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物体密度的测定
2012年03月14日   审核人:

密度是物质的基本特性之一,它与物质的纯度有关。在生产和科学实验中,为了对材料进行成分分析和纯度鉴定,就需要测定材料的密度。测定密度的方法很多,本实验介绍质量体积法和流体静力称衡法。

一、实验目的

1)掌握游标尺、螺旋测微计、物理天平的原理、结构、读数方法和使用方法。

2)学会用有效数字及误差知识记录和处理数据,并正确表示测量结果。

3)学会用有效数字及误差知识记录和处理数据,并正确表示测量结果。

二、实验仪器

游标尺、螺旋测微计、物理天平、测试计、烧杯、待测圆柱体、待测不规则物体。

三、实验原理

1.质量体积法测固体的密度

密度是指在某一温度时物体单位体积内所包含的质量。若一物体的质量为M,体积为V,密度为ρ,则按密度的定义有

                                6.17.1

当待测物体是一直径为d,高度为h的圆柱体时,上式变为

                              6.17.2

于是,只要测出圆柱体的质量M,外径d和高度h,代入式(2.17-2)就可算出圆柱体的密度。

一般说来,待测圆柱体各个断面的大小和形状都不尽相同,从不同的方位测量它的直径,数值会稍有差异;圆柱体的高度各处也不完全一样。因此,要精确测定圆柱体的体积,必须在它的不同位置测量直径和高度数次,然后求出它们的算术平均值。例如,测量圆柱体的直径时,可选圆柱体的上、中、下三个部位进行测量,每个部位至少要测量三次。每测得一个数据后,应转动一下圆柱体再测下一个数据,最后利用测得的全部数据求直径的平均值。

2.用流体静力称衡法测物体的密度

按照式(6.17.1),对不规则物体,质量仍可用物理天平称量,但体积就难于直接测量了。通常是用流体静力称衡法间接解决体积的测量问题。

当忽略空气浮力的影响时,如果将被测物体分别在空气中和水中称衡,得到其称量为M1M2,则物体在水中受到的浮力为

F = (M1-M2)g                                  6.17.3

但按阿基米德定律,浸在液体中的物体所受到的向上的浮力等于它所排开液体的质量和重力加速度的乘积。故有

= ρ0Vg                                                  6.17.4

式中ρ0是液体的密度,g为重力加速度,V是被排开液体的体积,亦即被测物体珠体积。由式(6.17.3)和(6.17.4)可得

                                    6.17.5

这样,物体的体积就被间接地测定出来了。代入式(6.17.1)得

                              6.17.6

于是只要称出M1M2,查出ρ0 ,就可算出ρ1

 

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