Измерьте плотности жидкостей и тел (20 баллов). Определите плотность каждого из трех тел, а также плотность жидкости

Задание:

Определите плотность каждого из трех тел, а также плотность жидкости.

Плотности определите в г/см³, с точностью до десятых.

Ускорение свободного падения примите равным 9,8 м/с².

Полученные результаты занесите в отчет и отправьте на сервер для проверки и начисления баллов.

Для взвешивания любое из тел можно подцепить крючком динамометра.

Для удобства измерений динамометр можно закреплять в лапке штатива. Эту лапку можно перемещать вверх и вниз по стойке штатива, а также разворачивать на 180º.

При считывании результатов измерений рекомендуется использовать лупу, которую можно перемещать за рукоятку. Щелчок в любом месте окна возвращает его первоначальный масштаб.

Жидкость в отливной сосуд можно доливать. Для этого следует щелкнуть по рукоятке крана. Второй щелчок закрывает кран.

Начальный вид экрана задания “Измерьте плотности жидкостей и тел”.

Инструменты лаборатории:

1. Отливной сосуд со шкалой (уровень заполнения ниже отливной трубки)

2. Кран над сосудом для доливания в него жидкости

3. Динамометр на 10 Н с ценой деления 0, 1 Н.

4. Штатив с лапкой

5. Мерный стакан со шкалой (объем стакана 250 мл)

6. Три тела для измерений:

· № 1 шар (тонет)

· № 2 кристалл (плавает)

· № 3 куб (тонет, объем куба больше объема мерного стакана)

Предполагаемые действия учащихся:

1. Определение плотности тела 1 (шар)

· Взвесить шар в воздухе P_ш

· Определить объем шара (шар тонет) V_ш

· Рассчитать плотность шара

Формулы для расчета:

Плотность шара ρ_ш = P_ш /gV_ш

1. Определение плотности тела 2 (кристалл)

· Взвесить кристалл в воздухе P_кр

· Определить объем кристалла (кристалл плавает) V_кр

Чтобы определить объем кристалла, его нужно полностью погрузить в жидкость при помощи динамометра

· Рассчитать плотность кристалла

Формулы для расчета:

Плотность кристалла ρ_кр = P_кр /gV_кр

1. Определение плотности тела 3 (куб)

· Взвесить куб в воздухе P_к

· Определить объем куба (куб тонет, его объем больше объема мерного стакана) V_к

Чтобы определить объем куба, его нужно вначале погрузить в жидкость частично и измерить объем вытесненной жидкости V_к1, а затем погрузить полностью и измерить второй объем вытесненной жидкости V_к2.

· Рассчитать плотность куба

Формулы для расчета:

Плотность куба ρ_к = P_к /g(V_к1 + V_к2)

1. Определение плотности жидкости

· Определить вес любого тела (лучше шара) в воздухе P₁

· Определить вес того же тела при его погружении в жидкость P_1ж

· Определить объем того же тела при его погружении в жидкость при помощи мерного стакана (требуется долить жидкость в отливной сосуд до уровня отливной трубки) V₁

· Рассчитать плотность жидкости

Формулы для расчета:

Сила Архимеда в данном случае равна F_1А = P₁ – P_1ж

Плотность жидкости равна ρ_ж = F_1А/gV₁

Диапазоны измеряемых величин:

1. плотность жидкости ρ_ж = (0,8 – 1,5) г/см³

2. V_ш = (50 – 100) см³ ρ_ш = (2,0 – 4,0) г/ см³ P_ш = (1,0 – 4,0) Н

3. V_кр = (150 – 230) см³ ρ_кр = (0,2 – 0,6) г/см³ P_кр = (0,3 – 1,3) Н

4. V_к = (300 – 400) см³ ρ_к = (1,4 – 2,5) г/см³ P_к = (4,2 – 10,0) Н

Доверительный интервал проверки полученных результатов ± 0,1

Взвешиваем тело

С помощью лупы увеличиваем шкалу и считываем результат - вес на воздухе P= 4.8 Н. Находим массу тела как вес/g=4.8/9.8 кг =0.49 кг.

Наливаем большой сосуд до самого верха.

Ставим в раковину мерный стакан и бросаем в большой сосуд тело

Увеличиваем изображение шкалы стакана и считываем объём вылившейся жидкости – то есть объём тела V=225 мл.

Находим плотность тела как массу/объём =490 г/225 мл= 2.18 г/см³.

Вытаскиваем тело на воздух. Цепляем тело динамометром и погружаем его в жидкость.

Находим вес тела в жидкости P_ж= 2.8 Н.

Находим архимедову силу F_а= P-P_ж =4.8 Н – 2.8 Н =2 Н.

Находим плотность жидкости = F_а /(g*V)= 2/(9.8*225*10^-6) кг/м³= 907 кг/м³ = 0.97 г/cм³

Заполняем отчёт и отправляем на сервер

Получаем результаты

Какие знания и умения учащихся проверяются:

Проверяются навыки самостоятельного выбора необходимых инструментов и планирования последовательности действий, приводящих к нужному результату. Учащиеся учатся корректировать свои действия по полученным результатам благодаря получению с сервера отчёта о правильности или неправильности отосланных на сервер результатов. Далее во всех заданиях на основе моделей данные элементы повторяются, и о них упоминаться не будет. Будут указываться только особенности для конкретных моделей.

Первое задание в большинстве моделей выбирается достаточно простым, чтобы с ним мог справиться практически любой учащийся. А последующие – с нарастающим уровнем сложности.

В данной конкретной модели проверяются и закрепляются знания по темам “считывание показаний со шкал приборов”, “взвешивание”, “плотность тел”, “архимедова сила”. Задания 2 и 3 более сложные, так как участникам приходится догадаться, каким образом измерить объём тела, превышающий объём мерного стакана. Определение плотности жидкости ещё сложней, так как требует выстраивания цепочки логических рассуждений по использованию результатов одних измерений для получения результатов от других измерений.

3.Теплоёмкость жидкостей (22 балла)

Какие знания и умения учащихся проверяются:

Проверяется большое количество знаний и умений в области взвешивания, измерения объёмов жидкостей, считывания показаний со шкал. Проверяются знания в области термодинамики. Проверяется способность участников находить нетривиальные решения в условиях избыточности инструментария и неопределённости в алгоритме достижения цели.