Личные инструменты

2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Густина речовини. Кристалічні та аморфні тіла. Залежність лінійних розмірів твердих тіл від температури

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 7 клас>> Фізика: Густина. Одиниці густини. Залежність розмірів тіл від температури

   § 10. ГУСТИНА. ОДИНИЦІ ГУСТИНИ
  ■ Ми часто вживаємо вирази «легкий, мов повітря» або «важкий, як свинець». Але чи знаєте ви, що повітря всередині, скажімо, супермаркету важить більш ніж 400 кг. А підняти таку масу не подужає й силач. Свинцеве ж грузило для вудки легко підніме навіть малюк. Отже, наведені вище вирази — неправильні? З'ясуймо, у чому тут річ.

 1. Проводимо деякі вимірювання й робимо розрахунки 
  На рис. 2.8 ви бачите два бруски, обидва виготовлені з тієї самої речовини — свинцю, але мають різні розміри. Наше завдання — знайти відношення маси кожного бруска до його об'єму.







2.8.jpg
Рис. 2.8. Два свинцеві бруски, що мають різний об'єм







2.9.jpg







Рис. 2.9. Вимірювання мас свинцевих брусків, які мають різний об'єм
  Для початку виміряйте довжину, ширину й висоту брусків і обчисліть їхні об'єми. (Якщо ви правильно виконаєте вимірювання й не помилитеся в розрахунках, то дістанете такі результати: об'єм меншого бруска дорівнює 4 см3, більшого бруска — 10 см3.)
  Визначивши об'єми брусків, зважимо їх. На ліву шальку терезів помістимо один із брусків, на праву — важки (рис. 2.9). Терези перебувають у рівновазі, ваше завдання — порахувати масу важків.
  Нам залишилося знайти відношення маси кожного бруска до його об'єму, тобто вирахувати, чому дорівнює маса свинцю об'ємом 1 см3 для меншого і для більшого брусків. Очевидно, що коли маса меншого бруска 45,2 г і він займає об'єм 4 см3, то маса свинцю об'ємом 1 см3 для цього бруска дорівнює 45,2 : 4 = 11,3 (г). Виконавши аналогічні розрахунки для більшого бруска, одержимо 113 : 10 = 11,3 (г). Таким чином, відношення маси свинцевого бруска до його об'єму (маса свинцю одиничного об'єму) однакове як для більшого, так і для меншого бруска.
  Якщо тепер узяти бруски, виготовлені з іншої речовини (наприклад алюмінію), і повторити ті ж дії, то відношення маси алюмінієвого бруска до його об'єму також не буде залежати від розмірів бруска. Ми знову одержимо постійне число, але вже інше, ніж у досліді зі свинцем.


  2. Даємо означення густини речовини
  Фізична величина, що характеризує певну речовину й чисельно дорівнює масі речовини одиничного об'єму, називається густиною речовини.
Густина позначається символом р і обчислюється за формулою

        m







p = -------  ,
        V
де V — об'єм, зайнятий речовиною масою m.
  Густинаце характеристика речовини, що не залежить від маси ре-човини та її об'єму. Якщо збільшити масу речовини, наприклад, у два рази, то об'єм, який вона займе, також зросте у два рази.
  Із визначення густини речовини дістанемо одиницю густини. Оскільки в СІ одиницею маси є кілограм, а одиницею об'єму — метр кубічний, то одиницею густин'ив СІ буде кілограм на метр кубічний (кг/м3).
  1 кг/м3це густина такої однорідної речовини, маса якої в об'ємі один кубічний метр дорівнює одному кілограму.
  На практиці також дуже часто застосовують одиницю густини грам на сантиметр кубічний (г/см3).
  Одиниці густини кілограм на метр кубічний (кг/м3) та грам на санти¬метр кубічний (г/см3) пов'язані між собою співвідношенням:






   г                      0,001 кг                             кг
1------ = ----------------------------------------- = 1000 -------







  см3       0,01 м х 0,01 м х 0,01 м                м3






   3. Порівнюємо густини різних речовин
  Густини різних речовин і матеріалів можуть суттєво відрізнятись одна від одної (рис. 2.10). Розгляньмо кілька прикладів. Густина водню за температури 0 °С та тиску 760 мм рт. ст. становить 0,090 кг/м3 — це означає, що маса водню об'ємом 1 м3 дорівнює 0,090 кг, або 90 г. Густина свинцю становить 11 300 кг/м3. Це означає, що свинець об'ємом 1 м3 має масу 11 300 кг, або 11,3 т. Густина речовини нейтронної зорі сягає 1018 кг/м3. Маса такої речовини об'ємом 1 см3 дорівнює 1 млрд тонн. Далі в таблицях наведено густини деяких речовин.
                                                          Таблиця густин деяких речовин у твердому стані





                                                                                    2.таб.jpg            





                                                          Таблиця густин деяких речовин у рідкому стані
                                                                                    2.таб2.jpg






                                                         Таблиця густин деяких речовин у газоподібному стані
                                                                      (за температури 0 °С та тиску 760 мм рт. ст.)





                                                                                   2.таб3.jpg

  4. Вчимося обчислювати густину, масу та об'єм фізичного тіла
  Одним зі способів визначення речовини, з якої складається фізичне тіло, є обчислення його густини, а потім порівняння одержаного значення із даними з таблиці густин. Щоб визначити густину тіла, досить виміряти масу та об'єм цього тіла, а потім знайти відношення маси тіла до його об'єму.
  Наприклад, якщо брила об'ємом 3 м3 має масу 2700 кг, то очевидно, що густина речовини, з якої вона складається (тобто маса речовини об'ємом 1 м3), дорівнює:





    2700 кг              кг 











= 900 -------




     3 м3                      м3
  За таблицею виявляємо, що брила складається з льоду.
  У наведених вище прикладах ми розглядали так звані однорідні тіла, тобто тіла, що не мають порожнин і складаються з однієї речовини (льодяна брила, свинцевий та алюмінієвий бруски). У таких випадках густина тіла дорівнює густині речовини, з якої воно складається (густина льодяної брили дорівнює густині льоду).
  Якщо в тілі є порожнини або воно складається з різних речовин (наприклад, корабель, футбольний м'яч, людина), то говорять про середню густину тіла, що також обчислюється за формулою





        m
 p = ------ 





        V
де V — об'єм, зайнятий речовиною масою m.
  Середня густина тіла людини, наприклад, становить 1036 кг/м3.                                                                                                                                                    m
  Знаючи густину речовини, з якої складається тіло (або середню густину тіла), і об'єм тіла, можна визначити масу даного тіла без зважування. Справді, якщо р = — , то m = рV . Відповідно, знаючи густину й масу тіла, можна знайти його об єм:                                                                                                                                                                     V





          m





V = ----------





         p





2.с.jpg










ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
  Фізична величина, що характеризує певну речовину й чисельно дорівнює масі речовини одиничного об'єму, називається густиною речовини.





  Густину речовини та густину тіла можна розрахувати за формулою
         m






p = ----------





         V





  У СІ густина вимірюється в кілограмах на метр кубічний (кг/м3). Часто також використовують одиницю густини грам на сантиметр кубічний (г/см3). Ці одиниці пов'язані між собою співвідношенням:




    г                кг
1 ----- = 1000 -------




   см3                  м3                                                                           m
  Знаючи масу тіла та його густину, можна знайти об'єм тіла: V = ------ . Відповідно, за відомими об ємом тіла та його густиною можна знайти масу тіла: m = рV .




                                                                                                     p
  Контрольні запитання
1. Чи залежить відношення маси речовини до об'єму, який займає ця речовина, від її маси? від об'єму? від роду речовини? 2. Що називають густиною речовини? 3. Густина платини дорівнює 21 500 кг/м3. Що це означає? 4. Що потрібно зробити, щоб визначити густину речовини? 5. Які одиниці густини ви знаєте? б. Як подати густину в грамах на сантиметр кубічний (г/см3), якщо її дано в кілограмах на метр кубічний (кг/м3)? 7. Як обчислити масу тіла за його густиною та об'ємом? 8. Як визначити об'єм тіла, знаючи його густину та масу?
 
Фізика та техніка в Україні
 2.д.jpg
  Донецький фізико-технічний інститут НАН України
  У 60-ті роки минулого століття у Донбасі — важливому промисловому регіоні України — виникла нагальна потреба в організації наукових досліджень, максимально зорієнтованих на задоволення потреб регіону. Для цього в 1965 році й було створено Донецький науковий центр Академії наук УРСР, одним із ключових інститутів якого став Донецький фізико-технічний інститут (ДонФТІ).
  Результати досліджень працівників інституту здобули визнання наукової громадськості України та інших держав. ДонФТІ підтримує широкі науково-виробничі зв'язки з десятками зарубіжних інститутів і промислових підприємств Швейцарії, США, Німеччини, Іспанії.
 
  Вправи




2.л71.jpg




 1. Знайдіть у таблиці значення густини повітря та густини свинцю. Що вони означають? Які величини ми насправді порівнюємо, коли говоримо: «легкий, мов повітря», «важкий, як свинець»?




 2. У якому випадку маси тіл однакового об'єму будуть рівними?
 3. Одна з двох однакових посудин наповнена медом, друга — олією. Маса якої рідини більша і в скільки разів?
 4. Два кубики — з оргскла та дуба — мають од-накову масу. Об'єм якого кубика є меншим і в скільки разів?
 5. У циліндрі під поршнем міститься кисень (рисунок а). Поршень починають просувати в циліндр (рисунок б). Як при цьому змінюються: а) маса газу; б) об'єм газу; в) густина газу?








  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7
 2.л7.jpg
Тема. Визначення густини твердого тіла й рідини.
Мета: визначити густину твердих тіл і рідини.
Обладнання: терези з важками; мірний циліндр; лінійка; досліджувані тверді тіла (дерев'яний брусок і металевий циліндр із ниткою); склянка з досліджуваною рідиною.




  ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ




  Готування до експерименту
1. Перш ніж розпочинати вимірювання, згадайте:
   а) формулу, за якою обчислюють густину;
   б) за допомогою яких приладів можна визначити об'єм твердого тіла;
   в) як визначають ціну поділки шкали вимірювального приладу;
   г) як правильно знімати показання мірного циліндра;
   д) правила роботи з важільними терезами;
   є) яких запобіжних заходів необхідно дотримуватися під час роботи з мірним циліндром.
2. Визначте й запишіть ціну поділки шкали лінійки та ціну поділки шкали мірного циліндра.

  Експеримент
  Результати вимірювань і обчислень слід одразу заносити до таблиці!




1. Визначте об'єм бруска за допомогою лінійки.




2. Виміряйте масу бруска за допомогою терезів.




3. Обчисліть густину речовини, з якої виготовлено брусок.
4. Визначте об'єм металевого тіла за допомогою мірного циліндра.




5. Виміряйте масу металевого тіла за допомогою терезів.
6. Обчисліть густину металу, з якого виготовлено тіло.
7. Виміряйте масу склянки з досліджуваною рідиною.
8. Перелийте рідину в мірний циліндр і визначте її об'єм.
9. Зважте порожню склянку та обчисліть масу досліджуваної рідини.




10. Обчисліть густину досліджуваної рідини.
Л7.ек.jpg




 Аналіз результатів експерименту
1. Користуючись таблицями густин, визначте назву досліджуваної рідини, а також речовини, з яких виготовлені досліджувані тіла.
2. Зробіть висновок, у якому не забудьте зазначити чинники, що могли вплинути на точність результатів.
  
  Додаткове завдання
1. Визначте об'єм власного тіла, знаючи його середню густину, зазначену в § 10.
2. Запропонуйте способи — теоретичний та експериментальний, — скориставшись якими, можна знайти масу води, що виллється з відливної посудини (див. рисунок), якщо в неї повільно занурити пластиліновий кубик зі стороною 3 см.





2.ек.jpg










   § 16. ЗАЛЕЖНІСТЬ РОЗМІРІВ ТІЛ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ
  ■ Якщо ви спостережливі, то, напевне, звернули увагу на такі факти. Електричні проводи влітку провисають набагато сильніше, ніж узимку, тобто влітку вони є довшими. Якщо набрати повну пляшку холодної води й поставити в тепле місце, то згодом частина води з пляшки виллється, тому що під час нагрівання вода розширюється. Повітряна кулька, винесена з кімнати на мороз, зменшується в об'ємі. 
 2.30.jpg
Рис. 2.30. Під час нагрівання повітря в колбі розширюється й частина його виходить із колби — це видно з бульбашок повітря, що виходять із трубки
 
  1. Переконуємося в тепловому розширенні твердих тіл, рідин і газів
  Нескладні досліди й численні спостереження переконують нас у тому, що, як правило, тверді тіла, рідини й гази під час нагрівання розширюються, а під час охолодження стискуються.
  Теплове розширення рідин і газів легко спостерігати за допомогою колби, шийку якої щільно закорковано, а в корок уставлено скляну трубку. Перекинемо колбу, заповнену повітрям, у посудину з водою. Тепер досить узятися за колбу рукою, і незабаром повітря, розширюючись у колбі, виходитиме у вигляді бульбашок із трубки під водою (рис. 2.30).
  Тепер наповнимо колбу якою-небудь підфарбованою рідиною та закоркуємо так, щоб частина рідини ввійшла в трубку (рис. 2.31, а). Позначимо рівень рідини в трубці та опустимо колбу в посудину з гарячою водою. У перший момент рівень рідини трохи знизиться (рис. 2.31, б), і це можна пояснити тим, що спочатку нагрівається й розширюється колба, а вже потім, нагріваючись, розширюється вода. Незабаром ми переконаємося, що в міру нагрівання колби й води в ній рівень рідини в трубці помітно підвищиться (рис. 2.31, в). Отже, тверді тіла та рідини, як і гази, під час нагрівання розширюються. Дослідним шляхом з'ясовано, що тверді тіла та рідини під час нагрівання розширюються набагато менше, ніж гази.


2.31.jpg


Рис.2.31. Дослід, який демонструє, що під час нагрівання рідина (яктверді тіла та гази) розширюється: а — закоркована колба з рідиною в трубці; б — у перший момент нагрівання рівень рідини трохи знизиться; в — у ході подальшого нагрівання рівень рідини значно підвищується
  Теплове розширення твердих тіл можна продемонструвати також на такому досліді. Візьмемо мідну кульку, яка в ненагрітому стані легко проходить крізь пригнане до неї кільце. Нагріваємо кульку в полум'ї спиртівки й переконуємось у тому, що кулька крізь кільце тепер не проходитиме (рис. 2.32, а). Після охолодження кулька знову легко проходить крізь кільце (рис. 2.32, б).




  2. З'ясовуємо причину теплового розширення
  У чому ж причина збільшення об'єму тіл під час нагрівання, адже кількість молекул зі збільшенням температури не змінюється?
  Атомно-молекулярна теорія пояснює теплове розширення тіл тим, що зі збільшенням температури збільшується швидкість руху атомів і молекул. У результаті збільшується середня відстань між атомами (молекулами). Відповідно, збільшується об'єм тіла. І навпаки, чим нижчою є температура речовини, тим менші міжмолекулярні проміжки. Винятком є вода, чавун і деякі інші речовини. Вода, наприклад, розширюється тільки за температури понад 4 °С; за температури від 0 °С до 4 °С об'єм води під час нагрівання зменшується.
 
 2.32a.jpg2.32d.jpg
Рис.2.32. Дослід, який ілюструє теплове розширення твердих тіл. а — у нагрітому стані кулька не проходить крізь кільце; б — після охолодження кулька крізь кільце пройде
 


  3. Характеризуємо теплове розширення твердих тіл
  З'ясуймо, як змінюються лінійні розміри твердого тіла внаслідок зміни температури. Для цього виміряємо довжину алюмінієвої трубки, потім нагріємо трубку, пропускаючи крізь неї гарячу воду. Через деякий час можна помітити, що довжина трубки незначно збільшилась.
  Замінивши алюмінієву трубку скляною такої самої довжини, ми переконаємося, що в разі однакового збільшення температури довжина скляної трубки збільшується набагато менше, ніж довжина алюмінієвої. Таким чином, робимо висновок: теплове розширення тіла залежить від речовини, з якої воно виготовлене.
  Фізична величина, що характеризує теплове розширення матеріалу й чисельно дорівнює відношенню зміни довжини тіла внаслідок його нагрівання на 1 °С і його початкової довжини, називається температурним коефіцієнтом лінійного розширення.
  Нижче у таблиці наведено температурні коефіцієнти лінійного розширення деяких речовин.
  Температурні коефіцієнти лінійного розширення деяких речовин


2.3t.jpg


  4. Знайомимося з тепловим розширенням у природі й техніці
  Здатність тіл розширюватися під час нагрівання і стискуватися під час охолодження відіграє дуже важливу роль у природі. Поверхня Землі прогрівається нерівномірно. У результаті повітря поблизу Землі також розширюється нерівномірно, й утворюється вітер, що зумовлює зміну погоди. Нерівномірне прогрівання води в морях і океанах приводить до виникнення течій, які суттєво впливають на клімат. Різке коливання температури в гірських районах викликає розширення і стискання гірських порід. А оскільки ступінь розширення залежить від виду поро¬ди, то розширення і стискання відбуваються нерівномірно, і в результаті утворюються тріщини, що спричинюють руйнування тих порід.
  Теплове розширення доводиться брати до уваги під час будівництва мостів і ліній електропередач, прокладання труб опалення, укладання залізничних рейок, виготовлення залізобетонних конструкцій і в багатьох інших випадках.
  Явище теплового розширення широко використовується в техніці й побуті. Так, для автоматичного замикання й розмикання електричних кіл використовують біметалічні пластинки — вони складаються з двох смуг із різним коефіцієнтом лінійного розширення (рис. 2.33). Теплове розширення повітря допомагає рівномірно прогріти квартиру, остудити продукти в холодильнику, провітрити кімнату.


2.33.jpg


Рис. 2.33. Для виготовлення автоматичних запобіжників (а), для автоматичного ввімкнення і вимкнення нагрівальних приладів (б) широко застосовуються біметалічні пластинки (в). Один із металів у разі збільшення температури розширюється набагато більше за другий. У результаті ця пластинка вигинається (г), й електричне коло розмикається (або замикається)
 


  ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
  Тверді тіла, рідини й гази під час нагрівання, як правило, розширюються. Причина теплового розширення в тому, що зі збільшенням температури збільшується швидкість руху атомів і молекул. У результаті збільшується середня відстань між атомами (молекулами). Теплове розширення твердих речовин характеризується коефіцієнтом лінійного розширення. Коефіцієнт лінійного розширення чисельно дорівнює відношенню зміни довжини тіла внаслідок нагрівання його на 1 °С і його початкової довжини




  Контрольні запитання
1. Наведіть приклади, які підтверджують, що тверді тіла, рідини й гази розширюються під час нагрівання. 2. Опишіть дослід,який демонструє теплове розширення рідин. 3. У чому причина збільшення об'єму тіл під час нагрівання? 4. Від чого, крім температури, залежить зміна розмірів тіл під час їх нагрівання (охолодження)? 5. У яких одиницях вимірюється коефіцієнт лінійного розширення?

  Вправи
1. Виберіть усі правильні відповіді. Коли тіло охолоджується, то:
  а) швидкість руху його молекул зменшується;
  б) швидкість руху його молекул збільшується;
  в) відстань між його молекулами зменшується;
  г) відстань між його молекулами збільшується.
2. Як зміниться об'єм повітряної кульки, якщо ми перенесемо її з хо лодного приміщення в тепле? Чому?
3. Що відбувається з відстанню між частинками рідини в термометрі в разі похолодання?
4. Чи правильним є твердження, що під час нагрівання тіло збільшує свої розміри, тому що розміри його молекул збільшуються? Якщо ні, запропонуйте свій, виправлений, варіант.
5. Навіщо на точних вимірювальних приладах зазначають температуру?
6. Згадайте дослід із мідною кулькою, яка внаслідок нагрівання застрягала в кільці (див. рис. 2.32). Як змінилися внаслідок нагрівання: об'єм кулі; її маса; густина; середня швидкість руху атомів?
7. Після того як пару киплячої води пропустили через латунну трубку, довжина трубки збільшилася на 1,62 мм. Чому дорівнює коефіцієнт лінійного розширення латуні, якщо за температури 15 °С довжина трубки дорівнює 1 м? Нагадуємо, що температура киплячої води дорівнює 100 °С.
8. Платиновий дріт завдовжки 1,5 м мав температуру 0 °С. Унаслідок пропускання електричного струму він розжарився й подовжився на 15 мм. До якої температури був нагрітий дріт?
9. Мідний лист прямокутної форми, розміри якого за температури 20 °С становлять 60 см х 50 см, нагріли до 600 °С. Як змінилася площа листа?


  Експериментальні завдання


1. Як, маючи дощечку, молоток, два цвяшки, спиртівку й пінцет, показати, що розмір монети в 5 копійок під час нагрівання збільшується? Виконайте відповідний дослід. Поясніть явище, яке спостерігається.
2. Наповніть пляшку водою так, щоб усередині залишилася бульбашка повітря. Нагрійте пляшку в гарячій воді. Простежте, як зміняться розміри бульбашки. Поясніть результат.

Фізика. 7 клас: Підручник / Ф.Я. Божинова.




Планування зфізики, підручники та книги онлайн, курси та завдання з фізики 7 класу








Зміст уроку
1236084776 kr.jpg конспект уроку і опорний каркас                      
1236084776 kr.jpg презентація уроку 
1236084776 kr.jpg акселеративні методи та інтерактивні технології
1236084776 kr.jpg закриті вправи (тільки для використання вчителями)
1236084776 kr.jpg оцінювання 

Практика
1236084776 kr.jpg задачі та вправи,самоперевірка 
1236084776 kr.jpg практикуми, лабораторні, кейси
1236084776 kr.jpg рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
1236084776 kr.jpg домашнє завдання 

Ілюстрації
1236084776 kr.jpg ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
1236084776 kr.jpg реферати
1236084776 kr.jpg фішки для допитливих
1236084776 kr.jpg шпаргалки
1236084776 kr.jpg гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
1236084776 kr.jpg зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
1236084776 kr.jpg підручники основні і допоміжні 
1236084776 kr.jpg тематичні свята, девізи 
1236084776 kr.jpg статті 
1236084776 kr.jpg національні особливості
1236084776 kr.jpg словник термінів                          
1236084776 kr.jpg інше 

Тільки для вчителів
1236084776 kr.jpg ідеальні уроки 
1236084776 kr.jpg календарний план на рік 
1236084776 kr.jpg методичні рекомендації 
1236084776 kr.jpg програми
1236084776 kr.jpg обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам





Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум