流体静力法测不规则物体密度

流体静力法测不规则物体密度

密度是物质的基本特性之一，表示单位体积中所含物质的多少，它与物质的结构及纯度等有关。密度测定研究在工作及科研等领域有着广泛的应用，如工业上常用作原料成分的分析和纯度的鉴定。 测量密度的实验方法有多种类型，如用流体静力称衡法、流体静力天平测量法、比重瓶法、浮力计测定法等。

本实验是用流体静力称衡法测定密度。 【实验目的】

1.学习用流体静力称衡法测定不规则物体密度。

2.掌握天平的使用方法及操作规程。

3.用不确定度方法分析测量结果。 【实验仪器】

物理天平（型号）、待测物、线绳、烧杯、水。 【实验原理】

根据物质密度定义，确定质量和体积之间的关系为：

V

m

=

ρ （1） 对于形状规则及密度均匀的物体，只要测定质量和体积就可求得。但对于不规则形状物体，常采用流体静力称衡法间接地测出物体的密度，是比较方便的。

根据阿基米德原理，物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体的重量。将待测物体分别放在空气和液体中称衡，分别得到物体在空气中的重量为：

W 1=m 1g

全部浸入水中的视重为：

W 2=m 2g

则物体所受的浮力为：

g m m F )(21-= （2） 式中m 1和m 2是待测物体在空气中及全浸入水中称衡时相应的天平砝码质量。

浸在液体中的物体要受到向上的浮力，浮力的大小等于所排开液体的质量与重力加速度的乘积， 即：

0F Vg ρ= （3） 式中ρ0为水的密度，可根据温度查附表。 将式（3）代入式（2）并经整理得到： 1

012

m m m ρρ=

- （4）

由式（4）可知，用流体静力称衡法测定物体的密度，经上述分析，最终转化为质量的测量。

【实验仪器介绍】

1、天平构造：

2．维护方法:

（1）天平的负载量不得超过其最大称量值，以免损坏刀口或横梁；

（2）为了避免刀口受冲击而损坏，在取放物体、取放砝码、调节平衡螺母以及不使用天平时，都必须使天平制动。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平启动或制动时，旋转制动旋钮动作要轻；

（3）砝码不能用手直接取拿，只能用镊子间接挟取。从秤盘上取下后应立即放入砝码盒中；

（4）天平的各部分以及砝码都要防锈、防腐蚀，高温物体以及有腐蚀性的化学药品不得直接放在盘内称量；

（5）称量完毕将制动旋钮向左旋转，放下横梁，保护刀口。

【实验内容及要求】

1.使用天平前应先进行水平调整，即调整底座螺丝使底座水平（水准仪的气泡在中央）。

2.调节天平横梁两端的平衡螺母对天平进行调平。

3.将待测物体用细线挂在天平左边秤钩上，称其质量共6次，再将待测不规则物体浸入水中，测其表观质量共6次，并将以上、测量数据填写入表格中。

【注意事项】

1.实验过程中要注意随时检查和调整天平的零点。

2.物体浸入水后不能有气泡。

3.用镊子夹取砝码（防止砝码生锈）。

4.天平调零、加减砝码、移动游码前以及完成测量后都应左旋起落旋钮使横梁中刀口脱离接触以保护天平，即把天平放在两端的支架上。

【数据记录】

天平规格：型号（），最大称量（），分度值（）

序号i 1 2 3 4 5 6 平均值

m1/g

m2/g

【数据处理】

1.计算1m 、2m 及1()u m 、2()u m 。

2.平均密度： 1

012

m m m ρρ=

-

3.相对不确定度：

()

()u E ρρρ

=

=4.合成不确定度： ()()u E ρρρ=⋅

5.表达结果: () () ......u P ρρρ=±=单位（）

【思考题】

1.用物理天平称衡物体质量时，可否把砝码与待测物体位置交换？为什么？

2.用本实验方法测定物体密度时，哪些因素会引进系统误差？

3.如果物体密度比水小，或呈小颗粒状时，你能否设计一种测量其密度的方法？

4.若被测物体浸入水中表面吸附有气泡时，则实验结果所得的密度值是偏大还是偏小？为什么？

附表：在标准大气压下不同温度的水的密度