Как определить плотность тела неправильной геометрической формы. Определение плотности тела неправильной формы

Разработка интегрированного урока по физике в 7 классе на тему: «Определение плотности тела неправильной формы».

Учитель: Шамукаев Салай Милаевич.

Цели:

Обучающая.

Познакомить обучающихся с определением плотности тела неправильной формы, с определением степени содержания крахмала в картофеле, с историей появления картофеля в России, с произрастанием картофеля в Башкирии.

Развивающая.

Формирование умения высказывать умозаключения; вырабатывать умение воспроизводить полученные знания по плану; работать с табличным материалом; развитие логического мышления, памяти, внимания.

Воспитательные.

Способствовать воспитанию гуманности, дисциплинированности, трудолюбия; познавательного интереса к новым знаниям.

Оборудование: мензурка, колба с водой, нитки, весы лабораторные с набором гирек, раствор йода, пипетка.

Ход урока.

Организационная часть.

Актуализация знаний: фронтальный опрос.

Как определить цену деления мензурки?

Как определить объем тела правильной геометрической формы?

Как определить массу тела?

Как определить плотность тела?

Каким образом можно определить объем тела неправильной формы?

Сообщения из истории.

1 ученик: Выращивать картофель, все равно, что собирать три колоса там, где рос один. Путь, который проделал картофель, был труден и долог.

«Было с ней чудес немало,

К нам пока она попала.

Путь был долог и далек -

С Запада на Восток».

2 ученик: Это было очень давно, более 400 лет назад. Далеко в противоположной части света протянулась вдоль Тихого океана эта древняя гористая страна, где предки американских индейцев нашли клубни дикого картофеля и стали сажать его у своих жилищ.

3 ученик : Картофель начал свое путешествие в Испанию, затем в Италию, Англию. В Индию, Иран и другие страны картофель попал из Европы в 18 веке, а в Китай еще раньше - в начале 17 века. В конце 17 века это растение было завезено в Россию. Петр I , находясь в это время в Голландии, послал Б. Шереметьеву мешок картофеля. В 1736 году картофель уже значился в каталоге растений Петербургского аптекарского сада.

4 ученик : В первое время крестьяне считали грехом употреблять картофель в пищу. Они шли на каторгу, а картофель разводить отказывались. В 1842 году в Пермской губернии разразился «картофельный бунт». Он возник после того, как царь Николай I приказал крестьянам ряда губерний в обязательном порядке сажать картофель. Подлинное вторжение картофеля произошло только после Октябрьской революции.

5 ученик : Труден был путь картофеля по странам Европы. Но в конце концов эта культура завоевала всеобщее признание. Было признано, что «земляные яблоки» очень хорошо утоляют голод. Крылатая фраза «картофель - второй хлеб» стала истиной.

IV . Лабораторная работа по теме «Определение плотности картофеля и степени содержания крахмала в нем».

Учитель: Ребята, вы прослушали очень интересные сообщения. А сейчас мы с вами проделаем лабораторную работу. Разделимся на команды. Каждая команда выбирает себе капитана, который после окончания вашей работы должен сделать отчет. Раздаю памятки о работе.

Определить объем картофеля с помощью мензурки.

Определить массу картофеля с помощью весов.

Определить плотность картофеля в г/см 3 .

Определить степень содержания крахмала в картофеле и ее зависимость от плотности (для этого нужно капнуть каплю йода на картофель и по интенсивности изменения цвета йода судить о наличии крахмала).

Заполнить таблицу:

Учитель: Вы проделали работу. Мы заслушали капитанов команд. Сделали выводы. А сейчас давайте посмотрим передачу.

V .Сценка.

Участвуют: Ведущий, Картофель, Эколог.

Ведущий : Здравствуйте! В эфире передача «Наш сад». И с вами я - ведущий программы. Сегодня к нам в гости заглянули Картофель и его защитник Эколог. Зададим им несколько вопросов. Картофель, а как вы появились в Башкортостане?

Картофель : В Башкортостане я расту уже давно. Сюда меня перевезли русские переселенцы в середине 19 века. Здесь меня называют вторым хлебом и любят все - башкиры, русские, татары, чуваши и другие народы, населяющие этот многонациональный край.

Ведущий : Но Вы, уважаемый Картофель, относитесь к экологически неблагополучным культурам. И почвы истощаете, и болеете многими болезнями, от которых лечат пестицидами. А в последнее десятилетие к Вам из Америки приехал наш «старый друг» - колорадский жук, который так размножается, что если не использовать химические препараты, оставляет нас без урожая.

Уважаемый Эколог, можете ли помочь Картофелю стать экологически чистым?

Эколог : Мы уже помогаем. Селекционеры вывели сорта Картофеля, которые не болеют ни грибковыми, ни вирусными болезнями. А что касается колорадского жука, то мы ищем врага этого вредителя, который может контролировать его численность.

Ведущий : Но пока, как я знаю, не нашли. Так как же быть Картофелю?

Эколог : Если колорадский жук съедает небольшую часть зеленой массы картофеля (не более 20-30%), то урожай клубней не снижается). Дело в том, что на «ажурной кроне» растения все листья хорошо освещаются и поэтому активно фотосинтезируют. Кроме того уже сейчас выведены сорта картофеля с невкусными листьями. Колорадский жук их очень плохо ест.

Ведущий : А как быть с плодородием почвы? Ведь под картофелем почва быстро истощается.

Картофель : Эколог прав. Если после меня на этом поле посеять клевер и тимофеевку на два-три года, то они полностью восстановят и структуру почвы и ее плодородие.

Ведущий : Я рад за нашего друга, за Картофель, который перешагнул с другими культурами в новое тысячелетие.

VI . Доклад учителя технологии и трудового обучения по теме: «Картофель и его применение: блюда, лечение, косметика».

Учитель: А сейчас давайте послушаем учителя технологии и трудового обучения Дудареву Марину Александровну. Она расскажет нам много интересного о применении картофеля в кулинарии, в медицине, в косметике.

Заслушивается доклад (Приложение1).

VII . Итог урока.

Учитель: Вот и закончился наш урок. Я надеюсь, что вы почерпнули для себя много интересного и полезного. Эти знания помогут вам в дальнейшей вашей жизни.

Запишите домашнее задание: п.21 повторить, упр.№7(4,5) выполнить письменно.

Спасибо всем за урок.

Приложение1.

Тема: Картофель и его применение: блюда, лечение, косметика.

Здоровье - это та вершина, которой каждый должен достичь сам.

Картофель - одно из самых уникальных и многоликих растений на Земле. Ботаники насчитывают от нескольких десятков до сотен его видов и разновидностей. Картофель как представитель семейства пасленовых состоит в родстве с томатом, овощным перцем, баклажаном. Его не зря в России называют «вторым хлебом», поскольку его удельный вес в рационе питания здесь значителен.

Родиной картофеля считают Южную и Централь-ную Америку. Здесь в далеком прошлом местные индейские племена чибча и араукана научились культивировать дикий картофель и употреблять его пищу.

Из Южной Америки в Европу (Испанию) карто-фель завезли во второй половине XVI в., а из Испа-нии он попал в Италию, Бельгию, Англию, Францию, Германию, Голландию и другие страны.

Точных данных о времени появления картофеля в России не имеется. Существует лишь версия о том, что произошло это в конце XVII в. Петр I во время своего путешествия по Голландии прислал мешок картофеля графу Шереметьеву с приказом позабо-титься о его распространении. Но приказ о разведении какого-то неизвестного овоща не встретил сочувствия, и картофель распространился лишь среди ограниченного круга лиц, преимущественно богатого сословия и иностранцев. За пределами Петербурга он еще долгое время оставался неизвестным, а в Западной Европе в это время (начало восемнадцатого века) картофель уже возделывали. Но имеются сведения, что в 1740 г. картофель выращивали под Петербургом, и его в небольшом количестве подавали на придвор-ных банкетах...

Долгое время картофель в Европейских странах высаживали главным образом в ботанических садах и на аптекарских огородах. Прошло более 100 лет, прежде чем он из ботанических садов попал на огороды крестьян. При Екатерине Второй правительство, убедившись, что наши климатические условия благоприятствуют разведению картофеля, приняло меры к его повсеместному распространению. Со временем, картофель перестал быть чем-то незнакомым, получил широкое распространение и применение в России.

Питательная ценность картофеля была признана не сразу. Многие относились к новому продукту крайне недоверчиво. Одни проклинали «чер-товы яблоки», а некоторые медики утверждали, что клубни картофеля ядовиты и вызывают заболе-вания.

Переход картофеля из огородной культуры в полевую осуществлялся постепенно, по мере возрастаю-щего спроса на продукцию.

Теперь взглянем на химический состав картофеля. Он включает в себя 75% воды, с выше 19% сахара, 0,2% жиров, витамины А, В,С, различные белковые вещества. Витамины и белки содержатся в большем количестве также в картофельной кожуре. В клубнях картофеля содержится 20- 25% сухого вещества, 15- 20% крахмала, около 2% белка и 0,1-0,3% жира. Установлено, что 250-300г. вареного картофеля достаточно, чтобы удовлетворить 50% суточной потребности человека в витамине С.

Картофель - универсальный овощ, который можно варить в воде или на пару, жарить на сковороде, в духовке или во фритюре, запекать, варить и потом жарить, а также использовать в пирогах, блинах, запеканках, подливах и супах.

Готовить картофель очищенным или в кожуре, зависит от вида картофеля, метода приготовления и ваших личных предпочтений. Однако следует иметь в виду, что в кожице картофеля содержится много полезных веществ, поэму ее лучше по возможности оставлять. Важно полностью удалять перед тепловой обработкой зеленую часть клубня.

Молодой мелкий картофель хорош паровым или отварным в качестве гарнира или в салатах. Зрелый белый продолговатый картофель используют для запекания, приготовления пюре или картофеля-фри. Круглый красный картофель прекрасно подходит для варки и для пюре. Круглые белые картофелины хороши отварными или зажаренными в духовке. Картофель с желтой мякотью обладает прекрасным вкусом, если приготовить его на пару или зажарить в духовке. Вкус картофеля усиливают многие пряности (укроп, базилик, лук, чеснок, кинза, фенхель, душица, петрушка, розмарин, эстрагон, шалфей, тимьян), а также жиры (сливочное и растительное масло, сметана, сливки и молоко). Идеально сочетается картофель по вкусу с блюдами из мяса, птицы, дичи, рыбы, овощей. Жареный в духовке картофель является неотъемлемой частью традиционного воскресного жаркого, а также рождественской и пасхальной трапезы во многих странах. К сожалению, очень популярны и "вредные" продукты, приготовленные из того же полезного картофеля - картофельные чипсы и картошка-фри.

С помощью картошки можно избавиться от множества болезней. Особо следует отметить целебные свойства свежего картофельного сока, который обладает противовоспалительным, спазмолитическим, ранозаживляющим, мочегонным и общеукрепляющим свойствами. Его применяют при лечении гастритов с повышенной кислотностью, язвенной болезни. Картофельный сок тормозит секрецию желудочных желез, оказывает болеутоляющее действие и способствует рубцеванию язв. Для приготовления сока берут молодой картофель, моют, натирают на терке или пропускают через мясорубку, затем из полученной мезги через марлю выдавливают сок. Необходимо каждое утро натощак выпивать за 20 мин до еды по 100-150 мл свежевыжатого картофельного сока и в большинстве случаев очень скоро о боли в желудке можно будет забыть. Клетчатка картофеля не раздражает слизистую желудка и кишечника, вареный картофель можно есть даже в период обострения гастрита и язвы. Настой цветов картофеля понижает кровяное давление и активизирует дыхание. Им лечат доброкачественные опухоли - мастопатию, миому. Цветы картофеля используются и при раковых опухолях.
Цветы картофеля, настоянные на водке, - отличное средство от радикулита. Свежие или высушенные цветки картофеля хорошо лечат заболевания горла. Возьмите 2-3 цветка картофеля и заварите одним стаканом кипятка. Дайте настояться 10-15 минут, а затем полощите горло теплым настоем как можно чаще. За два-три дня с помощью таких полосканий можно вылечить ангину.
Никотиновая кислота (витамин PP), содержащаяся в картошке, поможет свести мозоли. Для этого к больному месту необходимо прикладывать картофельную кашицу.
Картофельный крахмал снижает содержание холестерина в печени и сыворотке крови, то есть обладает антисклеротическими свойствами.
Свечи из сырого картофеля помогают при геморрое. Народная медицина предлагает во время головных болей прикладывать ко лбу дольки разрезанного картофеля или пить картофельный сок.
Косметические маски из картофеля обладают удивительными свойствами. Они питают, смягчают даже самую грубую кожу, приводят в порядок слишком активные сальные железы и даже выполняют самый настоящий лифтинг - подтягивают кожу и разглаживают морщины.

Интересные факты.

В Бельгии существует музей картофеля. Среди его экспонатов — тысячи предметов, рассказывающих о истории картофеля — от почтовых марок с его изображением до знаменитых картин на ту же тему («Едоки картофеля» Ван Гога).

На некоторых тропических островах картофель использовали как эквивалент денег.

Картофелю посвящали стихи и баллады.

Картофель когда-то прославлял в своей музыке великий Иоганн Себастьян Бах

В современной Исландии популярна водка, сделанная из картофеля.

Cуществует два редких сорта, у которых цвет кожуры и мякоти остается синим и после варки: Linzer Blaue и Französische Trüffel-Kartoffel.

Один из самых распространённых сортов с синеватой кожурой, выращиваемых на российских огородах — «синеглазка». Однако мало кто знает, что по-научному называется «Ганнибал», в честь прадеда Александра Сергеевича Пушкина Абрама Ганибала, который первым провёл опыты по селекции и хранению картофеля в России.

В городе Минске в 2000-х годах открыт памятник картофелю. В Мариинске (Кемеровская область) скоро откроют.

ООН объявила 2008 год «Международным годом картофеля.

Определение плотности тела неправильной формы

Что значит измерить физическую величину правильно? На этот вопрос ответить непросто. Обычно смешивают два понятия: правильно и точно. Часто стараются произвести измерения с наибольшей достижимой точностью, т. е. сделать ошибку измерений по возможности малой. Однако следует иметь в виду, что чем точнее мы хотим измерить, тем труднее это сделать. Поэтому не следует требовать от измерений большей точности, чем это необходимо для решения поставленной задачи. Для изготовления книжной полки длину досок вполне достаточно измерять с точностью 0,5–1 см, или около 1%; для изготовления некоторых деталей шарикоподшипников нужна точность 0,001 мм, или около 0,01%, а при измерении длин волн спектральных линий необходима точность порядка 10 нм, или около 1%. Измерить правильно – это прежде всего определить точность, необходимую для решения конкретной задачи. Затем следует выбрать метод измерений и приборы. И, наконец, правильно измерить – значит правильно указать интервал значений, в котором лежит измеренная величина.

В процессе выполнения данной работы мною произведено экспериментальное определение плотности куриного яйца прямым и косвенным способами. Полученные результаты я сравнила со средней плотностью рассчитанной теоретическим способом.

Яйцо в среднем по массе содержит 32% желтка, 56% белка и 12% скорлупы. Эти данные взяты из литературы и проверены мною экспериментально. Из литературы также известно, что средний состав яйца (без скорлупы) по массе:

· Вода - 73,67%

· Белки – 12,57%

· Жиры - 12,02%

· Углеводы – 0,67%

· Минеральные соли – 1,07%

Яйцо не обладает большой устойчивостью к хранению. Через поры скорлупы испаряется вода, и на тупом конце образуется пуга – пространство, заполненное воздухом. Свежесть яйца можно проверить опусканием в холодную воду: лежалые яйца тонут медленнее, чем свежие.

Приблизительная плотность некоторых веществ, входящих в состав яйца:

вода: 1 г/см3; белки: 1,33 г/см3; жиры: 0,93 г/см3; углеводы: 1,58 г/см3; минеральные соли (хлорид натрия): 2,16 г/см3;

Массовая доля

Плотность, г/см3

Состав яйца: Белок +желток скорлупа

Состав смеси белок +желток: вода белки жиры углеводы минерал. соли

Состав скорлупы

73,67 12,57 12,02 0,67 1,07

0,648 0,111 0,106 0,004 0,009

1 1,33 0,93 1,58 2,16

известняк: 2,7 г/см3.

Плотность рассчитывают, используя свойство аддитивности удельных объемов веществ, не реагирующих химически:

= (0,648 + 0,083 + 0,114 + 0,003 + 0,004 + 0,044) см3/г

= 0,896 см3/г.

где X – массовая доля компонента. = 1,12 г/см3 , средняя плотность яйца без учета наличия воздушного пузырька (пуги) составляет около 1,12 г/см3 и чуть превышает плотность пресной воды равную 1 г/см3 .

1. Метод Архимеда (косвенный метод)

2. Метод безразличного плавания (прямой метод).

Суть метода Архимеда заключалась в следующем:

· По объёму вытесненной воды я определила объём яйца;

· Методом взвешивания определила массу;

· Используя полученные значения массы и объёма, вычислила плотность яйца.

В работе использовались следующие приборы и материалы:

отливной сосуд, мензурка, весы с разновесами, яйцо.

Расчёт погрешности измерений:

Относительная погрешность измерения плотности находится по формуле:

где абсолютная погрешность ∆m = ∆ весов + ∆ всех гирь + ∆ подбора гирь,

∆ весов – инструментальная погрешность весов,

∆ всех гирь – суммарная погрешность массы использованных разновесов,

∆ подбора гирь – погрешность подбора гирь, равная половине массы наименьшей гири.

∆V – абсолютная ошибка измерения.

Найденная экспериментально масса яйца составляет

56,96 г =50 г + 5 г + 1 г + 500 мг + 200 мг + 200 мг + 50 мг + 10 мг;

Его объём равен V=56 см3 .

ρ = = 0,98 г/см3

По паспорту чувствительность весов, на которых проводилось взвешивание 5мг, однако с увеличением массы взвешиваемого тела погрешность возрастает и при 57 г, согласно паспорту ∆ весов=100мг.

Используя таблицу «Погрешность разновесов»,

Номинальная масса гири

Погрешность, мг

100 мг

200 мг

500 мг

я определила ∆ всех гирь = 30+8+4+3+2+2+1+1=51мг

∆ подбора гирь = 5мг

В итоге я получила

абсолютную ошибку измерения массы ∆m =100+51+5=156 мг,

а относительную εm = =0,003=0,3%

абсолютная ошибка измерения объёма равна половине цены деления мензурки ∆V=1 мл=1 см3,

а относительная εv = = 0,017=1,7%. Эта ошибка и определяет в значительной степени погрешность определения плотности

ερ==1,73%1,7%,

∆ρ= ερ* ρ=0,0173*0,98г/см3=0,017г/см3 0,02 г/см3

ρ = 0,980,02 0,96 г/см3< ρ < 1,0 г/см3

Метод безразличного плаванья применяется в лабораторной практике при определении, например, плотности мелких кристаллов в достаточно широких пределах. Для этого смешением нескольких жидкостей разной плотности подбирается такой раствор, в котором кристаллик плавает в толще жидкости.

В процессе выполнения работы я приготовила такой однородный раствор соли в воде, в котором яйцо плавает на некоторой глубине. Плотность раствора я измерила с помощью ареометра с ценой деления 0,002 г/см3 , абсолютная ошибка измерения плотности при этом составила половину цены деления ареометра, т. е. 0,001 г/см3 .

ρ = 1,1140,001 1,113 г/см3< ρ < 1,115 г/см3

ερ== 0,00089 г/см3 0,001г/см30,1%

относительная ошибка определения плотности методом безразличного плавания сравнима с ошибкой определения массы в эксперименте по методу Архимеда. Первым методом получается плотность (0,96–1,0) г/см3, вторым методом – в среднем – (1,113 –1,115) г/см3. Видно, что разброс результатов больше ошибки ареометра. На мой взгляд разброс данных в первую очередь связан с тем, что, во-первых, соответствующую плотность раствора подобрать сложно, а во-вторых, яйца не выпускаются по стандарту – они продукт живой природы.

Как и ожидалось, более точные значения оказались чуть ниже теоретической оценки, т. к. при расчете мы не учли объем воздушного пузырька.

Литература:

1. , Ошибки измерений физических величин. – Л.: Наука, 1974.

2. , Погрешности измерений при выполнении лабораторных работ по физике. Физика 7 – 11. - Дрофа, 2004.

3. , Измерение физических величин. – БИНОМ, 2005.

4. Краткая энциклопедия домашнего хозяйства. Т. 2. – М.: Большая Советская Энциклопедия, 1959.

5. Химическая энциклопедия. – М.: Советская Энциклопедия, 1988–1998.

6. Физика-10./Под ред. . – М.: Просвещение, 1993.

7. Ландсберг учебник физики. Т. 1. – М.: АОЗТ «Шрайк», 1995.

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.

Тема : определение плотности твердых тел.

Приборы и принадлежности : штангенциркуль, мензурка с дополнительной шкалой, вода, весы, разновесы, твердое тело в форме цилиндра, твердое тело неправильной формы.

Цель работы : научиться пользоваться весами, закрепить навыки работы со штангенциркулем.

I. Определение плотности цилиндра

Обозначения:

h – высота цилиндра

d – диаметр цилиндра

Расчетные формулы

Плотность вычисляется по формуле:

где – объем цилиндра.

Вывод формул погрешностей объема

Прологарифмируем формулу расчета объема цилиндра

Полученную логарифмированием формулу продифференцируем

Проделаем замену «d» на «∆», а «–» на «+». Тогда относительная и абсолютная погрешности соответственно будут равны:

.

Вывод формулы погрешностей плотности

Прологарифмируем выражение для определения плотности цилиндра, получаем:

.

Дифференцированием получаем:

.

Меняя «d » на «D» и знак «–» на «+», получаем формулы погрешностей:

Примечания : Величины погрешностей диаметра, высоты и массы вычисляются как погрешности прямых измерений. В формулы расчета погрешностей входят величины, которые определяются так:

Ход работы

1. Измеряем линейные размеры цилиндра.

2. Измеряем массу цилиндра.

3. Рассчитываем средние значения и абсолютные погрешности высоты, диаметра, массы.

4. Рассчитываем значения величин и абсолютных и относительных погрешностей объема и плотности цилиндра.

Для объема и плотности находятся сразу средние значения погрешностей.

II. Определение плотности твердого

Тела неправильной формы

Ход работы

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 , где n – 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 =(70.69±0.62)см 3

ρ ц =(1.56±0.01)см 3

Значения объема и плотности тела неправильной формы:

V =(25.25±0.25)см 3

ρ =(3.96±0.04)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 DV т = DV ц =0.62см 3 , e= DV ц /V т =2.56%, т.е. V т =(25.25±0.62)см 3 .

Контрольные вопросы

1. Масса и плотность тела.

2. Определение объемов тел правильной формы.

3. Определение объемов тел неправильной формы.

4. Устройство и принцип работы рычажных весов.

5. 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.

С помощью 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.

Порядок взвешивания