Методические особенности преподавания темы "Плотность вещества"

ВВЕДЕНИЕ

Красивое явление – айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстает лишь ¹/₁₀ часть всего айсберга, а ⁹/₁₀ скрыто водой? Но если же в воде будет плавать бревно, то оно будет погружено примерно до половины – взгляните на рисунок. Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а айсберг – почти целиком?

ГЛАВА 1. Плотность вещества

Для знакомства с новой для вас физической величиной, плотностью вещества, отправимся в литейный цех завода с весами и линейкой. Выберем несколько разных по размерам чугунных и алюминиевых слитков прямоугольной формы. Используя весы, измерим массу каждого 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 делении массы каждого слитка на его объём получаются одинаковые значения частного для всех чугунных слитков (7 кг/дм³) и для всех алюминиевых (3 кг/дм³). Другими словами, независимо от конкретных значений массы и объёма их частное остается постоянной величиной для данного вещества.

Эта удивительная закономерность и послужила причиной для введения в физику новой величины – плотности вещества. Единицей плотности служит 1 кг/м³ (читается: один килограмм на кубический метр).

Итак, физическая величина, равная отношению массы вещества к его объёму, называется плотностью вещества. Это – определение плотности. Его можно записать и в виде формулы:

m – масса, кг.

V – объём, м³

Из математики вы знаете, что значение всякой дроби показывает количество единиц величины, стоящей в числителе, приходящееся на одну единицу величины, стоящей в знаменателе.

Плотность вещества – тоже значение дроби. Поэтому числовое значение плотности вещества показывает массу единицы объёма этого вещества. В этом – физический смысл числового значения плотности.

Например, плотность чугуна равна 7 кг/дм³. Это значит, что 1 дм³ чугуна будет иметь массу 7 кг. Соответственно, 1 м³ чугуна будет иметь массу в 1000 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 формулы можно преобразовывать по правилам математики. Поэтому формула плотности может быть записана в двух других формах:

При пользовании формулами необходимо следить, чтобы все величины были выражены в согласующихся друг с другом единицах, предпочтительно, килограммах и кубических метрах.

Средняя плотность и плавание тел

До сих пор мы рассматривали только такие тела, которые состоят из одного вещества. Теперь рассмотрим опыт, в котором есть тело, состоящее из нескольких веществ. Нам понадобятся сосуды со спиртом, водой и раствором соли; возьмём также куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лёд, и яйцо утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лёд будет плавать. В растворе соли оба тела будут плавать (рис. 1).

Рис. 1

Объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой. Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нем лёд тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли. И в них лёд плавает.

На прямой мы отложили и «плотность яйца» – около 1050 кг/м³. Это – средняя плотность яйца, поскольку оно состоит из нескольких веществ (белка, желтка и скорлупы). Средняя плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в растворе соли – нет.

Обобщая результаты опыта, сделаем вывод: если средняя плотность тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если же средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то это тело в ней всплывает (рис. 2).

Рис. 2

Красивое явление – айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстает лишь ¹/₁₀ часть всего айсберга, а ⁹/₁₀ скрыто водой? Но если же в воде будет плавать бревно, то оно будет погружено примерно до половины – взгляните на рисунок 3. Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а айсберг – почти целиком?

Рис. 3

Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м³, а плотность древесины – около 500 кг/м³ в зависимости от её породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы (рис. 4).

Рис. 4

Длина столбика «древесина» составляет половину (то есть ¹/₂ часть) от длины столбика «вода». Аналогично, длина столбика «лёд» составляет ⁹/₁₀ от длины столбика «вода». Другими словами, средняя плотность древесины составляет ¹/₂ от плотности воды, а льда – ⁹/₁₀ от той же плотности.

Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его средняя плотность от плотности окружающей тело жидкости. Эта закономерность широко применяется в технике, например, для прямого измерения плотности жидкости ареометром. Рисунок этого прибора вы видите на первой странице, открывающей эту тему. Ареометр – это стеклянный поплавок со шкалой вверху и свинцовой дробью внизу. От объёма корпуса и массы дроби зависит средняя плотность ареометра. В зависимости от плотности окружающей жидкости меняется погруженная доля ареометра и его шкалы. По уровню жидкости на шкале мы и определяем её плотность.

 

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «ПЛОТНОСТЬ»

 

Урок-обобщение по теме: "Плотность"

Цели урока:

·           Образовательные:

o     обобщить тему “Плотность”;

o     научить рассчитывать плотность любого тела;

o     углубить знания основного курса физики;

o     показать практическую значимость изучения понятия “плотность”.

·           Развивающие:

o     активизировать мыслительную деятельность учащихся при выполнении лабораторной работы;

o     научить практически применять знания, полученные на уроках физики в жизни;

o     сформировать ряд измерительных умений, необходимых людям разных профессий.

·           Воспитательные:

o     повысить интерес к изучению физики;

o     воспитывать инициативу, творческое отношение к труду.

Оборудование к уроку: весы с разновесами, мерный цилиндр (мензурка), тела неправильной формы, таблица плотностей, графопроектор.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

На доске предварительно написаны число и классная работа. Учитель приветствует учеников. Класс делится на 4 группы. Каждая группа сидит отдельно. Учитель знакомит учащихся с правилами урока.

– Мы сегодня обобщим пройденный материал. 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 следующий кроссворд.

II. Обобщение по теме “Плотность”