WWW.EL.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн документы
 


«Способы измерения плотности тела Направление: физика Исполнитель: Иванова Диана ученица 8 класса Руководитель: Мишарина Людмила Николаевна учитель физики 2015 год Содержание: Введение 3 ...»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа» с. ПодъельскИсследовательская работа

Способы измерения плотности тела

Направление: физика

Исполнитель: Иванова Диана

ученица 8 класса

Руководитель: Мишарина Людмила Николаевна

учитель физики

2015 год

Содержание:

Введение 3

Глава 1.Понятие плотности

§1.Что такое плотность? 4

§2. Для чего надо знать плотность тела? 6

§3. Способы измерения плотности тела 7

§4. Приборы для измерения плотности. 11

Глава 2.Результаты измерения плотности тела

Эксперимент 1 13

Эксперимент 2 15

Эксперимент 3 16

Заключение 18

Литература 19

Введение

Тела, окружающие нас, состоят из различных веществ: дерева, железа, резины. Вещества же обладают разнообразными свойствами, которые характеризуются различными физическими величинами. Среди них - плотность вещества.

В промышленности и сельском хозяйстве необходимо знать плотность используемых веществ. Например, зная объем овощехранилища можно по плотности рассчитать массу овощей. По плотности можно судить о качестве полученного изделия, если тело однородно, то его плотность соответствует табличной. Даже при постройке дома правильно выбрать материал для обшивки стен поможет знание его плотности.

На уроках физики мы научились измерять плотность с помощью весов и мензурки. Мне стало интересно, какие ещё способы измерения плотности существуют, есть ли приборы для её измерения.

Гипотеза: плотности твёрдых и жидких тел можно измерять разными способами, в том числе и с помощью приборов.

Объект исследования: плотность тела.

Предмет исследования: способы измерения плотности тела.

Цель работы: научиться измерять плотности твёрдых и жидких тел разными способами.

Задачи: 1.Изучить материал по теме.

2.Провести эксперименты по измерению плотности.

3.Обобщить полученные результаты и сделать выводы.

Методы исследования: анализ, обобщение, измерение.

Работа состоит из двух глав: теоретической, в которой приведены результаты исследований литературы и Интернета; практической, в которой приведены результаты эксперимента.

Глава 1.Понятие плотности

§1.Что такое плотность?

Плотность - скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела m к занимаемому этим телом объёму V: = mV. Плотность —  это  характеристика вещества,  не  зависящая  от  массы вещества  и  его  объема.  Если  увеличить  массу вещества,  например,  в  два раза,  то объем,  который  оно  займет,  также возрастет в два раза. Плотность численно равна массе единицы объема. Из  определения  плотности  вещества  получим  единицу  плотности.  Поскольку  в  СИ единицей массы  является  килограмм,  а  единицей  объема - метр  кубический,  то  единицей  плотности  в  СИ  будет  килограмм на  метр кубический  (кг/м3).

1 кг/м3 -  это  плотность такого однородного вещества, масса которого  в объеме один  кубический метр равняется одному килограмму. На практике  также  очень часто применяется  единица плотности  грамм на сантиметр кубический  - г/см3 (рис.1).Единицы плотности килограмм на метр кубический (кг/м3) и грамм на сантиметр кубический (г/см3) связаны между собой соотношением 1 кг/м3 = 1000г/см3.

Различают среднюю плотность тела и плотность вещества.

Средняя плотность тела - отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.

Плотность вещества - это плотность тела, состоящего из однородного вещества. Средняя  плотность  тела  человека,  например,  составляет  1036 кг/м3.

Для сыпучих и пористых тел различают: истинную плотность - без учёта пустот, и кажущуюся плотность-отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму[2].

Изучая литературу, мы выяснили, что плотность вещества с изменением температуры меняется. Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, поскольку молекулы находятся ближе друг к другу (плотнее расположены). Но есть вещества, чья плотность ведет себя иначе, например, вода, бронза и чугун.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно. У твёрдых тел она больше. Исключением является вода, её средняя плотность 1000 кг\м3, при температуре 40С. А плотность льда, твёрдого состояния воды, меньше, она равна 900 кг\м3. Это объясняется ажурным строением кристаллов льда.

Зная  плотность  вещества,  из  которого  изготовлено тело (или среднюю плотность тела), и объем  тела,  можно  определить  массу  данного  тела без  взвешивания. Если  р = m/V,  то m = pV. Соответственно,  зная плотность и массу тела, можно найти его объем: V= pm [3].

§2. Для чего надо знать плотность тела?

Плотность - важная характеристика не только для машиностроения и строительства, но и для сельского хозяйства. Знание плотности почвы необходимо для её правильного использования. Очень плотная почва плохо поглощает влагу, дождевая вода не задерживается на её поверхности и разрушает её, стекая по уклону. Такая почва плохо пропускает воздух, необходимый для растений, насекомых, микроорганизмов.

Очень рыхлая почва с низкой плотностью - тоже плохо. Через неё быстро проходит дождевая вода, она сильно испаряет влагу. Крупный дождь легко разрушает её верхний слой, и при этом происходит вымывание гумуса.

Плотность рыхлой земли, богатой гумусом, чуть больше 1000 кг/м3.

В астрономии большое значение имеет средняя плотность небесных тел, по ней можно приблизительно определить состав этого тела. По плотности космической пыли кометы Галлея астрономы могут определить состав вещества других галактик. Эта комета вращается по вытянутой траектории (эллипсу), выходит за пределы нашей галактики, возвращается к Земле каждые 76 лет.

Использование материалов с малой плотностью в строительстве и машиностроении выгодно с экологической и экономической точки зрения. Замена алюминия и стали в корпусах самолётов и ракет на более легкий, и прочный титан позволяет экономить горючее и перевозить больше полезного груза. Экономия топлива, как известно, ведёт к уменьшению выбросов в атмосферу[4].

Применение материалов с малой плотностью (стекловолокно, полиуретан) позволяет сохранить тепло в домах зимой и оградить их от перегрева летом (Рис3). У нас на севере, где зимы холодные, в качестве утеплителя применяют теплоизоляционные материалы с малой плотностью URSA, ISOVER и другие[5].

При пошиве одежды модельеры подбирают ткани определенной плотности. В настоящее время очень популярна легкая, но плотная ткань.

В медицине плотность человеческих костей позволяет определить возраст человека, диагностировать различные заболевания.

§3. Способы измерения плотности тела

Для измерения плотности надо измерить массу тела и его объём. Рассмотрим способы измерения плотности тела.

Измерение плотности твёрдого тела методом измерений.

Измерения бывают прямые и косвенные. При прямых измерениях измеряемая величина выражается в тех же единицах, что и эталон, используемый для измерений. Измерения производятся с помощью приборов и инструментов. Например, на рычажных весах неизвестную массу сравнивают с эталоном - 1кг, 1 г, 1 мг. Измерение называется косвенным, если непосредственно измеряется не сама величина, а другие величины, связанные с ней какими – то свойствами. Числовое значение величины при косвенном измерении получается путем соответствующих расчетов, по какой- то формуле [6].

Поскольку плотность - результат отношения массы тела к его объему, то измерение плотности тела - косвенное. Для измерения массы твердого тела можно использовать весы с разновесами. Это прямое измерение. Если тело имеет большую массу (Земля, Солнце), то этот метод не подходит.

Измерение объем твердого тела - косвенное. Если тело имеет правильную форму - куба, прямоугольного параллелепипеда, цилиндра шара - его объём можно вычислить с помощью формул: V=a b c и V=a3, V= R2 H, V= 4/3 R3.

Определить объём тела неправильной формы можно с помощью измерительного цилиндра (мензурки). Для этого нужно налить в мензурку

Рис.1 Измерение объема твердого тела с помощью мензурки

столько воды, чтобы тело можно было полностью погрузить в воду (Рис.1). Объём тела находим как разность между объемом жидкости до погружения в неё тела и после:V = V2 – V1.

Способ измерения объема тела с помощью мензурки основан на том, что при погружении тела в жидкость объем жидкости с погруженным в нее телом увеличивается на величину объема тела [1].

Если тело неправильной формы не входит в мензурку, то его объём можно определить с помощью отливного сосуда. Перед измерением сосуд наполняют водой до отверстия отливной трубки. При погружении тела в отливной сосуд вода выливается в стакан. Объем воды в стакане равен объему твердого тела.

( Рис2).

Рис. 2 Измерение объема твердого тела Рис.3 Сообщающиеся сосуды

Если тело плавает на поверхности воды нужно полностью погрузить его в воду с помощью спицы или карандаша. Иначе вы измерите только объем той части тела, которая погружена под водой. 

2.Определение плотности жидкости с помощью сообщающихся сосудов.

Если в один из сообщающихся сосудов налить жидкость одной плотности, а во второй - другой, то при равновесии уровни этих жидкостей не будут одинаковыми (Рис.3). При равенстве давлений высота столба жидкости с большей плотностью будет меньше высоты столба жидкости с меньшей плотностью[1].

Поскольку высота уровня жидкости обратно пропорциональна ее плотности, можно записать: hм/hв = м/в, или м= hвв /hм, где В и м - соответственно плотности воды и исследуемой жидкости. Таким образом, зная плотность жидкости, можно узнать, какую жидкость мы исследовали.

Этот метод измерения плотности является косвенным.

3. Гидростатическое взвешивание.

Метод измерения плотности жидкостей и твердых тел, основанный на законе Архимеда, также является косвенным.

Известен рассказ о том, как Архимед сумел определить, сделана ли корона царя Гиерона из чистого золота или ювелир подмешал туда значительное количество серебра. Удельный вес золота был известен, но трудность состояла в том, чтобы точно определить объём короны: ведь она имела неправильную форму! Архимед всё время размышлял над этой задачей. Как-то он принимал ванну, и тут ему пришла в голову блестящая идея: погружая корону в воду, можно определить её объём, измерив, объём вытесненной ею воды. Согласно легенде, Архимед выскочил голый на улицу с криком «Эврика!», т. е, «Нашёл!». И действительно в этот момент был открыт основной закон гидростатики: сила, выталкивающая целиком погружённое в жидкость тело, равна весу жидкости в объёме этого тела[1].

Плотность твёрдого тела определяют его двукратным взвешиванием - сначала в воздухе, а затем в жидкости, плотность которой известна (обычно в дистиллированной воде); при первом взвешивании определяется масса тела, по разности результатов обоих взвешиваний - его объём. Согласно закону Архимеда, выталкивающая сила равна: Fа =P1 - P2, где P1 и P2 – вес тела в воздухе и в воде соответственно. Выталкивающая сила зависит от плотности жидкости и объема тела, погруженного в жидкость Fа = ж g Vт. Масса твердого тела при погружении в жидкость не меняется. Плотность твердого тела определяем по формуле: =mVт. Для определения таким методом плотности какой-либо жидкости нужно выполнить те же измерения, с твердым телом, плотность которого известна. Тогда плотность жидкости определяем из формулы, выражающей выталкивающую силу: Fа = ж g Vт. Очевидно, что твердое тело не должно растворяться в жидкости.

§4. Приборы для измерения плотности.

Ареометр - прибор для измерения плотности жидкостей, принцип работы которого основан на законе Архимеда. Обычно представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой при калибровке заполняется дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества (Рис. 4). Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объему, на который он погружается в жидкость[1].

Соответственно, различают ареометры постоянного объёма и ареометры постоянной массы.

Для измерения плотности жидкости ареометром постоянной массы сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нем.

Для измерения ареометром постоянного объёма изменяют его массу, достигая его погружения до определённой метки. Плотность определяется по массе груза (например, гирек) и объёму вытесненной жидкости [6].

Рис. 4Ареометр Рис.5 Цифровой плотномер

Самый простой прибор, имеется в кабинете физики. Ареометр нашел широкое применение в промышленности, в технике для измерения плотности жидкостей.

Цифровой плотномер.Плотномеры представляют собой автоматические приборы, обеспечивающие измерение плотности жидких образцов. Принцип действия плотномеров основан на измерении частоты колебаний U-образной измерительной трубки, вызываемых электромагнитным генератором. При заполнении трубки исследуемым веществом частота колебаний изменяется в зависимости от массы (плотности) исследуемого вещества.

Вибрационный плотномер.Вибрационный плотномер - прибор, предназначенный для преобразования значения плотности вещества в аналоговый или цифровой электрический сигнал для передачи его в системы телеметрии или автоматики и отображения значения плотности на цифровом табло. Используются для измерения плотности жидкости и газов под давлением. Проточные вибрационные плотномеры используют для измерений на потоке нефти в промысловых условиях [7].

Проанализировав информацию, мы пришли к выводу, что измерение плотности тела сводится к измерению массы и объема тела. Самым доступным для нас прибором для определения плотности тела является ареометр. В практической части исследования приводятся результаты измерения плотности твердого тела и жидкости разными способами.

Глава 2.Результаты измерения плотности тела

Эксперимент 1: Определение плотности твердого тела методом измерений.

Цель: Научиться измерять плотность твердого тела методом измерений, определить плотность твердого тела.

1.1.Оборудование: Твердое тело цилиндрической формы, линейка

измерительная, штангенциркуль, весы, разновесы.

Ход работы:

1.Измеряем массу цилиндра на рычажных весах.

2.Для определения объема тела измеряем диаметр основания цилиндра, высоту цилиндра. Объем вычисляем по формуле: V= R2 H.

3.Вычисляем плотность цилиндра по формуле: р = m/V.

4.По результатам измерений заполняем Таблицу 1.

5.Повторяем измерения три раза и находим среднюю величину как среднее арифметическое значение числовых величин.

Таблица1№ М

г Mср

г R

см Rср

см H,см Hср

см V

см3 Vср

см3 г/ см3 ср

г/ см3

1 151 151 1,25 1,25 4 4 19,6 19,56 7,7 7,6

2 151 1,24 4 19,2 7,8 3 151 1,26 4 19,9 7,5 Плотность твердого тела близка к табличной плотности железа.

Вывод 1: плотность твердого тела получилась близкой к табличному значению, я научилась определять плотность твердого тела цилиндрической формы.

1.2.Оборудование: Твердое тело неправильной формы, нитка, весы, измерительный цилиндр (мензурка), разновесы.

Ход работы:

Определяем цену деления мензурки.

Наливаем в мензурку столько воды, чтобы тело можно было полностью погрузить в воду, и измерим её объём V1.

Опустим тело, объём которого надо измерить, в воду, удерживая его за нитку, и снова измерим объём жидкости V2.

Объём тела находим как разность между объемом жидкости до погружения в неё тела и после:V = V2 – V1.

Измеряем массу тела с помощью электронных весов.

Вычисляем плотность твёрдого тела по формуле: = mV.

Результаты измерений запишем в таблицу.

Таблица2Название вещества Масса тела

m, г Объём тела

V, см3 Плотность вещества,

г/см3 кг/м3

Пружинка 26 5 5,1 5100

Муфта 103 15 6,8 6800

Пластилин 40 30 1,3 1300

Вывод2: плотность твердого тела получилась близкой к табличному значению, я научилась определять плотность твердого тела неправильной формы с помощью весов и мензурки.

1.3.Оборудование: Твердое тело неправильной формы, нитка, весы, измерительный цилиндр (мензурка), разновесы, стакан, отливной сосуд.Ход работы:

Определяем цену деления мензурки.Наливаем в отливной сосуд столько воды, чтобы тело можно было полностью погрузить в воду.

Опустим тело, объём которого надо измерить, в отливной сосуд, удерживая его за нитку, вода выльется в стакан.

Объём тела находим как объем воды в стакане с помощью мензурки.

Измеряем массу тела с помощью электронных весов.

Вычисляем плотность твёрдого тела по формуле: = mV.

Результаты измерений запишем в Таблицу3.

Таблица 3

Название вещества Масса тела

m, г Объём тела

V, см3 Плотность вещества,

г/см3 кг/м3

Ведёрко 230 150 1,5 1500

Гиря 1000 120 8,3 8300

Пресс 210 13 16,1 16100

Вывод3: плотность твердого тела получилась близкой к табличному значению, я научилась определять плотность твердого тела неправильной формы с помощью весов, мензурки и отливного сосуда.

Эксперимент 2.Определение плотности жидкости с помощью сообщающихся сосудов.

Цель: научится определять плотность растительного масла с помощью сообщающихся сосудов.

Оборудование: сообщающиеся сосуды, пипетка, масло растительное, вода, линейка.

Ход работы:

Налить в сообщающиеся сосуды воду.

С помощью пипетки накапать в один из сообщающихся сосудов растительное масло.

Измерим высоту столба масла и воды на уровне АВ.

Давление в сообщающихся сосудах на уровне АВ одинаково Р1= Р2. Р1= ж gh1, Р2= ж gh2, следовательно hм/hв = м/ в. Плотность растительного масла определяем по формуле: м = в hм/hв.

Результаты измерений запишем в Таблицу 4.

Таблица 4

Название вещества Высота столба

жидкости, h,см Плотность жидкости

ж,г/см3

Вода чистая 8 1

Растительное масло 10 0,8

Вывод4: плотность растительного масла получилась близкой к табличному значению, я научилась определять плотность жидкости масла с помощью сообщающихся сосудов.

Эксперимент 3: Измерение плотности жидкости с помощью ареометра.

Цель: научиться определять плотность жидкости с помощью ареометра.

Оборудование: ареометр, вода чистая, растительное масло, мензурка.

Ход работы:

Налить в мензурку чистой воды.Опустить в неё ареометр так,чтобы он плавал. Определить плотность чистой воды с помощью ареометра.

Повторить опыт с растительным маслом.

4.Результаты измерений занести в Таблицу 5.

Таблица 5

Название вещества Плотность вещества, кг/м3

Вода чистая 1000

Растительное масло 800

Вывод5: я научилась определять плотность жидкости с помощью ареометра.

Результаты проведенных экспериментов по измерению плотности тел достаточно точные, близкие к табличным значениям.

Мы не ставили перед собой цель - учет погрешностей измерения. Это цель наших дальнейших исследований.

Заключение

Проведя исследование, мы убедились, в том, что существуют разные способы измерения плотности. Наиболее простой - определение плотности с помощью весов и мензурки. Я научилась проводить эксперимент, измерять плотность твёрдого тела неправильной формы методом измерений, составлять конспект, работать с литературой и Интернетом, оформлять исследовательскую работу. Узнала о прямых и косвенных измерениях, о принципах действия приборов для измерения плотности тела. Научилась измерять плотность тела с помощью ареометра.

Таким образом, гипотеза подтвердилась - существуют разные способы измерения плотности, плотность можно измерить с помощью приборов.

Список литературы:

1.А.В. Пёрышкин. Физика 7 класс. М., Дрофа, 2007

2. А.П. Рыженков Человек. Окружающая среда. М. Просвещение,1996

3.Плотность вещества.URL: http://ru.science.wikia.com/wiki/4.Комета Галлея URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/5. Утеплители URL:http://www.isover.ru/index.php6.Измерения и взвешивание. Энциклопедия Кругосвет. Универсальная онлайн энциклопедия. URL:

http://krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/IZMERENIYA_I_VZVESHIVANIE.html7.Плотномер. URL: http://images.yandex.ru/yandsearch8.Картинки. URL: https://www.google.ru/searchhttp://go.mail.ru/search_images

Похожие работы:

«Муниципальное общеобразовательное учреждение Константиновская средняя общеобразовательная школа Раменского муниципального района Московской области "Утверждаю" Директор МОУ Константиновской СОШ /Г.А.Симонова/ Введена в дей...»

«Целеполагание как метапредметный вид учебной деятельности Особенность учебной деятельности состоит в том, что "ее результатом является изменение самого учащегося". Новые федеральные образовательные стандарты предлагают ввести в...»

«Муниципальное общеобразовательное учреждение Задворковская средняя школа Разработка урока английского языка по теме "Профессия" Тема урока: "What are your job ideas?" Выполнила: Смирнова Анна Александровна, учитель английского языка,...»

«Смотр знаний по английскому языку (VI класс ) Флюра ИБРАГИМОВА, Лилиана ХАМИТОВА, учителя английского языка гимназии №10 г ЗеленодольскаЦели урока: образовательная: обобщить и систематизировать знания по теме: "До...»

«Конкурс научных проектов школьников в рамках краевой научно-практической конференции "Эврика" малой академии наук учащихся Кубани Секция "Математика"ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ТРЕУГОЛЬНИК С УГЛОМ 15°Автор: ученик 8"Б" класса МАОУ СОШ №4 г.Абинска Акопян Анна...»

«Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Дом детства и юношества Приморского района Санкт-ПетербургаПРИНЯТНО Педагогическим советом Образовательного учреждения Протокол №_ от "_" 20 г. УТВЕРЖДАЮ: И.о. дирек...»

«План открытого урока по английскому языку в 9 "В" классе по теме: "The Power of Humour" Учитель английского языка Абдижалилова Мунира Пайзахматовна  2015-2016 учебный год Шесть шляп мышления как креативная методика преподавания иностранных языков. Урок английского языка в 9 "В"классе по теме: The Power of Humour Абдижал...»

«Управление образования администрации города Благовещенска Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Школа №5 города БлаговещенскаРАССМОТРЕНО на заседании предметно-тематической кафедры _ Руководитель И.Н.Киреева ""2016 г. СОГЛАСОВАНО Заместитель директора по УВР Е.В.Моск...»

«Стратегии работы с текстом как средство развития метапредметных умений (из опыта работы) Штефан Лариса Анатольевна, учитель БОУ г. Калачинска "Гимназия №1" gimnazia1_55@mail.ru Информационное содержание учебногопроцесса можно представить в виде обобщенного учебного текста, отде...»







 
2018 www.el.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.