1) С помощью мензурки и весов определим объем и массу куска пластилина.
С помощи весы и гирки определяем массу тела.
Мензурка с водой. Опускаем пластилин в мензурку вначале определяя начальный объем и от конечной метки отнимаем начальный. далее определяем по формуле плотность=m/V
2) пластилин погрузим в воде полностью, то сила Архимеда уравновешивается силой тяжести. ро*g*V=mg
Объем пластилина нашли, плотность воды ро=1000. Масса пластилина будет равна произведению плотности воды и объема пластилина. m = ро*V
далее определяем по формуле плотность пласт=m/V
Вначале измерим плотность легкого (плавающего) пластилина. Для увеличения тонности
измерений участникам были выданы два кусочка такого пластилина. Из них необходимо слепить один кусок вытянутой форму, для того чтобы он мог поместиться в измерительный цилиндр. Длятого, чтобы было удобно опускать и доставать пластилин из цилиндра, используем нитку. В цилиндр наливаем воду и измеряем объем воды в цилиндре V₀. Затем погружаем в воду пластилин так, чтобы он плавал, слегка касаясь стенок цилиндра. Измеряем изменение уровня воды в цилиндре. Согласно закону Архимеда, вес вытесненной воды равен весу пластилина mg = FА = pg (V₁ — V₀)
Отсюда находим массу пластилина m=p (V₁ — V₀). Для того, чтобы найти объем пластилина пальцем погружаем пластилин под воду и измеряем уровень воды в цилиндре V2. Отсюда находим объем пластилина V=V₂ — V₀
Плотность пластилина вычисляем по формуле p = m/V = V₁ — V₀ / V₂ — V₀
Теперь измерим плотность обычного пластилина. Поскольку пластилин тонет в воде, для измерения достаточно просто погрузить пластилин на ниточке в цилиндр. Для измерения массы пластилина сделаем из него лодочку (из-за небольшого диаметра измерительного цилиндра эта лодочка будет по форме больше похожа на стаканчик). Лодочку опускаем в измерительный цилиндр на ниточке и измеряем изменение уровня воды. Массу пластилина вычисляем аналогично первому случаю.
Воду наливаем в сосуд и опускаем туда кусок пластилина. Затем нужно линейкой измерить, на сколько см пластилин погружен в воду, а сколько осталось «на поверхности». Если эти числа совпадут, плотность пластилина равна плотности воды, т.е. = 0,9982 г/см³
Если пластилин больше погружен, или вообще затонул, его плотность больше плотности воды; если же он практически полностью всплыл, его плотность меньше плотности воды.
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).
P2=0,7Н
Рз=0,6Н
FA=ρgV — сила
Архимеда Архимедова сила, действующая на тело в воде, равна
FA=P1-P2, а в неизвестной жидкости:
FA=P1-P3,
Согласно закону Архимеда запишем
P1-P2=ρ0Vg, (1)
P1-P3=ρVg. (2)
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
P2=P1-FA, (2)
Здесь FA- архимедова сила:
FA= ρВV g (3)
(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
(камень)
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,%
кг кгм-3
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:
VX=(h2-h1)S.
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.
из пластилина лепим глубокую лодочку-стаканчик с массивным дном и высокими ровными бортами, так чтобы эта лодочка устойчиво могла плавать в воде. делаем небольшие пластилиновые шарики.
отмеряем начальный уровень воды в мензурке, помещаем в мензурку лодочку, аккуратно в лодочку подсыпаем шарики до момента пока вода не подошла до краев.
записываем максимальные показания изменения объема воды в мензурке в момент когда лодочка начинает тонуть V1
записываем изменения объема воды в мензурке в момент когда лодочка утонула V2
V2 — объем пластилина
m_пл = V2*ro_пл — масса пластилина
V1 — объем воды, масса которой равна массе пластилина
m_вод = V1*ro_вод = m_пл = V2*ro_пл
считаем
V1*ro_вод = V2*ro_пл
ro_пл = ro_вод * (V1/V2).
плотность воды известна. объемы V1 и V2 измеряются мензуркой
это весь ответ
************************
поставь мне пожалуйста звезду — мне до следующего уровня не хватает