ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ РАЗНЫМИ МЕТОДАМИ
Ознакомится с методами измерения физических величин проводимых измерений на примере определения плотности твердых тел.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| nou_plotnost.doc | 268.5 КБ |
Предварительный просмотр:
III Ашинский районный конкурс реферативно-исследовательских работ
для учащихся 5-8 классов
Определение плотности твердых тел
Авторы: Фокин Дмитрий, Зарипов Юлиан
7 «А» класс МКОУ СОШ №1 г. Миньяра Руководитель: Лактионова Надежда
Сергеевна, учитель физики
2. Основная часть
2.1. Аппаратура и метод измерений. 4-6
2.2. Определение плотности твердых тел.……………………………. 6-7
2.2.3. Метод безразличного плавания………………………………..10-12 3. Заключение …………………………………….…………………………….12
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.
Источник
Изучение и сравнение методов измерения плотности твердых тел и жидкостей
Уже семиклассникам известно, что для определения плотности твердого тела или жидкости достаточно найти отношение массы тела к его объему. Измерить массу тела на рычажных весах, а объем с помощью мерного стакана или мензурки, а в случае геометрически правильной формы тела – с помощью линейки, – уже посильно и современному шестикласснику. Поэтому на первый взгляд может показаться, что тема плотности тел раскрыта безо всяких «но» уже в первые месяцы освоения школьной физики. Но это лишь на первый взгляд. Пытливый семиклассник, изучая выталкивающую силу, найдет увлекательное продолжение этой темы, вторя Архимеду: «Эврика!».
Автор: admin
Дата записи
Уже семиклассникам известно, что для определения плотности твердого тела или жидкости достаточно найти отношение массы тела к его объему. Измерить массу тела на рычажных весах, а объем с помощью мерного стакана или мензурки, а в случае геометрически правильной формы тела – с помощью линейки, – уже посильно и современному шестикласснику. Поэтому на первый взгляд может показаться, что тема плотности тел раскрыта безо всяких «но» уже в первые месяцы освоения школьной физики. Но это лишь на первый взгляд. Пытливый семиклассник, изучая выталкивающую силу, найдет увлекательное продолжение этой темы, вторя Архимеду: «Эврика!».
И действительно, соотношение плотностей твердого тела и жидкости определяет, например, условие плавания твердого тела в жидкости, а численные значения их плотности – во-первых, величину выталкивающей силы со стороны жидкости, во-вторых, вес тела, находящегося внутри жидкости. Эта взаимосвязь открывает возможность измерения плотности твердого тела или жидкости так называемым методом гидростатического взвешивания твердого тела, погруженного в жидкость, с помощью точного динамометра или датчика силы. Метод основан на действии закона Архимеда: тело теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им жидкость, что и регистрирует динамометр в виде весовой разницы, по которой можно определить и объем тела, и величину выталкивающей силы, и, в купе с весом тела в воздухе, в итоге вычислить плотность либо тела, либо жидкости.
Определение плотности тела методом гидростатического взвешивания всегда по умолчанию предполагает условие «изучаемое тело тонет в жидкости». Однако данный метод можно адаптировать и для определения плотности нетонущего в жидкости тела, если в эксперименте снабдить тело грузилом, способным полностью погрузить тело в жидкость. И в данном случае выталкивающая сила, действующую на изучаемое тело, найдется уже как разность выталкивающей силы, действующей на полностью погруженную связку тело-грузило, и выталкивающей силы,действующей отдельно на грузило, а эти силы можно найти раздельно уже привычным методом гидростатического взвешивания.
Метод определения плотности гидростатическим взвешиванием, безусловно, заслуживает свое место в школьном лабораторном практикуме, и уж если не в рамках базового уровня, то в программе профильного или углубленного изучения физики наверняка. А если это летний лабораторный практикум по профильной физике десятиклассников с четырехчасовым форматом лабораторной работы – тогда не только упомянутый метод, – метод(ы) измерения плотности твердых тел и жидкостей и их сравнение – вот достойная и пропорциональная тема лабораторной работы по плотности, в которую заданиями юным физикам можно вписать не только упомянутые методы определения плотности, но и несколько других оригинальных и неожиданно простых. Например, измерить плотность неизвестной жидкости с помощью двух одинаковых мерных стаканчиков равноплечими весами без разновесов или вообще без весов – на поверхности воды. В частности, для определения плотности неизвестной жидкости этими методами понадобятся два одинаковых мерных стаканчика и вода с её известной плотностью. В первом случае равновесие на равноплечих весах стаканчиков с водой и неизвестной жидкостью будет означать равенство сил тяжести воды и неизвестной жидкости (стаканчики можно рассматривать как продолжение чаш весов), отношение плотностей которых найдется как обратное отношение их объемов. А если в распоряжении только два одинаковых мерных стаканчика или даже один? В этом случае роль равноплечих весов может выполнить поверхность воды или любой другой жидкости, удерживающей наплаву сначала мерный стаканчик с водой, а затем с неизвестной жидкостью. При этом условием равновесия «архимедовых» весов будет одинаковая глубина погружения стаканчиков в жидкость как условие равенства выталкивающих сил и сил тяжестей одинаковых стаканчиков с жидкостями различной плотности. Тогда, как и в случае с равноплечими весами, отношение плотностей воды и неизвестной жидкости найдется как обратное отношение их объемов.
В качестве задания практического сравнения методов измерения плотности в лабораторную была включена задача по определению процентного содержания металлов в свинцово-оловянном припое (с предусмотрительно выплавленной оттуда канифолью).
Выборочно, с оглядкой на время выполнения работы, в некоторые задания включена оценка погрешностей прямых и косвенных измерений. А пожелать успеха в выполнении работы хватит и секунды.
Замечательная формула плотности вещества, дебютирующая для любого семиклассника первой формулой по физике, и впервые персонализирующая для него математические методы в физике, открывает каждому учащемуся завораживающее числовое измерение науки о природе – физики. Вышедшая из, на первый взгляд гуманитарной и созерцательной, начатой еще на уроках по окружающему миру темы первоначальных сведений о строении вещества, физическая величина плотность всегда служила твердой первой ступенью освоения школьной физики общеобразовательного уровня, а лабораторная работа «Изучение и сравнение методов измерения плотности твердых тел и жидкостей» ляжет достойным пазлом в физическое профильное образование старших школьников.
Источник
