1、实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-4-9 用天平测质量PB10214023 张浩然一、实验题目：用天平测质量 二、实验目的：了解天平的类型及结构特征，掌握用天平精确称量物体质量的基本方法，学会测定物质密度的基本方法，学会消除天平不等臂误差的方法和间接测量的数据处理方法。三、实验器材： 天平及其配套装置、游标卡尺、烧杯、金属圆柱体、温度计、电子天平、比重瓶，铁架台。四、实验原理：1 天平的结构和测量原理（1）横梁是“天平的心脏” ，天平通过它的杠杆作用实现称量。（2）立柱是“天平的脊梁” ，作为支撑横梁的骨架。（3）制动系统是
2、控制天平工作和制止横梁及悬挂系统摆动的装置。（4）悬挂系统包括秤盘、吊耳和内阻尼筒等部件。（5）框罩的作用：保护天平，防止外界气流、热辐射、湿度和灰尘等对称量的影响。（6）读数系统。（7）读数方法：质量=右盘砝码读书+圈码指示盘读数+ 投影屏上的读数。2 天平的精密称衡方法（1）交换称衡法（复称法）： 1=2m左 右（2）交替法： ABbLS3 几种密度的测定方法： （1）卡尺法：对于密度均匀、几何形状简单且规则的物体。用天平测量 m，千分尺或卡尺测定体积V，则 （测量精度低）=m（2）流体静力称衡法：实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期
3、 2011-4-9 几何不规则的物体，空气中质量 m，液体中质量 m1,液体密度 0。则有 01=m若在另一液体中质量测得为 ，则另一液体密度 01=（3）比重瓶法：空比重瓶质量 ，比重瓶加待测固体总质量 ，比重瓶加待测固体和加满液体时的总0m1m质量为 ，比重瓶仅盛满液体时质量 ，液体密度2 30则待测固体密度 1032=五、实验设计：1.测量某种金属固体柱的密度：（1）用游标卡尺测量金属圆柱体的直径 D 和高度 H，计算金属圆柱的体积，计算其密度计标准差和不确定度。 （卡尺法）（2）用流体静力称衡法测定金属圆柱体的密度，计算实验结果及标准差和不确定度，并与卡尺法比较。2.用比重瓶法测定小块
4、固体的密度，并计算实验结果及标准差和不确定度。六、数据处理：实验数据有：测量次数 1 2 3 4 5 6 平均值圆柱体高度H/cm 3.990 4.008 3.994 3.996 3.992 3.990 3.995圆柱体直径D/cm 2.500 2.492 2.500 2.496 2.492 2.496 2.496圆柱体质量 m/g 162.9119 162.9130 162.9132 162.9127测量次数 1 2 3 平均值水温/ 17.5 18.0 17.75圆柱体在水中的质量 m1/g 143.5900 143.5903 143.5895 143.58996比重瓶的质量 m0/g 2
5、7.19212加上待测物体的质量 m1/g 90.85178实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-4-9 加满液体的质量 m2/g 131.41380仅加满液体的质量 m3/g 77.21560（一） 、卡尺法测物体密度：1. 圆柱体的高度 H：平均值:6ii13.95c标准差:2610.619cmiiHA 类不确定度: A.258Hu由于测量时使用的是 50 分度的游标卡尺，所以 有 对于 来说可0.2c仪 估 仪以忽略 则 2=B仪 估 仪B 类不确定度 =0.15cm3BHu则其展伸不确定度为置信概率 p=0.997220
6、.97()0.970.97.9cHHAHButku其中 =4.03 =3.t.取 =0.0108cm p=0.9970.97()H2.圆柱体直径 D：平均值:6ii12.49cm标准差:610.326ciiDA 类不确定度: A.1m6Du实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-4-9 由于测量时使用的是 50 分度的游标卡尺，所以 有 对于 来说可0.2cm仪 估 仪以忽略 则 2=B仪 估 仪B 类不确定度 =0.15c3BDu则其展伸不确定度为置信概率 p=0.997220.97()0.970.97.639cmDDADBut
7、ku其中 =4.03 =3.t.取 =0.0064cm p=0.9970.97()D3. 圆柱体在空气中的质量 m：平均值 1236.9127g标准差 310.5iimA 类标准不确定度: .3gmAu由分析天平的最小刻度为 0.1mg，故其估计误差 0.5gm估又由其最大允差知， 1.3g仪则 2B仪 估B 类不确定度为： =0.4365gBmu则其展伸不确定度为：置信概率 p=0.997220.97()0.970.97.9mAButk则有金属块密度： 3248.3156g/cDh又由 得， =0.048260g2m2uu0.79u实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10
8、214023 姓名 张浩然 日期 2011-4-9 可得金属块密度的完整表达式： 38.314560.82g/cmu（二） 、流体静力称衡法测金属块密度:1.金属块在空气中的质量取（一）中结果，分析同（一）即 1236.9127mg置信概率 p=0.9970.97()0.970.m.529gmAButuk2.金属块在水中的质量：平均值 1213=4.86标准差 3110.giimA 类标准不确定度: 1.93mAu由分析天平的最小刻度为 0.1mg，故其估计误差 0.5gm估又由其最大允差知， 1.g仪则 2B仪 估B 类不确定度为： =0.4365gBmu则其展伸不确定度为：置信概率 p=0
9、.997220.97(2)0.970.97m.1mAButk3.对于水温有：t1=18.0 t2=17.5 平均水温为 17.75查出此温度下，水的密度为 0.9867/gc由于水的密度变化非常小，取 0u可得金属圆柱体的密度： 301=8.490g/mcm实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-4-9 01222 41 .61mmuuu 得出 30.5g/c所以金属块密度的完整表达式为：3u8.149.021/c（三）比重瓶法测锌粒的密度：有 30=.67g/cm又有实验数据，则可得： 310032=6.728/gc由于此实验中
10、数据只测一次，故对其进行不确定度分析没有意义。以上即为实验结果的完整表达形式。七思考与讨论：思考题2 比较几种测量物体密度的方法，说明各自的适用范围和特点，举例说明根据待测物体的特点选择恰当的测量方法。答：(1) 卡尺法:由于不能直接测出物体的体积，则只能用在密度均匀、几何形状简单且规则的物体上。利用测出的数值计算出物体的体积，故要求此物体有体积公式。但是这种测量比较麻烦又不易测准,从而降低了测量精度。(2) 流体静力称衡法:适用于大块的不溶于液体介质的物体，尤其对于几何形状不规则其体积无法用普通测长量具测定的物体,此方法比较有效。注意待测物体不能跟液体介质发生反应。由于所用的数据除了液体介质
11、的密度外，均由天平测出，而天平的精度很高，故实验的精度较高。(3) 比重瓶法:可以测定液体、不溶于液体介质的小块固体或粉末颗粒状物体的密度。另外测量液体的密度时，应注意所用的液体介质不能与待测液体相溶。由于水的蒸发，使得各个数据只能测一次，系统误差难以消除，但测量结果比较准确。所以，如果实验的精度要求不是很高，并且所测物体是密度均匀，几何形状简单且规则的体积可测算的物体，就可以用卡尺法来测量。若物体是几何形状不规则的，或是精度要求比较高的规则物体，可以利用其不溶的液体实 验 报 告 核科学技术学院 2010 级 学号 PB10214023 姓名 张浩然 日期 2011-4-9 介质，用流体静力称衡法来测量密度。若所测物体物体为液体或是不溶于液体介质的小块固体或粉末颗粒状物体的话，可以用比重法测量其密度。
