Открытый урок по физике на тему: "Плотность вещества". Формирование физических понятий с помощью фронтального эксперимента на примере изучения понятия "плотность вещества" Почему нужно знать плотность материалов

Ответ от Вровень [новичек]
Плотность вещества: формула, расчет.
Все вокруг нас состоит из разных веществ. Корабли и бани строят из дерева, утюги и раскладушки делают из железа, покрышки на колесах и стёрки на карандашах – из резины. И разные предметы имеют разный вес – любой из нас без проблем донесет с рынка сочную спелую дыню, а вот над гирей такого же размера уже придется попотеть.
Все помнят знаменитую шутку: «Что тяжелее? Килограмм гвоздей или килограмм пуха?». Мы-то уже не попадемся на эту детскую уловку, мы знаем, что вес и того и другого будет одинаковым, а вот объем будет существенно отличаться. Так почему это происходит? Почему разные тела и вещества имеют разный вес при одинаковом размере? Или наоборот, одинаковый вес при разном размере? Очевидно, что есть какая-то характеристика, вследствие которой вещества так отличаются друг от друга. В физике эта характеристика носит название плотности вещества и проходится в седьмом классе.
Плотность вещества: определение и формула
Определение плотности вещества следующее: плотность показывает, чему равна масса вещества в единице объема, например, в одном кубическом метре. Так, плотность воды 1000 кг/ м3, а льда – 900 кг/м3, именно поэтому лед легче и находится сверху зимой на водоемах. То есть, что показывает нам плотность вещества в данном случае? Плотность льда равная 900 кг/м3, означает, что куб льда со сторонами 1 метр весит 900 кг. А формула для определения плотности вещества следующая: плотность= масса/объем. Обозначаются величины, входящие в это выражение, так: масса – m, объем тела –V, а плотность обозначается буквой? (греч. буква «ро»). И формула можно записать следующим образом:
?=m/V
Как найти плотность вещества
Как найти или рассчитать плотность какого-либо вещества? Для этого нужно знать объем тела и массу тела. То есть, мы измеряем вещество, взвешиваем, а потом полученные данные просто подставляем в формулу и находим нужное нам значение. А в чем измеряется плотность вещества понятно из формулы. Измеряется она в килограммах на метр кубический. Иногда используют еще такое значение, как грамм на сантиметр кубический. Пересчитать одну величину в другую очень просто. 1 г = 0,001 кг, а 1 см3 = 0,000001 м3. Соответственно 1 г/(см) ^3 =1000кг/м^3. Еще следует помнить, что плотность вещества различна в разных агрегатных состояниях. То есть в твердом, жидком или газообразном. Плотность твердых тел, чаще всего, выше плотности жидкостей и намного выше плотности газов. Пожалуй, очень полезное для нас исключение – это вода, которая, как мы уже рассматривали, в твердом состоянии весит меньше, чем в жидком. Именно вследствие этой странной особенности воды на Земле возможна жизнь. Жизнь на нашей планете, как известно, произошла из океанов. А если бы вода вела себя, как и все остальные вещества, то вода в морях и океанах промерзла бы насквозь, лед, будучи тяжелее воды, опустился бы на дно и лежал там, не тая. И только на экваторе в небольшой толще воды существовала бы жизнь в виде нескольких видов бактерий. Так что можно сказать спасибо воде за то, что мы существуем.

Плотность дерева является одним из важнейших факторов, который учитывается в случае перевозки леса. Именно данный параметр профессионалы считают основным в случае расчета стоимости всей перевозки, выбора специального транспорта для ее организации.

Разновидности веса древесины

Плотность дерева позволяет рассматривать объемный и удельный вес древесины. Удельная величина характеризуется массой единицы объема древесины без суммирования влаги, породы, иных факторов. Объемный показатель предполагает учет породы и влажности древесины. Имея представление об объемном весе, вполне можно вычислить плотность дерева. Различные породы отличаются друг от друга данным показателем. Зависит плотность дерева и от климатических особенностей того региона, в котором оно находится.

Зависимость от влажности

Данная величина серьезно влияет на плотность дерева. Сосна, например, при влажности 15 % имеет плотность 0,51 т/м3. В случае возрастания показателя влажности до 70 %, плотность существенно меняется, она составляет 0,72 т/м3.

Классификация

В зависимости от того, какое количество влаги находится в древесине, существует деление на несколько групп:

• абсолютно сухими считают древесину, в которой отсутствует вода;
• комнатно-сухое, в котором процент водяного пара не превышает 10 процентов;
• воздушно-сухое с влажностью от 15 до 20 процентов;
• свежесрубленное, содержание влаги в диапазоне 50- 100 процентов;
• мокрое, находящееся в воде дерево.

Характеристика

Что представляет собой плотность дерева? Таблица, представленная ниже, показывает, что эта величина весьма нестабильна. Даже для одного сорта древесины возможно серьезное изменение удельного веса. Если рассматривать различные участки одного куска, они будут отличаться по плотности. Значения удельного веса являются усредненными величинами. В реальности существует различие между табличными показателями и теми, которые на самом деле имеет рассматриваемая порода дерева.

Древесина представляет собой природный материал, имеющий определенную структуру. Она создается стенками клеток, а также околоклеточными и межклеточными пустотами. Рассуждая над тем, какая плотность дерева, профессионалы анализируют, о какой именно части древесины идет речь. Между показателями для сердцевины и стенками есть серьезные отличия по плотности, это учитывают те, кто работает с данным строительным материалом.

Древесинным веществом именуют твердую массу, которая не имеет естественных пустот. По его плотности и судят о твердости самого материала. Определяют этот показатель в условиях аналитической лаборатории. По толщине стенки материала настолько малы, что провести измерения с помощью линейки просто невозможно.

Независимо от породы древесины, удельный вес имеет определенные показатели. Для определения элементарного количественного химического состава стенок древесины пользуются стандартными методами. Эта величина практически для всех пород является постоянной, в среднем она составляет 1540 кг/м3. Удельный вес (плотность) самого дерева можно определить, вооружившись стандартными средствами. Например, провести взвешивание куска дерева, определить его объем, а потом, воспользовавшись арифметическими действиями, определить удельный вес искомого вещества. Существует прямая связь между строением клеточной структуры и влажностью исследуемого образца.

Объективным фактором плотности является клеточная структура дерева. Волокнистая многоклеточная структура данного природного материала является несущим каркасом, именно от ее ориентации в пространстве, формы, зависит плотность материала. При уменьшении размеров клеток увеличивается их число, в результате чего повышается плотность их расположения в пространстве. Происходит уплотнение клеточной структуры, увеличивается число древесинного компонента на единицу объема. При этом наблюдается и повышение удельного веса древесины. Разница между показателями объясняется разной плотностью пород, а также слоистостью материала.

Кроме того, серьезное влияние на строение клетчатки оказывают географические, климатические, иные условия произрастания, возраст дерева. Зная удельный вес, можно рассматривать сферы применения данной древесины, продумывать условия ее эксплуатации, хранения.

Окружающие нас тела состоят из различных веществ: железа , дерева, резины и пр. Масса любого тела зависит не только от его размеров, но и от вещества, из которого оно состоит. Тела одинакового объема, состоящие из разных веществ, имеют разные массы. Например, взвесив два цилиндра из разных веществ - алюминия и свинца, увидим, что масса алюминиевого меньше массы свинцового цилиндра.

Вто же время, тела с одинаковыми массами, состоящие из разных веществ, имеют разные объемы . Так, железный брус массой 1 т занимает объем 0,13 м 3 , а лед массой 1 т - объем 1,1 м 3 . Объем льда почти в 9 раз больще объема железного бруса. То есть, разные вещества могут иметь разную плотность.

Отсюда следует, что тела с одинаковым объемом, состоящие из разных веществ, имеют разные массы.

Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в определенном объеме. То есть, если известна масса тела и его объем, можно определить плотность. Чтобы найти плотность вещества, надо массу тела разделить на его объем.

Плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях различна.

Плотность некоторых твердых тел, жидкостей и газов приведена в таблицах.

Плотности некоторых твердых тел (при норм. атм. давл., t = 20 ° C).

Твердое тело

ρ , кг/м 3

ρ , г/см 3

Твердое тело

ρ , кг/м 3

ρ , г/см 3

Стекло оконное

Сосна (сухая)

Оргстекло

Сахар-рафинад

Полиэтилен

Дуб (сухой)

Плотности некоторых жидкостей (при норм. атм. давл. t =20 ° C).

Жидкость

ρ , кг/м 3

ρ , г/см 3

Жидкость

ρ , кг/м 3

ρ , г/см 3

Вода чистая

Молоко цельное

Масло подсолнечное

Жидкое олово (при t = 400 ° C )

Масло машинное

Жидкий воздух (при t = -194 ° C )

Разработка урока физики по теме "Плотность вещества".

7-й класс

Мухаррамова Гульнара Муниповна, учитель физики

Цели урока: 1. Обучающая: - ввести новую характеристику тела (вещества)- плотность;

Выяснить физический смысл плотности;

Вывести формулу расчета, единицы плотности;

2. Развивающая : - формирование самостоятельного мышления, умения сравнивать,

анализировать, делать выводы;

3. Воспитательная : - развитие познавательного интереса учащихся к данной теме и

предмету в целом, расширение кругозора;

Бережное, аккуратное обращение с приборами;

аккуратность записей в тетрадях, наличие учебников

и письменных принадлежностей.

тип урока : урок изучения нового материала

методы : словесно- наглядно- практические

оборудование : рычажные весы с разновесами, два бруска

Демонстрации : демонстрация набора тел одинаковой массы, одинакового объема

Техническое оснащение : компьютер, экран, мультимедийный проектор

I Организационный момент

Дать правильную психологическую установку: «По вашим лицам вижу, что сегодня настроение у вас хорошее. Давайте поработаем сегодня на уроке так, чтобы ваше настроение осталось таким же, а может быть, стало еще лучше»

Создать нормальное рабочее настроение: «Приступим к уроку.»

II. Актуализация опорных знаний

Учитель . На прошедших уроках мы изучали первую форму материи- вещество. Что же такое вещество? Вспомним внутреннее строение вещества.

Вещество состоит из молекул (атомов) с промежутками между ними. Молекулы движутся … Молекулы взаимодействуют…

Учитель - Назовите агрегатные состояния вещества.

Газ, жидкость и твердое тело.

III. Мотивация учебной деятельности учащихся

Учитель Представьте, что геологи обнаружили залежи нефти. Объем залежей они знают. Как определить массу нефти? Очевидно массу нефти мы сможем подсчитать, если будем знать массу в единице объема (1 м 3) и объем. Следовательно, знание массы в единице объема вещества имеет большое значение для практической деятельности человека. В физике оно получила название особое- плотность.

Учащиеся записывают тему урока. Учитель сообщает цели урока. (Слайд)

Знать :
1.Что такое плотность?
2.Как определяется плотность?
3. Формулу расчета плотности
4. Единицы измерения плотности.

Уметь:

Зная, плотность, научиться определять химический состав вещества.

IV. Восприятие и усвоение учебного материала

Учитель - Расскажите, как определяется объем тела, имеющего форму параллелепипеда. Какой прибор для этого нужен?

Линейка. Объем равен произведению размеров трех сторон V=a b c.

Учитель - Объем тел произвольной формы нельзя измерить при помощи линейки. Для этого можно воспользоваться самым простым способом.

Для измерения объемов жидкостей и твердых тел используется измерительный цилиндр (мензурка). Если налить в измерительный цилиндр жидкость и определить ее объем, а затем опустить туда твердое тело, то уровень жидкости поднимется. Разность этих двух объемов равна объему твердого тела. (Слайд)

Учитель Измерьте объем брусков с помощью линейки и запишите результаты на листе бумаги, который я каждому положила на парту. Какие ответы получились?

Объемы тел получились одинаковые.

Учитель - Что еще вы научились определять на прошедших уроках?

Массу тел.

Учитель - Правильно. С помощью какого прибора?

С помощью рычажных весов.

Учитель - Правильно. Определите массу брусков с помощью весов, стоящих на вашей парте. Запишите результат на тот же лист. Одинаковы ли массы разных тел?
Учитель - Тела из разного материала, но одинакового объема имеют разную массу. (Слайд)

Для наглядности положим на одну чашечку весов цилиндр из железа, на другую- из алюминия.

Какие факты видны из наблюдения?

Одно тело состоит из железа, другое- из алюминия. V жел = V алюм. Масса железа больше массы алюминия.

Учитель - Как это объяснить?

Масса вещества, содержащегося в 1 см 3 разная, т.е. плотность разная.

Учитель – Если взять два бруска, изготовленные один из меди, другой из алюминия, то можно видеть, что объем алюминиевого цилиндра почти в четыре раза больше медного (положить на весы ). Почему весы находятся в равновесии?

У них равные массы

Учитель 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 (Слайд) . Тела, изготовленные из различных веществ, при одинаковой массе имеют разные объемы. (Слайд)

Учитель - Что можете предложить, чтобы объяснить увиденное?

Масса 1 см 3 разная, то есть плотности тел разные.

Учитель - Объясним смысл слова плотность, используя знания о внутреннем строении вещества.

Атомы железа и алюминия имеют разную массу и разные промежутки между ними.

Учитель – Чем же определяется плотность вещества?

Физическая величина, показывающая, какая масса приходится на единицу объема вещества, называется плотностью. (Слайд)

Чтобы найти плотность вещества, необходимо определить массу и объем тела.

Учитель предлагает пример.

Учитель. Чтобы выяснить, как найти плотность данного вещества рассмотрим пример. Кусок льда объемом 4 м 3 имеет массу 3600 кг. Определить сколько массы содержится в 1 м 3 льда (плотность льда).

В 1 м 3 льда содержится 900 кг. Таким образом, плотность льда составляет 900 кг на 1 м 3 .

Учитель Как же это мы определили?

3600 кг/ 4 м 3 = 900 кг/м 3

Учитель Чтобы определить плотность вещества, надо массу тела разделить на его объем.

Следовательно, плотность есть физическая величина, равная отношению массы тела к его объему. Коротко определение запишется так: плотность = масса/ объем. (Слайд )

Введем обозначения: ρ – плотность вещества (греческая буква, читается «ро»), m –масса тела, V- его объем. Тогда получим формулу для вычисления плотности: ρ=m/V (Слайд)

Как любая физическая величина плотность имеет свою размерность.

В каких единицах измеряется плотность?

Ученик анализируя формулу говорит : кг/ м 3 или г/ см 3

Учитель В системе СИ плотность измеряется [ кг/ м 3 ] . Часто плотность измеряется в [ г/ см 3 ].

Физкультминутка. Ребята, вы уже знаете о том, что воздействие на нервные окончания в наших ладонях, мы воздействуем почти на весь наш организм. Поэтому я предлагаю вам похлопать и похлопать не просто так, а со смыслом. Представим, что наши ладони молекулы, а от чего зависит движение молекул?

Поэтому, слушая меня и думаем, как должны двигаться наши ладони. Быстро или медленно? Итак, очень холодно. Чуть теплее-теплее. Очень жарко. И снова стало холодно.

А теперь нам не помешает подвигаться. Представим, что мы жидкость в столбике термометра. Температура – 30 0 , -10 0 , 0 0 , + 30 0 , +50 0 .

Учитель Плотности веществ уже определены учеными. В учебнике на стр. 50, 51 вы найдете таблицу плотности веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии. Очень важно заметить, что одно и тоже вещество в различных состояниях имеет различную плотность.

Например, плотность воды равна 1000 кг\ м 3 , льда- 900 кг\ м 3 , а водяного пара- 0,59 кг/м 3 . Почему они различны? (Слайд)

Найдите по таблице плотность алюминия.

2700 кг/ м 3 или 2,7 г/см 3

Учитель - Что означают слова: « Плотность алюминия равна 2700 кг/м 3 »?

Согласно определению плотности 1 м 3 алюминия имеет массу 2700 кг, а 1 см 3 алюминия имеет массу 2,7 г. Можно ли так говорить о плотности одного и того же вещества?

Да, можно, потому что ρ=2700 кг/м 3 = 2700 · 1000 г/ 1000 000 см 3 =2,7 г/ см 3 .

Учитель -Во сколько раз число 2700 больше 2,7 ?

В 1000 раз.

Учитель - Значит, если вам при расчетах плотность потребуется перевести величину 2700 кг/м 3 в г/см 3 , во сколько раз ее надо уменьшить?
Учитель - Каким арифметическим действием?

Делением

Учитель - А, наоборот, перевести 2,7 г/см 3 в кг/м 3 ?

Увеличить в 1000 раз, умножить.

Учитель Обратите внимание на таблицы плотностей в учебнике и найдите вещества с наибольшей и наименьшей плотностью для твердых, жидких и газообразных веществ.

Самое плотное твердое вещество осмий- 22 600 кг/м 3 . Самая плотная жидкость- ртуть (13600 кг/м 3).

Учитель Ну, а теперь найдем химический состав вещества, зная его плотность

Учитель записывает на доске : плотность вещества равна 19300 кг/м 3 . Что это за вещество?

Ученик работая с таблицей отвечает, что это вещество состоит из золота.

V. Формирование умений и навыков.

Учитель Необходимо определить плотность вещества тел и зная ее, узнать химический состав материала. Как это определить?

Мы вычислили объем брусков, потом пользуясь весами, узнали массу тел. Наконец пользуясь формулой ρ=m/V определим плотность вещества. По таблице посмотрим определенная плотность какому веществу соответствует.

Учитель Оцениваю работы учащихся…В целом весь класс успешно определил химический состав вещества брусков.

VI. Закрепление новых знаний

Расчетные задачи: (Слайд)

1. 
   Выразите в килограммах массы тел: 2,5 т, 0,25 г, 300 г, 150 мг, 30 г, 3000 г.

2. Кусок угля объёмом 20 см 3 имеет массу 50 г.Имеет он примеси руды или нет?

VII. Итог урока

Учитель Что нового узнали?

1. Познакомились с новой физической величиной- плотностью?

2. Плотность вещества определяет какая масса вещества содержится в единице объема (в 1м 3 ,1 см 3)

3. Плотность измеряется в 1 кг/ м 3 или 1 г/ см 3

4. Научились определять плотность вещества по формуле: ρ=m/V

5. Зная плотность тела научились определять химический состав вещества.

6. Научить работать с таблицами плотностей твердых, жидких и газообразных веществ.

Учитель - Зачем нужно знать плотность вещества?

Как определить массу кирпича с помощью линейки?

VIII. Домашнее задание

§ 21,рассказ по плану; Упр. 7 (1,2)устно; желающим индивид. задания

Определение объема тела

Определение плотности твердого тела

Определение объема тела

№	Длина а см	Ширина	Высота с см	Объем	Массатела	Плотность вещества, ρ
						г/см 3	кг/м 3
1
2

Определение плотности твердого тела

№	Длина а см	Ширина	Высота с см	Объем	Массатела	Плотность вещества, ρ
						г/см 3	кг/м 3
1
2

Определение плотности твердого тела

№	Длина а см	Ширина	Высота с см	Объем	Массатела	Плотность вещества, ρ
						г/см 3	кг/м 3
1
2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Масса – это скалярная физическая величина, характеризующая инертные и гравитационные свойства тел.

Любое тело «сопротивляется» попытке изменить его . Это свойство тел называется инертностью. Так, например, шофер не может мгновенно остановить автомобиль, увидев перед собой внезапно выскочившего на дорогу пешехода. По той же причине трудно сдвинуть с места шкаф или диван. При одинаковом воздействии со стороны окружающих тел одно тело может быстро изменять свою скорость, а другое в тех же условиях – значительно медленнее. Говорят, что второе тело является более инертным или обладает большей массой.

Таким образом, мерой инертности тела является его инертная масса. Если два тела взаимодействуют друг с другом, то в результате изменяется скорость обоих тел, т.е. в процессе взаимодействия оба тела приобретают .

Отношение модулей ускорений взаимодействующих тел равно обратному отношению их масс:

Мерой гравитационного взаимодействия является гравитационная масса.

Экспериментально установлено, что инертная и гравитационная массы пропорциональны друг другу. Выбрав коэффициент пропорциональности равный единице, говорят о равенстве инертной и гравитационной масс.

В системе СИ единицей измерения массы является кг .

Масса обладает следующими свойствами:

1. масса всегда положительна;
2. масса системы тел всегда равна сумме масс каждого из тел, входящих в систему (свойство аддитивности);
3. в рамках масса не зависит от характера и скорости движения тела (свойство инвариантности);
4. масса замкнутой системы сохраняется при любых взаимодействиях тел системы друг с другом (закон сохранения массы).

Плотность веществ

Плотностью тела называется масса единицы объема:

Единица измерения плотности в системе СИ кг/м .

Разные вещества обладают различной плотностью. Плотность вещества зависит от массы атомов, из которых оно состоит, и от плотности упаковки атомов и молекул в веществе. Чем больше масса атомов, тем больше плотность вещества. В различных агрегатных состояниях плотность упаковки атомов вещества различна. В твердых телах атомы очень плотно упакованы, поэтому вещества в твердом состоянии имеют наибольшую плотность. В жидком состоянии плотность вещества несущественно отличается от его плотности в твердом состоянии, так как плотность упаковки атомов все еще велика. В газах молекулы слабо связаны друг с другом и удаляются друг от друга на большие расстояния, плотность упаковки атомов в газообразном состоянии очень низкая, поэтому в этом состоянии вещества обладают наименьшей плотностью.

Основываясь на данных астрономических наблюдений, определили среднюю плотность вещества во Вселенной, результаты расчетов говорят о том, что в среднем космическое пространство чрезвычайно разрежено. Если «размазать» вещество по всему объему нашей Галактики, то средняя плотность материи в ней окажется равной примерно 0,000 000 000 000 000 000 000 000 5 г/см 3 . Средняя плотность материи во Вселенной — приблизительно шесть атомов на кубический метр.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Чугунный шар при объеме 125 см имеет массу 800 г. Является этот шар сплошным или полым?
Решение	Вычислим плотность шара по формуле: Переведем единицы в систему СИ: объем см м; масса г кг. По таблице плотность чугуна 7000 кг/м 3 . Так как полученное нами значение меньше табличного, шар является полым.
Ответ	Шар является полым.

ПРИМЕР 2

Задание	Во время аварии танкера в заливе образовалось пятно диаметром 640 м при средней толщине 208 см. Сколько нефти оказалось в море, если ее плотность 800 кг/м ?
Решение	Считая нефтяное пятно круглым, определим его площадь: C учетом того, что Объем нефтяного слоя равен произведению площади пятна на его толщину: Плотность нефти: откуда масса разлитой нефти: Переводим единицы в систему СИ: средняя толщина см м.
Ответ	В море оказалось кг нефти.

ПРИМЕР 3

Задание	Сплав состоит из олова массой 2,92 кг и свинца массой 1,13 кг. Какова плотность сплава?
Решение	Плотность сплава: