w物质密度的测定

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物质密度的测定

【实验简介】

密度是反映物质特性的物理量，它只与物质的种类有关，与质量、体积等因素无关，不同的物质，密度一般是不相同的，同种物质的密度则是相同的 。

密度测量不仅在物理、化学研究中是重要的，而且在石油、化工、采矿、冶金及材料工程中都有重要意义。

测量物体密度的方法，可归纳为源于密度定义的直接测量法以及利用密度与某些物理量之间特定关系的间接测量法。直接测量法又分为绝对测量法和相对测量法两大类。绝对测量法是通过对基本量（质量和长度）的测定，来确定物体的密度，利用这种方法时，必须把物质加工成线性尺寸确定的形状，如立方体、圆柱体、球体等。相对测量法是通过与已知密度的标准物质相比较，来确定物质的密度。如流体静力称衡法、密度瓶法、浮子法和悬浮法等。

间接测量法的种类很多，浮子法、静压法、介电常数法、射电法、声学法、振动法等，主要用于工业生产过程中的密度测量。

千克原器简介

1875年米制公约会议之后，用含铂90%、铱10%的合金制成千克原器。这个国际千克原器被国际计量局的专家们非常仔细地保存在特殊的地点，用三层玻璃罩好，最外一层玻璃罩里抽成半真空，以防空气和杂质进入。随后又复制了四十个铂铱合金圆柱体，经过与国际千克原器比对后，分发给各会员国作为国家基准。跟米原器一样，千克原器也要进行周期性的检定，以确保质量基准的稳定可靠。

阿基米德生平简介

阿基米德是古希腊伟大的数学家、力学家。约公元前287年出生于西西里岛的叙古拉，公元前212年卒于同地。他确立了杠杆定律，发现了流体静力学的基本原理—阿基米德原理，并用

来鉴别皇冠的真假；曾设计了许多战争机械，

对抗敌人的进攻……

后人对阿基米德给予很高的评价，常把他和牛顿、高斯并称为有史

以来贡献最大的数学家。

【实验目的】

1、学习物理天平的使用方法；

2、掌握流体静力称衡法测定不规则固体密度的原理和方法；

3、掌握助沉法测定不规则固体密度（比水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体的密度的原理和方法 。

【实验仪器和用品】

物理天平（500g、50mg）、密度瓶（50ml）、烧杯（500ml）、温度计（0—50℃）或数字温度计、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线

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【实验原理】

1、规则物体密度的测定 对一密度均匀的物体，若其质量为 m,体积为V，则该物体的密度

m

（4-2-1） V

对几何形状简单且规则的物体，可用天平准确的测定物体的质量m，用卡尺或千分尺等量具测定出其体积V,由（1）式求出样品的密度。

2、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大）

设被测物在空气中的质量为m（空气浮力忽略不计），全部浸没在水中（悬吊，不接触烧杯壁和底）的表观质量为m1，体积为V，水的密度为ρ水。根据阿基米德定律，有

水Vg (m m1)g ，

V

m m1

水

，

被测物密度

mm 。 （2-2） Vm m1水

用温度计测出水温t，从水的密度表上查出该温度下水的密度，即可求出被测物的密度。 3、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m，如图2-5所示，用细线将被测物与另一助沉物串系起来，被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为m1，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为m2，根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为

水Vg (m1 m2)g， 被测物体积 V 被测物密度

m1 m2

水

，

mm 水， （2-3） Vm1 m2

测出水温t，查表的 水，即可求出 。

4、用密度瓶测定碎小固体（不溶于水）的密度

设密度瓶(包括瓶塞)的质量为m，密度瓶装一定量碎小固体的质量为m1，再将密度瓶装满水，瓶(包括瓶塞) 、水和小固体的总质量为 m2，然后将水和小固体倒出，密度瓶装满水，总重为 m3。则小固体的质量为m1 m，排出的水的质量为m3 m2 (m1 m)，排出的水的体积即碎小固体的总体积为

V

碎小固体的密度

m3 m2 (m1 m)

水

，

m1 mm1 m

。 （2-4） Vm3 m2 (m1 m)水

测出水温t，查表得 水，即可求出碎小固体的密度 。

【实验内容与要求】

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1、用流体静力称衡法测定不规则金属块的密度 （1）对天平进行调平（先底座调平，后横梁调平）。 （2）称量金属块在空气中的质量m。

（3）用细线拴住金属块，挂到天平横梁左端的钩子上，悬吊于烧杯的水中。烧杯放在底座左边的托架上。称出金属块完全浸没在水中的表观质量m1. （4）用温度计测出水温t，查表得出该温度下水的密度 水。

（5）计算金属块的密度及其不确定度，写出测定结果。 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定石蜡块的密度 （1）称量石蜡块在空气中的质量m。

（2）用细线将石蜡块和助沉金属块串系起来，石蜡块在上，金属块在下。系好后挂在天平横梁左端的钩子上。先称仅有金属块没入水中而石蜡块在水面之上时系统的表观质量

。 m1，再称二者均没入水中时系统的表观质量m2（悬吊，不能接触烧杯壁和底）

（3）用温度计测出水温t，查表得该温度下的 水。

（4）计算石蜡块的密度及其不确定度，写出测量结果。

3、用密度瓶测量碎小石子密度

（1）在天平的两个秤盘上各放一张大小、厚薄均相同的白纸，然后称量一定量碎小石子的质量m。

（2）在密度瓶里装满清水，塞紧瓶塞，让多余的水从塞子中间的小孔流出，用布擦干瓶子，称出瓶与水的总质量m1（包括塞子）。 （3）揭开塞子，细心地将碎小石子全部装入瓶中，再塞紧塞子并将瓶子擦干，称出瓶、水及碎小石子的总质量m2。

（4）测出水温t，查表得 水。（若前后室温变化不大，此步可不必再做）。 （5）计算小石子的密度及其不确定度，写出测量结果。

【实验注意事项】

1、物理天平底座调平时，要观察水平仪中的气泡是否在正中。横梁调平时，一定要先使横梁制动，将两端的吊耳连吊篮挂到刀口上，游码移到最左端，然后再稍稍右旋升降螺丝，升起横梁进行观察。横梁平不平不看横梁，而看指针，如果指针正指刻度牌中线或在中线两侧作微小的等幅振动，则说明横梁平衡。若不平衡，则左旋升降螺丝，使横梁制动，然后调节横梁两端的调平螺丝。横梁调平不可能一次成功，但每次都必须要使横梁制动。称物体质量的过程中，增、减砝码及移动游码也要先使横梁制动。平衡后，先使横梁制动然后再读数，以“克”为单位，要读到小数点后的第二位。

2、物理天平的左、右吊耳、吊篮及秤盘切勿对调。

3、实验结束后，将吊耳连吊篮从刀口上拿下，放到刀口的内侧。 4、小心，不能打碎密度瓶、温度计和烧杯。 【数据记录与处理】

1、 不规则金属块密度的测量

测

水 3

m m1

=_________%

E( ) u(m)和u(m1)均以天平的最小称量计，取0.05g。由于温度测量误差而造成的 水的误

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差非常小，忽略不计。

u( ) 测 E( )= =______g/cm3 测 u( )=（____±_____）g/cm3

2、石蜡块密度的测量

3、碎小颗粒物密度的测量

【误差分析及思考题】

1、具体分析本实验产生误差的各种原因。

2、能否用流体静力称衡法或密度瓶测定液体的密度？如何测？

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