II. Определение плотности твердого тела неправильной формы Ход работы. Тема "Определение плотности твёрдых тел различными способами."

21.09.2019

Фокин Дмитрий, Зарипов Юлиан 7 «А» класс МКОУ СОШ №1 г. Миньяра

Ознакомится с методами измерения физических величин проводимых измерений на примере определения плотности твердых тел.

Скачать:

Предварительный просмотр:

III Ашинский районный конкурс реферативно-исследовательских работ

для учащихся 5-8 классов

Определение плотности твердых тел

разными методами

(Естествознание)

7 «А» класс МКОУ СОШ №1 г. Миньяра Руководитель: Лактионова Надежда

Сергеевна, учитель физики

Аша - 2013

1. Введение ………………………………………………………………..............3

2. Основная часть

2.1. Аппаратура и метод измерений.........................................................4-6

2.2. Определение плотности твердых тел.……………………………...6-7

2.2.1. Метод Менделеева………………………………………………...7-8

2.2.2. Метод Архимеда…………………………………………………8-10

2.2.3. Метод безразличного плавания………………………………..10-12 3. Заключение …………………………………….…………………………….12

4. Список литературы …………………………………………………………13

5. Приложение ……………………………………………………………….14-18

1. Введение

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 .

Я ставлю перед собой задачу определить плотности твердых тел различными методами, сравнить полученные результаты с табличными и убедиться в том, что проводимый нами эксперимент дает небольшую ошибку. Для чего нужно знать плотность вещества? Плотность вещества нужно знать для различных практических целей. Инженер, создавая машину, заранее по плотности и объему материала может рассчитать массу деталей будущей машины. Строитель может определить, какова будет масса строящегося здания. Так, если океанологам известно вертикальное распределение плотности морской воды, то они могут рассчитать направление и скорость течений. Вертикальное распределение плотности необходимо знать и для определения устойчивости водной массы: если масса неустойчива, то есть если более плотная вода лежит выше менее плотной, будет происходить перемешивание. Даже в домашних условиях при покупке ковролина следует обратить внимание на плотность ворса. Ковролин высокой плотности прослужит дольше, и на нем не будут оставаться вмятины от мебельных ножек.

Цель работы: ознакомится с методами измерения физических величин проводимых измерений на примере определения плотности твердых тел.

2. Основная часть

2.1. Аппаратура и метод измерений

Для оценки плотности твердого тела необходимо знать его объем и массу. Массу тела можно определить взвешиванием его на рычажных весах. Объем тела правильной геометрической формы определяют, измеряя его линейные параметры. Таким образом, чтобы узнать плотность тела, необходимо провести ряд физических измерений. Под измерением понимается сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу измерения.

Измерения делятся на прямые и косвенные. При прямых измерениях определяемая величина сравнивается с единицей измерения непосредственно с помощью измерительного прибора, проградуированного в соответствующих единицах. Примерами прямых измерений могут служить измерения длин линейкой, промежутков времени секундомером. При косвенных измерениях искомое значение величины не измеряется непосредственно, а находится по известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными при прямых измерениях. К косвенным относятся, например, измерения объема, плотности твердых тел, измерение скорости движения тела по измерениям отрезков пути и промежутков времени, измерение удельного сопротивления проволоки. Никакая физическая величина не может быть, однако, определена с абсолютной точностью. Другими словами, любое измерение всегда производится с некоторой ошибкой - погрешностью. Поэтому полученное в

результате измерений значение какой-либо величины должно быть записано в виде x ± Δ x, (1)

где Δ x - абсолютная погрешность измерения, характеризующая возможное отклонение измеренного значения данной величины от его истинного значения. При этом, поскольку истинное значение остается неизвестным, можно дать лишь приближенную оценку абсолютной погрешности. Поскольку причины возникновения ошибок бывают самыми разными, необходимо классифицировать погрешности. Только тогда возможна их правильная оценка, так как от типа погрешностей зависит и способ их вычисления.

Погрешности подразделяются на случайные и систематические. Систематической погрешностью называют составляющую погрешности измерения, остающуюся постоянной или закономерно изменяющуюся при повторных измерениях одной и той же величины. Она может быть связана с неисправностями измерительных приборов, неточностью их регулировки, неправильной их установкой. Систематические погрешности в принципе могут быть исключены, поскольку причины, их вызывающие, в большинстве случаев известны.

Случайной погрешностью называют составляющую погрешности измерения, изменяющуюся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины. Случайные погрешности зависят от условий, в которых производятся измерения, от специфики измеряемых объектов. Эти погрешности принципиально неустранимы, однако их величина уменьшается при использовании многократных измерений. Выделяют также погрешности приборов, которые могут иметь как систематический, так и случайный характер. Эти погрешности связаны с несовершенством любого (исправного) измерительного инструмента. Если значение измеряемой величины определяется по шкале инструмента, абсолютная погрешность прибора считается, как правило, равной половине цены деления шкалы (например, линейки) или цене деления шкалы, если стрелка прибора перемещается скачком (секундомер).

Как уже указывалось, случайные погрешности можно уменьшить, многократно измеряя одну и ту же величину. Однако максимально возможная точность измерения определяется теми приборами, которые используются в эксперименте. Поэтому увеличение числа измерений имеет смысл лишь до тех пор, пока случайная погрешность не станет явно меньше погрешности прибора. Для правильной записи конечного результата необходимо округлить рассчитанное значение абсолютной погрешности и сам результат измерения. Как правило, точность оценки погрешности бывает очень небольшой.

Поэтому абсолютная погрешность округляется до одной значащей цифры.

Если, однако, эта цифра оказалась единицей, следует оставить две значащие цифры. Округление конечного результата производится с учетом его погрешности. При этом последняя значащая цифра результата должна быть того же порядка величины (находится в той же десятичной позиции), что и погрешность. Если, к примеру, получено, что ρ = 8723 , 23 кг / м3, а

Δ ρ = 93 , 27 кг / м3,

то правильная запись результата будет выглядеть так

ρ = (8720 ± 90) кг / м3 .

2.2.Определение плотности твердых тел

Тела, изготовленные из различных веществ, при одинаковой массе имеют разные объемы. Железный брус массой 1 т имеет объем 0,13 м 3 , а лед массой 1 т – объем 1,1 м 3 , т.е. почти в 9 раз больше.

Из этих примеров можно сделать и такой вывод, что тела объемом 1 м3 каждое, изготовленные из различных веществ, имеют разные массы. Железо объемом 1 м 3 имеет массу 7800 кг, а лед того же объема – 900 кг, т.е. почти в 9 раз меньше. Это различие объясняется тем, что различные вещества имеют разную плотность. Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в объеме 1 м 3 .

Плотность – физическая величина, характеризующая свойство тел равного объема иметь разную массу.

Чтобы определить плотность вещества, надо массу тела разделить на его объем. Следовательно, плотность есть физическая величина, равная отношению массы тела к его объему.

Единицей плотности вещества является . Это плотность однородного вещества, масса которого равна 1 кг при объеме 1 м 3 .

2.2.1. Метод Менделеева

Метод Менделеева (метод взвешивания). На одну чашку весов кладется гиря с массой заведомо большей, чем масса тела, а на другую - разновесы, добиваясь равновесия весов. Затем на чашку с разновесами помещают взвешиваемое тело, а разновесы снимают до тех пор, пока вновь не установится равновесие. Масса снятых гирь будет равна массе тела. Этот метод позволяет исключить систематические погрешности, связанные с неравноплечностью весов и зависимостью их чувствительности от величины нагрузки.

Порядок выполнения работы:

1. С помощью линейки определить размеры исследуемого тела, необходимые для вычисления его объема. Каждый параметр измерить не менее пяти раз.

2. С помощью весов и разновесов определить массу тела. Взвешивание производить не менее пяти раз.

3. Все экспериментальные результаты занести в таблицу.

Обработка результатов измерений

1. По полученным экспериментальным данным находят средние значения линейных размеров и массы тела.

2. Используя средние значения замеренных параметров, вычисляют

плотность изучаемого тела.

3. Определяют абсолютную погрешность Δ ρ . Записывают окончательный результат измерения плотности тела, используя правила округления погрешностей и самой измеряемой величины.

Таблица №1. Первый образец

Первый образец						Среднее значение
Длина (м)	0,049	0,0492	0,049	0,0492	0,049	0,04908
Ширина (м)	0,036	0,036	0,0362	0,0362	0,036	0,03608
Высота (м)	0,012	0,0122	0,012	0,0122	0,012	0,01208
Масса (кг)	0,0112220	0,0112226	0,0112220	0,0112224	0,0112220	0,0112222
Плотность (кг / м3)	530,14	519,56	527,38	525,15	530,09	526,464

Таблица №2. Второй образец

Второй образец						Среднее значение
Длина (м)	0,067	0,067	0,0675	0,067	0,0675	0,0672
Ширина (м)	0,047	0,0475	0,047	0,0475	0,047	0,0472
Высота (м)	0,010	0,0105	0,010	0,010	0,0105	0,0102
Масса (кг)	0,0203	0,0203	0,02035	0,02035	0,0203	0,02032
Плотность (кг / м3)	644,65	607,78	641,35	639,33	615,15	629,64

Таблица №3. Третий образец

Третий образец						Среднее значение
Длина (м)	0,056	0,0562	0,056	0,056	0,056	0,05604
Ширина (м)	0,043	0,043	0,0432	0,043	0,043	0,04304
Высота (м)	0,010	0,010	0,010	0,0102	0,010	0,0102
Масса (кг)	0,017	0,017	0,0175	0,017	0,017	0,0171
Плотность (кг / м3)	705,98	703,35	724,04	703,35	705,98	708,54

2.2.2.Метод Архимеда

Метод Архимеда, опустив тело в воду, по объему вытесненной воды определяем объем тела, взвешиванием на весах, находим массу и по формуле вычисляем плотность.

Цель: научиться экспериментально определять плотность твердого тела.

Оборудование: весы ученические, цилиндр железный, цилиндр алюминиевый, шарик, сырое яйцо, вода, измерительный цилиндр, отливной сосуд.

Выполнение работы

Железный цилиндр

m =151г =0,151кг; V 1 =75мл; V 2 =95мл.V= 20мл. =0,00002м 3

Ц.Д.= (80-70):10=1мл измерительного цилиндра.

P=m\v=0,351кг\0,00002м 3 =7550кг\м 3 . Табличное значение 7800кг\м 3

Алюминиевый цилиндр

m=51г 590мг=0,051590кг; V 1 =75мл; V 2 =94мл; V=19мл. =0,000019м 3 Ц.Д.= (80-70):10=1мл; P=m\v=0, 05159кг\0, 000019м 3 =2715,3кг\м 3

Табличное значение 2700кг\м 3

Шарик (оргстекло)

m=9г 240мг=0,009240кг; V 1 =74мл; V 2 =82мл; V=8мл=0,000008м 3 Ц.Д.=(80-70):10=1мл; P=m\v=0, 00924кг\0,000008м 3 =1155кг\м 3 .

Табличное значение 1200кг\м 3

Тело неправильной формы

m=9г 200мг =0,0092кг; V 1 =74мл; V 2 =77мл; V=3мл=0,000003м 3 Ц.Д.=(80-70):10=1мл; P=m\v=0,0092кг\0,000003=3066,7кг\м 3 .

Яйцо

m=41гр 800мг =0,041800кг; V=38мг =0,000038м 3 ;

P=m\v=0,041800кг \0,000038м 3 =1100кг\м 3 .

Определяю цену деления измерительного цилиндра:

Используя измерительный цилиндр, измеряю объем яйца:

Измеряю массу яйца:

Вычисляю плотность яйца: ;

Кусок мыла

Длина – 83мм=0,083м; ширина – 52мм=0,052м; высота – 32мм=0,032м. m=172гр=0,172кг; V=0,0001381 м 3 ; P=0,172кг\0,0001381м 3 =1245,47кг\ м 3

Измеряю массу куска мыла:

Измеряю объем куска мыла:

Вычисляю плотность куска мыла:

Выражаю плотность куска мыла в: ;

2.2.3.Метод безразличного плавания

«…Если вес тела в точности равен весу вытесненной жидкости, оно будет находиться в равновесии внутри жидкости. Например, куриное яйцо тонет в пресной воде, но плавает в соленой. Можно сделать раствор соли, концентрация которого постепенно уменьшается кверху, так что выталкивающая сила внизу сосуда больше, а вверху – меньше веса яйца. В таком растворе яйцо держится на такой глубине, где его вес равен выталкивающей силе. Если твердое тело однородно, т.е. во всех точках имеет одну и ту же плотность, то тело будет тонуть, всплывать или оставаться в равновесии внутри жидкости в зависимости от того, больше ли плотность тела плотности жидкости, меньше или равна ей. В случае неоднородных тел нужно сравнивать с плотностью жидкости среднюю плотность тела». Значит, можно подобрать такой однородный раствор соли в воде, в котором яйцо плавает на некоторой глубине. Плотность раствора можно измерить с помощью ареометра, поскольку само измерение плотности занимает немного времени, четырех-пяти ареометров на класс достаточно.

Этот метод 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. Оборудование: мензурка (250 мл), мерный стакан (400 мл), химический стакан (250 мл), ареометр, насыщенный раствор поваренной соли, стеклянная палочка.

Ход работы:

1. Убедимся, что ареометр предназначен для измерения плотностей, которые больше 1 г/см3. Определим цену деления ареометра.

2. Положим яйцо на дно мерного стакана (400 мл), налить чистой воды до половины.

3. Начать доливать крепкий раствор поваренной соли, слегка помешивая стеклянной палочкой, до тех пор, пока яйцо не начнет отрываться от дна. Убедимся, что яйцо не всплывает на поверхность. Если яйцо всплыло, долить чистой воды, чтобы уменьшить плотность раствора.

4. Перелить раствор в мензурку. Аккуратно опуская ареометр в мензурку, измерить плотность раствора. Записать полученное значение с учетом ошибки измерений. ρ = (1100 ± 0,002) кг / м3 .

5. Эскизно изобразить проведение опыта, указать силы, действующие на яйцо, плавающее в мерном стакане.

Ошибка измерений в данном случае определяется ценой деления ареометра (например 0,002 кг/м3) и, следовательно, составляет половину цены деления (т.е. около 0,1%), т.е. сравнима с ошибкой определения массы в первом методе.

Выполнив научно-практическую работу, научились определять плотность тел правильной и неправильной формы разными методами и убедились в том, что исследуемые тела тонут, или плавают внутри жидкости (воде), т.к. плотность веществ, из которого они состоят, больше плотности воды (воды ).

3. Заключение

Я ставил перед собой задачу определить плотности твердых тел различными методами, сравнить полученные результаты с табличными и убедиться в том, что проводимый мною эксперимент дает ошибку. Со своей поставленной задачей я справился, но понял, что определить плотность тела точно очень сложно. Я буду изучать глубже данные вопросы в старших классах. Поэтому моя задача в старших классах познакомится с расчетом погрешностей и научиться добиваться более точных измерений.

4. Список литературы

Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. – Л.: Наука, 2010.
Химическая энциклопедия. – М.: Химическая энциклопедия, 2009.
Физика./Под ред. А.А.Пинского. – М.: Просвещение, 2010.
Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т. 1. – М.: АОЗТ «Шрайк», 2007.
Детлаф А.А. Курс физики. – М., 2007.
Физические величины. Справочник. – М., 2010.
Физический практикум под редакцией Ивероновой В.И. – М., 2003.
Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М., 2004.

5. Приложение

Приложение 1

Плотность первого образца ρ = (526,5 ± 3,5) кг / м3 (липа),

табличное значение 530 кг / м3

Первый образец. Липа

Плотность второго образца ρ = (629,5 ± 20,5) кг / м3 (береза),

табличное значение650 кг / м3

Второй образец. Береза

Плотность третьего образца ρ = (708,5 ± 7,5) кг / м3 (дуб),

табличное значение 700 кг / м3

Третий образец. Дуб

Приложение 2

Рис. 1. Определение плотности тела по методу безразличного плавания

Приложение 3

Плотности некоторых твердых тел

Твердое тело	ρ, кг / м 3	ρ, г / cм 3	Твердое тело	ρ, кг / м 3	ρ, г / cм 3
	22 600	22,6	Мрамор	2700
	22 400	22,4	Стекло оконное	2 500
	21 500	21,5	Фарфор	2 300
	19 300	19,3	Бетон	2 300
	11 300	11,3	Кирпич	1 800
	10 500	10,5	Сахар-рафинад	1 600
	8 900		Оргстекло	1 200
Латунь	8 500		Капрон	1 100
Сталь, железо	7 800		Полиэтилен		0,92
Олово	7 300		Парафин		0,90
	7 100		Лёд		0,90
Чугун	7 000		Дуб (сухой)		0,70
Корунд	4 000		Сосна (сухая)		0,40
	2 700		Пробка		0,24

Плотности некоторых жидкостей
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Жидкость	ρ, кг / м 3	ρ, г / cм 3	Жидкость	ρ, кг / м 3	ρ, г / cм 3
	13 600	13,60	Керосин		0,80
Серная кислота	1 800	1,80	Спирт		0,80
Мёд	1 350	1,35	Нефть		0,80
Вода морская	1 030	1,03	Ацетон		0,79
Молоко цельное	1 030	1,03	Эфир		0,71
Вода чистая	1000	1,00	Бензин		0,71
Масло подсолнечное		0,93	Жидкое олово (при t = 400ºC)	6 800	6,80
Масло машинное		0,90	Жидкий воздух (при t = -194ºC)		0,86

Плотности некоторых газов
(при норм. атм. давл., t = 20ºC)

Газ	ρ, кг / м 3	ρ, г / cм 3	Газ	ρ, кг / м 3	ρ, г / cм 3
	3,210	0,00321	Оксид углерода (II) (угарный газ)	1,250	0,00125
Оксид углерода (IV) (углекислый газ)	1,980	0,00198	Природный газ	0,800	0,0008
	1,430	0,00143	Водяной пар (при t = 100ºC)	0,590	0,00059
Воздух (при 0ºC)	1,290 материала	Плотность материала ρ, кг/м 3
Древесина, пробка
Древесина, лиственница
Древесина, липа
Древесина, ель
Древесина, сосна
Древесина, береза
Древесина, буд
Бумага	700-1200
Резина	900-2000
Кирпич	1400-2100
Фарфор	2300
Бетон	2000-2200
Цемент	2800-3000
Дерево сухое, афромозия	Твердое
Дерево сухое, бамбук	Твердое		300-400
Дерево сухое, береза	Твердое		650-670
Дерево сухое, вяз	Твердое		600-690
Дерево сухое, дуб	Твердое
Дерево сухое, ель	Твердое
Дерево сухое, железное дерево (бакаут)	Твердое		1300
Дерево сухое, ива	Твердое
Дерево сухое, кипарис	Твердое
Дерево сухое, клен	Твердое
Дерево сухое, лиственница	Твердое
Дерево сухое, орех-пекан, pecan wood
Дерево сухое, осина	Твердое
Дерево сухое, пихта	Твердое
Дерево сухое, платан	Твердое
Дерево сухое, сосна	Твердое
Дерево сухое, сосна (белая)	Твердое
Дерево сухое, хлорофора высокая	Твердое
Дерево сухое, ясень	Твердое		540-670
Дерево сухое, бук	Твердое
Дерево сухое, дуб	Твердое		700-930
Дерево сухое, кедр	Твердое
Дерево сухое, красное дерево (махагониевое дерево)	Твердое		500-800
Дерево сухое, пробковое дерево (бальза=бальса)	Твердое		150-250
Дерево сухое, самшит	Твердое		1000
Дерево сухое, тиковое дерево	Твердое

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.

№ опыта	h , см	d ц, см	m , г	V ц, см 3	r, г/см 3





Среднее Знач.

№ опыта	Dh , см	Dd ц, см	Dm , г	DV , см 3	e v ,%	Dρ, г/см 3	e ρ ,%





Ср. знач.

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

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 =(70.69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

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 =(25.250.62)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

Цель : освоить определение плотности методом пикнометра, закрепить навыки работы с весами.

Краткая теория работы

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.

. (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.

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.

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.

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.