物质密度的测量方法

物质密度的测量方法
河南省平顶山市卫东区田选学校范俊奇
一、液体的密度测量
（一）“等体积法”
1．实验器材：天平、砝码、内径较小透明玻璃杯（瓶）、抹布、胶头滴管、钢笔。

2．实验步骤：
（1）秤取空杯子的质量m0。

（2）在杯子中倒入适量水，秤取杯子和水的总质量m1。

（3）将杯子置于水平台上，用钢笔在液面处做上标记。

（4）将杯子中的水倒出，将杯子擦干。

再在杯子中倒入待测液体，用胶头滴管使其液面到达标记处。

（5）用天平秤取杯子和待测液体的总质量m2。

3．数据处理：两种液体的体积相等，即：（m1-m0）/ρ水=（m2-m0）/ρ液，所以：
ρ液=（m2-m0）ρ水/m1-m0
4．测量结果：ρ液=（m2-m0）ρ水/m1-m0
如果有小的玻璃瓶，如：口服液或注射用青霉素等，则可省去步骤（3），使瓶子盛满水或液体，操作更为方便，误差也更小。

（二）U形管法（连通器原理法）
对于液体，还可以借助液体压强的知识进行测量。

所测液体的密度可分为是否水溶两类。

水溶液体，选煤油进行匹配实验，不溶于水的可以选水匹配实验。

下面以非水溶液体测密度为例说明作法。

1．实验器材：U形管一个、胶头滴管2支、待测液体、水或煤油（视具体情况选取）、刻度尺、铁架台（附试管夹2个）。

2．实验步骤：
（1）将U形管用试管夹固定在铁架台上，底部和台面接触。

（2）用滴管向U形管一侧注入适量水。

（3）用另一滴管向U形管另一侧注入被测液体，直至两液体交界面（液片）到达管子底部中间为止。

（4）用刻度尺测量水柱和被测液柱高度h1、h2。

3．数据处理：根据连通器的原理，液体静止时，液片两侧压强相等P1=P2，即：
ρ水gh1=ρ液gh2则ρ液=ρ水gh1/ gh2
4．测量结果：ρ液=ρ水gh1/ gh2
若用煤油匹配实验测量溶水性液体密度，同理可以得到，ρ液=ρ煤油gh1/ gh2
（三）弹簧测力计和阿基米德原理法
1．实验器材：弹簧秤、水、待测液体、小石块、细绳子、烧杯两个。

2．实验步骤：
（1）用细绳系住小石块，用弹簧秤称出小石块的重力G；
（2）将小石块浸没水中，用弹簧秤称出小石的视重G'；
（3）将小块浸没待测液体中，用弹簧秤称出小石块的视重G ''。

3．数据处理：小石块在水中所受浮力F= G-G'ρ水gV石 V石= G-G'ρ水g 。

同理，V石= G-G''/ρ液g 所以，G-G'ρ水g= G-G''/ρ液g 则ρ液=ρ水（G-G''）/（G-G'）
4．测量结果：ρ液=ρ水（G-G''）/（G-G'）
二、固体密度测量
（一）天平、玻璃杯法
该法用来测密度比水的密度大的固体的密度。

1．实验器材：烧杯、水、金属块、天平、抹布、细线。

2．实验步骤：
（1）往烧杯装满水，放在天平上称出质量为 m1；
（2）用细线系住金属块轻轻放入水中，溢出部分水，擦干烧杯，再将烧杯放在天平上称出质量为m2；
（3）将金属块取出，把烧杯放在天平上称出烧杯和剩下水的质量m3。

3．数据处理：金属块的质量m= m2-m3 金属块的体积V等于排开水的体积
V=（m1-m3）/ρ水则金属块的密度ρ金=m/V=ρ水（m2-m3）/（m1-m3）
4．测量结果：ρ金=ρ水（m2-m3）/（m1-m3）
（二）弹簧秤、阿基米德定律法测密度大于水的物体密度
1．实验器材：弹簧秤、金属块、水、细绳。

2．实验步骤：（1）用细绳系住金属块，用弹簧秤称出金属块的重力G；
（2）将金属块浸没水中，用弹簧秤称出金属块在水中的视重G?；
3．数据处理：金属块的质量m=G/g，金属块在水中所受浮力
F= G-G'=ρ水gV石 V金= G-G'/ρ水g 则ρ金=m/V= Gρ水/（G-G'）
4．测量结果：ρ金=Gρ水/（G-G'）
（三）量筒、阿基米德原理法测密度小于水的密度的物体密度
1．实验器材：木块、水、细钢丝、量筒。

2．实验步骤：
（1）往量筒中注入适量水，读出体积为V1；
（2）将木块放入水中，漂浮，静止后读出体积 V2；
（3）用细针插入木块，使木块浸没水中，读出体积为V3。

3．数据处理：根据阿基米德原理，木块所受浮力等于它排开的水所受的重力，那么它的质量也就等于它排开水的质量。

m=ρ水（V2-V1）。

体积V= V3-V1
则ρ木=m/V=ρ水（V2-V1）/（V3-V1）
4．测量结果：ρ木=ρ水（V2-V1）/（V3-V1）
（四）刻度尺、阿基米德原理法测密度大于水的密度的物体密度
1．实验器材：刻度尺、圆筒杯、水、小塑料杯、小石块
2．实验步骤：
（1）在圆筒杯内放入适量水，再将塑料杯杯口朝上轻轻放入，使其漂浮，用刻度尺测出杯中水面高度h1。

（2）将小石块轻轻放入杯中，漂浮，用刻度尺测出水面高度h2。

（3）将小石块从杯中取出，放入水中沉底后，用刻度尺测出水面的高度h3。

3．数据处理：设圆通的横截面积为S。

根据阿基米德原理，石块所受浮力等于它排开的水所受的重力，那么它的质量也就等于它排开水的质量。

m=ρ水（V2-V1）= ρ水S （h2-h1）。

体积V= V3-V1= S（h3-h1），则ρ石=m/V=ρ水（V2-V1）/（V3-V1）= ρ水S（h2-h1）/ S（h3-h1）= ρ水（h2-h1）/（h3-h1）
4．测量结果：ρ石=ρ水（h2-h1）/（h3-h1）。