比重瓶法测物体密度.docx

实验1比重瓶法测物体密度
密度是物体的基本属性之一，各种物质具有确定的密度值，它与物质的纯度有关，工业上常通过物质的密度测定来做成份分析和纯度鉴定。
实验目的
（1）掌握用比重瓶法测定物体密度的原理，学会使用物理天平和比重瓶；
（2）学习仪器的读数方法，并能根据有效数字的概念正确记录实验数据；
（3）学习不确定度估算和实验结果表示的方法。
实验仪器
物理天平，比重瓶（100ml），量杯、小玻璃珠，蒸馏水（简称水），盐水，细金属条，吸水纸，电吹风（公用）。
仪器介绍
物理天平
物理天平的构造
图1-1为物理天平的外形。在横梁bb’的中点O和两端B、B′共有三个刀口。中间刀口O安置在支柱H顶端的玛瑙刀架上，作为横梁的支点，在两端的刀口B和B′上悬挂两个称盘P和P′。横梁下部装有一读数指针J。支柱H上止动旋钮K可以使横梁升降。平衡螺母E和E′用于天平空载时调平衡。横梁上有20个刻度和可移动的游码D。游码向右移动一个刻度，相当于在右盘中加0.05g的砝码。
图1-1物理天平
天平的主要技术参数
（1）最大称量（最大载荷）：最大称量是天平允许称衡的最大质量。
（2）分度值与灵敏度：分度值（旧称感量）是天平平衡时，为使天平指针从标度尺的平衡位置偏转一个分度，在一盘中所需添加的最小质量。分度值的倒数是灵敏度。
天平的操作和操作规程
（1）了解所用天平的技术参数。
（2）调整天平：调节天平的底部调平螺丝，利用圆形水准器，使天平支柱垂直，刀口架水平。
（3）调整零点：天平空载时，将游码先置梁左端零刻线，旋动止动钮K，支起横梁，启动天平，观察指针J的摆动情况。当J在标尺S的中线两边摆幅相等时，则天平平衡。如不平衡，反旋K，放下横梁，调节平衡螺母E和E′，反复调节，使天平平衡，消除零点误差。
（4）称衡：将待测物置左盘，砝码置右盘，增减砝码（配合游码），使天平平衡。
（5）读数：复位，记下砝码和游码读数。把待测物体从盘中取出，砝码放回砝码盒，游码放回零位，称盘摘离刀口，天平复原。
为保护天平，必须遵守以下操作规程
（1）天平的负载不得超过其称量，以免损坏刀口和压弯横梁。
（2）在调节天平、取放物体、取放砝码以及不用天平时，都必须将天平止动，以免损坏刀口。只有在判断天平是否平衡时才将天平启动。天平启动、止动时动作要轻，止动时最好在天平指针接近标尺中线刻度时进行。
（3）待测物体和砝码要放在称盘正中。砝码不要直接用手拿取，而要用镊子夹取。称量完毕、砝码必须放回盒内固定位置，不要随意乱放。
（4）天平的各部件以及砝码都要注意防锈蚀。
两臂长度不等的误差消除
天平两臂不等长，将带来系统误差，可用复称法来消除。
设L左、L右分别代表横梁左右两臂的长度，物体的质量为M，先把待测物体放于左盘，M1克砝码放于右盘，使天平平衡。则有：
（1-1）
然后将物体放于右盘，M2砝码放于左盘，使天平再次平衡，则有：
（1-2）
式（1-1）乘以式（1-2），得
（1-3）
可见M为M1、M2的几何中值。考虑M1－M2M2，将式（1-3）展开，并略去高次项得
（1-4）
M即为M1和M2的算术平均值。
比重瓶
图1-2比重瓶
比重瓶如图1-2所示，是用玻璃制成的固定容积的容器，玻璃具有不易与待测物起化学反应、热膨系数小、易清洗等优点，瓶塞与瓶口密合，二者是经研磨而相配的，不可“张冠李戴”，瓶塞上有毛细管，盖紧瓶盖后，多余的液体会顺着毛细管流出。使用比重瓶应尽可能保持其容积的固定，同时保持比重瓶外的清洁干燥，毛细管中液面与瓶塞上表面平行。
实验原理
测量密度的方法：在一定的温度和压力条件下，物质的成分和组织结构不同，单位体积内所具有的质量也不同。我们用单位体积内的质量——密度来表征物质这一特性，即密度定义为
（1-5）
物理天平测量规则形状物体的密度
对于形状规则、密度均匀的物体，可以用米尺、游标卡尺、螺旋测微计测出物体的体积，用物理天平测出其质量，代入公式（1-5），求得密度。
用比重瓶测不规则形状物体的密度
将干净的比重瓶（图1-2）注满蒸馏水，用带有毛细管的磨石玻璃塞子缓慢地将瓶口塞住，多余的液体从毛细管溢出，这样瓶内液体的体积是确定的，即比重瓶的容积。设比重瓶盛满水的质量为m水。待测固体在空气中的质量为m物，体积为V物，假设某种液体的体积与待测固体体积相同，如果（从比重瓶中溢出的）液体质量为m溢，在室温下密度为，则，亦即
（1-6）
将质量为m物的待测固体投入盛满水的比重瓶中，溢出水的体积就等于固体的体积，均为V物，设此时比重瓶及瓶内剩余的水和待测固体总质量为m总，则m总＋m溢＝m水＋m物，即
m溢＝m水＋m物－m总（1-7）
将式（1-7）代入式（1-6）得
（1-8）
只要用天平称得m物，m水和m总，查表获得；就可以由式（1-8）求，本实验中的液体是蒸馏水。
用