第二章力学、热学和声学实验.doc

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1、第二章力学、热学和声学实验力学、热学和声学实验是大学物理实验的基础，是接受物理实验基本训练的开端。本章主要学习长度、质量、时间、温度等基本物理量的测量方法；学习这些物理量测量仪器的工作原理、操作规程及注意事项；学习对实验仪器装置的水平、铅直调节、零位校准等基本调整技术；学习比较法、放大法、替代法等基本测量方法。在物理实验中，基本物理量的测量尤为重要，只有认真对待每一个实验、每一项操作，才能逐步地掌握这些基本知识和技能。本章还要着重学习和应用列表法、作图法、逐差法等常用方法处理实验数据。在整个实验过程中，要重视有效数字和误差估算在各实验中的具体运用，学会基本测量

2、误差和不确定度的估算方法。为今后在科学实验中处理实验数据，进行误差分析打好基础。实验一物体密度的测定物体的密度是表征物质成分或组织特性的重要物理量，其值与物质的疏密程度、纯度和温度有关，医学上常用它来进行固体样品成分的分析和液体浓度的测定，本实验介绍几种固体和液体密度的测量原理和方法。通过对物体密度的测量，掌握长度、质量这些基本物理量的测量方法。【实验目的】1.掌握游标卡尺、螺旋测微计和物理天平的使用方法；2.学会用流体静力称衡法、比重瓶法测定固体和液体的密度；3.学习处理测量数据的基本方法。【实验仪器】游标卡尺（精度0.02mm、量程15cm）、螺旋测微计（

3、精度0.01mm、量程25mm）。物理天平（感量0.05g、称量500g）、比重瓶（50ml）、温度计、玻璃烧杯和待测物体（铜圆柱体、铅合金圆柱体、细铜丝、小玻璃球、酒精等）。【实验原理】物质的密度是指单位体积中所含物质的量，设物体的质量为，体积为，则其密度为（1）只要测出物体的体积和质量就可以求得密度。1．形状规则固体密度的测定如圆柱体的高为、直径为,则其体积为8（2）将式（2）代入式（1）得其密度为(3)2.用流体静力称衡法测定固体和液体的密度若不计空气的浮力，在空气中称得物体的质量为0,浸没在液体中称得的（视在）质量为,则物体在液体中所受的浮力为(4)根

4、据阿基米德原理，物体在液体中所受浮力等于它所排开液体的重量，即（5）式中是实验条件下液体的密度，是物体浸入液体中排开液体的体积，亦即物体的体积，g是重力加速度。由式（1）、（4）、（5）得（6）如果待测物体的密度小于液体的密度，则可采用如下方法：将物体拴上一重物，使重物浸于液体中，物体在空气中，如图1-1（a）所示，称得质量为。再将物体连同重物全部浸入液体中，如图1-1（b）所示，称得质量为，则物体在液体中所受浮力为（7）密度为（8）注：只有当浸入液体中的物体性质不会发生变化时，才能用流体静力称衡法测定其密度。新书61页图2-17（a）(b)(a)(b)8图1

5、-1流体静力称衡法测密度用流体静力称衡法也可测定液体的密度。任选一质量为的物体，先将其全部浸入在已知密度为的液体中，称得质量为，再将其全部浸入在待测液体中，称得其质量为，可得待测液体的密度为：（9）3．比重瓶法测定不规则固体和液体的密度比重瓶是一种容积固定的玻璃容器，其瓶塞中间有一根毛细管，形状如图1-2所示。使用时，将液体注满至瓶口，用塞子塞紧，多余的液体通过毛细管流出。设比重瓶质量为，比重瓶盛满水时质量为，若将质量为的玻璃小球放进盛水的比重瓶内，有一部分水流出后，比重瓶的总质量为，则小玻璃球排开水的体积，也就是小玻璃球的体积为（），因此，小玻璃球的密度为：

6、（10）新61页图2-18利用比重瓶，也可测量液体的密度。设空比图1-2比重瓶重瓶质量为，比重瓶盛满水时的质量为，比重瓶盛待测液体时的质量为，则待测液体的质量为—，体积为—，则待测液体的密度为：（11）式中ρ0为水的密度。【仪器介绍】1．游标原理长度是最基本的物理量之一。长度测量的原理、方法和技术在其他物理量的测量中具有普遍的意义。例如，温度、压力及电流电压等其它物理量的测量（示值）最终都可转化成长度（刻度）而进行读数。长度测量的基本方法是比较法。在长度的直接测量中，用米尺（钢尺或塑料尺）是最简单的，为了提高长度测量结果的精确程度，通常在米尺（主尺）上附加一个

7、可以滑动的副尺（游标），构成游标尺，利用游标尺可以提高米尺在最小分度内的估读位的精度。8游标卡尺的结构分主尺和游标两部分。如图1-3所示，为主尺而为游标。游标卡尺的结构特点是：游标上个最小分格的总长度与主尺上图1-3游标测量示意图个最小分格的总长度相等。设主尺上一个最小分格的长度为，而游标上为，则有主尺与游标上每个最小分格的长度之差为称为游标卡尺的精密度,即游标的最小读数值。常见的游标有1/10、1/20和1/50。如=1,=10的游标尺,,即10分度的游标尺，其精度为0.1，而20分度的游标尺，其精度为0.05，50分度的游标尺，精度为0.02。游标卡尺不分

8、准确度等级。一般测量范围在300以下的