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1、物质密度的测量【实验目的】1、掌握物理天平的使用2、掌握静力称衡法求不规则固体的密度3、掌握比重瓶测液体的密度【实验原理】1、固体密度的测量(1)卡尺法对一密度分布均匀的物体，若其质量为解体积为V,则刻物体的密度(1)对几何形状简单且规则的物体，可用分析天平准确的测定物体的质量m用游标卡尺或千分尺等量具测定其体积V,由(1)式求出样品的密度，但此方法往往既麻烦又不易测准，从而降低了测量精度。(2)流体静力称衡法对几何形状不规则的物体，其体积无法用量具测定，为了克服这一困难，只有利用阿基米德原理，先测量物体在空气中的质量 m ,再将物体浸没在密度为0的某液体中，刻物体所受到的浮力F等于所排开的液
2、体的重量m0g ,即F 0Vgm0 g刻物体在空气中的质量 m ,在液体中的质量 m1均可由分析天平精确测定，此物体的密度可由下式确定:m mm0Vm0mm1液体的密度随着温度变化，在某一温度下的密度，通常可以从物理学常数表中查出。因此，求物体体 积就转化为求 m和m1的问题，而 m和m1是能够准确测定的。(3)(4)图1定容瓶(3)比重瓶法用比重瓶法能够准确地测定液体、不溶于液体介质的小块固体或粉末颗粒状物质的密度。假设空比重瓶质量为m0，比重瓶加待测固体的总质量为mi ,比重瓶加待测固体和加满液体时的总质量为m2，比重瓶仅盛满液体时的质量为 m3,则待测固体的密度可由下式求出mi moom
3、3 m2 mi mo2、液体密度的测量(1)流体静力称衡法根据此法在固体密度测量中的应用，如果把物体浸入在另一待测液体中，秤衡的质量为体的密度为 m m0m m1此方法要借助于不溶于水并且和被测液体不发生化学反应的物体(一般用玻璃体)(2)比重瓶法根据此法在固体密度测量中的应用，设空比重瓶的质量为 m1,充满密度为p的被测液体的质量为m2,充满同温度已知密度的液体的质量为m3 ,则被测液体的密度为_ m2 m1-0m3 mi3、空气密度的测量空气密度是非常重要的物理量，许多精密测量都要考虑空气阻力、浮力的影响，这就 要牵涉到空气密度的测量。另外，在质量、压力、流量等的测量中以及在空气成份分析、
4、 监测大气污染时常常要测量空气密度。空气密度很小，一般用定容瓶法测量。如图 1所示，定容瓶是一个带真空活塞的容积固定的玻璃瓶，设充满空气的定容瓶质量为m1，抽真空时（iPa数量级）白质量为 m,则空气密度为(6)mim0式中定容瓶的容积 V可以这样来测量，在定容瓶中装满水后，再称其质量m2,则定容瓶的容积为m2m。定容瓶的容积也可由实验室事先测出。由于受到压强、湿度、温度等因素的影响，测得的空气密度包括水蒸气和干燥空气的密度。要想得到干燥空气在标准状态下的密度，就要对式（为6）进行修正。空气可近似看成理想气体，理想气体状态方程式中p为空气密度，R为普适气体常量,MPRT(8)P为气体压强，T为
5、热力学温度，M为摩尔质量。设干燥空气和水蒸气的密度、分压强和摩尔质量分别为a、Pa、M a 和 w、Pw、M w ,于是有(9)M a PaRT(10)M w pwRT实验测得的密度p是二者之和,(1 )aa(1MwPw)MaPa(11)MwPw)MaPa由于PaPw ,上式可近似为(1 MwPw)MaPa由气压计读出的压强值也是由干燥空气和水蒸气组成的，同样有PPaPwPa(1 2)PaPa p/(1 Pw)p(1 Pw)PaPa式(13)、(15)分别代表在实验条件下干燥空气的密度及压强。在标准状态下,51.01 105 Pa时，干燥空气的密度为MaPoRToMaPaRTMaPaRT0(1
6、t)式中a =1/C-1,由式(16)、(17)可得0 a(1将(13)式代入(18)式，得M wPw )(1 t)M a Pa式中Pa PPw ,由气压计直接读出一个数值p ,再进行温度修正可得其中t为实验室环境温度，单位为C。p p(10.000163 t)Pw是水蒸气分压强，先由干湿泡温度计读出室温(干泡)(13)(14)(15)即温度在0 C ,压强为(16)(17)(18)(19)P ，(20),再通过查水的饱和蒸气压p(t1 t2) /(133.322 pa)与温度的关系表可得饱和蒸气压，将其乘以相对湿度即可得到pw。【实验内容】1、天平的调节ndiv3div0.3div天平灵敏度
7、 S=(单位： )例如：S = 30div/ 或S =。mg0.1gg10mg天平感量M-一是指天平指针在标尺上偏转1个分格时，天平称盘上应增加(或减少)的祛码值。天平的仪器误差一般可取感量的1/22、测不规则固体密度要求：(1) 明、皿分别由物理天平测量。(2)水的数值可测量当时水温查表得到。温度C0123456789102030附表：水的密度(103 kg/3 )3、测液体的密度要求：n、m2、m3分别由物理天平测量4、实验结果要用不确定度正确表示，并对实验进行分析评价【思考题】1、在测量空气密度时，称衡质量为何要用复称法2、将一物体用二细线如图 2所示吊起，两侧加上质量已知的祛码和m2,此外还有一杯水。你设法用此装置测出被测物体的密度。
