物质密度测量时产生误差的原因分析

物质密度测量时产生误差的原因分析

作者：沈丹

来源：《中学生数理化·学研版》2014年第02期

本文讨论的是关于测量物质密度的方法，实验过程中，难免会出现误差，为了尽量减小误差，就需要分析产生误差的原因.误差在测量过程中是不可避免的，它主要是由于仪器的精密度不够或者估值不准而造成的，误差不是错误.下面结合密度的误差实验来分析密度偏大或者偏小的原因.

一、由于质量偏大而引起的密度偏大 实验一：

实验目的：应用天平和量筒测定小矿石的密度. 实验原理：ρ=m[]V.

实验器材：水，细线，量筒，小矿石和天平. 实验步骤：

1.用量筒量取一定体积的水，记下体积V1.

2.将小矿石用细线系住浸没在量筒中，记下此时的体积V2. 3.将小矿石拉出量筒、并放在天平上称重，测出其质量，记为m. 4.计算小矿石的密度：小矿石密度ρ石=m[]V2-V1.

实验分析：这次实验是分析的质量偏大引起的密度偏大问题.而导致这一结果的实验过程是，先测出小矿石的质量，再拿出小矿石，根据前后两次的体积差，从而来计算体积.而拉出矿石的时候，会沾上水，导致测出的质量变大，加上了少许水的质量，最后导致计算出的密度变大.

小矿石密度偏大分析：

在测定密度过程中，需要先测出小矿石的体积，这是正确无误的.但问题出在测量其质量上，由于小矿石从水中拿出来后立即测量其质量，会导致一部分水粘附在小矿石上，这就导致测量的质量偏大，根据ρ=m[]V知道，当体积不变且质量偏大时，物体的密度也偏大.

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二、由于体积偏小引起的密度偏大 实验二：

实验目的：用天平和量筒测定盐水密度. 实验原理：ρ=m[]V.

实验器材：盐水，烧杯，量筒和天平. 实验步骤：

1.用平衡的天平测出空瓶的质量为m0.

2.在空瓶中装满盐水，用天平测出它们的总质量m1. 3.把兑好的盐水倒入量筒中，测量其体积V. 4.计算盐水的密度：ρ盐水=m1-m0[]V.

实验分析：本次实验，是由先测出盐水的质量，而盐水的质量由装了盐水的瓶和盐水质量之和减去空瓶质量得来.第二次空瓶质量可能包括了没有完全倒出的盐水，导致倒入量筒的盐水体积变小，根据密度的计算公式，与质量成正比，与体积成反比.最后得出的密度值比正常值偏大.

密度偏大原因分析：

在实验步骤过程中，学生先测出了空烧杯的质量m0，再测出倒入盐水后的总质量m1，则倒入量筒中盐水的质量是m1-m0.这样操作在理论上是可以的，但在将烧杯中的盐水倒入量筒中测量其体积时，由于烧杯底和杯壁还粘有盐水，没有完全倒净，使测得的体积小于烧杯中原来待测盐水的体积，根据ρ=m[]V计算公式，当质量不变且体积偏小时，盐水的密度会偏大. 三、由于质量偏小而引起的密度偏小 实验目的：用量筒和天平测定盐水体积. 实验原理：ρ=m[]V.

实验器材：盐水，烧杯，量筒和天平. 实验步骤：

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1.在量筒中加入适量的盐水，测量其体积，V. 2.用天平测出空瓶的质量，m0.

3.把量筒中已知体积的盐水全部倒入空瓶中，用天平测量其质量m1. 4.计算盐水的密度：ρ盐水=m1-m0[]V. 实验分析：

在实验过程中，盐水体积测量是正确无误的，导致密度偏小的原因在于质量测量有问题.在实验过程中，学生先测量了空杯的质量m0，然后再测定倒入盐水后的总质量m1，那么量筒中盐水的质量为m1-m0，这样测量盐水的体积在理论上是可行的，但在将盐水倒入烧杯进行测量的过程中，无法实现将盐水全部倒入烧杯中的目的，会有稍许的盐水粘附在量筒的内壁上，这是无法避免的事情，这就使得测量的质量小于盐水的实际质量，会有一部分误差，根据ρ=m[]V密度计算式得知，当体积不变且质量偏小时，密度也偏小. 四、总结

结合上面讲述的几个例题，讲述了初中物理中测量物质密度的一些方法中可能产生误差的原因.这就要求教师们在平时的物理教学过程中应该积极引导学生对每个实验的结果进行深入的探究，而不是简单的就为做个实验而完成任务，对结果进行深入的思考才行，这样才会学起来印象非常深刻，容易掌握知识精髓.对实验的结果产生偏差的原因进行全方位和多角度的分析，并根据原因让学生加以讨论，让他们提出一个更加优化的实验方案，从而提高学生的实验设计、实验操作、实验数据和结果的处理和分析能力，同时使课堂教学实现学生的“主动参与、乐于探究、交流合作”，更重要的是让学生在质疑、探究过程中，感受到学习成功带来的快乐，提高对自我价值的认识，形成爱科学的态度、敢创新的精神，促进学生自身综合素质的发展.

作者单位：浙江省慈溪市上林初级中学教育集团