固体力学学报
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气体液体和固体的密度测量

1 实验器材

实验所用器材为:电子天平(量程范围为1 000~0.01 g), 1 000 mL容量瓶1个或2 000 mL的可口可乐饮料瓶1个,2号或3号橡皮塞1个(化学实验室有),100 mL医用玻璃注射器1个(量程范围100~5 mL),配最小针头(医院皮试用的1 mL注射器针头),1 mL医用皮试注射器1支(量程范围为1~0.02 mL),5 mL医用注射器1支(量程范围为5~0.2 mL),单根铜心导线或单根铝心导线(直径为1~2 mm,长度为4 cm左右)两段,95%的酒精1瓶,纯净水1杯.

2 实验步骤

2.1 测量当地的空气密度

1)用100 mL注射器准备体积V=100 mL的被测空气:拔掉100 mL注射器上最小的针头,向外拉注射器的活塞,使注射器中充满空气,且体积V=100 mL,再套上最小的针头,备用.

2)测出容量瓶的第1个质量m1:将自制瓶塞,紧紧地塞住1 000 mL容量瓶瓶口,用电子天平称出容量瓶、瓶塞和瓶内部空气的质量m1(如图1所示),实验测得m1=178.32 g.

图1 测量容量瓶质量

3)测出容量瓶中,新进入体积为V=100 mL空气的质量Δm:用100 mL的注射器,把体积为V=100 mL的空气,打进容量瓶中,再用电子天平称出容量瓶的总质量m2(如图2所示),实验测得m2=178.44 g,Δm=m2-m1=0.12 g.

图2 注入100 mL空气后容量瓶的质量

4)通过上述测量,体积V=100 mL的空气,质量为Δm=0.12 g,其密度为:ρ空气=Δm/V=1.2 kg/m3.

5)说明:

a.空气在0 ℃和标准大气压下,标准密度是1.29 kg/m3. 所测地区伊宁市的温度为25 ℃,大气压为710 mmHg(760 mmHg=1.01×105 Pa),所测空气密度为ρ空气=1.2 kg/m3,测量值与标准值相接近,且材料易得,实验易于推广.

b.瓶塞需要自己加工,将2号或3号橡皮塞紧塞容量瓶口,用美工刀将橡皮塞不堵空气的部分切掉,并切出厚度为7~8 mm的1块即可,若太厚针头不容易插进,打气时受影响.

c.瓶子也可采用2 000 mL的塑料瓶,瓶子的容积越大,向瓶中打入100 mL空气时,瓶内气体的压强变化就越小,溢出气体的可能性就越小.

2.2 测液体(酒精)的密度

1)用天平测出注射器的质量m1:将医院做皮试用的容量为1 mL注射器活塞推到底(不要针头),再用电子天平称出质量m1,实验测得m1=2.47 g.

2)测出体积为1 mL酒精的质量Δm. 将测完自身质量的容积为1 mL的注射器吸入体积为V=1 mL的酒精,再用电子天平称出此时注射器和酒精的总质量m2=3.27 g.

3)通过计算求得酒精的密度ρ. 体积为V=1 mL的酒精的质量Δm=m2-m1=0.8 g,ρ酒精=Δm/V=800 kg/m3.

4)具体说明

a.在常温下,乙醇(酒精)密度为:ρ=790 kg/m3. 而验室用的95%酒精,所以实测密度为ρ=800 kg/m3,相对测量值比较准确.

b.用该实验方法测纯净水的密度,测量结果为ρ水=1 000 kg/m3.

2.3 测固体(铜)的密度

1)用大拇指堵住1 mL注射器套针头处的出液口,再用其他注射器向1 mL的注射器壳体内注入V1=0.8 mL的纯净水.

2)用天平秤出被测铜丝的质量m. 将1根长为8 cm左右,直径约为1 mm 的单根铜丝的电线,从中间剪成2段,放在天平上秤出质量(m=1.07 g).

3)用注射器测出单根铜丝的体积ΔV. 把刚用天平称完的2段铜丝放入装有水的注射器中,可看到水的液面在0.92 mL处,也就是V2=0.92 mL,此时所测铜丝的体积ΔV=V2-V1=0.12 mL.

4)密度计算:ρ铜=m/ΔV=8.92×103 kg/m3.

5)说明:

用这种方法测铝丝(单根电线)、铁丝、铁钉、钢钉、小钢蛋、小石头等的密度都特别准确,而且这些被测物到处都可找到,既方便又真实.

1 实验器材

实验所用器材为:电子天平(量程范围为1 000~0.01 g), 1 000 mL容量瓶1个或2 000 mL的可口可乐饮料瓶1个,2号或3号橡皮塞1个(化学实验室有),100 mL医用玻璃注射器1个(量程范围100~5 mL),配最小针头(医院皮试用的1 mL注射器针头),1 mL医用皮试注射器1支(量程范围为1~0.02 mL),5 mL医用注射器1支(量程范围为5~0.2 mL),单根铜心导线或单根铝心导线(直径为1~2 mm,长度为4 cm左右)两段,95%的酒精1瓶,纯净水1杯.

2 实验步骤

2.1 测量当地的空气密度

1)用100 mL注射器准备体积V=100 mL的被测空气:拔掉100 mL注射器上最小的针头,向外拉注射器的活塞,使注射器中充满空气,且体积V=100 mL,再套上最小的针头,备用.

2)测出容量瓶的第1个质量m1:将自制瓶塞,紧紧地塞住1 000 mL容量瓶瓶口,用电子天平称出容量瓶、瓶塞和瓶内部空气的质量m1(如图1所示),实验测得m1=178.32 g.