解析密度計的有關知識

　　初中物理教材中，密度的測量是通過測物體的質量和物體的體積，代入公式ρ=m/V計算出來的，并沒有涉及到密度計的使用，本人結合自己的一些知識，通過查閱一些資料，了解到密度計的有關知識，供同學們參考。

 

　　在物理實驗中使用的密度計，是一種測量液體密度的儀器。它是根據物體浮在液體中所受的浮力等于重力的原理制造與工作的。使用時將密度計豎直地放入待測的液體中，待密度計平穩后，從它的刻度處讀出待測液體的密度。通常在實驗室里測量密度大于水的液體所用的密度計叫做比重計。

 

　　測量密度小于水的液體，所用的密度計叫做比輕計。不管是比重計還是比輕計，它們的刻度都是分布不均勻的，為什么分布不均勻，首先我們就要了解它的結構和原理。多數密度計的構造如圖1所示，它是用密封的玻璃管制成的。ＡＢ段的外徑均勻，是用來標刻度線的部分，ＢＣ段做成內徑較大的玻璃泡，ＣＤ段的玻璃管做得又細又長，最下端的玻璃泡內裝有密度很大的許多小彈丸（如鉛丸）或水銀等，整體是一根粗細不均勻的密封玻璃管。圖1圖2圖3密度計測量液體密度的原理是根據阿基米德原理和物體浮在液面上的條件設計制成的．

 

　　設密度計的質量為ｍ，待測液體的密度為ρ，當密度計浮在液面上時，由物體浮在液面上的條件可知：密度計受到液體的浮力等于它所受的重力，即Ｆ浮＝ｍｇ。根據阿基米德原理，密度計所受的浮力等于它排開的液體所受的重力，有Ｆ浮＝ρｇＶ排，由上面兩式可得ρｇＶ排＝ｍｇ，即ρ＝ｍ／Ｖ排。①從①式可看出，待測液體的密度與密度計排開液體的體積成反比。

 

　　液體的密度越大，密度計排開液體的體積就越小，不同密度的液體在如圖1所示的密度計的玻璃管ＡＢ段的液面位置是不同的。若根據①式計算，預先在玻璃管ＡＢ段標上刻度線及對應的數值，就很容易測量未知液體的密度了，所以密度計浸入液體中的深度越深，排開的體積越大，由于成反比，示數就越小，因此它的刻度從上往下讀數越來越大，跟量筒的讀數是相反的。為什么密度計要做成如圖1所示的形狀而不做成截面上下均勻的形狀（如圖2所示）呢?ＡＢ段截面均勻是為了便于標度，下端ＤＥ段的玻璃泡內裝有密度很大的彈丸是為了讓密度計的重心盡量下移；

 

　　ＢＣ段的玻璃泡做得較大是為了讓密度計浮在液面上時其“浮心”（浮力的作用點，即密度計浸在液體中液面以下部分的幾何中心）盡量上移；而ＣＤ段的玻璃管做得細而長是為了增大重心和“浮心”間的距離。這樣，當密度計浮在液面上時，在重力和浮力的作用下，密度計能很快停止左右搖擺而豎直站立在液體中。

 

　　若制成如圖2所示的形狀，當測量密度較大的液體時，“浮心”下移，與重心靠近，密度計容易傾斜在液面上，甚至橫著漂浮在液面上，這樣密度計讀數就不準確，或者根本無法讀數。密度計的刻度線間距是不均勻的，也就是說相差相同數值（密度的標定值）的刻度線間距并不相等。無論是比重計還是比輕計的刻度線都是上疏下密。有人認為密度計刻度線之所以不均勻是由于它的截面上下不均勻造成的，這種說法是錯誤的。為了研究問題方便。