混沌摆物质密度测定水的白表面张力系数测定

学生优秀实验报告精选

1、新仪器，新公式?_____信息物理系03级 张居甲

我们开展的障碍性，挫折性实验，用电子天平取代物理天平测固体密度。如果直接代入公式将会得出负密度的结论。该学生通过此实验的学习写出了高质量的研究文章。（全文附后）

2、物体密度的测定_____环境科学05级 刘坤坤

该学生发明了用电子天平取代物理天平测固体密度的各种方法，她发明的压入法已经成为我们教学使用的标准方法之一。（全文附后）

3、水的表面张力系数的测定_____食品科学与工程05级 和晨蕾

该同学发明了特殊形状金属框，在水的表面张力系数测量实验中，可以把水膜拉到10cm（全文附后）

4、 用PASCO仪器探究混沌摆的特性及电压、力臂、磁阻尼和初始条件对其运动的影响

______生物科学专业06级 蒋玉祥

我们在PASCO创新实验室开展了双语教学，学生写出了高水平的英文研究报告，从影响混沌摆的各个参数入手，详尽地分析了外部条件对混沌摆运动状态的影响。(全文附后)

新仪器，新公式?

张居甲

（山东省 青岛市266071中国海洋大学03物理学）

摘要：本文旨在从比较电子天平和物理天平在使用流体静力称衡法测物质密度的差异入

手，最终实现二者的统一。

关键词：电子天平、物理天平、流体静力称衡法、密度、比较 引言：

初用电子天平测物体密度，当测到石蜡时，竟得到了值为负的密度，实在令人哭笑不得。

阿基米德原理总不会错，至少在如此经典的实验中不会；实验教材也应该不会出错。但按照其上的量得出的值又确实是待测物体的密度。问题出在哪了？

正文： 一 电子天平:

可以肯定地说绝不是因为电子天平这一新仪器的使用而造成了ρ

1）测出待测物体A（以下所有A均指待测物体）在空气中的质量m1（以下所有m1均指A在空气中的质量）

2）测出此刻室内水温T0，水的密度为ρ

ρ>

A

ρ

的情形

将盛有水的烧杯置于托盘之上，去皮重后用绳栓住A，使A完全浸入水中（A不与烧杯壁有热很直接接触），测出

m2。（如图1.1）

此时的m2乘上g即为A在水中受到的浮力。做个简

单的受力分析。（如图1.2）

A受到重力G、绳的拉力F、水对它的浮力F、由作用力和反作用力，很容易看出f=mg 因此ρ=

A

ρm

12

3

在具体实验中测出ρ=4.818g/cm，因为本文旨在比较两中仪器及相关公式，

A

故不对实验结果做分析。 ρ

A

ρ

0

的情形

B

将盛有水的烧杯置于托盘之上，去除皮重。将一密度大于水的物体B（ρ足够大。mB为B在空气中的质量，mB足够大）与

A捆在一起（如图1.3），重复测ρ>

A

ρ

时的m2，

再单独测出B在水中悬浮时的m'B。

则ρ=

A

ρ

m−m'

12

B

m

2

g表示总的浮力，m'B表示B所受的浮力。

3

测得ρ=0.902g/cm

A

A

当然，可以用一个式子来表示、中的ρ，只需对做一点改动。先将盛有水的烧杯置于托盘上，再将B悬浮浸入水中，接着去皮重，最后才将A与B捆绑浸入水中，此时测得的m2即为故可用公式ρ=

A

f

A浮

/g，

ρm

12

来表示，

3

测得ρ=0.904g/cm初次实验的错误是因为对所测量具体所指没有进行

A

思考，只是机械套用。

二 物理天平:

现在我们来看物理天平。我们将发现用它测密度与用电子天平测密度在原理上完全相同，没有本质上的区别。 先简要介绍具体的实验步骤： 、2）与电子天平相同。ρ>1）

A

ρ

的情形

3）如图（2.1）装好装置，测得一个值m，

受力分析Îm=m1—

f

A浮

/g

Î

f

A浮

/g=m1—m

Îρ=

A

ρm−m

11

ρ

A

ρ

时同，引入B，

测出B在水中的质量mB、A与B在水中的共同质量m2

ρ

A

=

ρ+−mmm

1

1

B2

三 比较:

无论用何种天平，即ρ=ρ的求解公式在本质上都是一样的，

A

A

浮/g

1

ρ

电子天平可以去皮重的这一特性使得用它测量更为简单，公式中的待测量较物理天平少，即ρ=

A

ρ

m

12

。其中m1为A在空气中的质量，m2为A悬浮与水中

天平的读数。

物理天平也可以实现这种简单化的公式效果，只需人为的多做一步，实现人

工去皮重后采用电子天平步骤，两者的差异将消失。显然电子天平的精度更高。

四 启示

现在我们回到引言。为什么开始时出错？很显然所测非所指。之所以出错，最主要原因

是过分自信，根本没有经过思索，只是机械套用，违背了物理学的基本精神，不注重实际，纯粹的经验化操作。因而，与其说本实验是为了教给我们一种方法，不如说是培养我们的一种能力——比较能力，以及一种物理精神。

结论

新仪器的引进并不意味着新公式的产生，所谓的修改，往往只是形式上的，本质上的东西没有变，而当遇到一些新旧对比的情况时，我们要找的是本质而不是形式。

New Apparatus , New formula ?

Jason Zhang

(03 Physics Department, Ocean University of China ,TsingTao266071 , Shandong Province)

Abstract: The paper’s aim is to compare the electronic scale and physical scale when used

to measure something’s density,and finally to unit them.

Keyword: electronic scale、physical scale、the way of hydrostatic to measure one’s

density、density comparasion

实验课题：物质密度的测定

环境科学05级 刘坤坤

实验目的：

掌握物质密度的集中测定方法 学习使用电子天平

进一步熟悉游标卡尺和螺旋测微仪的使用 实验仪器： 电子天平、

烧杯、游标卡尺、螺旋测微仪、温度计、待测样品（石蜡）、重物等 实验原理：

1、根据密度定义式ρ＝ｍ/V

将待测物石蜡看成圆柱体，其体积为V＝Πｄ2ｈ/4 所以密度表达式为:ρ＝4ｍ／Πｄ2ｈ ………………………………………………（1） 2、流体静力称衡法测固体密度： 阿基米德原理：Ｆ浮＝Ｖ排ρ液ｇ

若待测物体密度比水小，必须加一密度比水大的物体和它同时称衡

设待测物体在空气中的质量为ｍ1 ，重物（密度比水大）在水中用电子天平所称得的质量为ｍ2，二者在水中称得的质量为ｍ3，则与待测物同体积的水的质量为ｍ3－ｍ2 即Ｆ浮＝﹙ｍ3－ｍ2﹚ｇ

待测物体积为Ｖ＝Ｆ浮／ρ液ｇ

所以待测物密度公式为：ρ＝﹙ｍ1／ｍ3－ｍ2﹚• ρ0 ………………………………（2） 实验内容： 密度定义式法;

ａ正确使用电子天平，测出石蜡的质量ｍ1，多测几组，求平均值m1。 ｂ用螺旋测微仪在石蜡的不同方位测石蜡的直径ｄ，多测几组，求平均值d。 ｃ用游标卡尺测出石蜡的高度，同样要在不同方位测多次，求h

利用公式（1）求得石蜡密度

流体称衡法：

ａ正确使用电子天平，测出石蜡的质量ｍ1，。 ｂ用细绳将重物悬于水中，测得天平示数为ｍ2

ｃ用细绳绑住重物和石蜡共同浸在水中，使其悬浮在水中，测得天平示数ｍ3 ｄ平行测定，得多组数据

ｅ测水温，查表得水的密度ρ0 利用公式（2）求得石蜡密度

五、试验数据及其处理：

1、数据记录： Ｔ=21.5℃

2、数据处理：

d=（18．075+18．054+18．070+……+18．120+18．150） /9≈18.085mm

Ｓ(d)=

∑Vi

i=1

n

2

/n(n−1)

222

18.075−18.085)+(18.054−18.085)L+(18=.150−18.085)}/−9×8=

≈0.012mm

所以，d=d±Ｓ(d)=(18.09±0.01)mm

h=(20.08+20.05+20.06+20.07+20.04)/5=20.06mm

Ｓ(h)=

∑Vi

i=1

n

2

/n(n−1)

22220.08−20.06)+(20.05−20.06)L+(20.04−20.06)}/5×4 =

≈0.01mm

所以，ｈ= h±Ｓ(h)=（20.06±0.007）mm

m1=（4．5102+4．5104+4．5122+4.5106+4.5112）/5=4.5109ｇ

Ｓ(m1)=

∑Vi

i=1

n

2

/n(n−1)

222

4.5102−4.5109)+(4.5104−4.5109)L+(4.5112−4.5109)}/5×4= =

≈0.0004ｇ

所以，ｍ1=m1±Ｓ(m1)=（4.5109±0.0004）ｇ m2=（2.2684+2.2679+2.2681+2.2677+2.2685）/5=2.2681ｇ

Ｓ(m2)=