测量固体和液体的密度 物理实验三固体和液体的密度测定.docx
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测量固体和液体的密度物理实验三固体和液体的密度测定
测量固体和液体的密度物理实验三固体和液体的密度测定
实验三固体和液体的密度测定
【实验目的】
1.了解物理天平的构造原理，掌握其调整和使用方法。
2.学习用流体静力称衡法测定不规则固体的密度。
3.了解比重瓶测密度的原理，掌握其使用方法。
【实验仪器】
物理天平、砝码、比重瓶、铝块、石蜡块、酒精、水、细线。
【实验原理】
若一个物体的质量为m，体积为V，则其密度为
m
V
（1）
可见，通过测定m和V可求出ρ，m可用物理天平精确称量，而物体体积的精确测量在密
度测量中是个主要问题，可根据实际情况，采用不同的测量方法。
（一）流体静力称衡法测不规则固体的密度
浸在液体中的物体要受到向上的浮力。
根据阿基米德原理，物体在液体中受到的浮力，等于它所排开液体的重量
F0Vg
（2）
式中
0是液体的密度；当物体全部浸没在液体中时，排开液体的体积V就是物体的体积；
g为重力加速度。
如果将固体物体（如待测的铝块）分别在空气中和全部浸没在液体（纯净水）中称衡，可得到两个重量
mg和m1g，此时物体在液体中受到的浮力为
Fmgm1g0Vg（3）
由此可得，物体的密度
m
0
mm1（4）
式中m是物体在空气中称衡时相应的质量；m1是物体全部浸没在液体中称衡时相应的质量。
如果被测物体的密度小于液体的密度（如待测的蜡块），为使被测物体全部浸没在液体中，可采用在被测物体下面拴一重物的方法[如图1]。
实验时，分别进行三次称衡。
首先在空气中直接称衡被测物体的质量
m0。
再将被测物体置于液面之上，
而重物全部浸没在液体中称衡[如图1（a）]，此时天平砝码质量为m2。
最后把被测物体连同重物一起全部浸没在液体中，
进行称衡[如图1（b）]，此时天平砝码质量为
m3。
则物体在液体中所受浮力为
F（m2m3）g0Vg（5）
因此，物体密度为
m0
0
m2m3（6）
（二）比重瓶法测定液体密度
对液体密度的测定可用流体静力“称量法”，也可用“比重瓶法”。
比重瓶如图2所示。
在比重瓶注满液体后，当用中间有毛细管的塞子塞住时，多余的液体就从毛细管溢出，这样瓶内盛有的液体的体积就是固定的。
比重瓶的体积可通过注入已知密度的水，由天平称其质量算出，若称量得空比重瓶的质量为M1，充满蒸馏水时的质量为M2。
由此可得
如果再将待测密度为M3，则
V（M2M1）/0（7）
的液体（如酒精）注入比重瓶，称量出被测液体和比重瓶的质量为
（M3M1）/V（8）
将公式（8）代入公式（7）得：
0
M3M1
M2M1（9）
{仪器介绍}
物理天平是常用的测量物体质量的仪器，其构造如图3所示。
图3
1.调水平螺钉2.底板3.托架4.支架5.吊耳6.游码7.横梁8.平衡调节螺母9.读数指针10.灵敏度调节器11.中柱12.盘梁13.秤盘14.水准仪15.制动旋钮16.读数标牌17.中央刀口
天平的横梁上装有三个刀口，中间刀口置于支柱顶端的刀垫上，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，指针尖端在支柱下方读数标牌前摆动。
制动旋钮（又称开关旋钮）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。
横梁两端的两个平衡调节螺母，是天平空载时调平衡用的。
横梁上装有游码，用于1g以下的称衡。
支柱左边的托架可以托住不被称衡的物体。
1、物理天平的主要技术参数：
（1）称量（最大负载）：
是指允许称衡的最大质量。
（2）感量或灵敏度：
感量是指天平平衡时，为使指针从平衡位置偏转标牌上的一个分度，而在天平称盘中需加的最小质量。
感量的倒数称为天平的灵敏度。
2、物理天平的操作步骤：
（1）调节水平。
调节调水平螺钉（左右各有一个），使水准仪中的气泡处于水准仪的中央。
具体调节方法是：
旋转调水平螺钉的
任何一个，先使水准仪的气泡对x轴的坐标为零（如图2-4中，
气泡从位置1→位置2），然后同时同步调节两个调水平螺钉，使
气泡对y轴的坐标也为零（如图4中，气泡从位置2→位置3）。
（2）调零点。
先把游码拨到横梁标尺的左端，与零刻线对齐。
轻轻顺时针旋转制动旋钮，使横梁离开制动架而升起（即启动天
平）。
指针若在读数标牌的中线上，或指针在中线左右摆动时摆幅近似相等且在减小，即天平平衡。
若指针不在中线，应逆时针旋转制动旋钮，使横梁落在制动架上（即止动天平），调节平衡调节图4螺母，然后再次启动天平。
依照上述方法多次调整，直至平衡。
（3）称衡。
左盘放被测物体，右盘放砝码。
之后顺时针方向轻轻转动制动旋钮，启动天平，观察天平向哪边倾斜。
如不平衡，逆时针转动制动旋钮，止动天平，根据倾斜情况，增减砝码或调节游码。
之后，再次启动天平，反复操作，直到天平平衡。
这时被称物体的质量，就等于砝码的质量与游码示值的总和。
【实验内容与步骤】
（一）用流体静力称衡法测不规则固体（密度大于水）的密度。
1.阅读本实验的仪器介绍和注意事项；学习调节和使用物理天平。
2.称出铝块在空气中的质量m。
3.把盛有大半杯水的烧杯放在天平左边的托架上。
将细线下拴铝块，并把细线挂在天平左盘的吊钩上。
之后，调整烧杯位置，使铝块完全浸没在水中，称出此时质量m1（不要让铝块接触烧杯）。
4.记录室温，由附表查出室温下纯水的密度
0。
按（4）式算出铝块的密度，并作相关的
误差运算和分析。
（二）用流体静力称衡法测不规则固体（密度小于水）的密度。
1.称出腊块在空气中的质量
m0。
2.把盛有大半杯水的烧杯放在天平左边的托架上。
将细线下拴重物铝块，中间拴住腊块（两者相距适当距离），并把细线挂在天平左盘的吊钩上。
之后，调整烧杯位置，使腊块在水面之上，而铝块浸没在水中，称出此时质量m2（不要让所称物体接触烧杯）。
3.再次调整烧杯位置，使腊块和重物铝块一起全部浸没在水中，称出此时质量
m3。
4.记录室温，由附表B.2查出室温下纯水的密度
0。
按（6）式算出腊块的密度，并作相
关的误差运算和分析。
（三）用比重瓶法测量液体的密度
1.采用天平称量比重瓶没有装入液体时的质量M1。
2.采用吸管将蒸馏水充满比重瓶，称其质量M2。
3.倒出比重瓶中的蒸馏水、用吹风机烘干；然后再将被测酒精注入比重瓶，称量比重瓶和酒精的质量M3。
4.记录室温，由附表查出室温下纯水的密度误差运算和分析。
【实验数据处理】
1.用流体静力称衡法测铝块的密度室温℃，水的密度
0。
按（9）式算出酒精的密度，并作相关的
0。
3
10kg）
表1测定铝块的密度（单位：
根据公式（4）计算铝块的密度；并作相关的误差运算和分析。
（已知在标准状况下铝块的密
3
2.7g/cm度为）
2.用流体静力称衡法测腊块的密度室温℃，水的密度
0。
3
10kg）
表2测定腊块的密度（单位：
根据物理实验三固体和液体的密度测定公式（6）计算腊块的密度；并作相关的误差运算和分析。
（已知在标准状况下腊块的密
3
0.9g/cm度为）
3.用比重瓶法测酒精的密度室温℃，水的密度
0。
3
10kg）表3测定酒精的密度（单位：
3
0.8g/cm度为）
【注意事项】
1.物理天平在使用中应注意：
（１）启动、止动天平时动作要轻。
（２）要“常止动”。
即取放物体、加减砝码、拨动游码、调节平衡螺母前及使用完毕后，必须转动制动旋钮，止动天平，使横梁静放在制动架上。
这样可避免刀口受冲击而损坏，还可防止刀口离开刀口垫使横梁掉下。
只有在判断天平是否平衡时才启动天平。
（３）加减砝码必须使用镊子夹取。
从秤盘中取下砝码后，应立即放入砝码盒，以免丢失或弄脏。
（４）每台天平的左右秤盘、秤盘挂钩等部件，不能左右调换，更不能与其他天平上的部件互换。
2.用流体静力称衡法测固体密度时应注意：
（１）在空气中称量物体块质量时，要使物体块保持洁净、干燥。
（２）用细线拴住物体块时，最好为活套。
这样可方便调整物体块与重物的间距，以利于后面的称衡。
3.用比重瓶测液体密度时应注意：
（１）称衡比重瓶前，一定要擦拭干净瓶外的水。
（２）在注入酒精前，要保证比重瓶内外均洁净、干燥。
【分析与讨论】
1.用物理天平称量物体前，必须对天平做哪些调整？
2.标准天平是一种等臂杠杆。
如果天平两臂长度不严格相等，怎样称量物体质量？
3.分析造成本实验误差的主要原因有哪些？
4.现有弹簧秤、水、烧杯，如何测出一固体物质的密度？
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