Лабораторная работа №3, страница 249 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Лабораторная работа № 3.

Определение плотности жидкостей и твердых тел

Цель работы: научиться определять плотность жидкостей и твердого тела с помощью рычажных весов, линейки и измерительного цилиндра.

Приборы и материалы: рычажные весы, разновес, образцы твердых тел различной формы: в виде параллелепипеда, неправильной формы; мензурка, линейка с миллиметровыми делениями.

Задание 1. Определение массы жидкости и твердых тел прямым измерением.

Указания к работе:

1. Подготовьте рычажные весы для измерения. Указатель весов должен показывать нулевое значение (рис. 5).

Примечание: если указатель не установлен на нулевое значение шкалы, то для уравновешивания весов можно воспользоваться листочками бумаги. В некоторых моделях весов для этой цели закреплены винты с гайками. Закручивая, либо откручивая гайку, можно добиться нулевого показания указателя.

Рис. 5

2. Сосуд для жидкости опустите на левую чашку весов. На другую чашку весов, используя пинцет, положите такое количество гирек, которое вернет указатель весов на нулевую отметку.

3. Подсчитайте сумму значений масс всех гирь, находящихся на чашке весов.

4. Запишите результат измерений, равный массе сосуда, в таблицу.

5. Налейте в сосуд жидкость. Используя гири, вновь приведите весы в равновесие.

6. Подсчитайте массу всех гирь, равную массе жидкости с сосудом.

7. Рассчитайте массу жидкости, определив разность двух измерений.

№ опыта Масса сосуда, г Масса сосуда с жидкостью, г Масса жидкости, г Масса жидкости, кг

8. Тело, массу которого нужно определить, положите на чашку весов. На другую чашку весов положите такое количество гирь, которое вернет указатель весов на нулевую отметку.

9. Просуммируйте массу всех гирек, находящихся на чашке весов.

10. Запишите результаты измерений в таблицу.

№ опыта Взвешиваемое тело Масса тела, г Масса тела, кг

1 Параллелепипед

2 Тело неправильной формы

Рис. 6

Задание 2. Определение объема жидкости и твердых тел.

Указания к работе:

1. Перелейте жидкость из сосуда в мензурку, определите ее объем в см³ (мл).

2. Выразите полученный результат в м³.

3. Для определения объема параллелепипеда измерьте линейкой его ребра: l, b и h (рис. 6). Рассчитайте значение объема в см³ по формуле:

$V = l \cdot b \cdot h$

Рис. 7

4. Выразите полученный результат в м³.

5. Объем тела неправильной формы определите с помощью мензурки (рис. 7) по формуле:

$V = V_2 - V_1$

6. Выразите полученный результат в м³.

Задание 3. Определение плотности жидкости и твердых тел.

Указания к работе:

1. Рассчитайте плотность тела по результатам измерений и вычислений, проведенных в заданиях 1-4, используя формулу $ \rho = \frac{m}{V} $. Определите плотность в г/см³.

2. Результат расчетов занесите в таблицу, запишите полученный результат в кг/м³.

№ п/п Тело Плотность вещества, г/см³ Плотность вещества, кг/м³ Название жидкости и веществ, из которых сделаны тела

1 Жидкость

2 Параллелепипед

3 Тело неправильной формы

3. По полученным результатам, используя таблицу плотностей, определите названия жидкости и веществ, из которых сделаны тела. Запишите названия веществ в таблицу.

4. Дайте оценку полученным результатам, предположив, из какого вещества состоит тело по его виду и физическим свойствам.

Контрольные вопросы

1. Почему весы перед взвешиванием тел необходимо уравновесить?

2. Почему гири при взвешивании необходимо брать с помощью пинцета?

3. Почему на весы нельзя класть мокрые предметы?

Задание 1. Определение массы жидкости и твердых тел прямым измерением.

Для выполнения задания были произведены гипотетические измерения с помощью рычажных весов, так как реальные данные отсутствуют. Результаты сведены в таблицы.

1. Определение массы жидкости.

Сначала была определена масса пустого сосуда ($m_{сосуда}$), а затем масса сосуда с жидкостью ($m_{сосуда \ с \ жидкостью}$). Масса жидкости ($m_{жидкости}$) была вычислена как разность этих двух значений: $m_{жидкости} = m_{сосуда \ с \ жидкостью} - m_{сосуда}$.

2. Определение массы твердых тел.

На чашку весов поочередно помещались твердые тела (параллелепипед и тело неправильной формы), и их масса уравновешивалась гирями.

Ответ: Массы тел и жидкости определены на основе гипотетических измерений и занесены в таблицы.

Задание 2. Определение объема жидкости и твердых тел.

1. Определение объема жидкости.

Жидкость, масса которой была измерена в Задании 1, перелита в измерительный цилиндр (мензурку). Предположим, что объем жидкости составил $V_{жидкости} = 25 \ см^3$.

Переведем объем в систему СИ ($м^3$):

$V_{жидкости} = 25 \ см^3 = 25 \cdot (10^{-2} \ м)^3 = 25 \cdot 10^{-6} \ м^3 = 2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3$.

2. Определение объема параллелепипеда.

С помощью линейки измеряем ребра параллелепипеда: пусть его длина $l = 5,0 \ см$, ширина $b = 2,5 \ см$, высота $h = 2,0 \ см$.

Объем параллелепипеда рассчитывается по формуле:

$V_{парал.} = l \cdot b \cdot h = 5,0 \ см \cdot 2,5 \ см \cdot 2,0 \ см = 25 \ см^3$.

Переведем объем в систему СИ ($м^3$):

$V_{парал.} = 25 \ см^3 = 25 \cdot 10^{-6} \ м^3 = 2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3$.

3. Определение объема тела неправильной формы.

Для определения объема тела неправильной формы используем измерительный цилиндр с водой, как показано на рисунке 7. Начальный объем воды в мензурке составляет $V_1 = 20 \ см^3$. После погружения тела в воду, новый уровень воды стал $V_2 = 40 \ см^3$.

Объем тела равен объему вытесненной им жидкости и рассчитывается по формуле:

$V_{тела} = V_2 - V_1 = 40 \ см^3 - 20 \ см^3 = 20 \ см^3$.

Переведем объем в систему СИ ($м^3$):

$V_{тела} = 20 \ см^3 = 20 \cdot 10^{-6} \ м^3 = 2,0 \cdot 10^{-5} \ м^3$.

Ответ: Объем жидкости $V_{жидкости} = 25 \ см^3 = 2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3$. Объем параллелепипеда $V_{парал.} = 25 \ см^3 = 2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3$. Объем тела неправильной формы $V_{тела} = 20 \ см^3 = 2,0 \cdot 10^{-5} \ м^3$.

Задание 3. Определение плотности жидкости и твердых тел.

Плотность вещества рассчитывается по формуле $\rho = \frac{m}{V}$, где $\text{m}$ – масса тела, а $\text{V}$ – его объем. Используя данные, полученные в Заданиях 1 и 2, рассчитаем плотности.

Дано:

Жидкость: $m_{жидкости} = 25,0 \ г$, $V_{жидкости} = 25 \ см^3$
Параллелепипед: $m_{парал.} = 67,5 \ г$, $V_{парал.} = 25 \ см^3$
Тело неправильной формы: $m_{тела} = 52,0 \ г$, $V_{тела} = 20 \ см^3$

Перевод в СИ:
Жидкость: $m_{жидкости} = 0,025 \ кг$, $V_{жидкости} = 2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3$
Параллелепипед: $m_{парал.} = 0,0675 \ кг$, $V_{парал.} = 2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3$
Тело неправильной формы: $m_{тела} = 0,052 \ кг$, $V_{тела} = 2,0 \cdot 10^{-5} \ м^3$

Найти:

Плотности $\rho_{жидкости}$, $\rho_{парал.}$, $\rho_{тела}$ в г/см³ и кг/м³.

Решение:

1. Плотность жидкости:
$\rho_{жидкости} = \frac{m_{жидкости}}{V_{жидкости}} = \frac{25,0 \ г}{25 \ см^3} = 1,0 \ г/см^3$
В единицах СИ: $\rho_{жидкости} = \frac{0,025 \ кг}{2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3} = 1000 \ кг/м^3$

2. Плотность вещества параллелепипеда:
$\rho_{парал.} = \frac{m_{парал.}}{V_{парал.}} = \frac{67,5 \ г}{25 \ см^3} = 2,7 \ г/см^3$
В единицах СИ: $\rho_{парал.} = \frac{0,0675 \ кг}{2,5 \cdot 10^{-5} \ м^3} = 2700 \ кг/м^3$

3. Плотность вещества тела неправильной формы:
$\rho_{тела} = \frac{m_{тела}}{V_{тела}} = \frac{52,0 \ г}{20 \ см^3} = 2,6 \ г/см^3$
В единицах СИ: $\rho_{тела} = \frac{0,052 \ кг}{2,0 \cdot 10^{-5} \ м^3} = 2600 \ кг/м^3$

Сравним полученные значения с табличными значениями плотностей. Плотность 1,0 г/см³ соответствует воде. Плотность 2,7 г/см³ соответствует алюминию. Плотность 2,6 г/см³ близка к плотности мрамора.

Оценка результатов: полученные в ходе расчетов значения плотностей соответствуют справочным данным для таких веществ, как вода, алюминий и мрамор. Это говорит о том, что измерения и вычисления были проведены корректно. По внешним признакам параллелепипед может быть алюминиевым (легкий, серебристого цвета), а тело неправильной формы — кусочком мрамора.

Ответ: Плотности определены и составляют: для жидкости - 1,0 г/см³ (1000 кг/м³), что соответствует воде; для параллелепипеда - 2,7 г/см³ (2700 кг/м³), что соответствует алюминию; для тела неправильной формы - 2,6 г/см³ (2600 кг/м³), что соответствует мрамору.

Контрольные вопросы

1. Почему весы перед взвешиванием тел необходимо уравновесить?

Весы необходимо уравновешивать перед взвешиванием для того, чтобы исключить систематическую погрешность измерения. Если весы не уравновешены, их показания будут включать не только массу взвешиваемого тела, но и начальный дисбаланс чаш. Уравновешивание (установка указателя на ноль) гарантирует, что измеряется только масса объекта, помещенного на весы.

Ответ: Для получения точного значения массы тела и исключения погрешности, связанной с начальным дисбалансом весов.

2. Почему гири при взвешивании необходимо брать с помощью пинцета?

Гири из набора разновесов необходимо брать только пинцетом по нескольким причинам. Во-первых, при контакте с пальцами на поверхности гирь остаются частицы жира, влаги и грязи. Это приводит к увеличению их массы и, следовательно, к неточным измерениям. Во-вторых, вещества с кожи рук могут вызывать коррозию металла, из которого сделаны гири, что со временем также изменит их массу. Использование пинцета позволяет сохранить массу гирь эталонной.

Ответ: Чтобы не изменять массу гирь из-за попадания на них жира и грязи с рук и чтобы предотвратить их коррозию, что обеспечивает точность взвешивания.

3. Почему на весы нельзя класть мокрые предметы?

Класть мокрые предметы на весы нельзя по двум основным причинам. Во-первых, вода или другая жидкость с поверхности предмета будет испаряться в процессе взвешивания. Это приведет к тому, что масса предмета будет постоянно уменьшаться, и получить стабильный, точный результат измерения станет невозможно. Во-вторых, влага может повредить механизм весов и вызвать коррозию металлических частей, в частности, чаш весов, что приведет к их порче и неточности в будущих измерениях.

Ответ: Потому что жидкость испаряется, делая показания весов нестабильными и неточными, а также влага может вызвать коррозию и повредить весы.