测量物体的密度

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1 测量物体的密度

( Determination of the Density)

密度是物质的基本特性之一,它与物质的纯度有关。通过测定密度,可以对物体所含

成分进行分析,从而对物体的纯度进行鉴定。

本实验介绍了几种测量固体和液体密度的常用方法。通过对物体密度的测量,学会游

标卡尺、螺旋测微仪和电子天平的使用,并进一步学习误差基本知识。

实验目的

1. 学习测量物体密度的原理与方法。

2. 学习质量及基本长度测量仪器的使用。

3. 学习计算直接测量量和间接测量量的测量不确定度。

仪器用具

LD600-1型电子天平、游标卡尺、螺旋测微器、比重瓶、烧杯、待测物体、温度计。

实验原理

对于密度均匀的物体,其密度是指在某一温度时物体单位体积中所含物质的多少。其

公式为

m

V

 (3.1-1)

一.规则物体密度的测量

对于形状规则的物体,只要选择适当的长度测量仪器,测出物体各部位的长度,计算

出其体积,并用天平测出其质量,按式(3.1-1)即可求出物体的密度。

二.不规则物体密度的测量

1.用流体静力称衡法测密度

当待测物体密度大于选用液体密度的时候。将用一细线

吊起的待测物体(质量为m

)投入液体(液体与容器的总质

量为M

)中,使物体浸没在液体中(密度为

0),又不触碰容

器壁及底部,如图3.1-1所示,

则待测物体密度为

0

MMm

 (3.1-2)

若待测物体密度小于水的密度,可以在被测物体下面拴

一个密度较大的重物,使重物和被测物体一同浸没在水中,mgN

MgT

F细

线

电子天平

图3.1-1 2 如图3.1-2(a)所示,测出系统的质量

1M;再将被测物体提升到水面之上,而重物仍浸

没在水中,如图3.1-2(b)所示,测出系统的质量

2M,则被测物体的密度为

0

21

MMm

 (3.1-3)

线

重物被测

物体

细线

重物被测

物体

(a) (b)

图3.1-2

2.用比重瓶测液体及小块固体密度

用比重瓶测量液体密度,设比重瓶的质量为

0M,注满纯水后的总质量为

1M,注满待

测液体后的总质量为

2M。这样,同体积纯水的质量和待测液体的质量分别为

10()MM和

20()MM。若已知纯水密度为

0,则可求得待测液体的密度。

用比重瓶测量不溶于选用液体的小块固体的密度,可依次称出小块固体(群)的质量m

盛满液体后比重瓶与液体的总质量

1M、装满液体的瓶内投入小块固体(群)后的总质量

2M。显然,小块固体排开液体的质量为

12()MmM

,排出瓶外液体的体积就是小块固

体的体积。由此可得出小块固体的密度。

仪器介绍

一.电子天平

实验用LD600-1型电子天平,如图3.1-3所示。

使用电子天平时,打开电源,待天平稳定后,显示“0.0”进入称量模式。按去皮键

“TARE/CAL”,可使天平显示“0.0”。将被测物放在秤盘上,即显示被测物质量,该天平的

最大称重为600克,分辨率为0.5g。

二.比重瓶

实验用比重瓶如图3.1-4所示。毛玻璃塞中心开有毛细管,多余的液体将从毛细管中

溢出,使用中将溢出的液体擦干,瓶中液体体积保持不变。比重瓶容积50ml.

毛细管

毛玻璃塞

图 3.1-3 图3.1-4 液晶显示屏

TARE/CAL键 秤盘 3 实验内容

1.测量规则物体(圆柱体或球体)的密度。

(1)用电子天平测量质量,用游标卡尺和螺旋测微器多次重复测量各长度量。

(2)求出待测物体的密度及其不确定度,初步判断物体材料。

2. 用流体静力称衡法测量不规则物体的密度。

(1)测量待测物体质量m

、水和容器总质量M

、水的温度T

1。

(2)用一细线吊起待测物体,将待测物体浸没在液体中,测系统质量

M。注意待测

物体不可触碰容器壁及底部。

(3)求待测物体的密度及不确定度。

3.用比重瓶测量小球密度。

(1)测量比重瓶质量

0M。

(2)将待测小球装入比重瓶(装满大半瓶),测量总质量,则可求出小球的质量

m。

(3)将水注满比重瓶,测量比重瓶、小球和水的总质量

2M。

(4)取出小球,将水注满比重瓶,测总质量

1M。

(5)求小球密度及不确定度。

4.用比重瓶测液体密度。

(1)将待测液体注满比重瓶,测总质量

2M;测液体温度T

2。

(2)求液体密度及不确定度。

注意事项

1.使用中天平需水平放置,不得震动;

2.皮重和被称物质量之和不得超过称量范围;

3.严禁将液体洒到天平上,防止任何液体渗漏进电子天平的内部;

4.不能用电子天平直接称量有腐蚀性的物品。

5.测量空比重瓶和待测固体质量时,必须保证空瓶和待测固体干燥。

6.向比重瓶注入液体后,须将溢出比重瓶的液体擦干净。

7.保持比重瓶及待测物体表面清洁,尽量不用手触摸。

8.若液体中有气泡,可用细棒伸入液体轻轻搅动,以驱除附着于待测物体表面的气泡。

思考题

1.流体静力称衡法和比重瓶法测量密度各有哪些优点?

2.试推导密度公式(3.1-6)和(3.1-7)。

3.用比重瓶法测量玻璃球的密度,以下情况会使

偏大还是偏小?

(1) 测比重瓶质量

0M时比重瓶不干燥;

(2) 测

1M时比重瓶外有水没擦干;

(3) 测

2M

时瓶内有气泡。

附录 4 水的密度 单位:3

kgm

温度 o

C 0° 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9°

0° 999.84 999.90 999.94 999.96 999.97 999.96 999.94 999.91 999.88 999.81

10° 999.73 999.63 999.52 999.40 999.27 999.13 998.97 998.80 998.62 998.43

20° 998.23 998.02 997.80 997.57 997.33 997.06 996.81 996.54 996.26 995.97

30° 996.58 995.37 995.05 994.73 994.40 994.06 993.71 993.36 992.99 992.62

40° 992.2 991.9 991.5 991.1 990.7 990.2 989.8 989.4 989.0 988.5

50° 988.1 987.6 987.2 986.7 986.2 985.7 985.3 984.8 984.3 983.8

60° 983.2 982.7 982.2 981.7 981.1 980.6 980.1 979.5 978.9 978.4

70° 977.8 977.2 976.7 976.1 975.5 974.9 974.3 973.7 973.1 972.5

80° 971.8 971.2 970.6 969.9 969.3 968.7 968.0 967.3 966.7 966.0

90° 965.3 964.7 964.0 963.3 962.6 961.9 961.2 960.5 959.8 959.1

100° 958.4 957.7 956.9