ВВЕДЕНИЕ
Красивое явление –айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстаетлишь 1/10 часть всего айсберга, а 9/10скрыто водой? Но если же в воде будет плавать бревно, то оно будет погруженопримерно до половины – взгляните на рисунок. Почему же вода скрывает от настолько половину бревна, а айсберг – почти целиком?
ГЛАВА1. Плотность вещества
Для знакомства с новойдля вас физической величиной, плотностью вещества, отправимся в литейныйцех завода с весами и линейкой. Выберем несколько разных по размерам чугунных иалюминиевых слитков прямоугольной формы. Используя весы, измерим массукаждого слитка, используя линейку и формулу V=lbh, измерим объёмы.Результаты измерений занесём в таблицу/> Чугунные слитки Алюминиевые слитки Масса, кг 8,5 45 18 29 6,2 18 9,7 4,5
Объём, дм3 1,3 6,5 2,6 3,9 2,3 6,5 3,6 1,8 Поделив массы на объёмы, получим: Их частное 7 7 7 7 3 3 3 3
Заметим, что при делениимассы каждого слитка на его объём получаются одинаковые значения частногодля всех чугунных слитков (7 кг/дм3) и для всех алюминиевых (3 кг/дм3).Другими словами, независимо от конкретных значений массы и объёма их частноеостается постоянной величиной для данного вещества.
Эта удивительнаязакономерность и послужила причиной для введения в физику новой величины –плотности вещества. Единицей плотности служит 1 кг/м3(читается: один килограмм на кубический метр).
Итак, физическаявеличина, равная отношению массы вещества к его объёму, называется плотностьювещества. Это – определение плотности. Его можно записать и в видеформулы:
/>
m – масса, кг.
V – объём, м3
Из математики вы знаете,что значение всякой дроби показывает количество единиц величины, стоящей вчислителе, приходящееся на одну единицу величины, стоящей в знаменателе.
Плотность вещества – тожезначение дроби. Поэтому числовое значение плотности вещества показываетмассу единицы объёма этого вещества. В этом – физический смысл числовогозначения плотности.
Например, плотностьчугуна равна 7 кг/дм3. Это значит, что 1 дм3 чугуна будетиметь массу 7 кг. Соответственно, 1 м3 чугуна будет иметь массу в1000 раз больше – 7000 кг. Плотность пресной воды – 1 кг/л. Значит,масса 1 л воды 1 кг, а 1 м3 – 1000 кг, то есть 1 т.
Вспомним, что формулыможно преобразовывать по правилам математики. Поэтому формула плотностиможет быть записана в двух других формах:
/>
При пользовании формуламинеобходимо следить, чтобы все величины были выражены в согласующихся друг сдругом единицах, предпочтительно, килограммах и кубических метрах.
Средняя плотность иплавание тел
До сих пор мырассматривали только такие тела, которые состоят из одного вещества. Теперьрассмотрим опыт, в котором есть тело, состоящее из нескольких веществ. Нампонадобятся сосуды со спиртом, водой и раствором соли; возьмём также куриноеяйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лёд, и яйцо утонут. Переложимтела в воду. Яйцо утонет, а лёд будет плавать. В растворе соли оба тела будутплавать (рис. 1).
/>
Рис. 1
Объяснения результатовопыта воспользуемся числовой прямой. Взгляните: на ней отмеченыплотности всех веществ и тел, использованных в опыте. Мы видим, что плотностьльда больше плотности спирта, и в нем лёд тонет. Однако плотность льдаменьше плотности воды и раствора соли. И в них лёд плавает.
На прямой мы отложили и«плотность яйца» – около 1050 кг/м3. Это – средняя плотностьяйца, поскольку оно состоит из нескольких веществ (белка, желтка искорлупы). Средняя плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотностираствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в растворе соли – нет.
Обобщая результаты опыта,сделаем вывод: если средняя плотность тела больше плотности жидкости, то этотело в ней тонет; если же средняя плотность тела меньше плотности жидкости, тоэто тело в ней всплывает (рис. 2).
/>
Рис. 2
Красивое явление –айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстаетлишь 1/10 часть всего айсберга, а 9/10скрыто водой? Но если же в воде будет плавать бревно, то оно будет погруженопримерно до половины – взгляните на рисунок 3. Почему же вода скрывает от настолько половину бревна, а айсберг – почти целиком?
/>
Рис. 3
Вспомним, что плотностьльда составляет 900 кг/м3, а плотность древесины – около 500 кг/м3в зависимости от её породы и влажности. Представим эти числа графически – ввиде так называемой столбчатой диаграммы (рис. 4).
/>
Рис. 4
Длина столбика«древесина» составляет половину (то есть 1/2 часть) отдлины столбика «вода». Аналогично, длина столбика «лёд» составляет 9/10от длины столбика «вода». Другими словами, средняя плотность древесинысоставляет 1/2 от плотности воды, а льда – 9/10от той же плотности.
Из этих рассуждений можносформулировать обобщение: внутри жидкости находится такая доля плавающеготела, какую составляет его средняя плотность от плотности окружающей теложидкости. Эта закономерность широко применяется в технике, например, для прямогоизмерения плотности жидкости ареометром. Рисунок этого прибора вывидите на первой странице, открывающей эту тему. Ареометр – это стеклянныйпоплавок со шкалой вверху и свинцовой дробью внизу. От объёма корпуса и массыдроби зависит средняя плотность ареометра. В зависимости от плотностиокружающей жидкости меняется погруженная доля ареометра и его шкалы. Поуровню жидкости на шкале мы и определяем её плотность.
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕРАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «ПЛОТНОСТЬ»
Урок-обобщение потеме: «Плотность»
Цели урока:
· Образовательные:
o обобщить тему“Плотность”;
o научитьрассчитывать плотность любого тела;
o углубить знанияосновного курса физики;
o показатьпрактическую значимость изучения понятия “плотность”.
· Развивающие:
o активизироватьмыслительную деятельность учащихся при выполнении лабораторной работы;
o научитьпрактически применять знания, полученные на уроках физики в жизни;
o сформировать рядизмерительных умений, необходимых людям разных профессий.
· Воспитательные:
o повысить интереск изучению физики;
o воспитыватьинициативу, творческое отношение к труду.
Оборудование к уроку: весы с разновесами, мерный цилиндр(мензурка), тела неправильной формы, таблица плотностей, графопроектор.
ХОД УРОКА
I. Организационныймомент
На доскепредварительно написаны число и классная работа. Учитель приветствует учеников.Класс делится на 4 группы. Каждая группа сидит отдельно. Учитель знакомитучащихся с правилами урока.
– Мы сегодня обобщим пройденныйматериал. За каждый правильный ответ членов команды вы будете получать бонусы(специальные карточки), команда, набравшая наибольшее количество бонусов,получит специальный приз. Но сначала выясним тему урока, решив следующийкроссворд.
II. Обобщение по теме“Плотность”
1. Решение кроссворда
Учитель читаетвопросы, а ученики пробуют решить кроссворд, высвеченный на графопроекторе.
/>
1, 2 – источникифизических знаний. (Опыт, наблюдение) 3 – наименьшая частица вещества. (Молекула)4 – линия, вдоль которой тело движется. (Траектория) 5 – прибор дляизмерения объема тела. (Мензурка) 6 – древнегреческий ученый,доказавший, что все вещества состоят из мельчайших частиц. (Демокрит) 7– Две сестры качались, Правды добивались, А когда добились, То остановились. (Весы)8 – тело, сохраняющее объем, но легко меняющее свою форму. (Жидкость) 9– древнегреческий ученый, который ввел слово “физика”. (Аристотель)
В вертикальной колонкедолжно получиться слово ПЛОТНОСТЬ.
– Ребята, а теперьдавайте запишем тему урока, которую вы сами сейчас выяснили.
2. Краткое повторениематериала
1) Учитель с помощьюкарточек показывает всем ученикам следующие физические величины: m, t, V, S, />, />. Ученикиотвечают, что обозначает каждая величина.
2) С помощью карточекпоказывает измерения физических величин: м3; м; кг; кг/м3;г/см3; м/с. Учащиеся отвечают, к какой физической величине онипринадлежат.
3) На карточках написаныформулы. Ученики называют недостающие физические величины: m =? * V;/>= />; />= />.
4) Устный вопрос: чтолегче 1м3 льда или 1м3 мрамора? (ученики пользуютсятаблицей плотностей)
Ответ: лед легче, так какего />=900 кг/м3, то есть в 1 м3 содержится 900 кг льда, а умрамора в 1 м3 – 2700 кг.
3. Выполнениелабораторной работы
Перед проведением этойчасти учитель проводит короткий инструктаж по правилам техники безопасности вобращении с приборами, также учащимся напоминают, как пользоваться весами,мензуркой, определения цены деления мензурки.
Учитель дает заданиягруппам.
1 и 2 группа должныизмерить массу тела с помощью весов и объем тела с помощью мензурки. Тела дляизмерения предоставляются одинаковые. 3 и 4 группы в это время решаютфизический диктант (задания в карточках на усмотрение учителя).
Затем учитель записываетрезультаты 1 и 2 группы на доске. Остальные сдают физический диктант. Послеэтого группы меняются заданиями: 3 и 4 группа должны измерить массу тела спомощью весов и объем тела с помощью мензурки. 1 и 2 группы в это время решаютфизический диктант. Учитель записывает результаты 3 и 4 группы на доске.Остальные сдают физический диктант.
4. Выполнениетеоретической части
Каждой командепредлагается составить задачу со своими полученными результатами и решить ее надоске (по одному представителю от каждой команды).
Данная работа ставитперед собой цель – правильной постановки вопроса в задаче (нахождениеплотности).
5. Работа с учебником
Сравнивая полученныерезультаты с таблицей в учебнике “Физика 7” под ред.А.В.Перышкина, учащиесяназывают, из какого материала сделаны тела. Та команда, которая получила болееточный результат, получает бонус.
– Итак, у нас получилосьвещество …, с которым вы более подробно ознакомитесь на уроках химии в 8-мклассе. Где применяется это вещество? (Ответы учащихся)
III. Обобщение темыурока.
– Сегодня мы с вамиповторили тему “Плотность”. А теперь давайте вспомним еще раз о чем мы говорилина уроке:
1) Какие приборы измеряютобъем и массу тела? (Мензурка, весы)
2) Как найти цену деленияприбора? (Нужно найти ближайшие обозначенные числа, из большего числавычесть меньшее и разделить на количество делений между ними)
3) Как найти плотность?
(/>= />)
4) В каких единицахизмеряется плотность? (кг/м3; г/см3)
IV. Подведение итоговурока. Домашнее задание
Учитель выставляет оценкиза урок самым активным участникам, а команда, набравшая наибольшее количествобонусов получает приз. Преподаватель предупреждает, что физический диктантбудет проверен к следующему уроку и оценки будут выставлены. Благодаритучащихся за работу на уроке.
На доске записываетсядомашнее задание: § 19-22 – повторение.
– Я надеюсь, что все знания,которые получили на уроках физики, пригодятся вам в дальнейшей жизни.
ГЛАВА3. КАЧЕСТВЕННЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ «Плотность» (качественные задачи)
Когда мы, собираясь наканикулы в лагерь, набиваем всё новыми и новыми вещами и без того уже пухлыйчемодан, какие из физических величин мы изменяем – m, V?
1. Кусок пластилинаскатали в шарик. Какие из физических величин, характеризующих шарик, изменились– m, V?
2. Докажите, что из двухтел равной массы плотность больше у того тела, объём которого меньше.
____________________________________________________________
3. Докажите, что из двухтел равного объёма плотность больше у того тела, масса которого больше.
____________________________________________________________
4. Сравните плотности шаровна весах в каждом из четырёх случаев, изображённых на рисунках.
5. Что нужно, чтобысравнить плотности шаров на четвёртых весах?
/>
Рис. 5
6. В воздушный шарикнакачали порцию воздуха. При этом масса возросла в 4 раза, а объём – вдвое. Восколько раз возросла плотность воздуха в шарике?
________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________
7. Который из рисунковпозволит подсчитать, во сколько раз плотность воды больше плотности спирта(рис. 6)?
/>
Рис. 6
8. Подсчитайте, восколько раз отличаются плотности воды и спирта. ________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________
9. Как вы понимаете, чтоплотность вещества бензина равна 730 кг/м3 (читается: семистамтридцати килограммам на кубический метр)?
10. Как вы понимаете, чтоплотность пресной воды равна 1 кг/л, а плотность морской воды 1,03 кг/л?
11. Найдите ошибку врассуждении: плотность 1 м3 керосина 800 кг/м3. Тогдаплотность 2 м3 керосина будет 1600 кг/м3.
12. Для измеренияплотности пластилина взяли его кусок массой 100 г. Как изменятся результатыизмерений, если будет взят кусок массой 200 г (рис. 7)?
/>
Рис. 7
Расчётные задачи
1 уровень
1. Чтобы отлить бетонныйфундамент, вырыли траншею объёмом 2 м3. Для её заполнения влили 4800кг бетона. Вычислите плотность бетона.
2. Объём одной комнаты вквартире равен 40 м3. Какую массу имеет воздух, находящийся вкомнате?
3. Чтобы заполнить банкудоверху, потребовалось 4,1 кг меда. Вычислите объём банки.
2 уровень
4. Масса шара объёмом 1,5м3 составляет более 3 т. Верно ли, что плотность вещества шара более2 т/м3?
5. Объём куба массой 80кг составляет более 10 дм3. Правда ли, что металл, из которогосделан куб, имеет плотность более 80 кг/дм3?
6. Плотность золота 19г/см3. Верно ли, что золотой кубик с объёмом более 10 см3будет иметь массу более 100 г?
7. Плотность мёда 1,35г/см3. Правда ли, что порция мёда при объёме более 100 см3будет иметь массу более 200 г?
8. Верно ли, что объёмвоздуха массой 13 кг более 10 м3?
9. Верно ли, что водородмассой менее 1 кг имеет объём более 10 м3?
3 уровень
1. Плотность веществакартофеля составляет 1,2 г/см3. Выразите это значение в кг/м3.Почему это значение намного больше табличного?
2. В кастрюлю объёмом 7,3л положили 5,7 кг картофеля и доверху залили водой. Ее понадобилось 2,3 л.Найдите плотность картофелины.
3. Имеются ли пустоты вчугунной отливке (литой детали) массой 34 кг, если объём формы для литья был 5дм3?
4. После рейса вбензобаке автобуса осталось более 50 кг бензина. Что можно сказать про объёмбензобака?
5. Масса канистры,заполненной машинным маслом, равна 19,5 кг. Масса пустой канистры 1,5 кг. Каковеё объём?
6. Трёхлитровуюстеклянную банку наполовину заполнили мёдом. На сколько увеличилась массабанки?
7. Площадь полаовощехранилища равна 40 м2, а высота слоя картофеля не должнапревышать 60 см. Какая масса картофеля может находиться в таком овощехранилище?
8. Вычислите, поместитсяли в большой 120-литровой алюминиевой бочке 110 кг спирта?
9. Сколько воды выльетсяиз полного стеклянного сосуда при всыпании в него 340 г свинцовой дроби?
10. В кружку с 50 г мёдадолили ещё 200 мл молока. На сколько возросла масса кружки?
11. В банку опустилисвинцовый шар объёмом 20 см3 и долили 100 мл керосина. На скольковозросла масса банки?
12. Изготовили ящикобъемом 3 м3. Насыпав в него песка, обнаружили, что ящик заполнен начетверть. На сколько увеличилась масса ящика?
13. В мензурку, гденаходится 150 мл воды, опускают стальной кубик массой 10 г. На сколькоувеличится объём содержимого мензурки?
14. В мензурку, гденаходится 150 мл воды, опускают стальной кубик массой 10 г. До какой отметкиподнимется уровень воды в мензурке?
15. На какой отметкебудет уровень воды в мензурке при вливании туда 100 г воды и 100 гподсолнечного масла?
16. На какой отметкеустановится уровень воды в мензурке при вливании туда 100 г воды и 100 млртути?
Литература
1. Шмаков С.А. Игрыучащихся – феномен культуры, — М.: Новая школа, 1994 г.
2. И.Я. Ланина.Внеклассная работа по физике, — М.: Просвещение, 1977 г.
3. Г.Н. Степанова.Сборник вопросов и задач по физике (для 7-8 классов),- Санкт-Петербург:Специальная литература, 1995 г.
4. А.И. Сёмке.Физика. Занимательные материалы к урокам. 7 класс, — М.: НЦ ЭНАС, 2001 г.