Инструкционная карта № 2
Лабораторная работа № 1
Тема . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА И ЖИДКОСТИ.
Цель : определить плотность твердых тел и жидкости.
Оборудование : весы с разновесами; мерный цилиндр; линейка; исследуемые твердые тела (деревянный брусок, кусочек сахара, металлический цилиндр с нитью); стакан с исследуемой жидкостью (лимонад или минеральная вода), сыпучий материал (песок).
Теоретическая подготовка: Плотностью вещества называется величина, равная отношению массы тела m к его объему V ; иначе говоря, плотность вещества - это величина, показывающая, чему равна масса вещества в единице объема.
Плотность измеряется в г/см 3 , кг/м 3 .
Чтобы найти плотность вещества, надо знать массу и объем тела, которое сделано из этого вещества.
Эксперимент № 1. Определение плотности тел правильной геометрической формы.
Ход работы:
1. Возьмите тело правильной геометрической формы. Например, деревянный брусок.
2. С помощью весов определить массу бруска.
3. Определить размеры бруска с помощью линейки. Вычислить объем бруска по формуле:
a – длина, см
b – ширина, см
h – высота, см
4. Вычислить плотность тела.
5. Повторив пункты 2-4, вычислить плотность кусочка сахара.
Эксперимент № 2. Определение плотности жидкостей и сыпучих тел.
Ход работы:
1. Чтобы определить массу жидкости, поставьте пустую мензурку на весы. Уравновесьте весы.
2. Налейте жидкость в мензурку, с помощью весов определите ее массу.
3. По делениям мензурки определите объем налитой жидкости.
4. Вычислить плотность жидкости.
5. Повторив п.1-4, определите плотность сыпучего материла.
Эксперимент № 3. Определение плотности тел неправильной геометрической формы.
Ход работы:
1. Возьмите тело неправильной геометрической формы. Например, кусок пластилина или парафиновую свечу.
2. С помощью весов определить массу тела.
3. Чтобы определить объем тела неправильной формы, воспользуйтесь опытом Архимеда:
Налейте в мерную мензурку воду. Запомните ее объем.
Опустите в воду тело, объем которого вы хотите определить. Запомните значение объема жидкости.
Вычислите разницу двух объемов (начального и конечного). Именно эта разница и будет объемом тела неправильной формы.
4. Вычислить плотность тела.
5. Повторив пункты 1-4, вычислить плотность металлического цилиндра.
6. По таблице плотностей определите материал, из которого сделан цилиндр.
Оформление работы:
1. Заполните таблицу:
| Исследуемое тело, жидкость | Масса m, г | Объем V, см 3 | Плотность r | |
| г/см 3 | кг/м 3 | |||
| ЭКСПЕРИМЕНТ № 1 | ||||
| ЭКСПЕРИМЕНТ № 2 | ||||
| ЭКСПЕРИМЕНТ № 3 | ||||
2. Сделайте вывод, в котором не забудьте указать факторы, которые могли повлиять на точность результатов.
1. В мензурку наливаем воду до определенного уровня. Опускаем цилиндр в мензурку, при этом уровень воды поднимается на N делений. Цена деления мензурки . Вынимаем цилиндр из мензурки.
2.
Опускаем в мензурку твердое тело
неправильной формы. Обьем
,
гдеn
– число делений, на которое поднялась
вытесненная телом вода. За абсолютную
погрешность можно принять
.
Тогда относительная погрешность:
3
.
Взвешиваем тело и определяем массу:
;
4.
Абсолютная погрешность массы:
5. Плотность определяется по формуле: ρ=m/V т
Абсолютная и относительная погрешности, как и в случае цилиндра будут:
Вывод: окончательные значения объема и плотности цилиндра:
V ц =(70.690.62)см 3
ρ ц =(1.560.01)см 3
Значения объема и плотности тела неправильной формы:
V =(25.250.25)см 3
ρ =(3.960.04)г/см 3
Значения V и ρ записаны с точностью до 2-го знака, т.к. в расчет входят величины (высота и диаметр), которые могут быть определены лишь с такой точностью.
Погрешность объема тела неправильной формы косвенным образом связана с погрешностью объема цилиндра, следовательно, первая не может быть меньше второй. Таким образом, запись обьема тела неправильной формы нельзя считать верной.
В этом случае необходим следующий расчет:
.
Считая N и n постоянными, имеем V т = V ц =0.62см 3 , = V ц /V т =2.56%, т.е. V т =(25.250.62)см 3 .
Контрольные вопросы
Масса и плотность тела.
Определение объемов тел правильной формы.
Определение объемов тел неправильной формы.
Устройство и принцип работы рычажных весов.
Как изменится результат определения массы одного и того же тела на рычажных весах при переносе их с Земли на Луну.
Лабораторная работа № 5
Определение плотности
методом пикномера
Оборудование : пикнометр, электрические весы, дистиллированная вода, исследуемая жидкость, кусочки исследуемого твердого тела.
Цель : освоить определение плотности методом пикнометра, закрепить навыки работы с весами.
Краткая теория работы
Пикнометр представляет собой сосуд строго определенного неизменного объема. Пикнометры, почти всегда изготавливающиеся из стекла (вследствие его малой химической активности), имеют весьма разнообразные формы.
Спомощью пикнометра определяется как плотность жидкости, так и плотность твердого вещества. Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нем вещества, заполняющего пикнометр до метки на горловине.
Плотность жидкости может быть определена из поочередного взвешивания пустого пикнометра, пикнометра с дистиллированной водой и пикнометра с исследуемой жидкостью.
Пусть масса пикнометра будет – m , масса пикнометра, наполненного исследуемой жидкостью – М , масса пикнометра, наполненного дистиллированной водой – М `, тогда масса исследуемой жидкости будет (М –m ), а масса дистиллированной воды – (М `–m ). Плотность жидкости, вследствие равенства объемов, определится по формуле:
. (5.1)
где ρ ` – плотность дистиллированной воды при данной температуре.
Но
нами не учтен тот факт, что взвешивание
производится в воздухе. Выведем точную
формулу, учитывающую плотность воздуха.
Введем следующие обозначения: V
– внутренний объем пикнометра (его
емкость), ρ
` – плотность дистиллированной воды
при температуре опыта (см. табл. приложение
I), ρ
– истинная плотность исследуемой
жидкости, ρ
в
– плотность воздуха (ρ
в =0.0012
г/см 3),
ρ
p –
плотность разновесок. Тогда V
ρ
будет истинная масса жидкости, заключенной
в пикнометре; V
ρ
`– истинная масса воды в том же объеме;
V
ρ
в –
масса
воздуха, вытесняемого исследуемой
жидкостью или дистиллированной водой
из пикнометра;
или
масса воздуха, вытесняемого разновесками,
уравновешивающими соответственно
исследуемую жидкость или дистиллированную
воду. На основании факта равновесия
весов для исследуемой жидкости имеем:
или
. (5.2)
Аналогично для дистиллированной воды:
(5.3)
Относя равенство (5.2) к равенству (5.3), имеем:
,
или, учитывая (5.1):
(5.4)
Формула (5.4) позволяет определить с помощью пикнометра плотность какой-либо жидкости.
Если имеется твердое вещество в виде большого числа достаточно мелких кусочков неправильной формы, нерастворимое в воде, в этом случае плотность также можно определить методом пикнометра.
Пусть
m
– масса по возможности большего
количества кусочков исследуемого
твердого тела, масса пикнометра с
дистиллированной водой M
1 ,
М
– масса пикнометра с дистиллированной
водой и кусочками твердого тела (при
помещении кусочков твердого тела в
пикнометр излишки воды, поднявшиеся
выше риски, убрать с помощью фильтровальной
бумаги). Объем кусочков твердого тела
(m
/
ρ
1) будет равен объему вытесненной воды
т.е.
,
откуда плотность твердого тела без
учета поправки на воздух будет:
(5.5)
Здесь
ρ
` – плотность дистиллированной воды
при данной температуре. Для учета
поправки на воздух введем следующие
обозначения: V– суммарный объем кусочков
твердого тела, ρ
– их истинная плотность, ρ
в
– плотность воздуха, ρ
p
– плотность разновесок. Тогда (V
ρ
)
– истинная масса кусочков исследуемого
тела, (V
ρ
`) – истинная масса вытесненной ими
воды, (V
ρ
в)
– масса воздуха, вытесненного кусочками
твердого тела или водой в том же объеме;
(m
/
ρ
р)
ρ
в –
масса воздуха, вытесненного разновесками,
уравновешивающими кусочки;
– масса воздуха, вытесненного разновесками,
уравновешивающими воду. Отсюда для
кусочков исследуемого тела
Аналогично для воды: (5.7)
Деля почленно равенство (5.6) на (5.7), получим
откуда
(5.8)
Выражение (5.8) позволяет определить методом пикнометра плотность твердого тела.
Задание:
1. Продумать ход и наметить план эксперимента (объект исследования задается преподавателем).
2. Подготовить форму отчета.
5. Оформить отчет.
В промышленности и сельском хозяйстве есть необходимость знать плотность используемых веществ, например, массу и объем бетона по его плотности рассчитывают бетонщики при заливке фундамента, колонн, стен, мостовых опор, откосов, плотин и т. д. Плотность вещества - это физическая величина, характеризующая массу тела, отнесенную к его объему.
При этом предполагается, что тело является сплошным, без пустот и примеси другого вещества. Данная величина для различных веществ отражена в справочных таблицах. Но интересно знать, каким образом заполняются такого рода таблицы, как определяют плотность неизвестных веществ. Самые простые способы определения плотности веществ:
Для жидкостей с помощью ареометра;
Для жидкостей и твердых тел путем измерения объема и массы и вычисления по формуле.
Иногда по причине неправильной формы тел или их больших размеров бывает трудно или даже невозможно определить их объем с помощью линейки или мензурки. Тогда возникает вопрос, каким способом определить их плотность, не прибегая к измерению объема, или нет возможности определить массу вещества?
Цель работы: Решение экспериментальных задач по определению плотности различных веществ.
Задачи: 1) Изучить различные методы определения плотности вещества, описанные в литературе
2) Измерить плотность некоторых веществ методами, предложенными в литературе и оценить границы погрешностей каждого метода
3) Определить плотность неизвестного вещества на основе выявленных способов.
4)Представить в виде таблиц плотность растворов соли, сахара и
4 медного купороса различной концентрации.
Материалы и методика исследований: Исследования проводились с распространенными веществами: 10%-ый раствор соли, 10%-ый раствор медного купороса, вода, алюминий, сталь и т. д. Для измерений использовались приборы 4-го класса точности: весы с разновесами, ареометр, сообщающиеся сосуды от жидкостного манометра, а также набор калориметрических тел. Опыты проводились при комнатной температуре (20-250С), в помещении школы, в кабинете физики.
5 11. 3. Определение плотности жидкости а) Метод взвешивания тела в воздухе и неизвестной жидкости
Цель: Определить плотность жидкости (раствора медного купороса). Плотность ρ0 воды равна 1000 кг/м.
Приборы: Динамометр, нить, сосуд с водой, сосуд с неизвестной жидкостью, тело из набора калориметрических тел.
Ход работы: С помощью динамометра определяем вес тела в воздухе (P1), в воде (P2) и в неизвестной жидкости (P3).
FA=ρgV - сила
Архимеда Архимедова сила, действующая на тело в воде, равна
FA=P1-P2, а в неизвестной жидкости:
Согласно закону Архимеда запишем
P1-P2=ρ0Vg, (1)
Решая систему уравнений (1) и (2), находим плотность неизвестной жидкости:
ρ=(P1-P3)/Vg, V=(P1-P2)/ρ0g, ρ=(P1-P3/P1-P2)ρ0.
ρ= (1H-0,6H/1H-0,7H)1000 кг/м3 = 400H кг/м3/0,3H=1333,(3) кг/м3 б) Метод сравнения с плотностью воды
Оборудование: Сообщающиеся сосуды из стеклянных трубок (со шкалой), резиновая трубка, мензурка, пипетка, колбы (или стеклянные банки) с различными жидкостями.
Ход работы: 1. На один конец сообщающихся сосудов надевают резиновую
6 трубку (предварительно зажав последнюю, чтобы через нее в сообщающиеся сосуды не вошел воздух).
2. Пипеткой наливают в сообщающиеся сосуды исследуемую жидкость (до определенного уровня).
3. Наливают (до некоторого уровня) дистиллированную воду в мензурку.
4. Свободный конец резиновой трубки погружают (до дна) в мензурку (рис. 1). При этом уровень жидкости в коленах сообщающихся сосудов изменится (пусть h1 - разность уровней в коленах)
5. Исследуемую жидкость из сообщающегося сосуда выливают и вместо нее наливают дистиллированную воду до прежнего уровня.
6. Вылив из мензурки воду, наливают в нее исследуемую жидкость до прежнего уровня.
7. Снова погружают свободный конец резиновой трубки в мензурку и опять находят разность уровней.
Поскольку высота уровня жидкости обратно пропорциональна ее плотности, можно записать: h1/h2 = ρx/ρв, или ρВ=h2ρВ/h1, где ρВ и ρX - соответственно плотности дистиллированной воды и исследуемой жидкости.
h1= 3,5 см h2= 5 см
ρX= 5 см / 3,5 см 1000кг/м3 = 1428 кг/м3
Таким образом, зная плотность жидкости, можно узнать, какую жидкость мы исследовали. В данном случае это медный купорос.
7 2. Определение плотности твердого тела а) Метод взвешивания образца в воздухе и воде
Оборудование: Весы с разновесом, стакан на 0,5 л, нитки и куски проволоки, исследуемые образцы (куски алюминия, олова, гранита, дерева, пластинка из плексигласа, корковая пробка).
Метод выполнения работы: Предлагаемый метод позволяет определить плотность любого вещества (имеющего плотность больше или меньше, чем у воды) с помощью взвешивания образца в воздухе и воде.
Пусть m1 - масса исследуемого тела. Тогда его вес в воздухе можно найти так:
Р =m1g, (1) где g - ускорение свободного падения. Погруженное в воду это тело имеет вес
Здесь FA- архимедова сила:
(V - объем вытесненной телом воды, ρВ - ее плотность).
Уравновесив весы, получаем:
P2=m2g, (4) где та - масса гирь, которые необходимо поместить на левую чашку, чтобы уравновесить весы. Из (1) - (4) получаем: m2=m1-ρвV (5)
Поскольку объем V равен объему погруженного в воду тела, то можно записать:
V=m1/ρx (6) где ρx - плотность вещества, из которого состоит исследуемое тело. Из (5) и (6) находим:
ρx=m1/(m1-m2)ρв (7)
Порядок выполнения работы:
/. Плотность исследуемых тел больше плотности воды.
1. Определяют массу m1 исследуемого тела.
2. Привязывают исследуемое тело ниткой к левой чашке весов и опускают в стакан с водой (до полного погружения).
3. На эту же чашку помещают гири массой m2 необходимые для уравновешивания весов.
4. По формуле (7) определяют плотность ρx исследуемого тела. Результаты измерений заносят в таблицу 1.
Таблица 1
Вещество m1, 10-3 m2, 10-3 ρx, 103 ρy, 103 ε, %
кг кг кг м-3 кг м-3
Алюминий 21,85 13,65 2,664 2,698 1,2
Олово 62,4 53,85 7,2982 7,298 0,003
Гранит 17,35 10,75 2,628 2. 5-3 5
Плексиглас 3,75 0,75 1,23 1,18 4,2
ΙΙ. Плотность исследуемых тел меньше плотности воды.
1. Измерить массу m1 исследуемого тела.
2. Тело жестко крепят к левой чашке весов с помощью трех кусков медной проволоки (диаметром 0,5 - 0,7 мм; два куска длиной 10 - 15 см, один -30 - 35 см). Для этого их концы скручивают в жгут, в котором укрепляют стальную иглу (или кусочек жесткой заостренной проволоки), а верхние концы коротких проволок крепят к выступам чашки весов (рис. 2).
Уравновешивают весы. Затем накалывают исследуемое тело на иглу.
3. Тело полностью погружают в воду, а на левую чашку весов добавляют гири массой m2 и добиваются равновесия весов. По формуле
ρx=m1/(m1+m2)ρx находят плотность исследуемого тела. Результаты измерений заносят в таблицу 2.
Таблица 2
вещество m3,10-3 m2,10-3кг pх,103 кгм-3 ρy, табл. ε,%
Пробка Дерево 3,7 22,5 0,14 0,2 30
20 25 0,44 0,45 2,2 б) Метод, основанный на условиях плавания тел.
Оборудование: кусок пластилина, сосуд цилиндрической формы с водой
(ρ = 1 г/см3), линейка.
Ход работы: 1. Погружаем в сосуд с водой кусок пластилина и измеряем линейкой изменения уровня h1 жидкости в сосуде.
2. изготавливаем из пластилина «кораблик» и пускаем его плавать в сосуде с водой. Вновь измеряем изменение уровня h2 жидкости.
3. Находим плотность пластилина по формуле:
ρпласт =mпласт/Vпласт = ρSh2 / Sh1 = ρВh2/h1
ρпласт = ρВh2/h1 h1 = 2мм h2 = 4мм
ρпласт =1000 кг/м3 4мм / 2мм = 2000 кг/м3
Определение плотности неизвестного вещества
Цель: Определить плотность неизвестного вещества Х в твердом состоянии. Вещество Х не растворяется в воде и не вступает с ней в химические реакции.
Оборудование: Стеклянный стакан с водой, пробирка, линейка измерительная, неизвестное вещество Х в виде небольших кусков.
Ход работы: Сначала в пробирку поместим только неизвестное вещество Х и отметим глубину Н погружения пробирки. Затем удалим из пробирки вещество Х и нальем столько воды, чтобы глубина погружения Н во втором опыте была точно такой же, как в первом опыте. В этом случае масса воды mв в пробирке во втором опыте равна массе mх неизвестного вещества в первом опыте: mв= mX
Плотность ρX вещества Х можно вычислить, используя равенство ρX=mX/VX = mВ/VX для уменьшения возможных ошибок измерений при определении глубины Н погружения пробирки воспользуемся, следующим приемом.
Нальем в стакан столько воды, чтобы уровень ее был примерно на 1 см ниже края. Нагружая пробирку неизвестным веществом Х малыми порциями, добьемся такой глубины ее погружения, при котором верхний край пробирки находился на уровне верхнего края сосуда. Это положение пробирки можно определить с большой точностью с помощью линейки, положенной сверху стакана.
Заменив затем неизвестное вещество водой, добьемся точно такой же глубины погружения пробирки, постепенно доливая в нее воду.
Измерим высоту h1 уровня воды в пробирке. Объем воды в пробирке равен
VВ= Sh1, где S - площадь внутреннего поперечного сечения пробирки. Опустим использованное ранее в опыте неизвестное вещество в пробирку с водой и измерим высоту уровня h2 воды в ней. Объем вещества Vх выразим через площадь S внутреннего поперечного сечения пробирки и изменение высоты уровня воды h2 - h1 в пробирке при опускании вещества в воду:
Плотность вещества ρX равна
ρX = mX/VX = mВ/VX = ρВVВ/VX=ρВSh1/(S(h2-h1)),
ρX = ρВh1/(h2-h1).
h1 =3. 3 см h2= 3,8 см
ρX = 1000кг/м3
ρX =1000кг/м3 3,3 см/(3,8 см-3,3 см) = 3,3 см
1000 кг/м3 / 0,5 см = 6,6 см 1000 кг /м3 = 6600 кг/м3
Сравнивая с табличными данными наш результат, можно предположить, что неизвестное вещество - цинк.
Определение плотности жидкостей разной концентрации
Цель: Определить плотности растворов соли, сахара и медного купороса разной концентрации. На основе полученных данных составить таблицы. Оборудование: Весы с разновесами, пробирка (250 мл), алюминиевый стаканчик.
Вещества: Сахар, соль, медный купорос. Ход работы: а) Соляной раствор
Для того чтобы получить раствор с разной концентрацией, нужно добавлять по одной чайной ложке (5,6г) соли в воду. После каждой ложки нужно измерить вес и объем получившегося раствора, учитывая, что m стакана= 44,75г.
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение лицей№4 города Данкова Липецкой области.
Секция естественных наук.
Исследовательский проект по физике на тему:
Определение плотности твёрдых тел различными способами.
Выполнили: ученицы 7г класса
Кожемякина Юлия
Костюхина Валерия.
Научный руководитель:
Анохина Нина Алексеевна,
учитель физики.
Данков 2012.
2.Введение. стр.3
1) Агрегатные состояния вещества. стр.3
2) Строение твёрдых тел. стр.3
3) Анализ литературы. стр.3
4) Цель, объект, предмет, гипотеза, задачи, методы исследования проекта. стр.3
3.Основная часть. стр.4
1) Плотность вещества. стр.4
2) Формула расчёта плотности тела. стр.4
3) Определение плотности хозяйственного мыла. стр.4
4) Определение плотности апельсина. стр.5
5) Определение плотности камня. стр.5
6) Определение плотности пробки. стр.6
7) Определение плотности яблока. стр.6
8) Определение объёма тела человека по геометрической формуле. стр.6
9) Тайна золотой короны. стр.7
10) Определение объёма тела человека методом Архимеда. стр.8
11) Расчёт средней плотности тела человека. стр.8
12)Анализ полученных результатов. стр.8 4. Заключение. стр.9 5.Список используемой литературы. стр.10
6. Приложение 1 (Презентация).
Введение.
На Земле нас окружают великое множество различных тел. Все они состоят из вещества. В зависимости от условий одно и то же вещество может находиться в различных состояниях: твёрдом, жидком или газообразном. Мы знаем, что молекулы одного и того же вещества в твёрдом, жидком и газообразном состоянии ничем не отличаются друг от друга. То или иное агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул. Большинство окружающих нас предметов состоят из твёрдых веществ. Если рассматривать одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях, то плотность его будет разной!
Плотность вещества зависит от массы атомов, из которых оно состоит, и от плотности упаковки атомов и молекул в веществе. Чем больше масса атомов, тем больше плотность. В твёрдых телах атомы прочно связаны друг с другом и очень плотно упакованы. Поэтому вещество, находящееся в твердом состоянии имеет наибольшую плотность. Твёрдые тела имеют свою форму и объём. Их можно разделить на две группы: на тела, имеющие правильную и неправильную геометрическую форму.
Нам захотелось узнать: как можно определить плотность твёрдых тел.
Познакомившись с научными статьями Тихомировой С.А., Перельмана Я.И., Хуторского А.В., Маслова И.С., и др., мы нашли некоторые ответы на наши вопросы.
Исходя из вышеизложенного, мы сформулировали цель проекта: исследовать зависимость массы тела от рода вещества и его объёма; выяснить физический смысл плотности.
Объектом нашего исследования являются твёрдые тела.
Предмет : постановка опытов по физике с использованием различных твёрдых тел.
Гипотеза : тело человека на 75% состоит из воды, т. к. их плотности мало отличаются друг от друга.
В соответствии с целью, объектом, предметом нами определены задачи проекта : 1. Проанализировать научную литературу по теме проекта.
2. Определить плотность твёрдых тел, имеющих правильную и неправильную геометрическую форму.
3. Определить плотность тела человека.
4. Разработать и воспроизвести физические опыты с твёрдыми телами.
В работе над проектом применялись следующие методы исследования :
1. Изучение литературы.
2.Зксперимент.
3. Анализ.
4. Сравнение.
Основная часть.
Измерить все, что поддается измерению,
а что не поддаётся - сделать измеряемым.
Г. Галилей.
На уроках физики мы познакомились с физической величиной «плотность вещества». Плотность, по определению, - физическая величина, численно равная отношению массы тела к его объёму. Соответственно для её вычисления требуется измерить объём и массу тела. Плотность вещества зависит от массы атомов, из которых оно состоит, и от плотности упаковки атомов и молекул в веществе. Чем больше масса атомов, тем больше плотность. Плотность веществ обычно уменьшается с ростом температуры (из-за теплового расширения тел) и увеличивается с повышением давления. При переходе из одного агрегатного состояния в другое плотность тел изменяется. Единицей плотности в Международной системе единиц служит кг/м3. На практике применяют также следующие единицы: г/см3, г/л...
Плотность вещества равна отношению массы тела к объему этого тела.(Прил. 1. Слайд 3)
ρ=m /v
ρ - плотность, кг/м 3
m - масса тела, кг
V - объём тела, м 3
как видим, для определения плотности любого тела необходимо знать массу вещества (она определяется с помощью весов), и объем тела.
Если тело правильной геометрической формы, то его объем можно определить по математическим формулам.
Определение плотности куска хозяйственного мыла. (Прил.1 Слайд 4,5)
Необходимое оборудование : линейка, весы.
Кусок мыла имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Объём прямоугольного параллелепипеда равен произведению площади основания на высоту. Линейкой измерили длину, ширину и высоту куска мыла: а=8,5см, в=5,7см, с=3см. По этим данным вычислили объём тела. V =авс. V = 8,5*5,7*3=145,35см3=0,000145м3. Массу мыла нашли с помощью весов.m =174гр=0,174 кг. По этим данным получили, что плотность мыла равна 1200 кг/м 3 .
Определение плотности апельсина. (прил.1 Слайд 6,7)
Необходимое оборудование : линейка, весы.
Мы взяли апельсин, имеющий форму шара. Его объём нашли по математической формуле:
,
где R -радиус апельсина. Для определения радиуса апельсина, мы его разрезали пополам и линейкой измерили расстояние от центра до кожуры.
R =3,2 см=0,032м. V =0,000137м3.
Массу апельсина определили на весах, m =150г=0,15кг. По нашим расчётам плотность апельсина равна 1095 кг/м 3
Если апельсин опустить в воду, то он будет тонуть т.к. его плотность больше плотности воды.
Определение плотности твердых тел неправильной формы.
Объем твердых тел неправильной формы не может быть подсчитан произведением данных, полученных при измерении таких параметров, как длина, ширина и т. д. Вместо этого может быть применен другой прием определения величины объёма, например вытеснение. Примерами твердых тел неправильной формы могут служить яблоко, камень, пробка, тело человека…
3. Определение плотности камня. (Прил. 1 Слайд 8)
Необходимое оборудование : линейка, весы, измерительный цилиндр (мензурка) с водой.
Измерительный цилиндр, размеры которого достаточны для помещения в него камня, наполнили частично водой. Отметили объем V1 воды в измерительном цилиндре. V1=180см3. Определили массу камня m при помощи весов. Затем привязали к камню нитку и осторожно опустили его в воду, чтобы он полностью погрузился в нее. Уровень воды поднялся и объем стал V2=194см3. Этот объем является суммарным объемом воды и камня. Следовательно, объем V камня определяется из формулы V = V2 - V1. 
V= 14см3=0,000014м3.
Объем используемой воды не изменился, но камень занял часть объема, который был заполнен водой, и поэтому уровень воды поднялся.
Массу камня определили на весах m =36,5г=0,0363кг.
Плотность подсчитали по формуле:
ρ=m /v ρ=2593 кг/м 3
Этот метод работает лишь для твердых тел, которые не растворяются в воде. Если в воду помещено растворимое твердое тело, то уровень воды может вообще не подняться. Молекулы этого твердого тела распределятся равномерно по объему и внедрятся в «пространство» между молекулами воды.
4.Определение плотности пробки. (Прил.1 Слайд 9,10) Для того чтобы определить объем V твердого тела, плавающего в воде, например пробки, мы к нему прикрепили грузило, которое обеспечивает полное погружение пробки. В мензурку налили воды. Затем прикрепили нить к грузилу и аккуратно опустили его в воду до полного погружения. Объем воды в измерительном цилиндре увеличился до V2 . Затем пробку отвязали и тем же методом определили объём V1 грузила. Объем V пробки нашли по формуле V = V2- V1, V=20см3=0,00002м3. Массу m пробки определили при помощи весов, m=4,9г= 0,0049кг. Таким образом, плотность пробки равна 245 кг/м 3
5. Определение плотности яблока .(Прил.1 Слайд 11,12,13)
Массу яблока определили на весах, она равна 120г или 0,12кг.
Объём тела с помощью мензурки определить нельзя, т. к. яблоко имеет размеры больше размеров мензурки. Для того чтобы определить объем твердого тела мы использовали отливной стакан. В воде яблоко плавает, поэтому мы подобрали такой отливной стакан, в который яблоко вошло с помощью небольших наших усилий.
Наполнили отливной стакан водой и дали ей вытечь так, чтобы уровень воды в сосуде находился точно на уровне стока. Поместили в стакан яблоко. Объем V1 яблока заставляет вытечь равный ему объем воды в сосуд. Объём вытесненной воды определили с помощью мензурки. Объем V1 воды в измерительном цилиндре равен объему яблока. V1= 150см3 или 0,00015м3 Массу m яблока нашли при помощи весов. m =120г или 0,12 кг. Таким образом, плотность яблока равна 800 кг/м 3
6. Определение плотности тела человека. Массу человека можно определить с помощью напольных весов.
Для определения объема тела человека мензурка не подходит, и мы рассмотрели несколько вариантов решения данной проблемы:
Первый вариант определения объёма тела человека (Прил.1 Слайд 14):
Можно смоделировать тело человека из геометрических фигур: голова – шар, руки, ноги -усеченные конусы, туловище – прямоугольный параллелепипед
и общий объем будет равен объемам
V = V гол + V тул +2 V рук +2 V ног
этот путь очень сложный и требует знания формул объема различных геометрических фигур и сложных математических расчетов.
Второй вариант определения объёма тела (Прил.1 Слайд 15) :
На уроках физики мы изучали силу Архимеда. Учитель при объяснении нового материала рассказал легенду о тайне золотой короны. Мы решили объёмы наших тел измерить таким образом.
Тайна золотой короны . Около 2200 лет назад жил в Греции учёный, математик, философ по имени Архимед. Находился он при дворе царя Гиерона II. У царя была корона, которую он, когда требовалось для внушительности, возлагал на свою голову, появляясь перед подданными.
Однако, так уж устроены цари, ему не давала покоя мысль, что корона сделана не из чистого золота, а, значит, он, всемогущий повелитель, обманут золотых дел мастером и носит на голове подделку. Можно предполагать, что такой беспокойный царь, как Гиерон, сообразил взвесить золото перед тем, как отдавать его мастеру. Тогда нужно было лишь проверить массу готовой короны, чтобы узнать, не украл ли ювелир часть золота, Наверно, Гиерон так и сделал и обнаружил, что её масса точно совпадает с первоначальной массой золота.
Но Гиерон был догадливый, хотя и очень подозрительный человек. Можно представить себе как он рассуждал, следуя за возможными мыслями золотых дел мастера: «Я могу обмануть царя, присвоив небольшой кусочек золота, заменив его равной массой серебра, менее дорогого металла, и сплавив его с золотом. Сделаю всё так, чтобы масса короны была бы равна доверенной мне массе золота. А если золота украсть немного, то и вид короны не будет отличаться от золотой».
Такая возможность тревожила царя, поэтому он вызвал своего придворного учёного Архимеда и поручил ему провести следствие и выяснить, не было ли совершено описанным способом кражи.
Однажды Архимед размышлял над царским заданием, сидя в ванне. И вдруг, как утверждает легенда, решение задачи неожиданно пришло ему в голову. Говорят, он был так взволнован, что выскочил из ванны и пустился бежать по улицам своего родного города Сиракузы, крича «Эврика! Эврика!», что означает «Нашёл! Нашёл!».
А нашёл учёный не только способ выполнить задание царя, но и соотношение между силой, выталкивающей погруженный в жидкость предмет, и объёмом вытесненной им жидкости.
Архимед открыл и сформулировал в своём законе, что выталкивающая сила равна по величине силе тяжести, действующей на воду, вытесненную телом.
Закон Архимеда гласит: на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная по модулю весу жидкости, которую вытесняет данное тело.
По этому методу мы 2/3 ванны наполнили водой и сделали отметку. При полном погружении человека в ванну уровень воды поднимается. Сделали вторую отметку. Воспользовавшись литровой банкой, и по разности уровней воды до погружения в ванну и после, определили объём тела.
Для определения плотности тела человека надо знать массу, которую определили с помощью напольных весов.
Результаты эксперимента (Прил.1 Слайд 16):
Имя испытуемого
Масса, кг
Объем
Плотность. кг/м 3
45 0.045
53 0.053
Среднее значение плотности тела человека - 1044кг/м 3 .
Вывод : Мы экспериментально получили среднее значение плотности тела человека, оно оказалось приблизительно равным плотности воды. Поэтому человек может плавать. В морской воде плавать легче, чем в пресной, поскольку плотность чистой воды – 1000 кг/м 3 , а плотность морской воды- 1030кг/м 3 .
Недаром говорят, что человек состоит на 75 % из воды!
Заключение.
Что значит измерить физическую величину правильно? На этот вопрос ответить непросто. В данной работе рассматриваются различные методы для определения плотности тела неправильной формы и проводится анализ полученных результатов. Теоретическая оценка предлагаемого результата подкрепляется практически. Рассмотренные методы можно использовать на практике при определении плотности тела, имеющего неправильную форму.
Работая над проектом, мы узнали для себя много нового и интересного о плотности различных веществ:
Для измерения плотности жидких и сыпучих веществ существуют приборы, которые называются ареометры, с помощью них измеряют
плотности электролита в кислотных и щелочных аккумуляторах.
плотности цельного и обезжиренного молока, нефти и нефтепродуктов
плотности растворов солей и кислот, растворов цемента и бетона и др.
Обычно твердые тела тонут в своих расплавах
например, кусок сливочного масла утонет в топленом масле, железный гвоздь утонет в расплавленном железе.
Но нет правил без исключения: образующийся зимой лед не тонет, а плавает по поверхности воды, так как плотность льда меньше плотности воды. Иначе все водоёмы зимой наполнялись бы льдом и в них не могли бы существовать живые организмы.
В Италии вблизи Неаполя есть знаменитая «собачья пещера». В её нижней части непрерывно выделяется углекислый газ, плотность которого больше плотности воздуха в 1,5 раза. Газ стелется понизу и медленно выходит из пещеры. Человек беспрепятственно может войти в пещеру, для собаки такая прогулка кончается печально.
4.Земная кора состоит из слоёв, различающихся по плотности. Средние значения плотности земной коры и Земли в целом составляют соответственно 2700кг/м 3 и 5520 кг/м 3
Список литературы:
1.Перышкин А.В. «Физика 7 класс» Издательство «Дрофа» 2010г.
2.Хуторской А.В. , Хуторская Л.Н, Маслов И.С. «Как стать ученым». Москва «Глобус». 3.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики.Т.1. – М.; АОЗТ «Шрайк », 1995.
4.Физика-7. Под редакцией А.А.Пинского, В.Г.Разумовского,1993.
5. Перельман Я.И. Занимательная физика. Москва. 2005.
6. Кабардин О.Ф. Справочные материалы по физике. М. 2007.
7. Ресурсы интернета.
Продуктом нашей работы является презентация, которая может быть использована учителем физики при изучении темы «плотность вещества». (Приложение 1.)
Определение плотности твер-дых тел неправильной формы
Отмеченная выше характеристика твердых тел говорит о том, что их объем не может быть подсчитан произведением данных, полу-ченных при измерении таких параметров, как длина, ширина и т. д. Вместо этого может быть применен другой прием определения величины V, например вытеснение. Примера-ми твердых тел неправильной формы могут служить камень, который имеет плотность выше, чем вода, и пробка, которая менее плот-на, чем вода.
Определение
плотности
камня
.
Измери-тельный цилиндр, размеры которого доста-точны для помещения в него камня, напол-ните частично водой (рис. 2.5, а). Отметьте объем V воды в измерительном цилиндре и запишите его в см, а не в мл. Было бы разумно выбрать такое количество воды, что-бы ее исходный объем V 1 выражался в ка-честве целого числа, например 20 или 30 см 3 , чтобы потом легче было производить вычитание. Определите массу камня m при помощи весов. Затем привяжите к камню нитку и ос-торожно опустите его в воду, чтобы он пол-ностью погрузился в нее. (Как вы думаете, почему используется нитка, а не проволока?) Уровень воды поднимется и покажет объем V 2 , который вы считываете со шкалы измери-тельного цилиндра. Этот объем является сум-марным объемом воды и камня. Следователь-но, объем V камня определяется из форму-лы V = V 2 -
V 1 .
Примечание . Объем используемой воды не изменился, но камень занял часть объема, который был заполнен водой, и поэтому уро-вень воды поднялся.
Плотность у камня может быть подсчи-тана по формуле:
Этот метод работает лишь для твердых тел, которые не растворяются в воде. Если в воду помещено растворимое твердое тело, то уровень воды может вообще не поднять-ся. Молекулы этого твердого тела распре-делятся равномерно по объему и внедрятся в «пространство» между молекулами воды.
Пробка . Для того чтобы определить объем твердого тела, плавающего в воде, например пробки, к нему следует прикрепить грузило, которое обеспечивает полное погружение пробки. Наполните отливной сосуд водой и дайте ей вытечь так, чтобы уровень воды в сосуде находился точно на уровне стока (рис. 2.5, б). Поместите измерительный ци-линдр под стоком. Затем прикрепите нить к грузилу и аккуратно опустите его в воду до полного погружения. Объем V 1 грузила заста-вит вытечь равный ему объем воды в изме-рительный сосуд. Объем V 1 , воды в измери-тельном цилиндре равен объему грузила. За-тем определите массу m пробки при помощи весов. Свяжите вместе пробку и грузило и опустите эту пару твердых веществ в воду в сосуде. Вода снова перельется через сток в измерительный сосуд, на этот раз в коли-честве, равном объему пробки. Объем V 2 во-ды в измерительном цилиндре представляет собой объем пробки и грузила. Объем V пробки подсчитывается по формуле V = V 2 — V 1 . Таким образом, плотность проб-ки представляет собой.
