大學物理實驗中有關密度測量的改進

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

關鍵詞：密度測量;電子天平;靜力稱衡法

隨著科技的發展，現代測試技術和儀器正逐漸進入到大學物理實驗室[1]。大學物理實驗作為高校的公共基礎課，在實驗設計方面應力求在相關基礎知識、基本測量方法的基礎上，將現代科技進步的成果融入到基礎物理實驗的教學之中去。例如在測量物體質量時，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、操作復雜、且在有限的課時內學生調節使用物理天平的過程就要耗費大量時間，而電子天平在其精度、測量范圍、穩定性、靈敏性等方面都優于物理天平。密度測量實驗作為基礎物理實驗之一，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 實驗裝置

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]。在傳統實驗教學中我們一般都要求采用靜力稱衡法測量不規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，需要對電子天平進行改造。在不破壞電子天平構造的前提下，可以進行如圖1的改造，增加一個支架用以懸吊物體，再與燒杯配套，就可應用靜力稱衡法測密度了。

2 實驗原理

2.1 規則物體密度的測量

密度的定義式為ρ=mv，其中m為質量，v為體積，ρ為密度。所以密度的測定一般歸結為質量和體積的測定。規則物體的質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，再根據體積公式進行計算。

2.2 不規則物體密度的測量

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量為m1，即燒杯、水和物體的總質量。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量稱衡值為m2，則物體所受的浮力為：

3 結語

采用流體靜力稱衡法測量物體的密度，屬于大學物理基礎實驗。相比于傳統測量儀器，利用改造后的電子天平進行測量，既簡化了操作又提高了效率。有效提高了實驗的精度，彌補了傳統實驗方法的不足，在大學物理實驗基礎教學中具有一定的實用性。

參考文獻：

[1]熊永紅，張昆實，等.大學物理實驗[M].北京：科學出版社，2007：36-37.

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

[3]李玉琮，趙光強，等.大學物理實驗[M].北京：北京郵電大學出版社，2013：52-54.

作者簡介：車宇（1983-），女，吉林白城人，實驗師，從事物理實驗室管理及物理實驗教學研究工作。