物理密度思维导图
中心主题：物理密度
核心概念
- 定义：单位体积内所含物质的质量。
- 物理意义：
- 是物质的一种固有属性。
- 反映了物质的“致密”程度（相同体积下，质量越大，密度越大）。
- 是鉴别物质的重要依据之一（纯物质的密度是恒定的）。
- 单位：
- 国际单位制：千克/立方米 (kg/m³)
- 常用单位：克/立方厘米 (g/cm³)
- 换算关系：1 g/cm³ = 1000 kg/m³
核心公式
- 基本公式：ρ = m / V
- ρ (rho)：密度
- m：质量
- V：体积
- 变形公式：
- 求质量：m = ρ × V
- 求体积：V = m / ρ
影响因素
- 物质种类：不同物质，密度一般不同（铁的密度大于水的密度）。
- 状态/物态：
- 同种物质，不同状态，密度不同。
- 一般规律：固态 > 液态 > 气态。
- 特例：水（冰的密度 < 水的密度，这是水结冰体积膨胀的缘故）。
- 温度：
- 对大多数物质（固体、液体）：温度升高，体积膨胀，密度减小（热胀冷缩）。
- 对气体：温度升高，分子运动加剧,密度显著减小。
- 压强：
- 对固体和液体：影响极小,通常忽略不计。
- 对气体：压强增大，体积被压缩,密度显著增大。
测量方法
- 固体：
- 规则固体：
- 用刻度尺测长、宽、高，计算体积 V。
- 用天平测质量 m。
- 用公式 ρ = m / V 计算密度。
- 不规则固体（密度大于水）：
- 用天平测质量 m。
- 用“排水法”测体积 V（量筒中水的初始体积 V₁，放入物体后总体积 V₂，则 V = V₂ - V₁）。
- 用公式 ρ = m / V 计算密度。
- 规则固体：
- 液体：
- 用天平测空烧杯质量 m₁。
- 将液体倒入烧杯，用天平测总质量 m₂。
- 计算液体质量 m = m₂ - m₁。
- 用量筒测液体体积 V。
- 用公式 ρ = m / V 计算密度。
- 特殊测量：
- 密度小于水的固体：采用“针压法”或“沉锤法”使其浸没,再用排水法测体积。
- 漂浮物体：利用漂浮条件 F浮 = G物 = ρ液gV排,结合阿基米德原理可测密度。
重要应用
- 鉴别物质：通过测量密度，对照密度表,判断物体是什么材料制成的。
- 计算质量：对于不便直接称量的巨大物体（如雕像、纪念碑），可测其体积和密度，用 m = ρV 计算质量。
- 计算体积：对于形状不规则的物体，可测其质量和密度，用 V = m / ρ 计算体积。
- 工业选择：
- 选材：需要轻质的材料（如航空用铝合金），密度小；需要结实的材料（如底座）,密度大。
- 液体分离：利用密度不同,可以用分液漏斗分离油和水。
- 判断物体状态：
- 浮沉条件：
- ρ物 < ρ液 → 上浮 → 最终漂浮 (F浮 = G)
- ρ物 = ρ液 → 悬浮 (F浮 = G)
- ρ物 > ρ液 → 下沉 (F浮 < G)
- 应用：轮船、潜水艇、热气球、密度计等。
- 浮沉条件：
相关概念辨析
- 与“比重”的关系：
- 旧定义：比重是指物质的密度与4℃纯水的密度的比值,是一个无量纲的数。
- 现代用法：在工程领域，“比重”常被用作“相对密度”的同义词。
- 与“相对密度”的关系：
- 定义：物质的密度与参考物质（通常是4℃的水）的密度之比。
- 公式：d = ρ物质 / ρ参考物质
- 特点：没有单位。
- 与“体积质量”的关系：
在某些特定领域（如土壤科学），体积质量（Bulk Density）指单位堆积体积（包括颗粒间空隙）内物质的质量，与物质本身的密度（颗粒密度）不同。
- 与“面密度/线密度”的区别：
- 面密度 (σ)：单位面积的质量，单位 kg/m²。
- 线密度 (λ)：单位长度的质量，单位 kg/m。
- 这两者是二维和一维的“密度”概念，与三维的“体积密度”不同。
常见物质的密度（参考值，单位：g/cm³ 或 kg/m³）
- 固体：
- 金：19.3 × 10³
- 铅：11.3 × 10³
- 铁：7.9 × 10³
- 冰：0.9 × 10³
- 石蜡：0.9 × 10³
- 干松木：0.5 × 10³
- 液体：
- 水银（汞）：13.6 × 10³
- 硫酸：1.8 × 10³
- 海水：1.03 × 10³
- 纯水（4℃）：1.0 × 10³
- 植物油：0.9 × 10³
- 气体（常温常压下）：
- 二氧化碳：1.98
- 空气：1.29
- 氧气：1.43
- 氦气：0.18
