Методична розробка (7 клас НУШ) - лабораторна робота № 5 «Визначення густини речовини (твердих тіл, рідин)».
Мета: визначити густини різних твердих тіл і рідини.
Теоретичні відомості
1. Густина речовини – це фізична величина, яка характеризує стан речовини і показує, чому дорівнює маса одиниці об’єму цієї речовини.
У системі СІ одиницею маси є кілограм, а одиницею об’єму — метр кубічний, тому одиниця густини в СІ — кілограм на метр кубічний: [ρ] = кг/м3.
2. Щоб визначити густину тіла, необхідно виміряти його масу і об’єм та визначити відношення маси тіла до його об’єму, де ρ («ро») — густина речовини; m — маса тіла; V — об’єм тіла (об’єм, зайнятий речовиною).
3. У системі СІ одиницею маси є кілограм, а одиницею об’єму — метр кубічний, тому одиниця густини в СІ — кілограм на метр кубічний: [ρ] = кг/м3. Також використовуються г/см3 (кілограм на метр кубічний (кг/м3) і грам на сантиметр кубічний (г/см3) пов’язані співвідношенням: 1000 кг/м3 = 1 г/см3).
4. Густина речовини залежить і від температури і від агрегатного стану. Зі зростанням температури проміжки між молекулами збільшуються, об’єм збільшується, а це означає, що густина зменшується і навпаки.
5. Знаючи об’єм тіла та його густину, можна знайти масу тіла: m = ρ • V.
6. За відомими масою та густиною можна знайти об’єм тіла при необхідності за формулою: V = m/ρ.
Для визначення густини речовини якогось фізичного тіла в лабораторних умовах необхідно вимірювати масу тіла та його об’єм.
Якщо тіло має правильну геометричну форму, то для визначення його об’єму можна використовувати лінійку.
Якщо досліджуване тіло довільної форми, то його об’єм вимірюють за допомогою мензурки.
Масу тіла вимірюють на важільних або електронних терезах.
Знаючи масу тіла та його об’єм, можна визначити густину речовини за формулою:
де m – маса тіла;
V – об’єм тіла.
ρ Ρгустина речовини
Одиницею вимірювання густини речовини в системі СІ є кг/м3.
Густина тієї самої речовини ρу у різних агрегатних станах різна.
Обладнання: терези з важками; лінійка; штангенциркуль, досліджувані тверді тіла; мензурка, склянка з водою; склянка з олією, паперові серветки.
Підібрані для лабораторної роботи матеріали, вода в склянці, соняшникова олія в склянці і прилади показано на фото 1.
Фото 1
Експерименти
Суворо дотримуватись інструкції з техніки безпеки (див. форзац підручника).
1. Визначити густину тіла за № 1:
Під № 1 знаходиться дерев’яна дощечка розміром 7,5 см × 13 см × 1 см.
Об’єм дощечки становить V = a×b×c = 0,075 × 0,13 × 0,01 = 0,000075 м3.
Маса дощечки, виміряна на терезах становить 35 грам = 0,035 кг.
Розрахуємо величину густини для дерев’яної дощечки:
ρу = m/V = 0,035/0,000075 = 466,6 кг/м3
Згідно довідника для дерева м’ягкої породи (сосна, ялина) ρу = 400 - 500 кг/м3
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 466,6/450| × 100% = 3,6%.
2. Визначити густину тіла за № 2:
Під № 2 знаходиться в склянці вода.
Вимірювання показали, що об’єм води становить 50 мл, тобто 50 см3 і маса води становить 50 г.
Розрахуємо величину густини для води:
ρу = m/V = 0,05/0,00005 = 1000 кг/м3
Згідно довідника для чистої води ρу = 1000
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 1000/1000| × 100% = 0%.
3. Визначити густину тіла за № 3:
Під № 2 знаходиться в склянці соняшникова олія.
Вимірювання показали, що об’єм олії становить 50 мл, тобто 50 см3 і маса олії становить 46 г.
Розрахуємо величину густини для води:
ρу = m/V = 0,046/0,00005 = 920 кг/м3
Згідно довідника для олії ρу = 900
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 920/900| × 100% = 2,2%.
4. Визначити густину тіла за № 4:
Під № 4 знаходиться пластикова полістирольна втулка з масою 40 грам, розміром: висота втулки 4,8 см, зовнішній діаметр 4 см, внутрішній діаметр 2,5 см.
Об’єм пластикової втулки становить V = V1 –V2 = πR21 × h – πR22 × h = = 3,14 × 0,022 × 0,048 - 3,14 × 0,01252 × 0,048 = 0,0000367 м3.
Маса пластикової втулки, виміряна на терезах становить 40 грам = 0,04 кг.
Розрахуємо величину густини для пластикової втулки:
ρу = m/V = 0,04/0,0000367 = 1089,9 кг/м3
Згідно довідника для полістирола ρу = 1060
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 1089,9/1060| × 100% = 2,8%.
5. Визначити густину тіла за № 5:
Під № 5 знаходиться тверда гума.
Вимірювання показали, що об’єм гуми становить 0,000122 м3, а маса гуми становить 0,146 кг .
Розрахуємо величину густини для гуми:
ρу = m/V = 0,146/0,000122 = 1196,7 кг/м3
Згідно довідника для твердої гуми ρу = 1200
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 1196,7/1200| × 100% = 0,3%.
6. Визначити густину тіла за № 6:
Під № 2 знаходиться медаль срібна ("За досягнення у навчанні").
Вимірювання показали, що діаметр медалі становить 4 см, а товщина медалі становить 2,5 мм, маса медалі становить 26 грамю
Об’єм медалі становить V = πR2 × h = 3,14 × 0,022 × 0,0025 =0,0000031 м3.
Розрахуємо величину густини для медалі:
ρу = m/V = 0,026/0,0000031 = 8387 кг/м3
Згідно довідника ρу = 8500 – таку густину має латунь!
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 8387/8500| × 100% = 1,4%.
Таким чином виявили, що «срібна» медаль не з срібла ( ρу = 10500), а
з латуні.
В Інтернеті є підтвердження цьому: «Срібна медаль "За досягнення у навчанні" виготовляється з латуні Л-63 цього ж розміру і з цього ж металу методом карбування з наступним електрополіруванням».
7. Визначити густину тіла за № 7:
Під № 7 знаходиться алюмінієвий диск – вимірювання і підрахунок дали дані об’єму диску з двома отворами 0,000081 м3, маса алюмінієвого диску становить 0,218 кг.
Розрахуємо величину густини для алюмінію:
ρу = m/V = 0,218/0,000081 = 2691,36 кг/м3
Згідно довідника для алюмінію ρу = 2700 Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 2691,36/2700| × 100% = 0,3%.
8. Визначити густину тіла за № 8:
Під № 2 знаходиться стальна кулька.
Діаметр стальної кульки вимірюємо за допомогою штангенциркуля – він становити 16 мм, маса стальної кульки становить 16 г.
Розрахуємо об’єм стальної кульки: V = 4/3πR3 = 4/3 × 3,14 × 0,0083 = 0,000002 м3
Розрахуємо величину густини для сталі:
ρу = m/V = 0,016/0,000002 = 8000 кг/м3
Згідно довідника для сталі ρу = 7700-7900 кг/м3
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 8000/7900| × 100% = 1,26%.
9. Визначити густину тіла за № 9:
Під № 2 знаходиться частина крана з латуні.
Вимірювання показали, що об’єм частини крана становить 0,0000206 м3, і маса олії становить 0,176 кг.
Розрахуємо величину густини для металу крана:
ρу = m/V = 0,176/0,0000206 = 8543,7 кг/м3
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.× 100% = = |1 - 8543,7/8500| × 100% = 0,5%.
Згідно довідника для латуні ρу = 8500 кг/м3
Очевидно, що кран виготовлений з латуні
10. Визначити густину тіла за № 10:
Під № 10 знаходиться золота сережка.
Вимірювання показали, що об’єм сережки становить 0,00000026 м3, і маса сережки становить 5 г = 0,005 кг.
Розрахуємо величину густини для металу сережки:
ρу = m/V = 0,005/0,00000026 = 19230 кг/м3
Згідно довідника - для золота ρу = 19310 кг/м3
Визначимо відносну похибку:
Ԑ = |1 - ρ розрах. / ρ табл.| × 100% = = |1 - 920/900| × 100% = 2,2%.
Очевидно, що сережка дійсно зроблена з золота.
Висновок:
Найбільша відносна похибка 3,6% в першому експерименті – пояснити це можливо тим, що ρ табл. взято середнє 450 кг/м3, а ρ табл. = 400 – 500 кг/м3.
При виконанні дослідів учні мають провести чотири, або п’ять експериментів – обов’язково треба провести дослід з визначенням густини води і олії, а також інших твердих тіл.
Найбільша відносна похибка не повинна перевищувати 4%.
