常州工程学院物理实验教案01物质密度的测定

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资源描述

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

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