大学物理实验中有关密度测量的改进

摘 要：在密度测量的实验中，传统的实验仪器物理天平在使用过程中存在明显的缺陷，为此在实验中引入电子天平来提高实验的精度和效率。由于构造不同，就需要在装置方面做相应的改进，对应采用流体静力称衡法的原理也要做相应的改动。

关键词：密度测量;电子天平;静力称衡法

随着科技的发展，现代测试技术和仪器正逐渐进入到大学物理实验室[1]。大学物理实验作为高校的公共基础课，在实验设计方面应力求在相关基础知识、基本测量方法的基础上，将现代科技进步的成果融入到基础物理实验的教学之中去。例如在测量物体质量时，利用传感器原理的电子天平正逐渐替代物理天平。这是由于物理天平存在十分明显的缺陷：精度低、操作复杂、且在有限的课时内学生调节使用物理天平的过程就要耗费大量时间，而电子天平在其精度、测量范围、稳定性、灵敏性等方面都优于物理天平。密度测量实验作为基础物理实验之一，在仪器选择上如何简单有效的用电子天平来代替物理天平就很值得思考[2]。

1 实验装置

密度测量的方法有多种，常见的方法有流体静力称衡法、比重瓶法等[3]。在传统实验教学中我们一般都要求采用静力称衡法测量不规则固体的密度和液体的密度，在这过程中需要借助物理天平。对比物理天平，电子天平在构造上缺少横梁和托盘，因此静力称衡法不能直接用于电子天平，需要对电子天平进行改造。在不破坏电子天平构造的前提下，可以进行如图1的改造，增加一个支架用以悬吊物体，再与烧杯配套，就可应用静力称衡法测密度了。

2 实验原理

2.1 规则物体密度的测量

密度的定义式为ρ=mv，其中m为质量，v为体积，ρ为密度。所以密度的测定一般归结为质量和体积的测定。规则物体的质量用电子天平可以很容易测量。对于其体积，可以先测量其外形尺寸，再根据体积公式进行计算。

2.2 不规则物体密度的测量

在水的密度已知的情况下，采用静力称衡法测量。首先用电子天平测出被测物体在空气中的质量为m，再将待测物体放入盛水的烧杯中，用电子天平测出其总质量为m1，即烧杯、水和物体的总质量。然后如图2所示，将被测物体悬挂在水中，测出其悬吊在水中的质量称衡值为m2，则物体所受的浮力为：

3 结语

采用流体静力称衡法测量物体的密度，属于大学物理基础实验。相比于传统测量仪器，利用改造后的电子天平进行测量，既简化了操作又提高了效率。有效提高了实验的精度，弥补了传统实验方法的不足，在大学物理实验基础教学中具有一定的实用性。

参考文献：

[1]熊永红，张昆实，等.大学物理实验[M].北京：科学出版社，2007：36-37.

[2]杨述武，赵立竹，等.普通物理实验[M].北京：高等教育出版社，2007：39-40.

[3]李玉琮，赵光强，等.大学物理实验[M].北京：北京邮电大學出版社，2013：52-54.

作者简介：车宇（1983-），女，吉林白城人，实验师，从事物理实验室管理及物理实验教学研究工作。