大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中有關(guān)密度測量的改進(jìn)

摘 要：在密度測量的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器物理天平在使用過程中存在明顯的缺陷，為此在實(shí)驗(yàn)中引入電子天平來提高實(shí)驗(yàn)的精度和效率。由于構(gòu)造不同，就需要在裝置方面做相應(yīng)的改進(jìn)，對應(yīng)采用流體靜力稱衡法的原理也要做相應(yīng)的改動。

關(guān)鍵詞：密度測量;電子天平;靜力稱衡法

隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代測試技術(shù)和儀器正逐漸進(jìn)入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室[1]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為高校的公共基礎(chǔ)課，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計方面應(yīng)力求在相關(guān)基礎(chǔ)知識、基本測量方法的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代科技進(jìn)步的成果融入到基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)之中去。例如在測量物體質(zhì)量時，利用傳感器原理的電子天平正逐漸替代物理天平。這是由于物理天平存在十分明顯的缺陷：精度低、操作復(fù)雜、且在有限的課時內(nèi)學(xué)生調(diào)節(jié)使用物理天平的過程就要耗費(fèi)大量時間，而電子天平在其精度、測量范圍、穩(wěn)定性、靈敏性等方面都優(yōu)于物理天平。密度測量實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)之一，在儀器選擇上如何簡單有效的用電子天平來代替物理天平就很值得思考[2]。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

密度測量的方法有多種，常見的方法有流體靜力稱衡法、比重瓶法等[3]。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們一般都要求采用靜力稱衡法測量不規(guī)則固體的密度和液體的密度，在這過程中需要借助物理天平。對比物理天平，電子天平在構(gòu)造上缺少橫梁和托盤，因此靜力稱衡法不能直接用于電子天平，需要對電子天平進(jìn)行改造。在不破壞電子天平構(gòu)造的前提下，可以進(jìn)行如圖1的改造，增加一個支架用以懸吊物體，再與燒杯配套，就可應(yīng)用靜力稱衡法測密度了。

2 實(shí)驗(yàn)原理

2.1 規(guī)則物體密度的測量

密度的定義式為ρ=mv，其中m為質(zhì)量，v為體積，ρ為密度。所以密度的測定一般歸結(jié)為質(zhì)量和體積的測定。規(guī)則物體的質(zhì)量用電子天平可以很容易測量。對于其體積，可以先測量其外形尺寸，再根據(jù)體積公式進(jìn)行計算。

2.2 不規(guī)則物體密度的測量

在水的密度已知的情況下，采用靜力稱衡法測量。首先用電子天平測出被測物體在空氣中的質(zhì)量為m，再將待測物體放入盛水的燒杯中，用電子天平測出其總質(zhì)量為m1，即燒杯、水和物體的總質(zhì)量。然后如圖2所示，將被測物體懸掛在水中，測出其懸吊在水中的質(zhì)量稱衡值為m2，則物體所受的浮力為：

3 結(jié)語

采用流體靜力稱衡法測量物體的密度，屬于大學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。相比于傳統(tǒng)測量儀器，利用改造后的電子天平進(jìn)行測量，既簡化了操作又提高了效率。有效提高了實(shí)驗(yàn)的精度，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的不足，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)教學(xué)中具有一定的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊永紅，張昆實(shí)，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：科學(xué)出版社，2007：36-37.

[2]楊述武，趙立竹，等.普通物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，2007：39-40.

[3]李玉琮，趙光強(qiáng)，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2013：52-54.

作者簡介：車宇（1983-），女，吉林白城人，實(shí)驗(yàn)師，從事物理實(shí)驗(yàn)室管理及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究工作。