的水平調節(jié)

2天平的零點調節(jié)測不規(guī)則固體的密度（1）用流體靜力稱衡法測量固體的密度

1用天平稱量物體在空氣中質量m

2用天平稱量物體在液體中質量m13記錄室內溫度，有附表查出相應溫度下水的密度

4計算出待測固體的密度并估算出不確定度，寫出測量結果。（2）用流體靜力稱衡法測量石蠟的密度

1測量蠟塊在空氣中稱衡質量m；

2測量蠟塊和重物完全浸沒在水中稱衡質量m2；

3測量蠟塊在空氣中，重物在水中稱衡質量m3。

4計算出待測石蠟的密度并估算出不確定度，寫出測量結果。第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六（3）比重瓶法測量固體小顆粒的密度

1用天平稱出待測固體在空氣中的質量m1；

2用天平稱出比重瓶裝滿水的質量m2；

3用天平稱出在裝滿水的比重瓶內投入小塊固體后總質量m3；

4計算出待測小顆粒固體的密度并估算出不確定度，寫出測量結果。測量液體的密度

（1）用流體靜力稱衡法測量液體的密度

1用天平測量固體在空氣中的質量m1；

2用天平測量固體浸沒在水中的稱衡質量m2；

3用天平測量固體浸入在另一待測液體中秤衡的質量m3；

4計算出待測液體的密度并估算出不確定度，寫出測量結果。

（2）比重瓶法測量液體的密度

1用天平測量空比重瓶的質量m1；

2用天平測量比重瓶充滿被測液體的質量m2；

3用天平測量比重瓶充滿已知密度液體的質量m3；

4計算出待測液體的密度并估算出不確定度，寫出測量結果。

m第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六觀察天平的型號、最大稱量、最小分度值、儀器誤差，并填入表格。儀器名稱型號量程分度值儀器誤差實驗數據處理第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六測不規(guī)則固體的密度

（1）用流體靜力稱衡法測量固體的密度室溫水的密度待測物體在空氣中的質量m(g)待測物體在水中相應的砝碼質量m1(g)測量結果：第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

（2）用流體靜力稱衡法測量石蠟的密度室溫水的密度測量蠟塊在空氣中稱衡質量m測量蠟塊和重物完全浸沒在水中稱衡質量m2測量蠟塊在空氣中，重物在水中稱衡質量m3測量結果：第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六（3）比重瓶法測量固體小顆粒的密度

室溫水的密度待測鋼珠在空氣中的質量m1比重瓶裝滿水的質量m2在裝滿水的比重瓶內投入小塊固體后總質量m3測量結果：第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六測量液體的密度（1）用流體靜力稱衡法測量液體的密度

室溫水的密度金屬塊在空氣中的質量m

(g)金屬塊浸沒在水中的稱衡質量m1(g)

金屬塊浸入在待測液體中秤衡的質量m,；(g)測量結果：第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

(2)比重瓶法測量液體的密度室溫水的密度空比重瓶的質量m1(g)比重瓶裝滿水的質量m2(g)

比重瓶裝滿待測液體的質量m3(g)測量結果：第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六

在前面用各種方法對密度的測量中，對質量的測量都是單次測量，所以只考慮B類不確定度。單次測量量m固體、m蠟、m1、m2、m3等的不確定度為：水密度ρt的不確定度分析：水溫測量結果：水密度查表：水密度測量結果水溫的變化：最大為1°C左右第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六01020300.00.9998670.9997270.9982290.9956720.58996811245201.09266320173661.59495800.9979072102.09685247950512.59824656800.9948913.09924045687283.59983394435644.01.0000002713213974.50.9999982001962635.09921260690585.59820490.9969400.9938856.09680.9989698087116.59518866745347.09298005383567.59047123991758.08766212580.9929938.58445270158089.08084300.9959696229.576933182243410.0727229672244第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六物理天平的操作步驟：（1）水平調節(jié)：使用天平時，首先調節(jié)天平底座下兩個螺釘J1、J2，使水準儀中的氣泡位于圓圈線的中央位置；（2）零點調節(jié)：天平空載時，將游動砝碼撥到左端點，與0刻度線對齊。兩端秤盤懸掛在刀口上順時針方向旋轉制動旋鈕G，啟動天平，觀察天平是否平衡。當指針在刻度尺M上來回擺動，左右擺幅近似相等，便可認為天平達到了平衡。如果不平衡，反時針方向旋轉制動旋鈕G，使天平制動，調節(jié)橫梁兩端的平衡螺母K1、K2，再用前面的方法判斷天平是否處于平衡狀態(tài)，直至達到空載平衡為止；第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六物理天平操作規(guī)則及注意事項（1）稱量：把待測物體放在左盤中，右砝碼盤中放置砝碼，輕輕右旋制動旋鈕使天平啟動，觀察天平向哪邊傾斜，立即反向旋轉制動旋鈕，使天平制動，酌情增減砝碼，再啟動，觀察天平傾斜情況。如此反復調整，直到天平能夠左右對稱擺動。然后調節(jié)游動砝碼，使天平達到平衡，此時砝碼加游動砝碼的質量就是待測物體的質量。稱量時選擇砝碼應由大到小，逐個試用，直到最后利用游動砝碼使天平平衡。（2）天平的負載量不得超過其最大稱量值，以免損壞刀口或橫梁；（3）為了避免刀口受沖擊而損壞，在取放物體、取放砝碼、調節(jié)平衡螺母以及不使用天平時，都必須使天平制動。只有在判斷天平是否平衡時才將天平啟動。天平啟動或制動時，旋轉制動旋鈕動作要輕；（4）砝碼不能用手直接取拿，只能用鑷子間接挾取。從秤盤上取下后應立即放入砝碼盒中。（5）天平的各部分以及砝碼都要防銹、防腐蝕，高溫物體以及有腐蝕性的化學藥品不得直接放在盤內稱量；（6）稱量完畢將制動旋鈕左旋轉，放下橫梁，保護刀口。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六問答思考題1.天平的操作規(guī)則中,哪些規(guī)定是為了保護刀口,哪些規(guī)定是為了保證測量精度?2.如何測定密度比水小的不規(guī)則物體的密度?3.將銅放在水中稱衡時有一個氣泡附著,將對結果發(fā)生怎樣的影響?為什么？4.如何消除物理天平不等臂誤差？第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期六1.在天平的操作規(guī)則中，哪些規(guī)定是為了保護刀口，哪些規(guī)定是為了保證測量精度？a.天平的負載不能超過其最大稱量。b.在調節(jié)天平，取放物體、取放砝碼（包括游碼）以及不用天平時，都必須將天平止動。c.