实验一基本长度测量密度测定实验.doc

实验一：流体静力称衡法测定固体密度的测量密度是物质的基本属性之一，每种物质具有确定的密度密度与物质的纯度有关，工业上常通过对物质密度的测定来做成份分析和纯度鉴定实验目的】1. 掌握游标卡尺、千分尺的读数原理2. 了解物理天平的构造，掌握物理天平的调节与使用方法3. 学会用游标卡尺、千分尺测量规则固体物体的密度4. 学会用流体静力称衡法测量固体的密度5. 理解不确定度及有效数字基本概念，用不确定度正确表示测量结果实验器材】游标卡尺、千分尺、物理天平、玻璃烧杯、细线、铝块、铜圆柱、铜圆管、钢球实验原理】一、用游标卡尺、千分尺测量规则固体物体的密度若物体的质量为、体积为，密度为，则根据密度定义有 （4-1-1）可见只要测量了物体的质量和体积，就可确定其密度物体的质量可由天平测出，当待测物体是规则的铜圆柱体时，可分别测出直径和高度，则体积为因此，该铜圆柱体的密度为 （4-1-2）当待测物体是一圆管时，设其外径为，内径为，高度为，质量为，则其密度公式为 （4-1-3）当待测物体是小球时，设小球直径为，则小球密度公式为 （4-1-4）二、用流体静力称衡法测量固体物体的密度根据阿基米德定律：浸没在液体中的物体要受到向上的浮力，浮力大小等于它排开的同体积液体的重量。

如果忽略空气的浮力，物体在空气中的重量(为物体的质量)，全部浸入水中的重量（为物体在水中的表观质量），则物体在水中所受的浮力为 ，应等于同体积水的重量，由此可得物体的体积，所以，该物体的密度为 （4-1-5）【实验内容】一、测量铜圆柱体的密度1．用千分尺测圆柱体的直径，在上、中、下各部分测量三次，将测量数据填入表4-1-1中，求出其平均值和不确定度2．用游标卡尺测圆柱体高度，在不同方位测量5次，将测量数据填入表4-1-2中，求出其平均值和不确定度3．正确使用物理天平，称出圆柱体的质量4．用式（4-1-2）算出铜圆柱体的密度5．求出密度的不确定度和相对不确定度6．正确表达测量结果表4-1-1 测量铜圆柱体直径数据记录表直径/cm上端中端下端表4-1-2 测量铜圆柱体高度数据记录表高度/cm二、测量圆管的密度用游标卡尺测量圆管的外径，内径和高度，要在不同部位各测量5次用物理天平测量圆管的质量，自拟数据记录表格，按式（4-1-3）求出圆管的密度，并计算不确定度，写出结果表达式三、测量钢球的密度用千分尺测钢球的直径，将测量数据填入自拟表格，按式（4-1-4）求出圆管的密度，并计算不确定度。

四、用流体静力称衡法测量铝块和石蜡的密度1．正确使用天平，测量铝块在空气中的质量2．用细线悬挂铝块，置于天平挂钩上，悬线长度合适，将铝块浸没水中，测出铝块在水中的表观质量3．测出实验时的水温，查附表给出该温度下水的密度4．用式（4-1-5）计算出铝块的密度，并计算不确定度，写出结果表达式5.测石蜡密度将石蜡和铝块用细线系好，石蜡在上，铝块在下，让石蜡和铝块全部没入水中石蜡在空气中的质量m，石蜡和铜环都放在水中时称得的二者质量m2，石蜡在空气中，铜环放在水中时称得二者质量m1则石蜡的密度为 测量石蜡单独在空气中的质量，石蜡和铜环全部浸入水中对应的质量，石蜡吊入空中，铜环浸入水中时的质量代入公式计算附录：1、游标卡尺构造及读数原理游标卡尺主要由两部分构成，如(图2–1)所示：在一毫米为单位的主尺上附加一个能够滑动的有刻度的小尺（副尺），叫游标，利用它可以把主尺估读的那位数值较为准确地读出来图2–1游标卡尺在构造上的主要特点是：游标上个分度格的总长度与主尺上（）个分度格的长度相同，若主尺上最小分度为，游标上最小分度值为，则有 （2.1）那么主尺与游标上每个分格的差值（游标的精度值或游标的最小分度值）是： （2.2） 图2-7常用的游标是五十分游标(=50)，即主尺上49 mm与游标上50格相当，见图2–7。

五十分游标的精度值=0．02mm．游标上刻有0、l、2、3、…、9，以便于读数毫米以上的读数要从游标“0”刻度线在主尺上的位置读出，毫米以下的数由游标（副尺）读出 即：先从游标卡尺“0”刻度线在主尺的位置读出毫米的整数位，再从游标上读出毫米的小数位游标卡尺测量长度的普遍表达式为 （2.3）式中，是游标的“0”刻度线所在处主尺刻度的整刻度（毫米）数，是游标的第条线与主尺的某一条线重合，图2–8所示的情况，即 图2–8在用游标卡尺测量之前，应先把量爪A、B合拢，检查游标的“0”刻度线是否与主尺的“0”刻度线重合如不重合，应记下零点读数，加以修正，即待测量其中，为未作零点修正前的读数值，为零点读数可以正，也可以负使用游标卡尺时，可一手拿物体，另一手持尺，如图2–9所示要特别注意保护量爪不被磨损使用时轻轻把物体卡住即可读数图2–92、螺旋测微器(千分尺)常见的螺旋测微器如（图2–10）所示它的量程是25mm，分度值是0.01mm螺旋测微器结构的主要部分是一个微螺旋杆。

螺距是0.5 mm因此，当螺旋杆旋一周时，它沿轴线方向只前进0.5mm螺旋柄圆周上，等分为50格，螺旋杆沿轴线方向前进0.01 mm时螺旋柄圆周上的刻度转过一个分格这就是所谓机械放大原理测量物体长度时，应轻轻转动螺旋柄后端的棘轮旋柄，推动螺旋杆，把待测物体刚好夹住时读数，可以从固定标尺上读出整格数，（每格0.5mm）0.5mm以下 图2–10的读数则由螺旋柄圆周上的刻度读出，估读到0.001mm这一位上如图2–11(a)和(b)，其读数分别为5.650 mm、5.150mm (1) 记录零点读数，并对测量数据作零点修正2) 记录零点及将待测物体夹紧测量时，应轻轻转动棘轮旋柄推进螺杆，转动小棘轮时，只要听到发出喀喀的声音，即可读数 图2–113物理天平的使用方法1. 安装：从盒中取出横梁后，辨别横梁左边和右边的标记，通常左边标有“1”，右边标有“2”，挂钩和秤盘上也标有1、2字样，安装时，左右必须分清，不可弄错，要轻拿轻放，避免碰撞刀口2. 水平调整调节天平的底脚螺丝1和1′，观察圆气泡水准器中的气泡，将气泡调至中央，保证天平立柱铅直。

有些天平是采用铅垂线和底柱准尖对齐来调节水平的3. 零点调节天平空载，先用镊子把游码:拨到刻度零位处，轻轻顺时针旋转制动旋钮，支起横梁，观察指针的摆动情况，当指针指在标尺中线或在其左右作小幅度等幅摆动时，天平即达到平衡如不平衡，逆时针转动制动旋钮，落下横梁，调节两端的平衡螺母，再观察，直至天平达到平衡使用物理天平之前要认真了解物理天平的构造和使用注意事项． 物理天平的正确使用可以概括为4句话：（1）调水平；（2）调零点（注意游码一定要放在零刻度线位置）3）左称物；（4）常止动．（即加减砝码或物体）、移动游码、或调节平衡螺母都要关闭天平4、数据处理：1）、用千分尺侧小钢球直径根据测量原始数据，得小钢球直径测量值，数据如下表：测量次数12345679.5159.5149.5189.5169.5159.5139.517的测量值为： A类不确定度为： B类不确定度为： 总的不确定度 钢球直径测量结果：2）、用游标卡尺测量空心圆柱体的体积根据测量原始数据记录，整理数据如下表：测量次数外直径（mm）内直径（mm）高（mm ）110.966.5880.28211.006.6080.30311.026.5880.26410.986.5680.28510.986.5880.28610.966.5680.26平均D的A类不确定度为：同理：D的总的不确定度为： 同理： 空心圆柱体的体积为：的不确定度根据： 有： ； ； 空心圆柱体的体积测量结果：注： 实验室条件：1、温度：25.0℃； 2、大气压强：759mmHg； 3、湿度：65% 【思考题】1．为什么圆柱体的高度要用游标卡尺测量，而直径用千分尺测量？2．对圆柱体的直径、高度等量的测量，为什么要在不同的部位进行多次测量？3．用流体静力称衡法测量固体物体的密度时，若待测物体的密度小于液体的密度，应怎样测量？。