简易固体密度计（ρ物>ρ水）

卢家儒

一、 研究背景

传统方法用天平和量筒测量固体的密度，如图1所示，原理：ρ=m/V

器材：天平、量筒、水、金属块、细绳

步骤：（1）用天平称出金属块的质量m；

（2）往量筒中注入适量水，读出体积为V1；

（3）用细绳系住金属块放入量筒中，浸没，读出体积为V2。

表达式：

操作较为复杂，而且要通过计算才能够得到密度值。

图1

二、基本思路和科学原理

1.把杠杆的中点悬挂在支架上。调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。

2.用细线将石子拴好，把石子m1码m2分别挂在杠杆的两边，改变钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡，如图2所示。

3.分别量出动力臂L1阻力臂L2，由杠杆平衡条件算出石子的质量：m1gl1= m2gl2——（1）

则待测物体浸没水中，如图3所示杠杆重新平衡后——（2）

由（2）÷（1）得

将代入式，其中p为待测物体的密度，V为它的体积，则——（4）

4.实验时，，如果取L2=300mm和测出力臂L2'，再代入（4）式中，即可求得所测物体的密度。例如L2'=50mm时：

当L2'=200mm时：

也可以通过L'和对应的密度值，设计出力臂与密度对应表，只要读出所对应的力臂值，再通过力臂与密度对应表，查出该物质的密度值。

三、操作步骤

1.调节杠杆上的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。

2.将待测物体挂在杠杆的左侧，将配重挂在杠杆右侧30厘米刻度线处，移动待测物体，使杠杆在水平位置平衡，如图4所示。

3.保持待测物体位置不动，将物体完全浸没在水中，且物体不要碰到杯底和杯壁，然后移动配重使杠杆在水平位置平衡，读出杠杆上所对应的密度值或读出所对应的力臂值，再通过力臂与密度对应表，查出该物质的密度值，如图5所示。

图5

四、使用情况和进一步完善的设想

该简易固体密度计，设计简单，操作方便，如果能精確测量力臂，如使用激光测距，还能够进一步减少误差。