Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка для визначення густини рідин
Ареометр - це вимірювальний прилад, за допомогою якого можна визначити густину рідин. Принцип вимірювання ареометра ґрунтується на законі Архімеда. Тіло, повністю занурене в рідину, витісняє об'єм рідини, що дорівнює його вазі. Існує два типи ареометрів. Густина розчину дорівнює відношенню маси ареометра до об'єму, на який він занурюється в рідину. Відповідно, розрізняють ареометри постійного об'єму та ареометри постійної маси.
Шкальний ареометр: чим менша густина рідини, тим глибше він занурюється.
Ваговий ареометр: Якщо тіло занурюють у рідини з різною густиною, його вагу потрібно штучно збільшити настільки, наскільки збільшується густина.
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
попередні знання
Учні вже повинні мати базові знання про плавучість твердих тіл і про принцип Архімеда, оскільки фізичні співвідношення цього експерименту базуються на ньому.
Принцип
Закон Архімеда є основою для проведення експерименту, в якому визначають густину рідин за допомогою ареометра. Він стверджує, що виштовхувальна сила тіла дорівнює вазі середовища, яке воно витісняє.
Густина розчину дорівнює відношенню маси ареометра до об'єму, на який він занурюється в рідину.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
Учні повинні застосувати свої базові знання про плавучість і закон Архімеда, щоб побудувати ареометр.
Завдання
Залежність між густиною і глибиною занурення визначається в попередньому експерименті, результат якого учням пропонується виразити у вигляді залежності "є - немає".
У самому експерименті спочатку розраховують шкалу ареометра, а потім визначають густину деяких рідин.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Рекомендований матеріал ріди для цього експерименту - бензин. Увага! Не зливайте бензин у раковину, а зберіть його та використайте повторно. Використовуйте захисні окуляри!
Як альтернативу можна також використовувати рослинні олії, хоча різниця в щільності води, як правило, не така помітна.
Бензин: клас небезпеки та категорії
Легкозаймиста рідина, категорія 2, H225 / Подразнювальна дія на шкіру, категорія 2, H315 / Токсичність для репродуктивної функції, категорія 2, H361f / Специфічна токсичність - одноразовий вплив, категорія 3, H336 / Специфічна токсичність - багаторазовий вплив, категорія 2, H373 / Небезпека при вдиханні, категорія 1, H304 / Хронічна токсичність для води (небезпечна для води, хронічна), категорія 2, H411
Інформація для учнів
Мотивація
Схематичне представлення аерометра для визначення густини рідин
Аерометри знаходять своє застосування в багатьох галузях.
Наприклад, у хімічній промисловості, для визначення концентрації розчинів солей.
Проте, вони також можуть бути використані у виробництві вина. Тут його використовують для визначення вмісту цукру у вині.
У цьому експерименті Ви навчитеся самостійно будувати аерометр за допомогою простих засобів для визначення густини різних рідин.
Завдання
У цьому експерименті дослідіть аерометри.
У попередньому експерименті спочатку визначте, наскільки глибоко пробірка занурюється у воду і в розчин солі.
Потім зробіть аерометр і використовуйте його для визначення густини різних рідин.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 3 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 4 | Пластина зі шкалою | 03962-00 | 1 |
| 5 | Кріпильний болт | 03949-00 | 1 |
| 6 | Стрілка для важеля | 03961-00 | 1 |
| 7 | Важіль | 03960-00 | 1 |
| 8 | Чаша ваг, пластмасова | 03951-00 | 2 |
| 9 | Дробинки, d = 2 мм, 120 г | 03990-00 | 1 |
| 10 | Набір прецизійних тягарців, 1 г ... 50 г, у футлярі | 44017-01 | 1 |
| 11 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 12 | Мензурка, низька, 250 мл, пластмаса | 36013-01 | 1 |
| 13 | Набір пробірок, 160x16 мм, лабораторне скло | 37656-10 | 1 |
| 14 | Скляні трубки, d=8 мм, l=250 мм, 10 шт. | MAU-16074544 | 1 |
| 15 | Мірний циліндр, 50 мл, прозорий, PP | 36628-01 | 1 |
| 16 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 |
Додаткові матеріали
| № | Матеріал | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Міліметровий папір | прибл. 20 х 170 мм |
| 2 | Ножиці | 1 |
| 3 | Кухонна сіль (NaCl) | 15 г |
| № | Матеріал | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Бензин | близько 50 мл |
| 2 | Рослинна олія | близько 50 мл |
Підготовка (1/4)
Зберіть основу штатива. Вставте штативний стрижень в основу штатива і закріпіть його гвинтом. Помістіть пластину зі шкалою посередині важеля. Потім вставте кріпильний болт через отвір покажчика і через отвір важеля.
Збірка основи штатива
Кріплення штативного стрижня в основі штатива
Прикріплення шкали
Підготовка (2/4)
Прикріпіть подвійну муфту до штативного стрижня і затисніть кріпильний болт у подвійній муфті.
Зберіть чашки для ваг і повісьте по одній на кожному кінці важеля.
Закріплення кріпильного болта
Збірка чашок для ваг
Збірка важільних терезів (ваг)
Підготовка (3/4)
Помістіть мензурку (100 мл) на одну з чашок для терезів і насипте на іншу стільки дробу, щоб ваги врівноважилися.
Врівноваження мензурок на вагах
Підготовка (4/4)
Експериментальна установка
- Зважте 5 г кухонної солі у склянку.
- Наповніть мірний циліндр 40 мл води, додайте 5 г кухонної солі, добре розчиніть сіль і доповніть мірний циліндр водою до 50 мл. Перелийте 5 мл цього розчину в мензурку об'ємом 100 мл.
- Добре промийте мірний циліндр і висушіть його!
- Тепер візьміть мензурку об'ємом 250 мл, встановіть її на ваги і додайте на іншу чашку стільки дробу, що б вони врівноважилися, потім зважте у ній 10 г кухонної солі.
- Приготуйте другий розчин з 10 г кухонної солі так само, як і раніше. Знову помийте та просушіть мірний циліндр.
Виконання роботи (1/5)
Шкала на міліметровому папері
- Наповніть мірний циліндр 50 мл води.
- Виріжте смужку міліметрового паперу (2 x 17 см) і намалюйте на ній шкалу від 0 (знизу) до 16 (зверху). (ціна поділки - 1 см).
- Покладіть цю паперову шкалу в пробірку.
Міліметровий папір у пробірці
Виконання роботи (2/5)
Занурте пробірку в циліндр
- Заповніть її такою кількістю дробу, щоб близько половини пробірки занурювалося у воду в мірному циліндрі.
- Визначте глибину занурення пробірки на шкалі та запишіть її значення у протокол.
- Вилийте воду з мірного циліндра і наповніть його сольовим розчином (5 г).
- Занурте пробірку зі шкалою в соляний розчин і визначте глибину занурення . Також запишіть виміряне значення в протокол.
- Розгляньте, як працює Ваш аерометр, виходячи зі співвідношення густини розчину солі до води й отриманої глибини занурення.
Виконання роботи (3/5)
Експериментальна установка
Зробіть на міліметрівці нову шкалу, за якою можна буде безпосередньо визначити густину рідини.
Шкала будується за наступною формулою для значень , наведених у таблиці 1:
- глибина занурення невідомої рідини
- глибина занурення води
- густина невідомої рідини
- густина води
Виконання роботи (4/5)
- Перенесіть значення для на смужку міліметрового паперу і позначте її відповідним значенням .
- Помістіть підготовлену смужку в пробірку точно так само, як і раніше.
- Будьте обережні, щоб не змінити кількість дробу в пробірці!
- За допомогою саморобного ареометра визначте густину двох розчинів солі і, за необхідності, бензину або рослинної олії.
- Щоразу під час заміни рідини ретельно очищайте і висушуйте мірний циліндр.
- ВРезультати вимірювань необхідно заносити в таблицю 2 протоколу, зчитавши показання шкали.
Будьте уважні! Не зливайте в раковину бензин!
Виконання роботи (5/5)
Розбирання основи штатива
- Щоб розібрати основу штатива, натисніть на жовті кнопки посередині і потягніть обидві половини в сторони.
Протокол
Таблиця 1
Введіть виміряні значення з попереднього експерименту
Запишіть розраховані значення для .
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
h_f [cm]:
rho_f = 0.5 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 1.0 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 0.6 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 1.1 г/см³: h_f [см]:
h_w [cm]:
rho_f = 0.7 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 1.2 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 0.8 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 1.3 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 0.9 г/см³: h_f [см]:
rho_f = 1.4 г/см³: h_f [см]:
Таблиця 2
Занурення пробірки
Внесіть результати вимірювань для визначення густини в таблицю.
Рідина
Кухонна сіль, 5г/50мл
Кухонна сіль, 10г/50мл
Бензин
Рослинна олія
Звичайна сіль (5 г/50 мл): rho_f [г/см³]:
Звичайна сіль (10 г/50 мл): rho_f [г/см³]:
Нафтовий спирт: rho_f [г/см³]:
Рослинна олія: rho_f [г/см³]:
Завдання 1
Занурення пробірки
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Зважте пробірку і занурте її у воду
Питання
Завдання 4
Зважте пробірку і занурте її у воду
Питання
Завдання 5
Зважте пробірку і занурте її у воду
Питання