比重瓶法測物體密度

1、實驗1 比重瓶法測物體密度密度是物體的基本屬性之一，各種物質(zhì)具有確定的密度值，它與物質(zhì)的純度有關(guān)，工業(yè)上常通過物質(zhì)的密度測定來做成份分析和純度鑒定。1 實驗?zāi)康模?）掌握用比重瓶法測定物體密度的原理，學(xué)會使用物理天平和比重瓶；（2）學(xué)習(xí)儀器的讀數(shù)方法，并能根據(jù)有效數(shù)字的概念正確記錄實驗數(shù)據(jù)；（3）學(xué)習(xí)不確定度估算和實驗結(jié)果表示的方法。2 實驗儀器物理天平，比重瓶（100ml），量杯、小玻璃珠，蒸餾水（簡稱水），鹽水，細(xì)金屬條，吸水紙，電吹風(fēng)（公用）。3 儀器介紹3.1 物理天平3.1.1 物理天平的構(gòu)造圖1-1為物理天平的外形。在橫梁bb的中點O和兩端B、B共有三個刀口。中間刀口O安置在支柱H

2、頂端的瑪瑙刀架上，作為橫梁的支點，在兩端的刀口B和B上懸掛兩個稱盤P和P。橫梁下部裝有一讀數(shù)指針J。支柱H上止動旋鈕K可以使橫梁升降。平衡螺母E和E用于天平空載時調(diào)平衡。橫梁上有20個刻度和可移動的游碼D。游碼向右移動一個刻度，相當(dāng)于在右盤中加0.05g的砝碼。圖1-1 物理天平3.1.2 天平的主要技術(shù)參數(shù)（1）最大稱量（最大載荷）：最大稱量是天平允許稱衡的最大質(zhì)量。（2）分度值與靈敏度：分度值（舊稱感量）是天平平衡時，為使天平指針從標(biāo)度尺的平衡位置偏轉(zhuǎn)一個分度，在一盤中所需添加的最小質(zhì)量。分度值的倒數(shù)是靈敏度。3.1.3 天平的操作和操作規(guī)程（1）了解所用天平的技術(shù)參數(shù)。（2）調(diào)整天平：調(diào)

3、節(jié)天平的底部調(diào)平螺絲，利用圓形水準(zhǔn)器，使天平支柱垂直，刀口架水平。（3）調(diào)整零點：天平空載時，將游碼先置梁左端零刻線，旋動止動鈕K，支起橫梁，啟動天平，觀察指針J的擺動情況。當(dāng)J在標(biāo)尺S的中線兩邊擺幅相等時，則天平平衡。如不平衡，反旋K，放下橫梁，調(diào)節(jié)平衡螺母E和E，反復(fù)調(diào)節(jié)，使天平平衡，消除零點誤差。（4）稱衡：將待測物置左盤，砝碼置右盤，增減砝碼（配合游碼），使天平平衡。（5）讀數(shù)：復(fù)位，記下砝碼和游碼讀數(shù)。把待測物體從盤中取出，砝碼放回砝碼盒，游碼放回零位，稱盤摘離刀口，天平復(fù)原。3.1.4 為保護(hù)天平，必須遵守以下操作規(guī)程（1）天平的負(fù)載不得超過其稱量，以免損壞刀口和壓彎橫梁。（2）在

4、調(diào)節(jié)天平、取放物體、取放砝碼以及不用天平時，都必須將天平止動，以免損壞刀口。只有在判斷天平是否平衡時才將天平啟動。天平啟動、止動時動作要輕，止動時最好在天平指針接近標(biāo)尺中線刻度時進(jìn)行。（3）待測物體和砝碼要放在稱盤正中。砝碼不要直接用手拿取，而要用鑷子夾取。稱量完畢、砝碼必須放回盒內(nèi)固定位置，不要隨意亂放。（4）天平的各部件以及砝碼都要注意防銹蝕。3.1.5 兩臂長度不等的誤差消除天平兩臂不等長，將帶來系統(tǒng)誤差，可用復(fù)稱法來消除。設(shè)L左、L右分別代表橫梁左右兩臂的長度，物體的質(zhì)量為M，先把待測物體放于左盤，M1克砝碼放于右盤，使天平平衡。則有： （1-1）然后將物體放于右盤，M2砝碼放于左盤，

5、使天平再次平衡，則有： （1-2）式（1-1）乘以式（1-2），得 （1-3）可見M為M1、M2的幾何中值。考慮M1M2M2，將式（1-3）展開，并略去高次項得 （1-4）M即為M1和M2的算術(shù)平均值。3.2 比重瓶圖1-2 比重瓶比重瓶如圖1-2所示，是用玻璃制成的固定容積的容器，玻璃具有不易與待測物起化學(xué)反應(yīng)、熱膨系數(shù)小、易清洗等優(yōu)點，瓶塞與瓶口密合，二者是經(jīng)研磨而相配的，不可“張冠李戴”，瓶塞上有毛細(xì)管，蓋緊瓶蓋后，多余的液體會順著毛細(xì)管流出。使用比重瓶應(yīng)盡可能保持其容積的固定，同時保持比重瓶外的清潔干燥，毛細(xì)管中液面與瓶塞上表面平行。4 實驗原理測量密度的方法：在一定的溫度和壓力條件下

6、，物質(zhì)的成分和組織結(jié)構(gòu)不同，單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量也不同。我們用單位體積內(nèi)的質(zhì)量密度來表征物質(zhì)這一特性，即密度定義為 （1-5）4.1 物理天平測量規(guī)則形狀物體的密度對于形狀規(guī)則、密度均勻的物體，可以用米尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微計測出物體的體積，用物理天平測出其質(zhì)量，代入公式（1-5），求得密度。4.2 用比重瓶測不規(guī)則形狀物體的密度將干凈的比重瓶（圖1-2）注滿蒸餾水，用帶有毛細(xì)管的磨石玻璃塞子緩慢地將瓶口塞住，多余的液體從毛細(xì)管溢出，這樣瓶內(nèi)液體的體積是確定的，即比重瓶的容積。設(shè)比重瓶盛滿水的質(zhì)量為m水。待測固體在空氣中的質(zhì)量為m物，體積為V物，假設(shè)某種液體的體積與待測固體體積相同，如果（從

7、比重瓶中溢出的）液體質(zhì)量為m溢，在室溫下密度為，則，亦即 （1-6）將質(zhì)量為m物的待測固體投入盛滿水的比重瓶中，溢出水的體積就等于固體的體積，均為V物，設(shè)此時比重瓶及瓶內(nèi)剩余的水和待測固體總質(zhì)量為m總，則m總m溢m水m物，即 m溢m水m物m總 （1-7）將式（1-7）代入式（1-6）得 （1-8）只要用天平稱得m物，m水 和m總，查表獲得；就可以由式（1-8）求，本實驗中的液體是蒸餾水。4.3 用比重瓶法測液體的密度測量干燥的空比重瓶質(zhì)量m瓶，再在假設(shè)容積為V瓶的比重瓶中注滿密度為蒸餾水，測量出此時的總質(zhì)量為m水，則，由此可得出比重瓶的容積V （1-9）將比重瓶中的蒸餾水倒空，并用電吹風(fēng)將比重

8、瓶吹干，再將待測密度為的鹽水注入比重瓶，注滿后再稱鹽水和比重瓶的總質(zhì)量為m鹽，則，即，將式（1-9）代入，可得 （1-10）5 實驗內(nèi)容 （1）用比重瓶法測量小玻璃珠的密度；（2）用比重瓶法測鹽水的密度。6 實驗指導(dǎo)6.1 記錄初始量（1）記錄物理天平的最大稱量與分度值，思考測量時是否需要估讀以及應(yīng)讀到哪一位，填入表格。（2）用物理天平測量干燥的空比重瓶的質(zhì)量m瓶，將測量值填入表格。6.2 用比重瓶法測量小玻璃珠的密度（1）用物理天平測量幾十粒小玻璃珠的質(zhì)量m物，將測量值填入表格；（2）將比重瓶裝滿水，將瓶塞蓋好后用吸水紙擦去瓶外及瓶口溢出的水，測量加滿水的比重瓶質(zhì)量m水，將測量值填入表格；（

9、3）將小玻璃珠輕輕放入比重瓶中，用細(xì)金屬條把比重瓶中小玻璃珠表面氣泡趕掉，蓋上瓶塞，用吸水紙擦去瓶外及瓶口溢出的水，測量小玻璃珠和加滿水的比重瓶的總質(zhì)量m總，將測量值填入表格。6.3 用比重瓶法測鹽水的密度倒出上一個實驗中比重瓶里的水和小玻璃珠，注滿鹽水，蓋上瓶塞，用吸水紙擦去瓶外及瓶口溢出的鹽水，測量加滿鹽水的比重瓶質(zhì)量m鹽，將測量值填入表格。6.4 注意事項（1）在調(diào)節(jié)天平、取放物體、取放砝碼以及不用天平時，都必須將天平止動，以免損壞刀口。只有在判斷天平是否平衡時才將天平啟動。天平啟動、止動時動作要輕，止動時最好在天平指針接近標(biāo)尺中線刻度時進(jìn)行。（2）待測物體和砝碼要放在稱盤正中。砝碼不要

10、直接用手拿取，而要用鑷子夾取。稱量完畢、砝碼必須放回盒內(nèi)固定位置，不要隨意亂放，并蓋好盒蓋。（3）每測量一種待測物的質(zhì)量前，都應(yīng)對天平進(jìn)行調(diào)零。（4）必須將測量質(zhì)量時所用的小玻璃珠全部放入比重瓶，不得漏掉任何一粒。（5）用細(xì)金屬條趕走比重瓶中小玻璃珠的表面氣泡時，動作應(yīng)輕緩，不能把比重瓶的薄壁碰破。（6）實驗結(jié)束后，將比重瓶清洗干凈，外表面擦干，用電吹風(fēng)把比重瓶內(nèi)部吹干。（7）比重瓶的瓶塞與瓶口密合，二者是經(jīng)研磨而相配的，不可“張冠李戴”。（8）比重瓶中裝有液體之后，應(yīng)避免用手握著瓶身，以免使液體溫度發(fā)生改變，可握住瓶口的位置。（9）實驗結(jié)束后將小玻璃珠晾開。7 實驗數(shù)據(jù)處理7.1 數(shù)據(jù)記錄表格表1-1 各待測物的質(zhì)量最大稱量_ 分度值_ 是否估讀_ 讀到的數(shù)位_ 單位 g測量項目m瓶m物m水m總m鹽測量值7.2 數(shù)據(jù)處理（要求寫出詳細(xì)的計算步驟）（1）用比重瓶法測量小玻璃珠的密度，求出各物理量的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式待測物的質(zhì)量m物標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的求法：由于該物理量是單次測量，因此平均值即測量值，且不存在A類不確定度：B類不確定度：，；合成不確定度：；標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式：。加滿水的比重瓶質(zhì)量m水以及小玻璃珠和加滿水的比重瓶的總質(zhì)量m總，其標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的求法同上，最后結(jié)果注意將g轉(zhuǎn)換為kg。待測物密度標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式的求法：