1. Плотность вещества 1.1. Домашняя подготовка Задание 1.12 Сравните…

1. Плотность вещества

1.1. Домашняя подготовка

Задание 1.12

Сравните среднюю плотность сыпучих продуктов — сахарного песка, муки, различных круп. __________________________________________________________

Продукты	Масса упаковки, г	Объём упаковки, см3	Плотность, г/см3

Вывод:

Задание 1.13

Пользуясь линейкой, измерьте размеры упаковки сахара-рафинада, сливочного масла и определите плотность продуктов.

Вещество	Масса, г	Размеры, см	Объём, см3	Плотность, г/см3
Сахар-рафинад		А
В
С
Сливочное масло		А		—	•

1.2. Экспериментальные задания

Задание 1.14

Определите плотность алюминия, пользуясь результатами измерений, представленными на Фото1.27-1.29.

Фото1.27

Фото1.28

 

По фотографиям видно:

Из Фото1.27 — диаметр цилиндра/) = (30 ± 1) мм = (3,0 ± 0,1) см.

Из Фото1.28 — высота цилиндра H = (49 ± 1) мм = (4,9 ± 0,1) см.

Из Фото1.29 — масса цилиндра Т= (97,09 ± 0,01) г.

Так как плотность равна р = Т / ViА масса известна по результатам прямых измерений, то надо рассчитать объём цилиндра:

V = S>H = (πD2∕4)-H.

Рассчитываем объём с помощью калькулятора: V = 34,6185 см3. Это значение округляет­ся до десятых, так как все измерения проводились с погрешностью 0,1 см: V = 34,6 см3. Плот­ность алюминия равна

Р = 97,09 г/34,6 см3≈ 2,8 г/см3.

Задание 1.15.(Необходимое оборудование выдаёт учитель.)

Используя способ измерения плотности, применённый в задании 1.14, определите плот­ность стали.

DiСм	HiСм	ViСм3	Т, г	Р, г/ см3

Задание 1.16.Экзаменационное задание (пример выполнения).

Приведём возможный вариант формулировки задания.

Фото1.30

Используя весы, мерный цилиндр, стакан с водой, латунный цилиндр, соберите экспе­риментальную установку для измерения плотности латуни. Определите плотность латуни (фото1.30).

В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки для определения объёма тела;

2) запишите формулу расчёта плотности;

3) укажите результаты измерения массы тела и его объёма;

4) укажите числовое значение плотности латуни.

Результаты измерений представлены на Фото1.31-1.33.

А б

 

Краткий отчёт

Задание 1.17.Экзаменационное задание (самостоятельное выполнение).

Приведём возможный вариант формулировки задания.

Используя весы, мерный цилиндр, стакан с водой, металлический цилиндр, соберите экс­периментальную установку для измерения плотности латуни. Определите вещество, из которо­го изготовлен металлический цилиндр.

В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки для определения объёма тела;

2) запишите формулу расчёта плотности;

3) укажите результаты измерения массы тела и его объёма;

4) укажите числовое значение плотности вещества цилиндра.

Краткий отчёт

1)

С;

Сел

ιa

Эк

4М

Ж

«ат

Ьн

Ой

Ус

Та

Но

3KL

ι:

—

21

Ф

Ор

Му

Пы

Оа

Зче

Iτε

Г»

Л

По

Ttil

)С7

Ь_

-ρι

V

3}

Pe

?зу

Ль

Та;

Ъ/

Из

Ме

Ре

Ни

Й:

Т

V

4}

__ I

>≈

—

2. Жёсткость пружины

2.1. Домашняя подготовка

Задание 1.18

Оцените жёсткость пружины кресла на детской площадке, если масса мальчика Тимофея, сидящего на нём (фото1.34), равна 20 кг.

Измерения длины недеформированной пружины кресла можно определить по Фото1.35.

Длину пружины кресла (или её сжатие) после того, как на кресле расположился Тимо­фей, можно определить по Фото1.36.

M	W
ΔZ

Задание 1.19

На Фото1.37 изображён безмен (пружинные весы). К нему подвесили канистру с водой (фото1.38). Чему равна жёсткость пружины весов, если правая шкала проградуирована в кг, а левая — в фунтах?

Фото1.37

Фото1.38

Способ 1.

Масса канистры Т = (4,0 ± 0,2) кг ≈ 4 кг (фото1.38).

Сила упругости равна силе тяжести:

F=Mg = 4,0 кг • 9,8 Н/кг = 39,2 H ≈ 39 Н.

Удлинение пружины определяем, измерив линейкой расстояние от 0 до 4 кг на пружин­ных весах (фото1.39):

IΔZI = (21 ± 1) мм = (2,1 ± 0,1) см ≈ 0,021 м (см. Фото1.39).

Находим жёсткость: /г == (39 H )/(0,021 M) = 1857(H∕j.

Способ 2.

Можно определить жёсткость пружины без всякого груза: зачем вообще подвешивать груз, когда шкала уже проградуирована?

Достаточно просто измерить линейкой расстояние от штриха «О» до любого штриха, на­пример «10 кг» {фото1.40-1.41).

Фото1.40

Фото1.41

Это расстояние равно (54 ± 1) мм ≈ 5,4 см = 0,054 м.

F = Mg≈ 10(κr)∙9,8(%,) = 98(H).

⅛ = 98(H)∕0,054(m)≈1815(H∕).

Оба способа дают сопоставимые результаты.

■ Задание 1.20

Закрепите багажный шнур, например так, как показано на Фото1.42. Подвесьте к шнуру канистру с водой массой 4 кг (фото1.43). Оцените жёсткость шнура.

А б в

 

А б

Фото1.43

Длина ненагруженного образца	•
Длина нагруженного образца
Удлинение образца
Масса подвешенного груза
Жёсткость

2.2. Экспериментальные задания

Задание 1.21

Определите жёсткость пружины динамометра с пределом измерения 5 H по Фото1.44.

Фото1.44

Из фотографий видно, что удлинение пружины от штриха «О» до штриха «5 Н» равно ΔZ = (100±l) мм ≈ 10 см = 0,1 м.

Жёсткость пружины равна K = F / Al = (5 Н) / (0,1 м) = 50 Н/м.

Задание 1.22

Определите жёсткость пружины динамометра с пределом измерения 1 H по Фото1.45.

Фото1.45

F =______________________

M = ______________________________________________________________

K =________________________________________________________________________________________

Задание 1.23

Определите жёсткость пружины динамометра с пределом измерения 4 H по Фото1.46.

Задание 1.24.Экзаменационное задание (пример выполнения).

Возможная формулировка задания приведена ниже.

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и два груза, собери­те экспериментальную установку для измерения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней два груза. Для измерения веса груза воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта жёсткости пружины;

3) укажите результаты измерения веса груза и удлинения пружины;

4) запишите числовое значение жёсткости пружины.

При выполнении этого задания могут использоваться пружины, представленные на Фото1.47, а также приборы для измерения жёсткости — пружина на шкале с ценой деления 1 мм (фото1.48).

Для растяжения пружины используются грузы массой (100 ± 2) г разного типа (фото1.49).

Фото1.47 Фото1.48

Фото1.49

Вариант1. C использованием прибора для измерения жёсткости.

Измерительная установка приведена на Фото1.50.

Фото1.50

Из фотографии видно, что при подвешивании двух грузов массой (100 ± 2) г пружина рас­тянулась на ΔZ = (4,0 ± 0,1) см.

Сила упругости равна силе тяжести:

Fynp = 0,2 кг • 9,8 м/с2= 1,96 H ≈ 2 Н.

Пользуясь законом Гука F = K ∙ ΔZ, находим жёсткость:

K = (2 H)∕(0,04 м) = 50 Н/м.

Вариант2. Определение жёсткости пружины на основе прямого измерения её удлинения.

Измерительная установка приведена на Фото1.51.

Фото1.51

Сначала необходимо измерить длину нерастянутой пружины Z1.

Из Фото1.52 видно, что Z0 = (63 ± 1) мм ≈ 63 мм.

Будьте внимательны: часть пружины от места крепления крючка до торца пружины не деформируется при подвешивании грузов. Следовательно, значение Z0 = 70 мм неверное.

После подвешивания к пружине трёх грузов массой (100 ± 2) г измеряем длину деформи­рованной пружины:

Z = (142 ± 2) мм ≈ 142 мм.

Фото1.52

Итак, при подвешивании трёх грузов деформация пружины равна M = I—I0 = (142 — 63) мм = 79 мм = 0,079 м.

Масса трёх грузов равна Т = (300 ± 6) г = (0,300 ± 0,006) кг ≈ 0,3 кг.

Сила тяжести F = 0,3 • 9,8 H ≈ 3 Н.

Сила упругости равна по модулю силе тяжести: Fynp ≈ 3 Н. Жёсткость равна K = (3 Н) / (0,079 м) = 38 Н/м.

Задание 1.25.(Самостоятельное выполнение по фотографиям.)

Измерьте жёсткость пружины № 1 с использованием прибора для исследования дефор-

Фото1.53

Фото1.54

Задание 1.26.Экзаменационное задание (самостоятельное выполнение). Оборудование выдаёт учитель.

Возможная формулировка задания приведена ниже.

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и два груза, собери­те экспериментальную установку для измерения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней два груза. Для измерения веса груза воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта жёсткости пружины;

3) укажите результаты измерения веса груза и удлинения пружины;

4) запишите числовое значение жёсткости пружины.

3. Выталкивающая сила

3.1. Домашняя подготовка

Задание 1.27

Оцените выталкивающую силу, действующую в воде на декоративную вазу (фото1.55-1.56).

Б

А

Б

 

Фото1.56

По Фото1.55 видно, что вес вазы в воздухе равен

P1 = 2,1 кг • 9,8 Н/кг = 21 Н.

После опускания вазы в воду её вес {фото1.56) равен

P2 = 0,6 кг ■ 9,8 Н/кг = 6 Н.

Fa = Pi-P2=15H.

Выталкивающая сила равна P = 15 Н.

3.2. Экспериментальные задания

Лабораторное оборудование

Для выполнения задания ОГЭ № 23 по исследованию архимедовой силы используются наборы, составленные из оборудования, представленного на Фото1.57.

Задание 1.28

Измерьте выталкивающую силу, действующую на цилиндр № 3.

Возможные измерительные установки представлены на Фото(1.58-1.59). Вес цилиндра в воздухе — на Фото1.60; вес цилиндра в воде — на Фото1.61.

Фото1.58

Фото1.60

 

Вес цилиндра в воздухе, H Pl	Вес цилиндра в воде, H?2	Выталкивающая сила, H F = (P1—P2)
0,70	0,42	0,28

F =0,28 H.

Сравним измеренное значение выталкивающей силы с весом воды, которую вытесняет тело (фото1.62).

Фото1.62

Заполним таблицу.

V1— объём воды в сосуде,

V2— объём воды в сосуде с цилиндром.

Выталкивающая сила F, H	Объём тела, мл
V1	V2	F=V2-V1
0,30	180	204	24

Вес вытесненной воды: P3 = M3∙ G

Масса вытесненной воды: Т = рв∙ V = 1 — Д — ∙24(cm3)= 24 г = 0,024 кг.

Vcm ) v’

/ jj \

P ≈ 0,024 (κr)∙10 — =0,24 H — значение веса вытесненной воды сопоставимо с вытал-

Vκr√

Кивающей силой.

Задание 1.29.Экзаменационное задание (пример выполнения по фото1.63-1.64).

Используем цилиндр № 2 и динамометр с пределом измерения 1 Н.

Ниже приведена возможная формулировка этого задания.

Используя динамометр, стакан с водой, цилиндр № 2, соберите экспериментальную ус­тановку для определения выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на цилиндр.

В бланке ответов:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта выталкивающей силы;

3) укажите результаты измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде;

4) запишите численное значение выталкивающей силы.

Вес цилиндра № 2 в воздухе равен P1 = 0,98 H (фото1.63).

Вес цилиндра № 2 в воде равен P2 = 0,62 H (фото1.64).

Выталкивающая сила равна Fa = P1— P2 = (0,98 — 0,62) H = 0,36 Н.

Краткий отчёт

1)

С)

Сел

ιa

УС1

Гаь

IOE

КИ

•

В

Юз,

Iyx

В во.

^ie

Pl

—- •<

P2

—

2}

Ф

Ор

Му

Ль

Л

7Я

Ра

C4∣

Эте

L’

Вь

Та

ПК1

1Вс

Г/О4

Ца

Я с

■ИЛ

А

Fλ

= I

>—

P9

А

1

2

3)

Pi

ЭЗ)

‘ЛЬ

Та

Ты

Ис

Ме

Ре

Ни

Й:

№2

R±

№2 I

ЯЯЯЯЯНйЯ

I

Pn

Рн

ZHJ

ιa

F

А ~

P1

-F

≈1I

I

ПО

,9fc

Г——

0,

62

0,

36

4)

F

1 =

Qd

Иг