空气密度测定实验报告.pdf

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1、百度文库-让每个人平等地提升自我 1 空气密度测定实验报告 篇一：空气密度的测量实验报告 空气密度的测量（实验报告）内容摘要：空气密度是社会和自然科学的一个重要参数，就比如空气对运动物体的阻碍力，所受阻力大小受到各地海拔及空气湿度的影响，总的来说就是因为空气密度不同，所以学会精确测量其大小对于科研及教学尤为重要。引言：空气密度的测量对于现代教学及科技发展具有重大意义，但研究者甚少，物体受到空气的弹力而产生的.汽车、船舶、铁路机车等在运行时，由于前面的空气被压缩，两侧表面与空气的摩擦，以及尾部后面的空间成为部分真空，这些作用所引起的阻力.在逆风运行时，还要把风力附加在内.在现实生活中，自由落体也

2、受空气阻力的影响，其速度，接触面积，空气密度等都会影响空气阻力的大小.在热传学中，对流被分为自然对流与强制对流.例如自然对流热空气上升冷空气下降.还有在风电场工程建设的过程中,对一个地区风能大小的准确评测至关重要,其中空气密度是准确计算与衡量一个地区风能大小的重要参数之一等等之类的，它影响着我们的生活甚至科学的的发展，所以，对于测量这样的一个参数，是很有必要的.百度文库-让每个人平等地提升自我 2 实验仪器：玻璃瓶、金属管、夹子、橡胶管、水槽、量筒、打气筒 实验方案拟定：1、选择实验方法（满足精度要球，既可行又经济）=m/Vm=M2-M1 （M1：自然状态下瓶子、夹子、导管的总质量；M2：在瓶

3、内充入一定空气后（用打气筒充气）的瓶子、夹子、导管的总质量；V：用排水集气法得到的空气体积）2、选择测量方法 M1、M2 的测量 使用阻尼式分析天平进行称量 V 的测量 利用排水集气法测量 3、测量仪器的选择(原则-误差均分)确定误差分配方案按照相等影响原则分配 若 y=f(x1,x2xn)例：g=f(T,l)=42（l/T2）Uc(y)=(f/x1)2Uc2(x1)+(f/xn)2 Uc2(xn)1/2 r(y)=(lnf/x1)2 Uc2(x1)+(lnf/xn)2 Uc2(xn)1/2 要求(f/xi)2 Uc2(xi)1/21/2Uc(y)（给定的值）百度文库-让每个人平等地提升自我

4、3 (lnf/xi)2 Uc2(xi)1/2r（给定的值）则|f/xi|Uc(xi)Uc(y)/(n 1/2)|lnf/xi|Uc(xi)r/(n 1/2)根据以上运算推出：|（m,V）/mi|Uc(mi)Uc()/(21/2)|ln(m,V)/Vi|Uc(Vi)r/(21/2)设 m=646.5mg V=500mL(cm3),要求密度的r1%，应用什么器具来测量？=m/V ln=lnm+ln(1/V)根据误差均分原则|1/m|Uc(m)r/(21/2)|-1/V|Uc(V)r/(21/2)Uc(m)rm/(21/2)=(1%*646.5mg)/(21/2)4.57mg1mg 分度 Uc(V)

5、rV/(21/2)=(1%*500cm3)/(21/2)3.54cm31cm3(1mL)所以选择最小分度为 1mg 以下的分析天平和最小分度为1mL(1cm3)以下的量筒(集气瓶)分别测 m 和 V 4、选择测量条件 尽可能精确称出m的值及量出体积V 实验过程需小心仔细 尽量排除其它外加因素的影响 5、拟定实验程序 百度文库-让每个人平等地提升自我 4 先找一个玻璃瓶，在瓶口处用橡胶塞塞紧在塞子中央打一孔，把金属管或玻璃管紧插入孔内（孔小时可将橡胶塞子浸入热水中数分钟后取出趁热将管插入孔中冷却后即紧固），将塞子塞紧，将橡皮导管套在金属管（玻璃管）上。检查气密性：通过导管向玻璃瓶中充入一定空气后

6、用夹子夹紧橡胶管，将图一整个装置浸没于水中，若无气泡渗出则表明气密性较好，无漏气；检查好气密性后，将整个装置烘干（一定不能有水），打开夹子后再夹上；用天平称量出图一中瓶子、塞子、玻璃管（金属管）及橡胶管的总质量（M1）；注：此时两仪器内的空气与外界连通（即密度、压强、温度、湿度均与外界相等）将瓶子取下，用打气筒从导管向瓶内充气，打入一定气体后，用夹子将橡皮管夹紧，抽出打气筒（图二）；将瓶子再放到天平上，增如毫克砝码，直至天平重新平衡为止，所增加的毫克砝码的质量及游码移动的总和即为充入瓶就是充入瓶内的空气质量，记录下空气质量 m=M2-M1；将瓶子取下，在量筒（容量瓶）内盛满水后将其倒立在盛有水

7、的水槽中，将连着玻璃瓶的橡胶管插入量筒内，松百度文库-让每个人平等地提升自我 5 开夹子，用排水集气的方法收集充入玻璃瓶内的空气。等量筒内不冒气泡后，上下移动量筒，使筒内的水面与槽中水面相平（使整个装置内任一部分的空气压强均和外界相等），则此时量筒内的空气体积即为最初充入玻璃瓶的空气体积（图三）。观察量筒刻度，记录下量筒内空气体积（V）根据密度公式，求出空气密度 【注意事项】1、每次充入的空气不宜过多，如果过多，收集空气时的大容器不容易找，测定常温常压下的空气体积有困难；充入的空气也不宜太少，太少了称量时增加砝码不方便。经试验，一般打十次为宜。如果选用的是其他型号的打气筒，先将量筒盛满水后倒立

8、盆中，用打气筒往量筒内充气，排水后的空气不超过满刻度，记下充气次数，往瓶内充气时也充同样的次数。2、因充入的空气质量很小，要用毫克砝码，应细心调节天平。3、如果没有大玻璃瓶子，可找硬质塑料桶或金属桶代替，充气前后体积不应有明显的变化。因为充气后体积变大，容器所受空气的浮力变大，称量的空气质量则偏小，测不准空气的密度。实验数据记录与处理：百度文库-让每个人平等地提升自我 6 单位：M2、M1、m（mg）V(mL)(mg/mL)天平：=1mg 量筒：=0.1mL 平均 =1.283 相对误差=|（1.283-1.29）/1.29|0.54%1%实验误差分析：天平及量筒自身存在的系统误差；空气通入水

9、后空气湿度的变化；测量过程操作不精确 实验结论与心得：空气密度的测量对物理教学及科研具有不可估量的现实意义，通过对该实验的设计、仪器制作、实验过程、实验分析让我对整个实验有了更深一步的了解，培养了我不断追求与探索的精神，为以后的生活及教学工作打下了一定的基础。同时，篇二：空气密度与气体普适常数测量 3.8 空气密度与气体普适常数测量 实验目的 1.学习真空泵的工作原理，用抽真空法测量环境空气百度文库-让每个人平等地提升自我 7 的密度，并换算成干燥空气在标准状态下（0、1 标准大气压）的数值，与标准状态下的理论值比较。2.从理想气体状态方程出发，推导出变压强下气体普适常数的表达式，利用逐次降压

10、的方法测出气体压强 pi 与总质量 mi 的关系并作图，由直线拟合求得气体普适常数 R，与理论值比较。仪器用具 FD-UGC-A 型空气密度与气体普适常数测量仪、电子物理天平、水银温度计。实验装置 图 3.8-1 FD-UGC-A 型空气密度与气体普适常数测量仪 仪器装置如图 3.8-1 所示，FD-UGC-A 型空气密度与气体普适常数测量仪主要由 XZ-1 型旋片式真空泵、真空表、真空阀门、真空管、比重瓶等组成。实验原理 1.真空 气压低于一个大气压(约 10Pa)的空间，统称为真空。其中，按气压的高低，通常又可分为粗真空(10 空(10?6 百度文库-让每个人平等地提升自我 8 5 5 1

11、0Pa)、低真空(10 -12 33 10 -1 Pa)、高真空(10?1 10 -6 Pa)、超高真 10 -12 Pa)和极高真空(低于 10Pa)五部分。其中在物理实验和研究工作中经常 用到的是低真空、高真空和超高真空三部分。百度文库-让每个人平等地提升自我 9 用以获得真空的装置统称真空系统。获得低真空的常用设备是机械泵；用以测量低真空 的常用器件是热偶规、真空表等。2.真空表 大气压：地球表面上的空气柱因重力而产生的压力。它和所处的海拔高度、纬度及气象状况有关。差压（压差）：两个压力之间的相对差值。绝对压力：介质（液体、气体或蒸汽）所处空间的所有压力。负压（真空表压力）：如果绝对压力

12、和大气压的差值是一个负值，那么这个负值就是负压力，即负压力=绝对压力-大气压0。3.旋片式机械泵工作原理 旋片式真空泵主要部件为圆筒形定子、偏心转子和旋片等。偏心转子绕自己中心轴逆时针转动，转动中定子、转子在 B 处保持接触、旋片靠弹簧作用始终与定子接触。两旋片将转子与定子间的空间分隔成两部分。进气口 C 与被抽容器相连通。出气口装有单向阀。当转子由图(a)状态转向图(b)状态时，空间 S 不断扩大，气体通过进气口被吸入；转子转到图(c)位置，空间 S 和进气口隔开；转到图(d)位置以后，气体受到压缩，压强升高，直到冲开出气口的单向阀，把气体排出泵外。转子连续转动，这些过程就不断重复，从而把百

13、度文库-让每个人平等地提升自我 10 与进气口相连通的容器内气体不断抽出，达到真空状态。图 3.8-2 旋片式真空泵结构图 1.滤网 2.挡油板 3.真空泵泵油 4.旋片 5.旋片弹簧 6.空腔 7.转子 8.油箱 9.排气阀门 10.弹簧板 C B (a)(b)(c)(d)图 3.8-3 旋片式真空泵工作原理 4.空气密度 空气的密度?由下式求出，?mV ，式中 m 为空气的质量，V 为相应的体积。取一只 比重瓶，设瓶中有空气时的质量为 m1，而比重瓶内抽成真空时的质量为 m0，那么瓶中空气 m1?m0 V 百度文库-让每个人平等地提升自我 11 的质量 m?m1?m0。如果比重瓶的容积为

14、V，则?。由于空气的密度与大气压 强、温度和绝对湿度等因素有关，故由此而测得的是在当时实验室条件下的空气密度值。如要把所测得的空气密度换算为干燥空气在标准状态下（0、1 标准大气压）的数值，则可采用下述公式?n?pnp (1?t)(1?3p?8p )（3.8-1）式中?n 为干燥空气在标准状态下的密度；?为在当时实验条件下测得的空气密度；pn 为标准大气压强；p 为实验条件下的大气压强；?为空气的压强系数（0.003674-1）；t 为空气的温度（）；p?为空气中所含水蒸汽的分压强（即绝对湿度值），p?=相对湿度?p?0，p?0 为该温度下饱和水汽压强。在通常的实验室条件下，空气比较干燥，标准

15、大气压与大 百度文库-让每个人平等地提升自我 12 气压强比值接近于 1，公式（3.8-1）近似为?n?(1?t)（3.8-2）5.气体普适常数的测量 理想气体状态方程 pV?mM RT （3.8-3）式中，p 为气体压强，V 为气体体积，m 为气体总质量，M 为气体的摩尔质量，T 为气体的热力学温度，其值T?273.15?t。R 称为理想气体普适常量，也称为摩尔气体常量，理论值 R?8.31J/(mol?K)。各种实际气体在通常压强和不太低的温度下都近似地遵守这一状态方程，压强越低，近似程度越高。本实验将空气作为实验气体，空气的平均摩尔质量 M 为28.8g/mol。（空气中氮气约占 80%

16、，氮气的摩尔质量为 28.0g/mol；氧气约占 20%，氧气的摩尔质量为 32.0g/mol。）取一只比重瓶，设瓶中装有空气时的总质量为 m1，而瓶的质量为 m0，则瓶中的空气质量为 m?m1?m0，此时瓶中空气百度文库-让每个人平等地提升自我 13 的压强为 p，热力学温度为 T，体积为 V。理想气体状态方程可改写为 p?mTMV R，即 p?m1TMV R?C（C?-m0TMV ,为常数）（3.8-4）设实验室环境压强为p0，真空表读数为p，则p?p?p0?0，（3.8-4）式改写为 m1TMV m1TMV p?R?C-p0?R?C（C 为常数）（3.8-5）式中 C?C?p0，测出在不

17、同的真空表负压读数 p下 m1的值，然后作出 p?m1 关系图，求出直线的斜率 k?百度文库-让每个人平等地提升自我 14 RTMV ，便可得到气体普适常数的值。实验内容 1.测量空气的密度 (1)测量比重瓶的体积。用游标卡尺量出比重瓶的外径D，长度 L，上底板厚度?1，下底板厚度?2，侧壁厚度?0（侧壁厚度应该多量几次取平均值），算出比重瓶的体积 V。(2)将比重瓶开关打开，放到电子物理天平上称出空气和比重瓶总质量 m1，然后将其平放桌面上，瓶口与真空管相接，参考图 3.8-4。(3)将真空阀打开，插上真空泵电源，打开真空泵开关（打开开关前应检查真空泵油位是否在油标中间位置），待真空表读数非

18、常接近-0.1MPa 时（只需要等几十秒钟即可），先关上比重瓶开关，再关上真空阀门，最后才关闭真空泵（顺序千万不能弄错，否则真空泵中的油可能会倒流入比重瓶中）。(4)将比重瓶从真空管中拔下来，注意这个过程应该缓慢进行，防止外界空气突然进入真空管中把真空表的指针打坏。(5)将比重瓶放到电子物理天平上称出比重瓶的质量m0，算出气体质量，由公式 m1?m0 百度文库-让每个人平等地提升自我 15 V?算出环境空气密度。(6)由水银温度计读出实验室温度 t（），由公式?n?(1?t)算出标准状态下空气的密度，与理论值比较。篇三：密度的测定的实验报告 固体密度的测定 一、实验目的：1.掌握测定规则物体和

19、不规则物体密度的方法；2.掌握游表卡尺、螺旋测微器、物理天平的使用方法；3.学习不确定度的计算方法，正确地表示测量结果；4.学习正确书写实验报告。二、实验仪器：1.游表卡尺：（0-150mm,0.02mm）2.螺旋测微器：（0-25mm,0.01mm）3.物理天平：（TW-02B 型，200g,0.02g）三.实验原理：内容一：测量细铜棒的密度 m4m（1-1）可得?（1-2）2V?dh 只要测出圆柱体的质量 m、外径 d 和高度 h，就可算出其密度。根据?百度文库-让每个人平等地提升自我 16 内容二：用流体静力称衡法测不规则物体的密度 1、待测物体的密度大于液体的密度 根据阿基米德原理：F

20、?0Vg 和物体在液体中所受的浮力：F?W?W1?(m?m1)g 可得?m?0（1-3）m?m1 m 是待测物体质量,m1 是待测物体在液体中的质量,本实验中液体用水，?0 即水的密度，不同温度下水的密度见教材附录附表 5（P305）。2、待测物体的密度小于液体的密度 将物体拴上一个重物，加上这个重物后，物体连同重物可以全部浸没在液体中，这时进行称衡。根据阿基米德原理和物体在液体中所受的浮力关系可得被测物体的密度：?m?0（1-4）百度文库-让每个人平等地提升自我 17 m3?m2 如图 1-1（a），相应的砝码质量为 m2，再将物体提升到液面之上，而重物仍浸没在液体中，这时进行称衡，如图1-

21、1（b），相应的砝码质量为 m3，m 是待测物体质量,?0 即水的密度同上。图 1-1 用流体静力称衡法称密度小于水的物体 只有当浸入液体后物体的性质不会发生变化时，才能用此法来测定它的密度。1 注：以上实验原理可以简要写。四.实验步骤：实验 1.熟悉游标卡尺和螺旋测微器,正确操作的使用方法，记下所用游标卡尺和螺旋测微器的 量程，分度值和仪器误差.零点读数。2.用游标卡尺测细铜棒的长度h,在不同方位测量5次分别用游标卡尺和螺旋测微器测细 铜棒的直径 5 次,计算它们的平均值(注意零点修正)和百度文库-让每个人平等地提升自我 18 不确定度.写出测量结果表达式并把结果记录表格内.3.熟悉物理天平

22、的使用的方法,记下它的最大称量分度值和仪器误差.横梁平衡,正确操作调节底座水平,正确操作天平.称出细铜棒的质量m,并测5次,计算平均值和不确定度,写出测量结果表达式.4.用铜?4 公式算出细铜棒的平均密度 2?5.用不确定度的传递公式求出密度的相对不确定度和绝对不确定度,写出最后的结果表达式:?103kg/m3 并记.6.求 出 百 分 差：铜 焊 条 密 度 的 参 考 值：?铜?8.426?103Kg/m3.实验内容二:用流体静力称衡法测不规则物体的密度 1测定外形不规则铁块的密度（大于水的密度）；（1）按照物理天平的使用方法，称出物体在空气中的质量 m，标出单次测量的不确定度，写出测量结

23、果。百度文库-让每个人平等地提升自我 19 （2）把盛有大半杯水的杯子放在天平左边的托盘上，然后将用细线挂在天平左边小钩上的物体全部浸没在水中（注意不要让物体接触杯子边和底部，除去附着于物体表面的气泡），称出物体在水中的质量 m1，标出单次测量的不确定度，写出测量结果。（3）测出实验时的水温，由附录附表 5 中查出水在该温度下的密度?0。（4）由式（1-3）计算出?，同时用不确定度传递公式计算?的不确定度?，最后写出测量结果和相对不确定度，并和铁栓密度的参考值：?铁?7.823?10Kg/m 的数值比较之，求出百分差。2测定石蜡的密度（小于水的密度）（1）同上测出石蜡在空气中的质量 m；（2）

24、将石蜡拴上重物，测出石蜡仍在空气中，而重物浸没水中的质量 m3；（3）将石蜡和重物都浸没在水中，测出 m2；（4）测出水温，由大学物理实验教材表中查出?0；（5）由式（1-4）计算?及?。33 （6）求 出 百 分 差：石 蜡 密 度 的 参 考 值：?石百度文库-让每个人平等地提升自我 20 蜡?0.898?10Kg/m。五、实验数据记录：铜焊条、铁栓、石蜡密度的理论参考值：3 3?铜?8.426?103Kg/m3、?铁?7.823?103Kg/m3、?石蜡?0.898?103Kg/m3 固体密度测量 2 流体静力称衡法密度测量数据记录 六、实验数据处理：铜?4.966?4.969?4.97

25、3?4.971?4.969?4.970(mm)铜修?4.970?0.002?4.968(mm)铜?97.76?97.74?97.72?97.76?97.72?97.74(mm)m铜?15.948?15.946?15.946?15.944?15.946?15.946(g)?d 铜?0.006(mm)百度文库-让每个人平等地提升自我 21?h 铜?0.03(mm)?m 铜?0.020(mm)铜?4 铜 33?8.416?10Kg/m2?铜修铜 E 铜?0.032%铜 3?铜?E?铜?0.032%?8.416?103?0.003?103(Kg/m3)EP 铜?铜?铜参 8.416?8.426?100

26、%?0.12%?铜参 8.426 m12.540?0?0.999700?103?7.767?103(kg/m3)百度文库-让每个人平等地提升自我 22 m?m112.540?10.926?铁?E 铁?铁?m?m112.540?10.926?m?0.020?6.1%m(m?m1)12.540(12.540?10.926)?铁?E 铁?铁?6.1%?7.767?103?0.48?103(Kg/m3)EP铁?铁?铁参 7.767?7.823?100%?0.72%?铁参 7.823 m3.442?0?0.999700?103?0.9171?103(kg/m3)m3?m214.316?10.564?石蜡

27、?百度文库-让每个人平等地提升自我 23 E 石蜡?石蜡?m2?m0.0202?0.020?1.7%mm3?m23.44214.316?10.564?石蜡?E石蜡?石蜡?1.7%?0.9171?103?0.016?103(Kg/m3)EP 石蜡?石蜡?石蜡参 0.9171?0.898?()?100%?2.2%(原文来自：wWw.xiaOcAofANweN.coM 小 草 范 文 网:空气密度测定实验报告)?石蜡参 0.898 七、结果讨论及误差分析：1、铜密度的百分差为负的 0.12%,测量值比参考值偏小,但偏小较小。其误差产生的主要原因：由于铜棒不是绝对圆柱体,所以圆柱直径 d 的测量值存在

28、着系统误差,另外虽然采用了多次测量,但随机误差只能减小,不能消除。2、铁密度的百分差为负的 0.72%,测量值比参考值偏小,百度文库-让每个人平等地提升自我 24 但偏小较小。其误差产生的主要原因：实验方法采用流体静力称衡法来测物体的密度，拴铁块的线用棉线，存在一定的系统误差，而且放入水中在铁块周围存在少量的气泡，使铁块质量在水中的视值偏小，产生了系统误差，测量值偏小。3、石蜡密度的百分差在 2.2%,误差较大。其误差产生的主要原因：实验方法采用流体静力称衡法来测物体的密度，拴铁块和石蜡的线用棉线，存在一定的系统误差，而且放入水中在石蜡和重物周围存在少量的气泡，使石蜡和重物在水中的视值偏小，另外被测石蜡是用蜡烛，含有杂质，测量值偏大。4