Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду для визначення густини рідин, що не змішуються
Гідростатичний тиск, який чинить рідина, дорівнює добуткові її густини , висоти стовпа рідини і прискорення вільного падіння .
Це знання використовують у наступному досліді, щоб визначити густину рідин, які не змішуються. U-подібну трубку наповнюють двома різними рідинами і вимірюють висоти їхніх стовпів. Еталонною рідиною в цьому досліді слугує вода. Якщо прирівняти формули гідростатичного тиску обох рідин, спростити й перетворити їх, дістанемо таке рівняння:
Де індекс - для води, а - для досліджуваної рідини.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні вже мають володіти базовими знаннями про виштовхувальну силу й плавання тіл, а також про гідростатичний тиск. В ідеалі вони вже мають уміти визначати густину рідин ареометром.
Принцип
Принцип цього досліду ґрунтується на обчисленні гідростатичного тиску за формулою:
Через рівновагу тисків у U-подібній трубці тиски можна прирівняти й вилучити з рівняння прискорення вільного падіння. Наостанок його треба лише перетворити відносно шуканої густини.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Спираючись на свої знання про гідростатичний тиск і виштовхувальну силу, учні мають з'ясувати, як визначають густину рідин, що не змішуються.
Завдання
У цьому досліді учні визначать густину рідини, яка не змішується з водою, за висотами рідин у колінах U-подібної трубки, наповненої водою і цією рідиною.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Як необхідне приладдя для цього досліду пропонують петролейний ефір: Увага! Петролейний ефір не виливати в раковину, а зібрати й використати повторно. Користуватися захисними окулярами!
Як альтернативу можна взяти рослинні олії, хоча різниця густини з водою в цьому разі загалом не така помітна.
Петролейний ефір: клас і категорія небезпеки
Займиста рідина, категорія 2, H225 / Подразнення шкіри, категорія 2, H315 / Репродуктивна токсичність, категорія 2, H361f / Специфічна токсичність для органів-мішеней - одноразовий вплив, категорія 3, H336 / Специфічна токсичність для органів-мішеней - повторний вплив, категорія 2, H373 / Небезпека аспірації, категорія 1, H304 / Хронічна токсичність для водного середовища, категорія 2, H411
Інформація для учнів
Мотивація
Олія у воді
Як ти знаєш, олія плаває на воді, якщо злити ці дві рідини разом.
Причин дві: по-перше, ці рідини не змішуються, а по-друге, вони мають різну густину. У цьому випадку олія плаває зверху на воді, бо густина олії менша за густину води. Якщо тепер долити її з одного боку в наповнену водою U-подібну трубку, рідини в обох колінах стоятимуть на різній висоті - через різний гідростатичний тиск цих рідин.
У цьому досліді ти дізнаєшся, як за висотами стовпів у U-подібній трубці визначити густину рідин, що не змішуються.
Завдання
У цьому досліді ти досліджуватимеш густину петролейного ефіру або рослинної олії.
Для цього ти збереш установку з U-подібною трубкою і наповниш її водою та досліджуваною рідиною, яка не розчиняється у воді.
Потім ти визначиш густину рідини за висотами стовпів рідин в обох колінах.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 | 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 3 | Скляні трубки, d = 8 мм, l = 250 мм, 10 шт. | 36701-68 | 1 | 4 | Тримач скляних трубок із затискачем для мірної стрічки | 05961-00 | 1 | 5 | ПВХ-шланг, внутрішній d = 7 мм, погонний метр | 03985-00 | 1 | 6 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 | 7 | Піпетка, з гумовим ковпачком | 64701-00 | 1 | 8 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Ножиці | 1 |
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Петролейний ефір | прибл. 10 мл |
| 1 | Рослинна олія | прибл. 10 мл |
Складання (1/2)
Збери зі штативної основи та стрижня штатив.
Затисни мірну стрічку в тримачі скляних трубок.
Складання штативної основи
Установлення штативного стрижня
Затискання мірної стрічки
Складання (2/2)
Закріплення тримача скляних трубок на штативному стрижні
Тепер закріпи мірну стрічку і тримач скляних трубок на штативному стрижні.
Склади з двох скляних трубок і силіконового шланга U-подібну трубку.
Затисни U-подібну трубку в тримачі поруч із мірною стрічкою.
Затискання U-подібної трубки
Виконання (1/3)
Наповнення U-подібної трубки водою
- Наповни U-подібну трубку водою за допомогою піпетки так, щоб в обох скляних трубках вода стояла приблизно на половині висоти.
Виконання (2/3)
Схематичне зображення U-подібної трубки, наповненої водою і петролейним ефіром чи рослинною олією
- Тоді обережно (!) долий у ліве коліно U-подібної трубки стільки петролейного ефіру / рослинної олії, щоб стовп рідини був заввишки приблизно 2 см. Скористайся для цього піпеткою.
- Виміряй висоти стовпа води і стовпа рідини над межею поділу (див. схему ліворуч).
- Долий рідини ще 3 рази і щоразу заново визнач висоти і .
- Внеси свої результати до таблиці 1 у протоколі.
Увага: петролейний ефір не виливати в раковину!
Виконання (3/3)
Розбирання штативної основи
- Щоб розібрати штативну основу, натисни кнопки посередині й розведи обидві половини.
Протокол
Таблиця
Схематичне зображення U-подібної трубки, наповненої водою і петролейним ефіром чи рослинною олією
Запиши свої виміряні значення в таблицю 1. Обчисли за ними густину рідини за формулою і подай середнє обчислених значень: .
Вимірювання 1: h_1 [см]:
Вимірювання 1: h_2 [см]:
Вимірювання 1: rho_f [г/см³]:
Вимірювання 2: h_1 [см]:
Вимірювання 2: h_2 [см]:
Вимірювання 2: rho_f [г/см³]:
Вимірювання 3: h_1 [см]:
Вимірювання 3: h_2 [см]:
Вимірювання 3: rho_f [г/см³]:
Вимірювання 4: h_1 [см]:
Вимірювання 4: h_2 [см]:
Вимірювання 4: rho_f [г/см³]:
Середнє: rho_f [г/см³]:
Завдання 1
Схематичне зображення U-подібної трубки, наповненої водою і петролейним ефіром чи рослинною олією
Питання
Завдання 2
Схематичне зображення U-подібної трубки, наповненої водою і петролейним ефіром чи рослинною олією
Питання
Завдання 3
Схематичне зображення U-подібної трубки, наповненої водою і петролейним ефіром чи рослинною олією
Питання
Завдання 4
Схематичне зображення U-подібної трубки, наповненої водою і петролейним ефіром чи рослинною олією
Питання