实验1比重瓶法测物体密度 密度是物体的基本属性之一,各种物质具有确定的密度值,它与物质的纯度有关, 工业上常通过物质的密度测定来做成份分析和纯度鉴定。 实验目的(1)掌握用比重瓶法测定物体密度的原理,学会使用物理天平和比重瓶; (2)学习仪器的读数方法,并能根据有效数字的概念正确记录实验数据; (3)学习不确定度估算和实验结果表示的方法。 实验仪器物理天平,比重瓶(100ml),量杯、小玻璃珠,蒸馏水(简称水),盐水,细金属条, 吸水纸,电吹风(公用)。 仪器介绍3.1 物理天平 3.1.1 物理天平的构造 图1-1 为物理天平的外形。在横梁bb’的中 和两端B、B′共有三个刀口。中间刀口O安置在支柱H 顶端的玛瑙刀架上,作为横梁的支P′。横梁下部装有一读数指针J。支柱H上止动旋钮 E′用于天平空载时调平衡。横梁上有20 个刻度和可移 动的游码D。游码向右移动一个刻度,相当于在 右盘中加0.05g 3.1.2天平的主要技术参数 (1)最大称量(最大载荷):最大称量是天平允许称衡的最大质量。 (2)分度值与灵敏度:分度值(旧称感量)是天平平衡时,为使天平指针从标度尺 的平衡位置偏转一个分度,在一盘中所需添加的最小质量。分度值的倒数是灵敏度。 3.1.3 天平的操作和操作规程 (1)了解所用天平的技术参数。 (2)调整天平:调节天平的底部调平螺丝,利用圆形水准器,使天平支柱垂直,刀 口架水平。 (3)调整零点:天平空载时,将游码先置梁左端零刻线,旋动止动钮K,支起横梁, 启动天平,观察指针J的摆动情况。当J 在标尺S 的中线两边摆幅相等时,则天平平衡。 1-1物理天平 (4)称衡:将待测物置左盘,砝码置右盘,增减砝码(配合游码),使天平平衡。(5)读数:复位,记下砝码和游码读数。把待测物体从盘中取出,砝码放回砝码盒, 游码放回零位,称盘摘离刀口,天平复原。 3.1.4 为保护天平,必须遵守以下操作规程 (1)天平的负载不得超过其称量,以免损坏刀口和压弯横梁。 (2)在调节天平、取放物体、取放砝码以及不用天平时,都必须将天平止动,以免 损坏刀口。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平启动、止动时动作要轻,止 动时最好在天平指针接近标尺中线刻度时进行。 (3)待测物体和砝码要放在称盘正中。砝码不要直接用手拿取,而要用镊子夹取。 称量完毕、砝码必须放回盒内固定位置,不要随意乱放。 (4)天平的各部件以及砝码都要注意防锈蚀。 3.1.5 两臂长度不等的误差消除 天平两臂不等长,将带来系统误差,可用复称法来消除。 右分别代表横梁左右两臂的长度,物体的质量为M,先把待测物体放于左盘,M1 克砝码放于右盘,使天平平衡。则有: (1-1)然后将物体放于右盘,M2 砝码放于左盘,使天平再次平衡,则有: (1-2)式(1-1)乘以式(1-2),得(1-3)可见M为M 、M2的几何中值。考虑M 即为M1和M2的算术平均值。 3.2 比重瓶 比重瓶如图1-2 所示,是用玻璃制成的固定容积的容器,玻璃具 易与待测物起化学反应、热膨系数小、易清洗等优点,瓶塞与瓶口密合,二者是经研磨而相配的,不可“张冠李戴”,瓶塞上有毛细管, 1-2比重瓶 盖紧瓶盖后,多余的液体会顺着毛细管流出。使用比重瓶应尽可能保持其容积的固定,同时保持比重瓶外的清洁干燥,毛细管中液面与瓶塞上表面平行。 实验原理测量密度的方法:在一定的温度和压力条件下,物质的成分和组织结构不同,单位 体积内所具有的质量也不同。我们用单位体积内的质量——密度来表征物质这一特性, 即密度定义为(1-5)4.1 物理天平测量规则形状物体的密度 对于形状规则、密度均匀的物体,可以用米尺、游标卡尺、螺旋测微计测出物体的体积,用物理天平测出其质量,代入公式(1-5),求得密度。 4.2 用比重瓶测不规则形状物体的密度 将干净的比重瓶(图1-2)注满蒸馏水,用带有毛细管的磨石玻璃塞子缓慢地将瓶口 塞住,多余的液体从毛细管溢出,这样瓶内液体的体积是确定的,即比重瓶的容积。设 比重瓶盛满水的质量为m 物,体积为V物,假设某种液体的体积与待测固体体积相同,如果(从比重瓶中溢出的)液体质量为m 溢,在室温下密 (1-7)将式(1-7)代入式(1-6)得(1-8)只要用天平称得m 验中的液体是蒸馏水。4.3 用比重瓶法测液体的密度 测量干燥的空比重瓶质量m 瓶,再在假设容积为V瓶的比重瓶中注满密度为蒸 (1-9)将比重瓶中的蒸馏水倒空,并用电吹风将比重瓶吹干,再将待测密度为的盐水 实验内容(1)用比重瓶法测量小玻璃珠的密度;(2)用比重瓶法测盐水的密度。 实验指导6.1 记录初始量 (1)记录物理天平的最大称量与分度值,思考测量时是否需要估读以及应读到哪一位, 填入表格。 (2)用物理天平测量干燥的空比重瓶的质量m 瓶,将测量值填入表格。 6.2 用比重瓶法测量小玻璃珠的密度 (1)用物理天平测量几十粒小玻璃珠的 质量m物,将测量值填入表格; (2)将比重瓶装满水,将瓶塞盖好后用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水,测量加满水 的比重瓶质量m 水,将测量值填入表格; (3)将小玻璃珠轻轻放入比重瓶中,用细金属条把比重瓶中小玻璃珠表 面气泡赶掉, 盖上瓶塞,用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水,测量小玻璃珠和加满水 的比重瓶的总质 总,将测量值填入表格。6.3 用比重瓶法测盐水的密度 倒出上一个实验中比重瓶里的水和小玻璃珠,注满盐水,盖上瓶塞,用吸水纸擦去 瓶外及瓶口溢出的盐水,测量加满盐水的比重瓶质量m 盐,将测量值填入表格。 6.4 注意事项 (1)在调节天平、取放物体、取放砝码以及不用天平时,都必须将天平止动,以免损 口。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平启动、止动时动作要轻,止动时最好在天平指针接近标尺中线刻度时进行。 (2)待测物体和砝码要放在称盘正中。砝码不要直接用手拿取,而要用镊子夹取。称 量完毕、砝码必须放回盒内固定位置,不要随意乱放,并盖好盒盖。 (3)每测量一种待测物的质量前,都应对天平 进行调零。 (4)必须将测量质量时所用的小玻璃珠全部放入比重瓶,不得漏掉任何一粒。 (5)用细金属条赶走比重瓶中小玻璃珠的表面气泡时,动作应轻缓,不能把比重瓶的 薄壁碰破。 (6)实验结束后,将比重瓶清洗干净,外表面擦干,用电吹风把比重瓶内部吹干。(7)比重瓶的瓶 塞与瓶口密合,二者是经研磨而相配的,不可“张冠李戴”。 (8)比重瓶中装有液体之后,应避免用手握着瓶身,以免使液体温度发生改变,可握 住瓶口 的位置。 (9)实验结束后将小玻璃珠 实验数据处理7.1 数据记录表格 质量最大称量______ 分度值______ 是否估读______ 读到的数位_______ 单位 测量值7.2 数据处理(要求写出详细的计算步 (1)用比重瓶法测量小玻璃珠的密度,求出各物理量的标准表达式 由于该物理量是单次测量,因此平均值即测量值,且不存在A 类不确定度 加满水的比重瓶质量m水以及小玻璃珠和加满 水的比重瓶的总质量 m总,其标准表达式的 求法同上,最后结果注 意将g转换 为kg。 待测物密度 标准表达式的求法: 平均值: 1.010 kg -3kg (2)用比重瓶法测量盐水的密度,求出各物理量的标准表达式 空比重瓶的质量 瓶和加满盐水的比重瓶质量m盐,其标准表达式的求法与上一个 质量m物标准表达式的求法相同,加满水的比重瓶质量m水则在上个 实验中已 求出。盐水密度标 准表达式的求法: 1.010 kg -3kg