Temat

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi i linijki

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyznaczanie eksperymentalne gęstości ciał o regularnym kształcie.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wyznaczanie wielkości pośrednich potrzebnych do wyznaczenia gęstości.

2. Posługiwanie się wzorem na gęstość ciała.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- dokonuje pomiarów niezbędnych do wyznaczenia gęstości ciała,

- wyznacza eksperymentalnie gęstość ciał o regularnym kształcie.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Porządkowanie i stosowanie uzyskanych wyników w nowych zadaniach o charakterze praktycznym lub teoretycznym.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Wykonywanie eksperymentów w grupach.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. Co jest miarą ilości materii?

2. Podaj definicję objętości, jaką zajmuje ciało.

3. Podaj wzór i jednostkę gęstości ciał.

4. Czy gęstość ciał jest zależna od stanu skupienia ciała?

Odpowiedź:

1. Miarą ilości materii jest masa ciała.

2. Objętość ciała to przestrzeń zajęta przez wszystkie atomy tego ciała.

3. Gęstość ciała fizycznego, d wyznaczamy ze wzoru:
$d=\frac{m}{V}$
gdzie:
m – masa badanego ciała fizycznego,
V – objętość badanego ciała.
Jednostką gęstości w układzie SI jest $\frac{kg}{m^3}$.

4. Gęstość ciał zależy od stanu skupienia ciała. Gęstość ciał stałych i cieczy jest podobna i mieści się w zakresie od 900 $\frac{kg}{m^3}$ do 19320 $\frac{kg}{m^3}$ dla złota. Gęstość gazów jest dużo mniejsza i wynosi od 0,09 $\frac{kg}{m^3}$ dla wodoru do 5,9 $\frac{kg}{m^3}$ dla ksenonu.

Realizacja lekcji

Polecenie
Doświadczenie wykonujecie w grupach.
Zapoznajcie się z instrukcją do doświadczenia.

Grupa I
Doświadczenie

Problem badawczy:
Wyznaczanie gęstości ciał o regularnych kształtach.

Hipoteza badawcza:
Do wyznaczenia gęstości ciał o regularnych kształtach wystarczającym jest pomiar masy ciała i pomiar jego wymiarów liniowych.

Co będzie potrzebne:
- piłeczka kauczukowa,
- waga,
- suwmiarka.

Instrukcja:
1. Wyznacz masę piłeczki za pomocą wagi.
2. Wyznacz średnicę (D) piłeczki za pomocą suwmiarki.
3. Oblicz objętość piłeczki korzystając ze wzoru na objętość kuli:

gdzie:
V - objętość kulki [cmIndeks górny 3³],
$\mathrm{\pi }$ - stała, równa 3,14,
r - promień kulki równy, $\frac{D}{2}$ [cm].
4. Oblicz gęstość materiału z którego wykonana jest piłeczka.
5. Porównaj wynik który otrzymałeś z wartością gęstości materiału z tabel gęstości.

Podpowiedź:
Gęstość gumy wynosi od 1,1 do 2 $\frac{g}{c{m}^3}$.

Wniosek:
Wyznaczanie objętości ciała o regularnym kształcie w postaci kuli wymaga jedynie pomiaru średnicy kuli. Wykorzystanie wzoru na objętość kuli ułatwia wyznaczenie rzeczywistej objętości kuli, bez konieczności zanurzania jej w menzurce z wodą.

Grupa II
Doświadczenie

Problem badawczy:
Wyznaczanie gęstości wody.

Hipoteza badawcza:
Do wyznaczenia gęstości cieczy można wykorzystać jej właściwość, że przyjmuje kształt naczynia w którym się znajduje.

Co będzie potrzebne:
- szklanka,
- waga,
- suwmiarka,
- woda.

Instrukcja:
1. Wyznacz masę wody za pomocą wagi:
- Zważ szklankę zapisz jej masę mIndeks dolny s_s =
- Zważ szklankę z wodą zapisz jej masę mIndeks dolny s,w_s,w =
- Oblicz masę wody mIndeks dolny w_w = mIndeks dolny s,w_s,w - mIndeks dolny s_s
2. Wyznacz średnicę szklanki (D) za pomocą suwmiarki.
3. Wyznacz wysokość słupa wody h =
4. Oblicz objętość wody korzystając ze wzoru na objętość walca:

gdzie:
V - objętość walca [cmIndeks górny 3³],
$\mathrm{\pi }$ - stała, równa 3,14,
r - promień podstawy walca równy $\frac{D}{2}$ [cm].
5. Oblicz gęstość wody.
6. Porównaj wynik który otrzymałeś z wartością gęstości materiału z tabel gęstości.

Wniosek:
Wyznaczanie objętości ciała o regularnym kształcie w postaci walca wymaga jedynie pomiaru średnicy podstawy walca i jego wysokości. Wykorzystanie wzoru na objętość walca ułatwia wyznaczenie rzeczywistej objętości walca. Wykorzystanie faktu, że woda przyjmuje kształt naczynia ułatwia obliczenie jej rzeczywistej objętości.

Polecenie
Zaproponuj opis doświadczenia za pomocą którego wyznaczysz gęstość powietrza. Podaj temat, pomoce i instrukcję wykonania.

Polecenie
Określ prawdziwość poniższych zdań i zaznacz wszystkie poprawne odpowiedzi (możliwość wyboru).
a) Średnicę walca można zmierzyć za pomocą suwmiarki.
b) Średnicę kulki można zmierzyć precyzyjnie stosując suwmiarkę.
c) Średnicę kulki łatwo można zmierzyć linijką.
d) Objętość walca prostego oblicza się ze wzoru:

gdzie:
V - objętość walca [cmIndeks górny 3³],
$\mathrm{\pi }$ - stała, równa 3,14,
r - promień podstawy walca równy $\frac{D}{2}$ [cm].

Odpowiedź:
a) Prawda.
b) Prawda.
c) Fałsz.
d) Prawda.

[Ilustracja interaktywna]

Podsumowanie lekcji

Gęstość ciała o kształtach regularnych wymaga pomiaru masy oraz pomiaru jego wymiarów, na podstawie których metodą rachunkową można wyznaczyć objętość ciała. Gęstość wyznaczamy ze wzoru: