Форма отчета по лабораторной работе № 4

Тема: определение плотности твердых тел.

Приборы и принадлежности: штангенциркуль, мензурка с дополнительной шкалой, вода, весы, разновесы, твердое тело в форме цилиндра, твердое тело неправильной формы.

Цель работы: научиться пользоваться весами, закрепить навыки работы со штангенциркулем.

I. Определение плотности цилиндра

Обозначения:

h – высота цилиндра

d – диаметр цилиндра

Расчетные формулы

Плотность вычисляется по формуле:

где – объем цилиндра.

Вывод формул погрешностей объема

Прологарифмируем формулу расчета объема цилиндра

Полученную логарифмированием формулу продифференцируем

Проделаем замену «d» на «∆ », а «–» на «+». Тогда относительная и абсолютная погрешности соответственно будут равны:

Вывод формулы погрешностей плотности

Прологарифмируем выражение для определения плотности цилиндра, получаем:

Дифференцированием получаем:

Меняя «d» на «D» и знак «–» на «+», получаем формулы погрешностей:

Примечания: Величины погрешностей диаметра, высоты и массы вычисляются как погрешности прямых измерений. В формулы расчета погрешностей входят величины, которые определяются так:

Ход работы

1. Измеряем линейные размеры цилиндра.

2. Измеряем массу цилиндра.

3. Рассчитываем средние значения и абсолютные погрешности высоты, диаметра, массы.

4. Рассчитываем значения величин и абсолютных и относительных погрешностей объема и плотности цилиндра.

Для объема и плотности находятся сразу средние значения погрешностей.

№ опыта	h, см	d_ц, см	m, г	V_ц, см³	r, г/см³





Среднее Знач.

№ опыта	Dh, см	Dd_ц, см	Dm, г	DV, см³	e_v, %	Dρ, г/см³	e_ρ, %





Ср. знач.

II. Определение плотности твердого

Тела неправильной формы

Ход работы

1. В мензурку наливаем воду до определенного уровня. Опускаем цилиндр в мензурку, при этом уровень воды поднимается на N делений. Цена деления мензурки . Вынимаем цилиндр из мензурки.

2. Опускаем в мензурку твердое тело неправильной формы. Обьем , где n – число делений, на которое поднялась вытесненная телом вода. За абсолютную погрешность можно принять . Тогда относительная погрешность:

3. Взвешиваем тело и определяем массу: ;

4. Абсолютная погрешность массы:

5. Плотность определяется по формуле: ρ =m/V_т

Абсолютная и относительная погрешности, как и в случае цилиндра будут:

;

№	m, г	Dm, г
	100.0010	0.0010
	100.0005	0.0005
	100.0000	0.0000
	99.9990	0.0010
	99.9995	0.0005
Средние значения	100.0000	0.0006

N	a см³/дел	n дел	V см³	DV см³	e_{v, %}	ρ г/см³	Dρ г/см³	e_ρ _%
	0.505		25.25	0.2525		3.96	0.04

Вывод: окончательные значения объема и плотности цилиндра:

V_ц=(70.69±0.62)см³

ρ _ц=(1.56±0.01)см³

Значения объема и плотности тела неправильной формы:

V=(25.25±0.25)см³

ρ =(3.96±0.04)г/см³

Значения V и ρ записаны с точностью до 2-го знака, т.к. в расчет входят величины (высота и диаметр), которые могут быть определены лишь с такой точностью.

Погрешность объема тела неправильной формы косвенным образом связана с погрешностью объема цилиндра, следовательно, первая не может быть меньше второй. Таким образом, запись обьема тела неправильной формы нельзя считать верной.

В этом случае необходим следующий расчет:

Считая N и n постоянными, имеем DV_т= DV_ц=0.62см³, e= DV_ц/V_т=2.56%, т.е. V_т=(25.25±0.62)см³.

Контрольные вопросы

1. Масса и плотность тела.

2. Определение объемов тел правильной формы.

3. Определение объемов тел неправильной формы.

4. Устройство и принцип работы рычажных весов.

5. Как изменится результат определения массы одного и того же тела на рычажных весах при переносе их с Земли на Луну.

Лабораторная работа № 5

Определение плотности

Методом пикномера

Оборудование: пикнометр, электрические весы, дистиллированная вода, исследуемая жидкость, кусочки исследуемого твердого тела.

Цель: освоить определение плотности методом пикнометра, закрепить навыки работы с весами.

Краткая теория работы

Пикнометр представляет собой сосуд строго определенного неизменного объема. Пикнометры, почти всегда изготавливающиеся из стекла (вследствие его малой химической активности), имеют весьма разнообразные формы.

С помощью пикнометра определяется как плотность жидкости, так и плотность твердого вещества. Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нем вещества, заполняющего пикнометр до метки на горловине.

Плотность жидкости может быть определена из поочередного взвешивания пустого пикнометра, пикнометра с дистиллированной водой и пикнометра с исследуемой жидкостью.

Пусть масса пикнометра будет – m, масса пикнометра, наполненного исследуемой жидкостью – М, масса пикнометра, наполненного дистиллированной водой – М`, тогда масса исследуемой жидкости будет (М–m), а масса дистиллированной воды – (М`–m). Плотность жидкости, вследствие равенства объемов, определится по формуле:

. (5.1)

где ρ ` – плотность дистиллированной воды при данной температуре.

Но нами не учтен тот факт, что взвешивание производится в воздухе. Выведем точную формулу, учитывающую плотность воздуха. Введем следующие обозначения: V – внутренний объем пикнометра (его емкость), ρ ` – плотность дистиллированной воды при температуре опыта (см. табл. приложение I), ρ – истинная плотность исследуемой жидкости, ρ _в – плотность воздуха (ρ _в=0.0012 г/см³), ρ _p– плотность разновесок. Тогда V ρ будет истинная масса жидкости, заключенной в пикнометре; V ρ `– истинная масса воды в том же объеме; V ρ _в– масса воздуха, вытесняемого исследуемой жидкостью или дистиллированной водой из пикнометра; или масса воздуха, вытесняемого разновесками, уравновешивающими соответственно исследуемую жидкость или дистиллированную воду. На основании факта равновесия весов для исследуемой жидкости имеем:

или

. (5.2)

Аналогично для дистиллированной воды:

(5.3)

Относя равенство (5.2) к равенству (5.3), имеем:

откуда

или, учитывая (5.1):

(5.4)

Формула (5.4) позволяет определить с помощью пикнометра плотность какой-либо жидкости.

Если имеется твердое вещество в виде большого числа достаточно мелких кусочков неправильной формы, нерастворимое в воде, в этом случае плотность также можно определить методом пикнометра.

Пусть m – масса по возможности большего количества кусочков исследуемого твердого тела, масса пикнометра с дистиллированной водой M¹, М – масса пикнометра с дистиллированной водой и кусочками твердого тела (при помещении кусочков твердого тела в пикнометр излишки воды, поднявшиеся выше риски, убрать с помощью фильтровальной бумаги). Объем кусочков твердого тела (m/ ρ ₁ ) будет равен объему вытесненной воды т.е. , откуда плотность твердого тела без учета поправки на воздух будет:

(5.5)

Здесь ρ ` – плотность дистиллированной воды при данной температуре. Для учета поправки на воздух введем следующие обозначения: V– суммарный объем кусочков твердого тела, ρ – их истинная плотность, ρ _в – плотность воздуха, ρ _p – плотность разновесок. Тогда (V ρ ) – истинная масса кусочков исследуемого тела, (V ρ `) – истинная масса вытесненной ими воды, (V ρ _в) – масса воздуха, вытесненного кусочками твердого тела или водой в том же объеме; (m/ ρ _р) ρ _в– масса воздуха, вытесненного разновесками, уравновешивающими кусочки; – масса воздуха, вытесненного разновесками, уравновешивающими воду. Отсюда для кусочков исследуемого тела