Контрольные вопросы

1. Принцип работы линейного нониуса (штангенциркуля).

2. Принцип работы углового нониуса (оптический угломер).

3. Устройство и принцип действия микрометра.

Лабораторная работа № 4 Определение объема и плотности твердого тела

Оборудование: штангенциркуль, микрометр, мензурка, технические весы, набор исследуемых тел.

Цель: освоить методы определения объемов тел правильной и неправильной формы; закрепить навыки работы с простейшими измерительными приборами.

Краткая теория работы

В ряде случаев перед экспериментатором ставится задача определить плотность вещества.

Плотностью называется масса, заключенная в единице объема, поэтому определение плотности ρ сводиться к определению массы и объема V, т.е.

. (4.1)

Наиболее просто определить плотность твердого тела правильной формы: масса тела определяется путем его взвешивания; объем тела определяется по соответствующей формуле, исходя из линейных размеров тела, измеренных в зависимости от заданной точности штангенциркулем, микрометром или другим прибором. В данной работе – это цилиндр.

Объем цилиндра вычисляется по формуле

(4.2)

где d – диаметр, а h – высота цилиндра.

Если тело ограничено сложной поверхностью, объем его можно определить с помощью мерного стакана (мензурки). Обычно у стандартных мерных стаканов дана довольно грубая градуировка объема в миллилитрах. Для повышения точности измерения можно нанести на стакан дополнительную шкалу, например, миллиметровую линейку. Соответствующий этим малым делениям объем можно определить, используя тело известного объема.

Для определения цены деления мензурки с помощью измеренного тела правильной формы нужно проделать следующие операции. Заметить положение уровня воды N₁ до погружения тела правильной формы. Полностью погрузив тело в воду, отметить положение уровня воды N₂. Определить разность уровней . Цена деления шкалы мерного стакана определяется по формуле

. (4.3)

Заметить положение уровня воды n₁ до погружения тела неправильной формы. Погрузить в воду тело неправильной формы и отметить положение уровня воды n₂. Определить разность уровней . Рассчитать объем тела неправильной формы

. (4.4)

Недостатком этого метода является большая погрешность, возникающая в результате применения нескольких измерительных приборов. Кроме того, данный метод применим не для всех случаев. Достаточно широко распространены методы, в которых для определения плотности используется только один прибор: весы. Это – метод пикнометра и метод гидростатического взвешивания. Часто для определения плотностей жидкостей используются ареометры.

Ход работы

1. Заранее приготовить форму письменного отчета (см. Приложение 2).

2. Определить линейные размеры тела правильной формы с помощью штангенциркуля. Все измерения повторить 5 раз. Результаты занести в таблицу.

3. Рассчитать объем тела правильной формы по формуле (4.2).

4. Взвесить оба тела на технических весах дважды, меняя положения гирь и взвешиваемого тела. Результаты занести в таблицы.

5. С помощью измеренного тела правильной формы определить цену деления мензурки, используя формулу (4.3). Результат занести в таблицу.

6. Определить мензуркой объем тела неправильной формы по формуле (4.4). Результат занести в таблицу.

7. Рассчитать плотности тел по формуле (4.1). Результаты занести в таблицу.

8. Вывести формулы расчета погрешностей объемов и плотностей тел правильной и неправильной формы.

9. Рассчитать погрешности. Результаты занести в таблицу.

10. Сравнить точности определения плотностей различных тел.

Приложение 2