Защо трябва да знаете плътността на материалите. Плътност на веществото: формула, изчисление

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Теглое скаларна физическа величина, която характеризира инерционните и гравитационните свойства на телата.

Всяко тяло "устои" на опит да го промени. Това свойство на телата се нарича инертност. Така например водачът не може веднага да спре колата, когато види пешеходец, който внезапно изскача на пътя пред него. По същата причина е трудно да помръднете килер или диван. При еднакво въздействие от околните тела едното тяло може бързо да промени скоростта си, а другото, при същите условия, много по-бавно. За второто тяло се казва, че е по-инертно или има по-голяма маса.

Така мярката за инерцията на едно тяло е неговата инерционна маса. Ако две тела взаимодействат едно с друго, тогава в резултат скоростта на двете тела се променя, т.е. в процеса на взаимодействие и двете тела придобиват .

Съотношението на модулите за ускорение на взаимодействащите тела е равно на обратното съотношение на техните маси:

Мярката за гравитационно взаимодействие е гравитационната маса.

Експериментално е установено, че инерционната и гравитационната маси са пропорционални една на друга. Избирайки коефициент на пропорционалност, равен на единица, се говори за равенството на инерционната и гравитационната маси.

В системата SI единицата за маса е кг.

Масата има следните свойства:

1. масата винаги е положителна;
2. масата на система от тела винаги е равна на сбора от масите на всяко от телата, включени в системата (свойство на адитивност);
3. в рамките на масата не зависи от естеството и скоростта на тялото (свойство на инвариантност);
4. масата на затворена система се запазва за всякакви взаимодействия на телата на системата едно с друго (законът за запазване на масата).

Плътност на веществото

Плътността на тялото е масата на единица обем:

мерна единица плътност в системата SI kg/m .

Различните вещества имат различна плътност. Плътността на веществото зависи от масата на атомите, от които се състои, и от плътността на опаковката на атомите и молекулите в веществото. Колкото по-голяма е масата на атомите, толкова по-голяма е плътността на материята. В различни агрегатни състояния плътността на опаковане на атомите на веществото е различна. В твърдите тела атомите са много плътно опаковани, така че веществата в твърдо състояние имат най-висока плътност. В течно състояние плътността на веществото се различава незначително от неговата плътност в твърдо състояние, тъй като плътността на опаковката на атомите все още е висока. В газовете молекулите са слабо свързани една с друга и се отдалечават една от друга на дълги разстояния, плътността на опаковката на атомите в газообразно състояние е много ниска, следователно в това състояние веществата имат най-ниска плътност.

Въз основа на данните от астрономически наблюдения определихме средната плътност на материята във Вселената, резултатите от изчисленията показват, че средно космическото пространство е изключително рядко. Ако „размажем“ материята по целия обем на нашата Галактика, тогава средната плътност на материята в нея ще бъде приблизително 0,000,000,000,000,000,000,000,000 5 g/cm 3 . Средната плътност на материята във Вселената е около шест атома на кубичен метър.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

ПРИМЕР 3

Телата около нас се състоят от различни вещества: желязо, дърво, каучук и пр. Масата на всяко тяло зависи не само от неговия размер, но и от веществото, от което се състои. Телата с еднакъв обем, състоящи се от различни вещества, имат различна маса. Например, претегляйки два цилиндъра от различни вещества - алуминий и олово, ще видим, че масата на алуминия е по-малка от масата на оловен цилиндър.

В същото време телата с еднакви маси, състоящи се от различни вещества, имат различен обем. И така, желязна пръчка с маса 1 t заема обем от 0,13 m 3, а ледът с маса 1 t - обем от 1,1 m 3. Обемът на леда е почти 9 пъти по-голям от обема на желязна пръчка. Тоест различните вещества могат да имат различна плътност.

От това следва, че телата с еднакъв обем, състоящи се от различни вещества, имат различни маси.

Плътността показва каква е масата на веществото, взето в определен обем. Тоест, ако са известни масата на тялото и неговият обем, може да се определи плътността. За да се намери плътността на дадено вещество, е необходимо масата на тялото да се раздели на неговия обем.

Плътността на едно и също вещество в твърдо, течно и газообразно състояние е различна.

Плътността на някои твърди вещества, течности и газове е дадена в таблиците.

Плътности на някои твърди вещества (при нормално атмосферно налягане, t = 20 ° C).

Плътности на някои течности (при норм. атм. налягане t =20 ° C).

Плътносте физическа величина, характеризираща физични свойствавещество, което е равно на съотношението на масата на тялото към обема, зает от това тяло.

Плътността (плътност на хомогенно тяло или средна плътност на нехомогенно тяло) може да се изчисли по формулата:

[ρ] = kg/m³; [m] = kg; [V] = m³.

където м- телесна маса, V- неговият обем; формулата е само математическа дефиниция на термина "плътност".

Всички вещества са изградени от молекули, следователно масата на всяко тяло се състои от масите на неговите молекули. Това е подобно на това как масата на една торба бонбони се събира от масите на всички бонбони в торбата. Ако всички бонбони са еднакви, тогава масата на торбата с бонбони може да се определи чрез умножаване на масата на един бонбон по броя на бонбоните в торбата.

Молекулите на чистото вещество са еднакви. Следователно масата на водната капка е равна на произведението от масата на една водна молекула и броя на молекулите в капката.

Плътността на веществото показва на какво е равна масата на 1 m³ от това вещество.

Плътността на водата е 1000 kg/m³, което означава, че масата на 1 m³ вода е 1000 kg. Това число може да се получи чрез умножаване на масата на една молекула вода по броя на молекулите, съдържащи се в 1 m³ от нейния обем.
Плътността на леда е 900 kg/m³, което означава, че масата на 1 m³ лед е 900 kg.
Понякога се използва единицата за плътност g/cm³, така че можем да кажем и товамасата на 1 см³ лед е 0,9 g.

Всяко вещество заема определен обем. И може да се окаже, че обемите на две тела са равнии масите им са различни. В този случай те казват, че плътностите на тези вещества са различни.

Също с еднакви маси на две телатехният обем ще бъде различен. Например обемът на леда е почти 9 пъти по-голям от обема на желязна пръчка.

Плътността на веществото зависи от неговата температура.

С повишаване на температурата плътността обикновено намалява. Това се дължи на термичното разширение, когато обемът се увеличава с постоянна маса.

С понижаване на температурата плътността се увеличава. Въпреки че има вещества, чиято плътност се държи различно в определен температурен диапазон. Например вода, бронз, чугун. По този начин плътността на водата има максимална стойност при 4 °C и намалява както с повишаване, така и с понижаване на температурата спрямо тази стойност.

Когато агрегатното състояние се промени, плътността на веществото се променя рязко: плътността се увеличава при прехода от газообразно състояние в течно състояние и по време на втвърдяването на течността. Вода, силиций, бисмут и някои други вещества са изключения от това правило, тъй като тяхната плътност намалява по време на втвърдяване.

Разрешаване на проблем

Задача номер 1.
Правоъгълна метална плоча с дължина 5 см, ширина 3 см и дебелина 5 мм има маса 85 г. От какъв материал може да бъде направена?

Анализ на физически проблем.За да се отговори на този въпрос, е необходимо да се определи плътността на веществото, от което е направена плочата. След това, като използвате таблицата за плътност, определете на кое вещество съответства намерената стойност на плътността. Този проблем може да бъде решен в дадени единици (т.е. без преобразуване в SI).

Задача номер 2.
Медна топка с обем 200 cm 3 има маса 1,6 kg. Определете дали топката е твърда или празна. Ако сферата е празна, тогава определете обема на кухината.

Анализ на физически проблем.Ако обемът на медта е по-малък от обема на топката V мед

Задача номер 3.
Канистра, която побира 20 кг вода, се пълни с бензин. Определете масата на бензина в кутията.

Анализ на физически проблем.За да определим масата на бензина в кутия, трябва да намерим плътността на бензина и капацитета на кутията, който е равен на обема на водата. Обемът на водата се определя от нейната маса и плътност. Намираме плътността на водата и бензина в таблицата. По-добре е да решите проблема в SI единици.

Задача номер 4.
Направена е сплав от 800 cm 3 калай и 100 cm 3 олово. Каква е неговата плътност? Какво е масовото съотношение на калай и олово в сплавта?

Министерство на образованието на Руската федерация

GBOU "VSOSH TVER"

Физика 7 клас

"Плътност на материята"

Проектиран урок:

Учител по физика: Арефиев A.S.

октомври 2013 г

Използвани технологии : урокът е базиран на проблемна технология с частично използване на групови и информационни технологии.

Целта на урока: въвеждане на нова характеристика на веществото - плътност, отчитане на неговите характеристики (определение, формула, мерни единици, методи на измерване).

задачи:

Образователни:

Продължаване на формирането на знания за природата, явленията и законите в единна система;

Повторете: явлението взаимодействие на телата; концепцията за телесно тегло; инерция.

Образователни:

Продължете да формирате научен възглед, самостоятелно мислене;

Развийте способността да изразявате мислите си на глас.

Образователни:

Продължете да формирате способност да анализирате това, което виждате;

Развийте способността за излагане на хипотези;

Развийте умението за работа с табличен материал;

Развитие на познавателен интерес, интелектуални и творчески способности;

Развийте способността за решаване на проблеми с качеството.

Оборудване: мултимедиен проектор; компютър; презентация, направена с помощта на програмата PowerPoint; тела с различен обем, но еднакви маси; везни; тежести; тела с еднакъв обем, но различни маси.

План на урока:

Организиране на времето.

Повторение на обхванатия материал.

Изучаване на нов материал.

Затвърдяване на изучавания материал

Домашна работа, разбор.

По време на часовете:

Поздравяване на учениците и отбелязване на отсъстващите в дневника. (2 минути)

Трима ученици са извикани на дъската за решаване на експериментални задачи, резултатите от които ще са необходими при изучаване на нов материал.

Оборудване: везни, тежести, тела с различно тегло.

Задача 1: Определете масите на два дървени цилиндъра с различни размери с точност до 1g.

Задача 2: Определете масите на дървена и алуминиева пръчка с еднакъв обем с точност до 1 g.

Задача 3: Определете масите на две тела от различни вещества (тела с еднаква маса) с точност до 1 g.

Резултатите се записват на дъската.

Едновременно с това класът отговаря на въпросите от теста, за да повтори покрития материал и да провери знанията. (5 мин.) (Приложение 1) След това учениците сменят работата си със съсед от бюрото и проверяват работата (пишат на лист хартия с различен цвят, проверяват работата... и оценяват). Разпръскването се показва на екрана (3 мин.). Ако група ученици все още не е завършила измерването на масите, тестът вече може да бъде проверен заедно с учениците.

Изучаването на нов материал започва с постановка на проблема. (26 мин.)

Как може да се измери телесното тегло експериментално? Възможно ли е да се изчисли телесно тегло теоретично?

Предложената задача е: как да определим масата на тухла, лежаща на маса, с помощта на линийка? (момчетата може да не са в състояние да дадат отговор, тогава се обобщава, че определено ще направим това в урока днес).

Сега можем да разгледаме работата на експертната група: m 1 m 2

Как да разберете кой от двата дървени цилиндъра има по-голяма маса?

м 1< m 2

Сравнете масите на 2 пръта със същия обем (дървени и алуминиеви)

1 2 V 1 \u003d V 2 m 2 > m 1

Сравнете масите на 2 тела с различен обем и различни вещества.

V 2 > V 1 ; м 1 = m 2

м 1 м 2

Телата със същата маса са стоманено тяло и парче хляб с тегло 125g. (Можете да въведете информация за битката край Москва, че от 20 ноември до 25 декември 1941 г. за неработещ се дават 125 г хляб, а за работещ 250 г; слайд № 5)

Анализирайки задачите, извършени от експертите, момчетата правят заключение.

Масата на тялото зависи от обема на тялото и веществото.

Как масата и обемът на тялото зависят от веществото? За да отговорим на този въпрос, ние въвеждаме нова концепция за нас - плътност.

Дава се обозначението на плътността и се изгражда математическата зависимост на плътността, обема и масата. m - маса V - обем, ρ - плътност

Единица за плътност в SI: 1 kg / m 3, 1 g / cm 3.

Нека преобразуваме мерните единици от g / cm 3 в kg / m 3.

1 g / cm 3 = 0,001 kg / 0,000001 m 3 = 10 -3 kg / 10 -6 m 3 = 10 3 kg / m 3

Известни са плътностите на много вещества. Отваряме 50 страница от учебника. Помислете за таблици с плътности за три състояния на материята, разберете какво означават тези числа в таблицата?

Нека започнем със златото: плътността на златото показва, че златото с обем 1 m 3 има маса от 19300 kg.

Няколко стойности, от които да избирате, коментират учениците

Как е свързана плътността с вътрешна структуравещества?

Нека си припомним 3-те разпоредби на MKT. (момчета назовават 3 позиции)

Повечето удобен начинда разберем концепцията за плътност означава да разгледаме трите състояния на материята.

m =Vρ

a= V=abc

b = m =ρ abc

ρ = 1800 kg / m 3 Отговор: m =

Затвърдяване на изучавания материал. (7 мин.)

Учениците отговарят на въпроси, за да затвърдят наученото:

Какви нови характеристики на веществото срещнахте?

Как можете да определите плътността на веществото?

Плътността зависи ли от масата и обема на тялото?

Защо трябва да знаете плътността на веществото?

Кога е по-удобно масата да се определи не експериментално, а чрез изчисление?

Ако остане време, могат да бъдат решени няколко качествени задачи. Например:

Коя от трите лъжици с еднакво тегло - стомана, алуминий или сребро - има по-голям обем?

Плътността на твърдите вещества намалява или се увеличава при нагряване?

Има ли една кофа с питейна вода същата маса като кофа с морска вода?

5. Момчетата, които отговарят добре в урока, се обявяват оценки, домашното се показва на екрана.(2 мин.)

Всичко около нас е изградено от различни вещества. Корабите и баните са изградени от дърво, ютии и сгъваеми легла са направени от желязо, гумите на колела и гумите на моливите са направени от каучук. И различните артикули имат различни грамажи – всеки от нас лесно ще донесе сочен узрял пъпеш от пазара, но ще трябва да се потите над тежест със същия размер.

Всички си спомнят известния виц: „Какво е по-трудно? Килограм пирони или килограм пух? Вече няма да си падаме на този детски трик, знаем, че теглото и на двете ще е еднакво, но обемът ще е значително различен. Така че защо се случва това? Защо различните тела и вещества имат различно тегло за един и същи размер? Или обратно, еднакво тегло за различни размери? Очевидно има някаква характеристика, която прави веществата толкова различни едно от друго. Във физиката тази характеристика се нарича плътност на материята и се подава в седми клас.

Плътност на материята: определение и формула

Дефиницията на плътността на веществото е следната: плътността показва на какво е равна масата на веществото в единица обем, например в един кубичен метър. И така, плътността на водата е 1000 kg / m3, а леда - 900 kg / m3, поради което ледът е по-лек и се намира отгоре през зимата на резервоари. Тоест, какво ни показва плътността на материята в този случай? Плътността на леда, равна на 900 kg/m3, означава, че кубче лед със страни от 1 метър тежи 900 kg. И формулата за определяне на плътността на веществото е, както следва: плътност = маса / обем. Количествата, включени в този израз, се означават по следния начин: маса - m, обем на тялото - V, а плътността се обозначава с буквата ρ (гръцка буква "ro"). И формулата може да бъде написана по следния начин:

Как да намерим плътността на веществото

Как да намерим или изчислим плътността на веществото? За да направите това, трябва да знаете обема на тялото и телесното тегло. Тоест, ние измерваме веществото, претегляме го и след това просто заместваме получените данни във формулата и намираме стойността, от която се нуждаем. А как се измерва плътността на дадено вещество, става ясно от формулата. Измерва се в килограми на кубичен метър. Понякога те използват и такава стойност като грам на кубичен сантиметър. Преобразуването на една стойност в друга е много лесно. 1 g = 0,001 kg и 1 cm3 = 0,000001 m3. Съответно, 1 g / (cm) ^ 3 \u003d 1000 kg / m ^ 3. Също така трябва да се помни, че плътността на веществото е различна в различните агрегатни състояния. Тоест твърдо, течно или газообразно. Плътността на твърдите вещества най-често е по-висока от плътността на течностите и много по-висока от плътността на газовете. Може би много полезно изключение за нас е водата, която, както вече разгледахме, тежи по-малко в твърдо състояние, отколкото в течно състояние. Именно поради тази странна особеност на водата е възможен животът на Земята. Животът на нашата планета, както знаете, произхожда от океаните. И ако водата се държи като всички други вещества, тогава водата в моретата и океаните ще замръзне, ледът, като е по-тежък от водата, ще потъне на дъното и ще лежи там, без да се стопи. И само на екватора в малък воден стълб би съществувал живот под формата на няколко вида бактерии. Така че можем да благодарим на водата за факта, че съществуваме.