實(shí)驗(yàn)一基本長(zhǎng)度測(cè)量密度測(cè)定實(shí)驗(yàn)

1、流體靜力稱衡法測(cè)定固體密度的測(cè)量密度是物質(zhì)的基本屬性之一，每種物質(zhì)具有確定的密度。密度與物質(zhì)的 純度有關(guān)，工業(yè)上常通過對(duì)物質(zhì)密度的測(cè)定來(lái)做成份分析和純度鑒定。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 掌握游標(biāo)卡尺、千分尺的讀數(shù)原理。2. 了解物理天平的構(gòu)造，掌握物理天平的調(diào)節(jié)與使用方法。3. 學(xué)會(huì)用游標(biāo)卡尺、千分尺測(cè)量規(guī)則固體物體的密度。4. 學(xué)會(huì)用流體靜力稱衡法測(cè)量固體的密度。5. 理解不確定度及有效數(shù)字基本概念，用不確定度正確表示測(cè)量結(jié)果。 【實(shí)驗(yàn)器材】游標(biāo)卡尺、千分尺、物理天平、玻璃燒杯、細(xì)線、鋁塊、銅圓柱、銅圓 管、鋼球。【實(shí)驗(yàn)原理】一、用游標(biāo)卡尺、千分尺測(cè)量規(guī)則固體物體的密度若物體的質(zhì)量為m、體積為V,密度

2、為，則根據(jù)密度定義有_ m=V（4-1-1）可見只要測(cè)量了物體的質(zhì)量和體積，就可確定其密度。物體的質(zhì)量可由 天平測(cè)出，當(dāng)待測(cè)物體是規(guī)則的銅圓柱體時(shí)，可分別測(cè)出直徑d和高度h，則體積為V d2h/4。因此，該銅圓柱體的密度為4m d2h(4-1-2 )當(dāng)待測(cè)物體是一圓管時(shí)，設(shè)其外徑為D ,內(nèi)徑為d ,高度為h ,質(zhì)量為m ,則其密度公式為4m2 2(D -d )h(4-1-3)當(dāng)待測(cè)物體是小球時(shí)，設(shè)小球直徑為 D，則小球密度公式為(4-1-4)6m3D二、用流體靜力稱衡法測(cè)量固體物體的密度根據(jù)阿基米德定律：浸沒在液體中的物體要受到向上的浮力，浮力大小 等于它排開的同體積液體的重量。如果忽略空氣的

3、浮力，物體在空氣中的重 量W1 = m1g( mi為物體的質(zhì)量)，全部浸入水中的重量W2 = m2g ( m?為物體在 水中的表觀質(zhì)量)，則物體在水中所受的浮力為 Wi -W2 (mi -m2)g，應(yīng)等于同 體積水的重量oVg，由此可得物體的體積V (mi m2)/ 0，所以，該物體的密 度為mi=0mi - m2(4-i-5)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、測(cè)量銅圓柱體的密度i. 用千分尺測(cè)圓柱體的直徑，在上、中、下各部分測(cè)量三次，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入表4-i-i中，求出其平均值和不確定度2. 用游標(biāo)卡尺測(cè)圓柱體高度，在不同方位測(cè)量5次，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入 表4-1-2中，求出其平均值和不確定度。3. 正確使用物理天

4、平，稱出圓柱體的質(zhì)量m4. 用式（4-1-2 ）算出銅圓柱體的密度 。5. 求出密度的不確定度和相對(duì)不確定度。6. 正確表達(dá)測(cè)量結(jié)果。表4-1-1 測(cè)量銅圓柱體直徑數(shù)據(jù)記錄表直徑d /cm上端中端下端表4-1-2測(cè)量銅圓柱體高度數(shù)據(jù)記錄表高度h/cm二、測(cè)量圓管的密度用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓管的外徑D，內(nèi)徑d和高度h ,要在不同部位各測(cè)量5 次。用物理天平測(cè)量圓管的質(zhì)量 m,自擬數(shù)據(jù)記錄表格，按式（4-1-3 ）求 出圓管的密度，并計(jì)算不確定度，寫出結(jié)果表達(dá)式。三、測(cè)量鋼球的密度用千分尺測(cè)鋼球的直徑，將測(cè)量數(shù)據(jù)填入自擬表格，按式（4-1-4 ）求 出圓管的密度，并計(jì)算不確定度四、用流體靜力稱衡法測(cè)量鋁

5、塊和石蠟的密度m1。1. 正確使用天平，測(cè)量鋁塊在空氣中的質(zhì)量2. 用細(xì)線懸掛鋁塊，置于天平掛鉤上，懸線長(zhǎng)度合適，將鋁塊浸沒水 中，測(cè)出鋁塊在水中的表觀質(zhì)量 m2。3. 測(cè)出實(shí)驗(yàn)時(shí)的水溫，查附表給出該溫度下水的密度°。4. 用式（4-1-5 ）計(jì)算出鋁塊的密度，并計(jì)算不確定度，寫出結(jié)果表達(dá) 式。5. 測(cè)石蠟密度。將石蠟和鋁塊用細(xì)線系好，石蠟在上，鋁塊在下，讓石 蠟和鋁塊全部沒入水中。石蠟在空氣中的質(zhì)量 m石蠟和銅環(huán)都放在水中時(shí)稱得的二者質(zhì)量m2石蠟在空氣中，銅環(huán)放在水中時(shí)稱得二者質(zhì)量 ml則石蠟的密度為測(cè)量石蠟單獨(dú)在空氣中的質(zhì)量，石蠟和銅環(huán)全部浸入水中對(duì)應(yīng)的質(zhì)量，石蠟吊入空中，銅環(huán)浸

6、入水中時(shí)的質(zhì)量。代入公式計(jì)算。附錄：1、游標(biāo)卡尺構(gòu)造及讀數(shù)原理游標(biāo)卡尺主要由兩部分構(gòu)成，如（圖2 - 1）所示：在一毫米為單位的主尺上附加一個(gè) 能夠滑動(dòng)的有刻度的小尺（副尺），叫游標(biāo)，利用它可以把主尺估讀的那位數(shù)值較為準(zhǔn)確 地讀出來(lái)。圖2- 1游標(biāo)卡尺在構(gòu)造上的主要特點(diǎn)是：游標(biāo)上 N個(gè)分度格的總長(zhǎng)度與主尺上（N 1） 個(gè)分度格的長(zhǎng)度相同，若主尺上最小分度為a，游標(biāo)上最小分度值為 b，則有Nb （N 1）a（2.1 ）那么主尺與游標(biāo)上每個(gè)分格的差值（游標(biāo)的精度值或游標(biāo)的最小分度值）是：N 11/CC、a b a aa（2.2）N N0III1; 1川|川riaiinlim%J4lUlhnj54M

7、12 35? 7'iiTinIni? 0主尺圖2-7常用的游標(biāo)是五十分游標(biāo)（N =50）,即主尺上49 mn與游標(biāo)上50格相當(dāng)，見圖2 - 7五十分游標(biāo)的精度值 =0. 02mm游標(biāo)上刻有0、I、2、3、9,以便于讀數(shù)。毫米以上的讀數(shù)要從游標(biāo)“0”刻度線在主尺上的位置讀出，毫米以下的數(shù)由游標(biāo)（副 尺）讀出。即：先從游標(biāo)卡尺“ 0”刻度線在主尺的位置讀出毫米的整數(shù)位，再?gòu)挠螛?biāo)上讀出毫 米的小數(shù)位。游標(biāo)卡尺測(cè)量長(zhǎng)度I的普遍表達(dá)式為I ka n（2.3 ）式中，k是游標(biāo)的“ 0”刻度線所在處主尺刻度的整刻度（毫米）數(shù)，n是游標(biāo)的第n條線與主尺的某一條線重合，a 1mm。圖2 -8所示的情況，

8、即I 21.58mm。在用游標(biāo)卡尺測(cè)量之前，應(yīng)先把量爪 A、B合攏，檢查游標(biāo)的“ 0”刻度線是否與主 尺的“0”刻度線重合。如不重合，應(yīng)記下零點(diǎn)讀數(shù)，加以修正，即待測(cè)量 I li I。其 中，h為未作零點(diǎn)修正前的讀數(shù)值，I。為零點(diǎn)讀數(shù)。I。可以正，也可以負(fù)。使用游標(biāo)卡尺時(shí)，可一手拿物體，另一手持尺，如圖 2-9所示。要特別注意保護(hù)量 爪不被磨損。使用時(shí)輕輕把物體卡住即可讀數(shù)。圖2- 92、螺旋測(cè)微器（千分尺）常見的螺旋測(cè)微器如（圖2 - 10）所示。它的量程是25mm分度值是0.01mm 螺旋測(cè)微器結(jié)構(gòu)的主要部分是一個(gè)微螺旋桿。螺距是 0.5 mm因此，當(dāng)螺旋桿旋一 周時(shí)，它沿軸線方向只前進(jìn)0

9、.5mm> 螺旋柄圓周上，等分為50格，螺 軸線方向前進(jìn)0.01 mm時(shí)螺旋柄 的刻度轉(zhuǎn)過一個(gè)分格這就是所謂機(jī)械放大原理。1尺按：衛(wèi)-猛動(dòng)I桿:s“測(cè)昭動(dòng)螺旋把待測(cè)定標(biāo)尺旋桿沿圓周上測(cè)量物體長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)輕輕轉(zhuǎn) 柄后端的棘輪旋柄，推動(dòng)螺旋桿， 物體剛好夾住時(shí)讀數(shù)，可以從固上讀出整格數(shù)，（每格0.5mm）。0.5mm以下圖2 - 10的讀數(shù)則由螺旋柄圓周上的刻度讀出，估讀到0.001mm這一位上。如圖2- 11（a）和（b）,其讀數(shù)分別為5.650 mm、5.150mm此咼分宜前涪隸彥墩（1）記錄零點(diǎn)讀數(shù)，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)作零點(diǎn)修 正。（2）記錄零點(diǎn)及將待測(cè)物 體夾緊測(cè)量時(shí)，應(yīng)輕輕轉(zhuǎn) 動(dòng)棘輪旋柄推

10、進(jìn)螺桿，轉(zhuǎn) 動(dòng)小棘輪時(shí)，只要聽到發(fā) 出喀喀的聲音，即可讀數(shù)。圖 2- 113物理天平的使用方法1. 安裝：從盒中取出橫梁后，辨別橫梁左邊和右邊的標(biāo)記，通常左邊標(biāo)有“1 ”，右邊標(biāo)有“2”，掛鉤和秤盤上也標(biāo)有1、2字樣，安裝時(shí)，左右必須分清，不可弄錯(cuò)，要輕拿輕 放，避免碰撞刀口。2. 水平調(diào)整調(diào)節(jié)天平的底腳螺絲1和1',觀察圓氣泡水準(zhǔn)器中的氣泡，將氣泡調(diào)至中央， 保證天平立柱鉛直。有些天平是采用鉛垂線和底柱準(zhǔn)尖對(duì)齊來(lái)調(diào)節(jié)水平的。3. 零點(diǎn)調(diào)節(jié)天平空載，先用鑷子把游碼：撥到刻度零位處，輕輕順時(shí)針旋轉(zhuǎn)制動(dòng)旋鈕，支 起橫梁，觀察指針的擺動(dòng)情況，當(dāng)指針指在標(biāo)尺中線或在其左右作小幅度等幅擺動(dòng)時(shí)，天

11、平即達(dá)到平衡。如不平衡，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)制動(dòng)旋鈕，落下橫梁，調(diào)節(jié)兩端的平衡螺母， 再觀察，直至天平達(dá)到平衡。使用物理天平之前要認(rèn)真了解物理天平的構(gòu)造和使用注意 事項(xiàng).物理天平的正確使用可以概括為 4句話：（1）調(diào)水平；（2）調(diào)零點(diǎn)（注意游碼一定要 放在零刻度線位置）3）左稱物；（4）常止動(dòng).（即加減砝碼或物體）、移動(dòng)游碼、或調(diào)節(jié) 平衡螺母都要關(guān)閉天平。4、數(shù)據(jù)處理：1）、用千分尺側(cè)小鋼球直徑根據(jù)測(cè)量原始數(shù)據(jù)，得小鋼球直徑測(cè)量值，數(shù)據(jù)如下表：測(cè)量次1234567數(shù)9.5159.5149.5189.5169.5159.5139.517D的測(cè)量值為：A類不確定度為:7八 1)i1(DiD)29.515)2

12、(9.5149.515)2(9.5179.515)20.0007類不確定度為:總的不確定度U D測(cè)量次 數(shù)外直徑D ( mrh內(nèi)直徑d (mn)高 H ( mm )110.966.5880.28211.006.6080.30311.026.5880.26410.986.5680.28 :510.986.5880.28610.966.5680.26平均鋼球直徑D測(cè)量結(jié)果：2)、用游標(biāo)卡尺測(cè)量空心圓柱體的體積根據(jù)測(cè)量原始數(shù)據(jù)記錄，整理數(shù)據(jù)如下表:D的A類不確定度為: 同理：dd)20.00661)i1(diH0.0045D的總的不確定度為:同理:Ud 0.014空心圓柱體的體積V為:V的不確定度根據(jù):In V In In( D2 d2) In H4有:In V 2D ；2 2