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)
细
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