实验 固体密度的测定

固体的密度测定密度是物质的基本特性之一，表示单位体积中所含物质的多少，它与物质的结构及纯度等有关。密度测定研究在工作及科研等领域有着广泛的应用，如工业上常用来作原料成分的分析和纯度的鉴定。测量密度实验方法有多种类型，如用流体静力称衡法、流体静力天平测量法、比重瓶法、浮计测定法等。本实验是用流体静力称衡法测定密度。[实验目的]1.学习用流体静力称衡法测定不规则固体密度。2.掌握天平的使用方法及操作规程。3.用不确定度方法分析测量结果。Vm〔实验仪器〕：物理天平、待测物、线绳、烧杯、水。〔实验原理〕：根据物质密度定义，确定质量和体积之间的关系为：（2－4－1）对于形状规则及密度均匀的物体，只要测定质量和体积就可求得。但对于不规则形状物体，常采用流体静力称衡法间接地测出物体体积，是比较方便的。1.固体物体密度大于水的密度：根据阿基米德原理，物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体重量。将待测物体分别放在空气和液体中称衡，分别得到物体在空气中的重量为，全部浸入液体中的视重为，则物体所受的浮力为：（2－4－2）式中和是待测物体在空气中及全浸入水中称衡时相应的天平砝码质量。gmW11gmW22gmmF)(211m2mVgF0浸在液体中的物体要受到向上的浮力，浮力的大小等于所排开液体的质量与重力加速度的乘积，即：（2－4－3）式中0为液体密度。将式（2－4－3）代入式（2－4－2）并经整理得到：0211mmm由式（2－4－4）可知，用静力称衡法测定物体的密度，经上述分析，最终转化为质量的测量。（2－4－4）2.固体物体密度小于水的密度：如果待测物体的密度小于液体的密度，用上述方法待测物体无法浸入在水中，这时可将另一重物用细绳悬挂在待测物体下面，先将重物浸没水中而使待测物体露在液面之上（图2.4.1（a）），用天平称衡，相应的质量为，再将待测物体连同重物全部浸没在水中，（图2.4.1（b）），用天平称衡，相应的质量为。则物体在液体中所受浮力为：（2－4－5）gmmF)(43（a）(b)图2.4.1固体物体密度小于水的密度的测定VgF0043mmV430mmmVmm根据式（2－4－3），，得到：此时物体的密度为：（2－4－6）为待测物体在空气中的质量。式中，〔仪器介绍〕：2．维护方法:（1）天平的负载量不得超过其最大称量值，以免损坏刀口或横梁；（2）为了避免刀口受冲击而损坏，在取放物体、取放砝码、调节平衡螺母以及不使用天平时，都必须使天平制动。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平启动或制动时，旋转制动旋钮动作要轻；（3）砝码不能用手直接取拿，只能用镊子间接挟取。从秤盘上取下后应立即放入砝码盒中；（4）天平的各部分以及砝码都要防锈、防腐蚀，高温物体以及有腐蚀性的化学药品不得直接放在盘内称量；（5）称量完毕将制动旋钮左旋转，放下横梁，保护刀口。〔实验内容和要求〕：1.测定铁块的密度。1m2mt（1）用天平测定铁块在空气中的质量（2）用天平测定铁块全浸入水中的质量（3）记录液体的温度（4）将测得的数据填入表一中。重复6次。重复6次。，，从附表中查找相应的液体的密度。，2.测定石蜡块的密度。（1）用天平测定石蜡块在空气中的质量m重复6次。（2）用天平测定石蜡块在[图2.4.1（a）]中的质量3m重复6次。，，（3）用天平测定石蜡块在[图2.4.1（b）]中的质量4m重复6次。，（4）记录液体的温度t从附表中查找相应的液体的密度。，（5）将测得的数据填入表二中。4.数据处理。t表一123456平均值不确定度合成不确定度c0次数n被测量1m1mU1mU2m2mU2mU305.00mkgU)(1kgm)(2kgm0纯水密度kgUB31005.0（1）铁块的密度：0211mmm2022121212021UmmUmmmmUUUmmrrUUU)1(rU铁块的平均密度：铁块的相对不确定度：铁块的合成不确定度：测量结果的标准表达形式:（2）石蜡块的密度：tc0kgUB31005.0mmU3mU305.00mkgU表二123456平均值不确定度合成不确定度次数n被测量)(kgm)(3kgm)(4kgm纯水密度0m3m4mmU3mU4mU305.00mkgUmU3mU4mU043mmm20243222043UmmUUmUUmmmrrUUU)1(rU石蜡块的平均密度：石蜡块的相对不确定度：石蜡块的合成不确定度：测量结果的标准表达形式:〔思考题〕：1.用物理天平称衡物体质量时，可否把砝码与待测物体位置交换？为什么？2.用本实验方法测定物体密度时，哪些因素会引进系统误差？3.如果物体密度比水小，或呈小颗粒状时，你能否设计一种测量其密度的方法？4.若被测物体浸入水中表面吸附有气泡时，则实验结果所得的密度值是偏大还是偏小？为什么？)(0ct)(3mkg)(0ct)(3mkg)(0ct)(3mkg附表在标准大气压下不同温度的水的密度密度温度密度0999.84117998.77434994.3711999.90018998.59535994.0312999.94119998.40536993.683999.96520998.20337993.334999.97321997.99238992.96599.96522997.77039992.596999.94123997.63840992.217999.90224997.29641991.838999.84925997.04442991.449999.78126996.78350988.0410999.96027996.51260983.2111999.60528996.23270977.7812999.49829995.94480971.8013999.37730995.64690965.3114999.24431995.344100958.3515999.09932995.02516998.94333994.702温度温度密度