（推薦）初中物理教材中密度計的原理

1、初中物理教材中，密度的測量是通過測物體的質(zhì)量和物體的體積，代入公式=m/V計算出來的，并沒有涉及到密度計的使用，本人結(jié)合自己的一些知識，通過查閱一些資料，了解到密度計的有關(guān)知識，供同學(xué)們參考。在物理實驗中使用的密度計，是一種測量液體密度的儀器。它是根據(jù)物體浮在液體中所受的浮力等于重力的原理制造與工作的。使用時將密度計豎直地放入待測的液體中，待密度計平穩(wěn)后，從它的刻度處讀出待測液體的密度。通常在實驗室里測量密度大于水的液體所用的密度計叫做比重計。測量密度小于水的液體，所用的密度計叫做比輕計。不管是比重計還是比輕計，它們的刻度都是分布不均勻的，為什么分布不均勻，首先我們就要了解它的結(jié)構(gòu)和原理。多數(shù)

2、密度計的構(gòu)造如圖1所示，它是用密封的玻璃管制成的。段的外徑均勻，是用來標刻度線的部分，段做成內(nèi)徑較大的玻璃泡，段的玻璃管做得又細又長，最下端的玻璃泡內(nèi)裝有密度很大的許多小彈丸（如鉛丸）或水銀等，整體是一根粗細不均勻的密封玻璃管。圖1 圖2圖31 / 6 密度計測量液體密度的原理是根據(jù)阿基米德原理和物體浮在液面上的條件設(shè)計制成的設(shè)密度計的質(zhì)量為，待測液體的密度為，當(dāng)密度計浮在液面上時，由物體浮在液面上的條件可知：密度計受到液體的浮力等于它所受的重力，即浮。根據(jù)阿基米德原理，密度計所受的浮力等于它排開的液體所受的重力，有浮排，由上面兩式可得排，即排。從式可看出，待測液體的密度與密度計排開液體的體積

3、成反比。液體的密度越大，密度計排開液體的體積就越小，不同密度的液體在如圖1所示的密度計的玻璃管段的液面位置是不同的。若根據(jù)式計算，預(yù)先在玻璃管段標上刻度線及對應(yīng)的數(shù)值，就很容易測量未知液體的密度了，所以密度計浸入液體中的深度越深，排開的體積越大，由于成反比，示數(shù)就越小，因此它的刻度從上往下讀數(shù)越來越大，跟量筒的讀數(shù)是相反的。為什么密度計要做成如圖1所示的形狀而不做成截面上下均勻的形狀（如圖2所示）呢?段截面均勻是為了便于標度，下端段的玻璃泡內(nèi)裝有密度很大的彈丸是為了讓密度計的重心盡量下移；段的玻璃泡做得較大是為了讓密度計浮在液面上時其“浮心”（浮力的作用點，即密度計浸在液體中液面以下部分的幾何

4、中心）盡量上移；而段的玻璃管做得細而長是為了增大重心和“浮心”間的距離。這樣，當(dāng)密度計浮在液面上時，在重力和浮力的作用下，密度計能很快停止左右搖擺而豎直站立在液體中。若制成如圖2所示的形狀，當(dāng)測量密度較大的液體時，“浮心”下移，與重心靠近，密度計容易傾斜在液面上，甚至橫著漂浮在液面上，這樣密度計讀數(shù)就不準確，或者根本無法讀數(shù)。 密度計的刻度線間距是不均勻的，也就是說相差相同數(shù)值（密度的標定值）的刻度線間距并不相等。無論是比重計還是比輕計的刻度線都是上疏下密。有人認為密度計刻度線之所以不均勻是由于它的截面上下不均勻造成的，這種說法是錯誤的。為了研究問題方便，我們以圖2所示的形狀密度計為例，設(shè)管的

5、截面積為，裝入彈丸后質(zhì)量為，將它放入密度為的液體中（假設(shè)能豎直站立），浸入液面下的深度為， 由式可得。式表明深度與液體密度成反比，其函數(shù)關(guān)系圖象如圖3所示。從圖3可以看出，當(dāng)液體的密度等值增加時，對應(yīng)的深度并不等值減小，說明密度計的刻度是不均勻的。對圖1所示的密度計，使用時截面不均勻的部分全部在液面以下，有刻度的部分截面是均勻的，對圖3圖象的分析仍適用于圖1所示的密度計，只是深度不一定從點算起。事實上完全可以把如圖1、圖2所示的密度計做成體積相同，圖1中的段與圖2的截面積相同，裝入彈丸后二者的質(zhì)量也相同，放入同種液體中液面以下部分兩者的體積相同，兩密度計的標度就完全相同了。由此可見，密度計的刻度不均勻是由式中與成反比例關(guān)系決定的，與密度計的形狀無關(guān)。實驗室使用的密度計分為比重計和比輕計，為什么不制造一支密度計既能測量密度大于水的液體，又能測量密度小于水的液體呢?如果要制做這樣一種密度計，為了讀數(shù)準確，當(dāng)待測液體的密度較小時，則圖1中的段必須做得很長；當(dāng)待測液體的密度較大時，密度計容易傾斜，達不到準確測量的目的。在這種情況下，若要密度計豎直站立，必須把段做得很長，這樣的一支密度計整體上比較長，使用起來很不方便，何況盛液體的容器本身具有確定的深度，一般的量筒和透明盛液筒很難達到要求。所以實驗室使用的密度計分為比重計和比輕計兩種。比重計的1.0