第四章  基础实验

实验4-1  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

表4-1-2  测量铜圆柱体高度数据记录表

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。

【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？

第二篇：01长度测量和固体密度的测定

实 验 报 告 课程名称 大学物理实验 实验项目 长度测量和固体密度的测定 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 肖友鹏 成 绩 日 期 201 年 月 日 一、实验目的： 1. 掌握测定规则物体密度的方法； 2. 掌握游表卡尺、物理天平的使用方法； 3. 学习不确定度的计算方法，正确地表示测量结果； 4. 学习正确书写实验报告。 二、实验原理： 测量圆柱体的密度 根据 Vm.. （1-1） 可得 hdm24... （1-2） 只要测出圆柱体的质量m、外径d和高度h，就可算出其密度。 三、实验仪器： 1. 游表卡尺：（0-150mm，0.02mm） 2. 物理天平：（TW-1型，1000g，0.05g） 四. 实验内容步骤： 测量圆柱体的密度 1.熟悉游标卡尺的正确操作和使用方法，记下所用游标卡尺的量程、分度值、仪器误差和零点读数。 2.用游标卡尺测圆柱体的长度h，在不同方位测量6次，用游标卡尺测圆柱体的直径6次，计算它们的平均值和不确定度，写出测量结果表达式并把结果记录表格内。 3.熟悉物理天平的使用的方法，记下它的最大称量分度值和仪器误差，正确操作调节底座水平, 正确操作天平。称出圆柱体的质量m，并测6次，计算平均值和不确定度，写出测量结果表达式。 4.用 hdm24... 公式算出圆柱体的平均密度。 5.用不确定度的传递公式求出密度的相对不确定度和绝对不确定度，写出最后的结果表达式: ..33/10mkgU........， 并记录到表格中。 实验报告内容：一.实验目的 二. 实验原理（原理文字叙述和公式、原理图） 三. 实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号） 四.实验内容和步骤 五.实验数据记录 六. 数据处理和实验结果 七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等） 八.思考题 五、实验数据记录： 固体密度测量 仪器参数及系统误差记录 仪器名称 最大量程 分度值 仪器误差 游标卡尺（×10-3m） 150 0.02 0.02 物理天平（×10-3Kg） 1000 0.05 0.05 测量数据记录 物体 物理量 1 2 3 4 5 6 平均值 不确 定度 结果 表示 圆柱体 d （×10-3m） h （×10-3m） m （×10-3Kg） 六、实验数据处理： ..330.0030.0030.0030.0030.0030.00630.0010()dm......... h. m. ..22210.021niiddINSddUn.......... 同理可得：

22hhU....INS 22mU....mINS 24mdh... 2222mdrUUUUmdh.......................... rUU.....