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](/images/9/9a/2.8.jpg) Рис. 2.8. Два свинцеві бруски, що мають різний об'єм
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. Густина — це 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/м3— це 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
Таблиця густин деяких речовин у рідкому стані ![2.таб2.jpg](/images/b/ba/2.%D1%82%D0%B0%D0%B12.jpg)
Таблиця густин деяких речовин у газоподібному стані (за температури 0 °С та тиску 760 мм рт. ст.)
![2.таб3.jpg](/images/5/52/2.%D1%82%D0%B0%D0%B13.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
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](/images/e/ec/2.%D0%B4.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
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](/images/2/26/2.%D0%BB7.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.
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.
§ 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. 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), .2.31. Дослід, який демонструє, що під час нагрівання рідина (яктверді тіла та гази) розши-рюється: 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 і це можна пояснити тим, що спочатку нагрі-вається й розширюється колба, а вже потім, нагріваючись, розширюється вода. Незабаром ми переконаємося, що в міру нагрівання кол¬би 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 розширю-ються. Дослідним шляхом з'ясовано, що тверді тіла та рідини під час нагрівання розширюють¬ся набагато менше, ніж гази. Теплове розширення твердих тіл можна про¬демонструвати також на такому досліді. Візьме¬мо мідну кульку, яка в ненагрітому стані легко проходить крізь пригнане до неї кільце. Нагріває¬мо кульку в полум'ї спиртівки й переконуємось у тому, що кулька крізь кільце тепер не прохо¬дитиме (рис. 2.32, а). Після охолодження кулька знову легко проходить крізь кільце (рис. 2.32, б). 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 темпе¬ратури збільшується швидкість руху атомів і мо- Дослід, який ілюструє теплове розширення твердих тіл. а — у нагрітому стані кулька не проходить крізь кільце; б — після охолодження кулька крізь кільце пройде
лекул. У результаті збільшується середня відстань між атомами (молекулами). Відповідно, збільшується об'єм тіла. І навпаки, чим нижчою є температура ре¬човини, 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. Характеризуємо теплове розширення твердих тіл З'ясуймо, як змінюються лінійні розміри твердого тіла внаслідок змі¬ни температури. Для цього виміряємо довжину алюмінієвої трубки, потім нагріємо трубку, пропускаючи крізь неї гарячу воду. Через деякий час мож¬на помітити, що довжина трубки незначно збільшилась. Замінивши алюмінієву трубку скляною такої самої довжини, ми пере-конаємося, що в разі однакового збільшення температури довжина скляної трубки збільшується набагато менше, ніж довжина алюмінієвої. Таким чи¬ном, 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 ліній¬ного розширення. Температурний коефіцієнт лінійного розширення позначається симво¬лом а та обчислюється за формулою: М а = 10-Аі ■ зміна температури тіла; / — довжина тіла за тем- де А1 = 1-10 — зміна довжини тіла; Аі - і - і0 10 — початкова довжина тіла за температури ператури і. З визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення можна дістати одиницю цієї фізичної величини: г і м * ос = = 1 ^ м-°С °С Нижче у таблиці наведено температурні коефіцієнти лінійного розши¬рення деяких речовин. Температурні коефіцієнти лінійного розширення деяких речовин
Знайомимося з тепловим розширенням у природі й техніці Здатність тіл розширюватися під час на-грівання і стискуватися під час охолодження відіграє дуже важливу роль у природі. По¬верхня Землі прогрівається нерівномірно. У результаті повітря поблизу Землі також розширюється нерівномірно, й утворюється вітер, що зумовлює зміну погоди. Нерівно¬мірне прогрівання води в морях і океанах приводить до виникнення течій, які суттєво впливають на клімат. Різке коливання темпе¬ратури в гірських районах викликає розши¬рення і стискання гірських порід. А оскільки ступінь розширення залежить від виду поро¬ди, то розширення і стискання відбувають¬ся нерівномірно, і в результаті утворюються тріщини, що спричинюють руйнування тих порід. Теплове розширення доводиться брати до уваги під час будівництва мостів і ліній елек-тропередач, прокладання труб опалення, укла-дання залізничних рейок, виготовлення залі-зобетонних конструкцій і в багатьох інших випадках. Явище теплового розширення широко використовується в техніці й побути Так, для автоматичного замикання й розмикання електричних кіл використовують біметалічні пластинки — вони складаються з двох смуг із різним коефіцієнтом лінійного розширен¬ня (рис. 2.33). Теплове розширення повітря допомагає рівномірно прогріти квартиру, осту¬дити продукти в холодильнику, провітрити кімнату. дД Вчимося розв'язувати задачі Задача. Довжина сталевої залізничної рейки за температури 0 °С дорівнює 8 м. На скіль¬ки збільшиться її довжина спекотного літнього дня за температури 40 °С? Аналіз умови задачі. Знаючи, як змі¬нюється довжина сталевої деталі внаслідок нагрівання на 1 °С, тобто знаючи температур¬ний коефіцієнт лінійного розширення сталі, Рис. 2.33. Для виготовлення автоматичних запобіжників [а), для автоматичного ввімкнення і вимкнення нагрівальних при¬ладів (б) широко застосовуються біметалічні пластинки (в). Один із металів у разі збільшення тем¬ператури розширюється набагато більше за другий. У результаті ця пластинка вигинається (г), й елек¬тричне коло розмикається (або замикається)
ми знайдемо, на скільки зміниться довжина рейки внаслідок нагрівання на 40 °С. Температурний коефіцієнт лінійного розширення сталі візьмемо з таблиці, наведеної вище. Дано:
к = 8 м і. = 0°С 1- :40°С а = 0,000012 1/°С 1-І, Пошук математичної моделі За визначенням температурного коефіцієнта лінійного розширення: М ос = . 10Аі Розв'язання та аналіз результатів З формули для визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення знайдемо подовження рейки: М-- ■ а10Аі ■ Оскільки Аі = і - і0, отримуємо АІ = а10(і - і0). Перевіримо одиницю виміру: [1-1о] = -^-ш- 5С = м. Знайдемо числове значення: {і-10 } = 0,000012 -8(40-0) = 0,00393, таким чином, 1-10 = 0,00392 м = 3,92 мм. Проаналізуємо результат: збільшення довжини рейки є цілком реальним. Відповідь: довжина рейки збільшилася на 3,92 мм. ф ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ Тверді тіла, рідини й гази під час нагрівання, як правило, роз¬ширюються. Причина теплового розширення в тому, що зі збільшенням температури збільшується швидкість руху атомів і молекул. У результаті збільшується середня відстань між атомами (молекулами). Теплове розши¬рення твердих речовин характеризується коефіцієнтом лінійного розши¬рення. Коефіцієнт лінійного розширення чисельно дорівнює відношенню зміни довжини тіла внаслідок нагрівання його на 1 °С і його початкової АІ довжини а = . 10Аі ^$ Контрольні запитання Наведіть приклади, які підтверджують, що тверді тіла, ріди¬ ни й гази розширюються під час нагрівання. Опишіть дослід, який демонструє теплове розширення рідин. У чому причи¬ на збільшення об'єму тіл під час нагрівання? Від чого, крім температури, залежить зміна розмірів тіл під час їх нагрівання (охолодження)? 5. У яких одиницях вимірюється коефіцієнт ліній¬ ного розширення?
Вправи ===========^=^=====^======^^ 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. Як зміниться об'єм повітряної кульки, якщо ми перенесемо її з хо-лодного приміщення в тепле? Чому? 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. Навіщо на точних вимірювальних приладах зазначають темпера¬туру? б, Згадайте дослід із мідною кулькою, яка внаслідок нагрівання за-стрягала в кільці (див. рис. 2.32). Як змінилися внаслідок нагрі¬вання: об'єм кулі; її маса; густина; середня швидкість руху ато¬мів? Після того як пару киплячої води пропустили через латунну труб¬ку, довжина трубки збільшилася на 1,62 мм. Чому дорівнює ко¬ефіцієнт лінійного розширення латуні, якщо за температури 15 °С довжина трубки дорівнює 1 м? Нагадуємо, що температура кипля¬чої 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? Мідний лист прямокутної форми, розміри якого за температу¬ри 20 °С становлять 60 см х 50 см, нагріли до 600 °С. Як змінилася площа листа? Експериментальні завдання — Як, маючи дощечку, молоток, два цвяшки, спиртівку й пінцет, показати, що розмір монети в 5 копійок під час нагрівання збіль-шується? Виконайте відповідний дослід. Поясніть явище, яке спо-стерігається. Наповніть пляшку водою так, щоб усередині залишилася бульбаш¬ка повітря. Нагрійте пляшку в гарячій воді. Простежте, як змі¬няться 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
конспект уроку і опорний каркас
презентація уроку
акселеративні методи та інтерактивні технології
закриті вправи (тільки для використання вчителями)
оцінювання
Практика
задачі та вправи,самоперевірка
практикуми, лабораторні, кейси
рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
домашнє завдання
Ілюстрації
ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
реферати
фішки для допитливих
шпаргалки
гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати
Доповнення
зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
підручники основні і допоміжні
тематичні свята, девізи
статті
національні особливості
словник термінів
інше
Тільки для вчителів
ідеальні уроки
календарний план на рік
методичні рекомендації
програми
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
|