专利摘要

本实用新型是一种能直接测量固体密度的实验仪器，左端悬挂待测物，右端悬挂待测物完全浸没时排开的水，保持左端长度不变，确定为1个单位长度，将待测物放置在水中的载物网上，测量过程不从水中取出，将排开的水一部分流入排水容器，总质量等于待测物完全浸没时排开的水质量，并悬挂于右端，直接调节平衡后读数即可得到待测固体密度。本实验仪器测量的物体为不与水发生反应，且密度大于水的固体。中学生密度天平结构简单，方便组装、更利于操作。是一款有利于中学生进行初中物理力学知识整合、创造发明思维训练、动手能力提高的实验仪器。

权利要求

1.一种中学生密度天平，其特征在于：所述的中学生密度天平结构为带水平仪的底座(1)，可升降支点的支架(4)、带有平衡微调螺母的横梁(5)、悬挂在左端距支点一单位长度位置的载物网(12)、带有双水位阀的溢水杯(9)、悬挂于右端可移动的排开水容器(8)。

2.根据权利要求1所述的中学生密度天平，其特征在于：带有平衡微调螺母的横梁(5)距支点长度表示密度大小，左侧悬挂点固定，距支点为1个单位，也代表水的密度大小，右侧若距支点的长度为N个单位，那么固体密度即为N+1倍的水的密度。

3.根据权利要求1所述的中学生密度天平，其特征在于：带有双水位阀的溢水杯(9)两条水位线之间的水的质量恰好等于右侧移动锁轮(6)、排开水容器(8)及其悬挂线的总质量。

说明书

技术领域

本实用新型涉及中学生密度天平，是一种能直接测量固体密度的测量仪器，属于中学物理实验仪器领域。

背景技术

本实用新型在学生完成初中力学课程后,为锻炼学生的创新思维能力,设计的一款综合利用知识解决实际问题的实验仪器。其应用了中学物理学中的天平原理、杠杆原理、阿基米定律等物理知识和数学运算简化,实现固体密度与杠杆长度相关联的巧妙思维运算过程。密度天平的概念是本发明人在1999年组织学生参加创新大赛提出的，后又在《中学物理教学参考》2004年第9期针对密度天平的原理、结构、思维过程做了阐述，其核心内容是：中学物理测量固体密度需三步完成：(一)用质量天平测质量M，(二)用排水法测体积V，(三)计算ρ＝M/V。密度天平巧妙地综合了上述过程，其原理如图1所示，AB为密度天平横梁，O为天平支点，左端放待测物质量为M，右端放待测物完全浸没时排开的水，质量为m，体积为V，保持OA长度不变，确定为1个单位长度，移动排开水的位置，使密度天平平衡，根据杠杆原理则有Mg·OA＝mg·OB。(Mg为物重，mg为水重) ρ·V·g·OA＝ρ水·V·g·OB因为m＝ρ水V若取ρ水为1个密度单位，(ρ水为水的密度)则有：m＝1·V＝V；取OA＝1个单位长度，所以ρ＝OB。这个关系式将测量固体密度的大小转化为测量OB的长度，以OA为一个长度单位，在横梁OB上确定好刻度后，可直接读出固体密度。但因当时密度天平结构中消除误差的方法：在横梁两端安装两个定滑轮，绕在定滑轮的两细线，分别连接盛水容器和等质量配重，并置于支点O两侧，在调节平衡时，形成等臂力矩，消除盛水容器自身重力引起的误差，结构比较复杂，组装和操作不灵活，所以对其进行了改进，改进后的密度天平结构简单，方便组装、更利于操作。是一款有利于中学生进行初中物理力学知识整合、思维方法训练、动手能力提高的实验仪器。

发明内容

根据误差分析：1、挂在右端盛水容器自身重力的产生的误差；2、放在水里排水时，待测物外表面附着的水，如果从水中取出立即测量，将影响固体密度测量精度。改进办法：1、将盛水容器自身重力转换成待测固体排开水的部分重力，使密度天平的结构简单，易于组装和操作。2.本实验仪器测量的物体为不与水发生反应，且密度大于水的固体。将其放置在水中的载物网上，测量过程不从水中取出，直接调节平衡后读数即可。原理中的关系式变化为(Mg－F)·OA＝mg·OB(F为待测固体完全浸没时物体所受浮力)即(ρ·V·g－ρ水·V·g)·OA＝ρ水·V·g·OB(取ρ水为1个密度单位，OA＝1个单位长度)ρ－1＝OB，即ρ＝OB+1，即如果OB为n倍的单位长度，则固体密度为(n+1)倍水的密度，这一巧妙的设计又克服了由于排开水时物体表面附着水，从水中取出后直接测量密度所带来的系统误差。

附图说明

图1为密度天平原理图，AB为密度天平横梁，O为天平支点，左端放待测物质量为M，右端放待测物完全浸没时排开的水，质量为m，体积为V，保持OA长度不变，移动排开水的悬挂位置，使天平平衡，则有ρ·V·g·OA＝ρ水V·g·OB(取OA＝1个单位长度并保持不变，ρ水确定为1个密度单位)则上式简化为ρ＝OB。这个关系式将测量固体密度的大小转化为测量OB的长度。

图2为中学生密度天平结构示意图。图中各组件为：1天平底座、2水平仪、3水平调节螺丝、4支架、5带有平衡微调螺母的横梁、6移动锁轮、7横梁平衡微调、8排开水容器、9溢水杯、10水位阀1、11水位阀2、12载物网、13支点与刀口、14稳定架、15刀口升降旋钮。

关于两条水位线的作用的说明：制作时两条水位线之间的水的质量恰好等于右侧移动锁轮6、排开水容器8及其悬挂线的总质量，未放待测物水位处于水位线2，放入待测物后，水位升高，超过水位线1的水流入排开水容器8。也就是说待测物排开水的一部分质量由移动锁轮6、排开水容器8及其悬挂线的总质量取代，右侧悬挂物的质量(包含移动锁轮、排开水容器及其悬挂线的总质量及从水位阀10中溢出的待测物排开的水的质量之和) 恰好等于待测物排开水的质量。无需增加配重和滑轮等复杂结构来抵消盛水容器所引起的无用力矩。为提高灵敏度,移动锁轮6、排开水容器8及其悬挂线的总质量越小，灵敏度越高，所以这部分材料尽量选择轻质材料。

具体实施方式

(一)按图2组装好中学生密度天平(此时不悬挂移动锁轮6和排开水容器8)，并调节底座1水平。(二)调节空载时带有平衡微调螺母的横梁5(以下简称横梁5)平衡：两水位阀均处于关闭状态，向溢水杯9中注水超过水位阀10的水位线1，让载物网12浸没在水中，打开水位阀10，直到水平静不流为止，关闭水位阀10。旋转刀口升降旋钮15，使横梁被5支起，再调节横梁平衡微调7，直到横梁5平衡。(三)排水：打开水位阀11，将水放出，水平静后，关闭水位阀11。将待测物放入载物网12。将干净的排开水容器8放在水位阀10下方，打开水位阀10使水流入排开水容器8中，直到水平静不流为止，关闭水位阀10。 (四)测量，将移动锁轮6、排开水容器8悬挂横梁右侧，旋转刀口升降旋钮15，使横梁5 被支起，然后移动移动锁轮6来调节天平，直到平衡。(五)读数，右侧移动锁轮6下方悬线所在的刻度即为固体密度。(六)测量完后，将用完的水倒入水槽，整理好仪器。

中学生密度天平专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。