大量实验表明，通常情况下，同种物质组成的物体的质量与体积的比值是一个定值；不同物质组成的物体的质量与体积的比值一般不同。质量与体积的比反映了物质本身的特性，可用密度这个物理量来描述。

什么是密度？

在物理学中，将某种物质组成的物体的质量与体积之比叫做这种物质的密度（density），用 ρ 表示。

如果用 m 表示质量，V 表示体积，则密度可表示为

\[\rho = \frac{m}{V}\]

由公式可知，密度 ρ 的单位可由质量单位和体积单位确定。在国际单位制中，密度的单位是千克/米³，读作“千克每立方米”，符号是 kg/m³。密度的常用单位还有克/厘米³，读作“克每立方厘米”，符号是 g/cm³。

1 g/cm³ = 1×10³ kg/m³

虽然密度由质量与体积之比来定义，但密度是描述物质自身特性的物理量，由物质本身决定，与物体的质量、体积无关。

我国古人很早以前就对密度有了相当程度的认知。在古代数学著作中记载了金、银、铜、铁等物质的密度，如魏晋时期刘徽注《九章算术》时记载“黄金方寸，重十六两”，按当时的度量衡换算得到金的密度为 19.6 g/cm³。

示例·估算一间普通教室内空气的质量。（ρ_空气 = 1.29 kg/m³）

解：一间普通教室的面积 S 约为 70 m²，高度 h 约为 4 m。

教室内空气的体积

V_空气 = Sh = 70 m²×4 m = 280 m³

根据密度的定义，空气的质量

m_空气 = ρ_空气V_空气 = 1.29 kg/m³×280 m³ = 361.2 kg

 

根据密度的定义，知道密度、质量和体积中的任意两个物理量就可以求出第三个物理量。例如，当物体的密度已知，而其质量不易测量时，可以先测出物体的体积，再计算得到物体的质量。

物质的密度也受到状态、温度等因素的影响。通常情况下，同种物质，其固态的密度大于液态的密度，液态的密度大于气态的密度。例如，氧气的密度是 1.43 kg/m³，而液氧的密度约为 1 140 kg/m³，约为常态时氧气密度的 800 倍。用液氧储罐代替气瓶运输能大大减少运输体积，因此液氧储罐被广泛应用于气体行业及医院、金属冶炼等场所（图 6–1–2）。

大部分物质都具有热胀冷缩的物理性质。一定质量的物体温度升高时，体积变大，密度变小。但有些物质具有反常膨胀的现象，例如水在 0 ~ 4℃ 时，随温度的升高体积反而变小，所以水在 4℃ 时密度最大。冬季湖面结冰后，冰面下的水温度接近 0℃，湖底的水温度接近 4℃，因而鱼类可以在湖底安全过冬。