常州工程学院物理实验教案01物质密度的测定

实验一物质密度的测定【引言】本实验主要是用游标卡尺、螺旋测微器来测量长度，物理天平测量物体的质量，通过对规则形状物体密度的测量，能够正确处理实验数据，书写实验报告，为以后的实验奠定良好的基础【实验目的】 1、掌握规则形状物体密度的测定方法 2、三种测量仪器（游标卡尺、螺旋测微器、物理天平）的正确地使用 3、进一步理解误差和有效数字的概念，并能正确地表示测量结果【实验原理】物体的密度r等于物体的质量m 和它的体积 V之比，即： V m=r当待测物体形状是规则几何体时，其体积可用数学方法算出。例如待测物体是一个直径为 d，高为h 的圆柱体时，其体积V 为 4 2 h dp。由上式可见，只要测得圆柱体的质量m、直径 d 和高度 h，就可算出圆柱体的密度ρ。【实验仪器】游标卡尺，螺旋测微器，物理天平。（一）、游标卡尺游标卡尺简称卡尺，是一种常用的测量长度的量具，它的外形与结构如图1­l 所示。游标卡尺主要由主尺和可以沿主尺滑动的副尺（游标尺）组成。钳口 A、B 可用来测量物体的外部尺寸；刀口A′、B′可用来测量管的内径和槽宽；尾尺 C 可用来测量槽和小孔的深度。主尺的最小分度为 lmm，副尺上刻有游标 E，利用游标可以把主尺上的估读数准确地测量出来。以 10 分度游标为例，主尺的最小分度为 1mm，游标上 10 个小的等分刻度的总长度等于 9mm，因此游标上的每一小分度比主尺的最小分度相差 0.1mm。当钳口 A、B 合在一起时，游标的零刻度线与主尺的零刻度线重合。若在钳口 A、B 间卡一长度为 L的物体，副尺对在主尺上的某一位置，如图 2－2 所示。物体长度 L在毫米以上的整数部分 x 可以从游标“0”线所对主尺的位置直接读出；而毫米以下的部分 Δx，则可由游标读出，即找出游标上第几根刻线与主尺上刻线对得最齐。如图1－2 所示，x 等于 21mm，游标上第六根刻线与主尺上的刻线对得最齐，则从图上可见 Δx 等于 6×0.1mm，物体的长度为 21.6mm。如果游标上第k根刻线与主尺某刻线对得最齐，则Δx就是k×0.lmm，则物体的长度为L＝（x＋k×0.l） mm 对于一般情况，若游标上有 n个分格，它的总长度与主尺上（n－l）个最小分格的总长度相等，则每一游标分度的长度 b 为 b= n a n ) 1 (-式中 a 为主尺最小分度的长度，主尺的最小分读度与游标分度的长度差为 a­b = a­ n a n ) 1 (- = n a 式中称为游标卡尺的分度值，显然，测量时，如果游标上的第 k条刻线与主尺某一刻线齐，则Δx = k n a 使用游标卡尺时，可用左手拿待测物体，右手握主尺，用拇指按在游标的 S 部分推拉。要注意保护钳口与刀口不被磨损。卡住待测物体时，松紧要适当。当需要将待测物体取下读数时，要旋紧固定螺丝 K。图 1­1 图 1­2 注意：游标卡尺上数据的读取另有一种简便的方法，大家不妨一试，以图 1­2为例，下方游标零刻度线对着主尺上 21.0和 22.0之间,同时偏向 22.0,因此,其读数应在 21.5和 22.0 之间,再看下方游标刻度线(0­­­10)上哪一根刻度线跟主尺上的刻度线重合,我们发现正好 6跟主尺上的刻度线重合,因此其读数是 21.6mm （二）、螺旋测微器螺旋测微器又称千分尺，它是比游标卡尺更精密的测长仪器，其分度值可在 0.01~0.001mm 之间。常用于测量细丝和小球的直径以及薄片的厚度等。螺旋测微器的外型与结构如图 1­3 所示。螺母套管 B、固定套管 D 和测砧 E 都固定在架 G上。D 上刻有主尺，主尺上有一条横线（称为读数准线），横线上方刻有表示毫米数的刻线，横线下方刻有表示半毫米的刻线。测微螺杆 A 和微分筒 C、棘轮旋柄 K 连在一起。微分筒的刻度通常一圈为 50分度，也有25分度和100分度的。现以0分度的微分简为例，其测微螺杆的螺距为0.5mm。因此测微螺杆旋转一周时，它沿轴线方向前进（或后退）0.01mm。由此可见，该螺旋测微器的最小刻度为 0.01mm，该值称为这种螺旋测微器的分度值。图 1­3 测量物体时，应先将测微螺杆 A 退开，把待测物体放在 E、A 的两测量面之间，然后轻轻转动棘轮旋柄 K，使两平面刚好与物体接触。读数时，从主尺上读取 0.5mm 以上的部分，从微分筒上读取余下尾数部分（估计到最小分度的十分之一，即 1/1000 mm），然后两者相加。例如图 1­4（a）图中读数为 5.160mm；图 1­4（b）图中读数为 5.660mm。图 1­4 注意:图(a)和图(b)有什么不一样的地方?希望大家思考!!! 使用螺旋测微器应注意以下几点： 1．检查零点读数，并对测量数据作零点修正。先使测微螺杆与测砧刚好接触，检查微分筒“0’线与读数准线是否重合。如果不重合，两者之差称为零点读数。应注意零点读数的正负，以便对测量数据进行零点修正。 2．检查零点读数和测长时，切忌直接转动测微螺杆和微分筒，以免过分压紧而损坏螺纹。应轻轻转动棘轮旋柄，待发出“咔、咔”声时，即可进行读数。 3．测量完毕，应使测砧和测微螺杆间留出一点间隙，以免因热膨胀而损坏螺纹。（三）、物理天平天平是一种等臂杠杆，用来称衡物体的质量。物理天平的外形与结构如图 1－5 所示。它的主要技术指标有： l．最大称量是指允许称衡的最大质量。 2．分度值是指天平平衡时，使指针 C 产生一小格的偏转在一端需加（或减）的最小质量。分度值的倒数称为灵敏度。分度值越小，天平的灵敏度越高。图1-5物理天平的操作步骤如下： 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“l”，右边标有‘2’，挂钩和秤盘上也标有 1、2 字样。安装时，左右分清，不可弄错，要轻拿轻放，避免刀口受冲击。 2．水平调节调节底脚螺丝 F 和 F’，使水准泡居中，以保证支柱 B 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。 3．零点调节先把游码D 拨到刻度“0”处，顺时针旋转制动旋钮G，支起横梁，观察指针摆动，当指针指“0”或在标尺的“0”点左右作等幅摆动时，天平即平衡了。如不平衡，调节平衡螺母 E或 E’，使之平衡。 4．称衡将待测物体放在左边盘内，硅码加在右边盘内，横梁 L的游码用于 1g以下的称衡。当天平平衡时，待测物体的质量就等于硅码的质量与游码所指值（包括估读的一位数字）之和。 5．每次称衡完毕，应将制动旋钮逆时针旋转，放下横梁，再记桂码和游码的读数。使用天平应注意以下几点： l．不允许用天平称衡超过该天平最大称量的物体。 2．注意保护好刀口。在调节平衡螺母。取放物体、加减砝码、移动游码及不用天平时，必须放下横梁，制动天平。只有判断天平是否平衡时才支起横梁。天平使用完毕，应将秤盘摘离刀口。 3．硅码应用镊子取放，请勿用手，用完随即放回硅码盒内。不同精度级别的天平配用不同等级的砝码，不能混淆。【实验步骤】 1．记下游标卡尺的分度值。用游标卡尺测圆柱体不同部位的高 h6 次。 2．记下螺旋测微器的分度值，测量其零点读数3 次，并求出平均值。用螺旋测微器测圆柱体不同部位的直径d 6 次。 3．记下物理天平的最大称量和分度值。将圆柱体放在物理天平的左盘，称得其质量 m1；再将圆柱体放在物理天平的右盘，秤得其质量 m2；则圆柱体的质量 m＝ 2 1 m m ，此种方法称为交换法（Sm 仪由实验室给出）。 4．计算出待测物体的密度 ρ. 5．由标准偏差的传递公式计算出 s（ρ），写出测量结果。【注意事项】 l．对螺旋测微器的测量数据进行零点修正时，应注意零点读数的正负，不要弄错。 2．必须严格地按照仪器的操作步骤进行测量，遵守仪器使用的注意事项。数据处理表 1­1 螺旋测微器的零点读数表 1­2 物体密度的测定