相对密度比重瓶法比重瓶法测物体密度修改版.docx
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相对密度比重瓶法比重瓶法测物体密度修改版
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。
1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。
2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)。
3仪器介绍
3.13.1.1
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。
3.1.2
天平的主要技术参数
图1-1物理天平
(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。
3.1.3
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。
3.1.4
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。
3.1.5
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:
ml左=m1l右(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:
mll(1-2)2左右=m
m1m2l左l右式(1-1)乘以式(1-2),得m=
l左l右
2
m=m1m2
(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
m=mm=m(1+m1-m2)2≈m(1+1⋅m1-m2)=1(m+m)(1-4)
122212
m22m22m即为m1和m2的算术平均值。
1
3.2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。
图1-2比重瓶
4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
ρ=
4.1
物理天平测量规则形状物体的密度
m
(1-5)v
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。
4.2
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ρ溢,则v物=
m溢
ρ溢
=
m物
ρ物
,亦即
ρ物=
m物m溢
ρ溢
(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
ρ物=
m物
m水+m物-m总
ρ溢(1-8)
只要用天平称得m物,m水和m总,查表获得ρ溢;就可以由式(1-8)求ρ物,本实验中的液体是蒸馏水。
4.3用比重瓶法测液体的密度
测量干燥的空比重瓶质量m瓶,再在假设容积为v瓶的比重瓶中注满密度为ρ水蒸馏
水,测量出此时的总质量为m水,则m水=m瓶+ρ水v瓶,由此可得出比重瓶的容积v瓶m水-m瓶
v瓶=
ρ水
(1-9)
将比重瓶中的蒸馏水倒空,并用电吹风将比重瓶吹干,再将待测密度为ρ盐的盐水注入比重瓶,注满后再称盐水和比重瓶的总质量为m
盐
,则m盐=m瓶+ρ盐v瓶,即
ρ盐=(m盐-m瓶)/v瓶,将式(1-9)代入,可得
ρ盐=ρ水
m盐-m瓶
(1-10)
m水-m瓶
5实验内容
(1)用比重瓶法测量小玻璃珠的密度;
(2)用比重瓶法测盐水的密度。
6实验指导
6.1
记录初始量
(1)记录物理天平的最大称量与分度值,思考测量时是否需要估读以及应读到哪一位,填入表格。
(2)用物理天平测量干燥的空比重瓶的质量m瓶,将测量值填入表格。
6.2
用比重瓶法测量小玻璃珠的密度
(1)用物理天平测量几十粒小玻璃珠的质量m物,将测量值填入表格;
(2)将比重瓶装满水,将瓶塞盖好后用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水,测量加满水的比重瓶质量m水,将测量值填入表格;
(3)将小玻璃珠轻轻放入比重瓶中,用细金属条把比重瓶中小玻璃珠表面气泡赶掉,盖上瓶塞,用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的水,测量小玻璃珠和加满水的比重瓶的总质量m总,将测量值填入表格。
6.3
用比重瓶法测盐水的密度
倒出上一个实验中比重瓶里的水和小玻璃珠,注满盐水,盖上瓶塞,用吸水纸擦去瓶外及瓶口溢出的盐水,测量加满盐水的比重瓶质量m盐,将测量值填入表格。
6.4
注意事项
(1)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。
(2)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,并盖好盒盖。
(3)每测量一种待测物的质量前,都应对天平进行调零。
(4)必须将测量质量时所用的小玻璃珠全部放入比重瓶,不得漏掉任何一粒。
(5)用细金属条赶走比重瓶中小玻璃珠的表面气泡时,动作应轻缓,不能把比重瓶的薄壁碰破。
(6)实验结束后,将比重瓶清洗干净,外表面擦干,用电吹风把比重瓶内部吹干。
(7)比重瓶的瓶塞与瓶口密合,二者是经研磨而相配的,不可“张冠李戴”。
(8)比重瓶中装有液体之后,应避免用手握着瓶身,以免使液体温度发生改变,可握住瓶口的位置。
(9)实验结束后将小玻璃珠晾开。
7实验数据处理
7.1
数据记录表格
表1-1各待测物的质量
最大称量______分度值______是否估读______读到的数位_______单位g
7.2
数据处理(要求写出详细的计算步骤)
(1)用比重瓶法测量小玻璃珠的密度,求出各物理量的标准表达式待测物的质量m物标准表达式的求法:
由于该物理量是单次测量,因此平均值即测量值,且不存在a类不确定度:
b类不确定度:
δ仪=_____g,σ仪=标准表达式:
m物=m物±σm物=
δg=
;合成不确定度:
σm=σ仪;
物
kg。
加满水的比重瓶质量m水以及小玻璃珠和加满水的比重瓶的总质量m总,其标准表达式的求法同上,最后结果注意将g转换为kg。
待测物密度ρ物标准表达式的求法:
平均值:
物
=
物
m水+m物-m总=ρ溢,其中ρ溢为常数,取ρ溢=1.0⨯10kg⋅m;
3-3
不确定度:
σ
ρ物
标准表达式:
ρ物=物±σρ物=
kg⋅m-3。
(2)用比重瓶法测量盐水的密度,求出各物理量的标准表达式
空比重瓶的质量m瓶和加满盐水的比重瓶质量m盐,其标准表达式的求法与上一个实验中待测物的质量m物标准表达式的求法相同,加满水的比重瓶质量m水则在上个实验中已经求出。
盐水密度ρ盐标准表达式的求法:
平均值:
ρm盐-m瓶盐=ρ水m,其中ρ水为常数,取ρ水=1.0⨯103kg⋅m-3
水-m瓶
不确定度:
σ
ρ盐
标准表达式:
ρ盐=ρ盐±σρ盐=kg⋅m-3
比重物体密度瓶法测用比重瓶法测食盐的密度比重瓶法测液体密度
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