Эксперимент в классе, страница 75 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Повторите опыт, описанный в 1 части параграфа, используя набор тел равной массы и равного объема.

Проведем эксперимент с набором тел равной массы и набором тел равного объема, которые есть в школьных лабораториях. Простым взвешиванием можно доказать, что массы тел равного объема различны. Масса деревянного тела меньше алюминиевого, а масса алюминиевого меньше железного (рис. 50, а).

Для того чтобы изготовить тела равной массы, нужны разные объемы этих веществ (рис. 50, б). Объясняется это тем, что различные вещества имеют разную плотность.

Плотность вещества – это физическая величина, численно равная массе единицы объема этого вещества.

$\rho = \frac{m}{V}$

где $\rho$ (ро) – плотность вещества.

Плотность большинства веществ в твердом состоянии больше, чем их плотность в жидком состоянии. Исключением является вода: плотность льда меньше плотности воды. Плотность вещества в жидком состоянии больше, чем в газообразном состоянии. В таблицах 2–4 Приложения 2 даны плотности некоторых веществ в различных состояниях.

Для выполнения эксперимента, описанного в параграфе, необходимо последовательно провести два опыта, используя набор тел равного объема и набор тел равной массы.

Опыт 1: Использование набора тел равного объема

Цель опыта: Экспериментально доказать, что тела, имеющие одинаковый объем, но сделанные из разных веществ, обладают разной массой.

Оборудование:
1. Набор тел равного объема, изготовленных из разных материалов (например, деревянный, алюминиевый и железный кубики одинакового размера).
2. Рычажные весы с набором гирь.

Ход эксперимента:
1. Взять тела равного объема. Обозначим этот объем как $\text{V}$. Таким образом, $V_{дерева} = V_{алюминия} = V_{железа} = V$.
2. Поочередно поместить каждое тело на одну чашу весов и, используя гири на другой чаше, определить его массу.

Результат и наблюдение: В ходе взвешивания будет установлено, что массы тел различны. Масса деревянного кубика ($m_{дерева}$) будет наименьшей, масса алюминиевого ($m_{алюминия}$) — больше, а масса железного ($m_{железа}$) — наибольшей.
Таким образом, получается следующее соотношение масс: $m_{дерева} < m_{алюминия} < m_{железа}$.

Вывод из опыта: Поскольку объемы тел одинаковы ($V = \text{const}$), а их массы различны, это означает, что разные вещества имеют разную плотность. Плотность ($\rho$) — это физическая величина, равная отношению массы тела ($\text{m}$) к его объему ($\text{V}$), которая вычисляется по формуле $\rho = \frac{m}{V}$. Из результатов опыта следует, что плотность дерева меньше плотности алюминия, а плотность алюминия меньше плотности железа: $\rho_{дерева} < \rho_{алюминия} < \rho_{железа}$.

Опыт 2: Использование набора тел равной массы

Цель опыта: Показать, что для создания тел одинаковой массы из разных веществ требуются различные объемы этих веществ.

Оборудование:
1. Набор тел равной массы, изготовленных из разных материалов (например, куски дерева, алюминия и железа с одинаковой массой, скажем, 100 г).
2. Измерительный цилиндр (мензурка) с водой или линейка для определения объема.

Ход эксперимента:
1. Взять тела равной массы. Обозначим эту массу $\text{m}$. Таким образом, $m_{дерева} = m_{алюминия} = m_{железа} = m$.
2. Определить объем каждого тела. Если тело имеет правильную геометрическую форму, его объем можно вычислить, измерив линейные размеры. Для тел неправильной формы объем определяется с помощью мензурки по объему вытесненной жидкости.

Результат и наблюдение: Будет обнаружено, что объемы тел различны. Тело из дерева ($V_{дерева}$) будет иметь самый большой объем, тело из алюминия ($V_{алюминия}$) — меньший объем, а тело из железа ($V_{железа}$) — самый маленький объем.
Таким образом, получается следующее соотношение объемов: $V_{дерева} > V_{алюминия} > V_{железа}$.

Вывод из опыта: Поскольку массы тел одинаковы ($m = \text{const}$), а их объемы различны, это подтверждает вывод первого опыта. Из формулы плотности $\rho = \frac{m}{V}$ следует, что при одинаковой массе плотность обратно пропорциональна объему. Следовательно, вещество, занимающее меньший объем, имеет большую плотность. Результаты снова показывают, что $\rho_{дерева} < \rho_{алюминия} < \rho_{железа}$.

Ответ: Описанный в параграфе эксперимент наглядно демонстрирует понятие плотности вещества и состоит из двух частей.
1. В первой части берутся тела равного объема, но из разных веществ (например, дерево, алюминий, железо). При их взвешивании выясняется, что их массы различны: $m_{дерева} < m_{алюминия} < m_{железа}$. Это показывает, что в одинаковом объеме разных веществ содержится разная масса.
2. Во второй части берутся тела равной массы, но из разных веществ. При сравнении их объемов выясняется, что объемы также различны: $V_{дерева} > V_{алюминия} > V_{железа}$. Это показывает, что для получения одинаковой массы требуются разные объемы вещества.
Оба опыта приводят к одному и тому же выводу: разные вещества имеют разную плотность. Плотность ($\rho$) — это физическая характеристика вещества, которая определяется как отношение массы тела к его объему ($\rho = \frac{m}{V}$).