Версия 07:01, 16 октября 2012

Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Плотность. Единицы плотности

• Мы  часто  употребляем  выражение  «легкий,  как  воздух»  или  «тя­желый,  как  свинец». Ho  знаете  ли  вы,  что  воздух  внутри,  скажем, супермаркета,  весит  больше 400  кг,  а  груз такой массы  не  поднять и  силачу. Свинцовое же грузило  для удочки легко  поднимет  даже ма­лыш. Выходит,  приведенные  выше  выражения —  неправильные? По­дождите делать  выводы —  давайте разберемся.
  

1.Проводим некоторые измерения и делаем расчеты

На рис.  2.8  вы  видите  два  бруска,  оба  бруска  изготовлены  из  одного и  того же  вещества —  свинца,  но  имеют  разные  размеры.  Наша  задача — найти  отношение массы каждого бруска к его  объему.

Рис. 2. 8. Два свинцовых бруска, имеющих разный объем

Рис. 2.5  Измерение масс свинцовых брусков, имеющих разный объем

Для  начала  измерьте  длину,  ширину и  высоту  брусков  и  вычислите их объемы.  (Если вы правильно выполните измерения и  не ошибетесь в расче­тах,  то  вы получите  такие результаты:  объем меньшего  бруска равен  4  см³, большего  бруска —  10  см³.)

Определив  объемы брусков,  взвесим их. На левую чашу весов поместим один  из  брусков,  на правую —  разновесы  (рис.  2.9).  Весы находятся  в  рав­новесии,  ваша  задача —  сосчитать массу разновесов.

Нам  осталось  найти  отношение массы  каждого  бруска  к  его  объему, т.  е.  вычислить,  чему равняется масса  свинца  объемом  1 см³ для меньшего и  для  большего  брусков.  Очевидно,  что  если  масса  меньшего  бруска  45,2  г и он  занимает  объем  4  см3,  то масса  свинца объемом 1 см³ для этого  бруска равняется  45,2  : 4 = 11,3  (г).  Выполнив  аналогичные  расчеты  для  большего бруска,  получим  113  : 10 = 11,3  (г).  Таким  образом,  отношение массы свинцового бруска к его объему  (масса свинца  единичного объема)  одинаково как для большего, так  и  для меньшего брусков.

Если теперь взять бруски, изготовленные из другого вещества (например алюминия), и повторить те же действия,  то отношение массы алюминиевого бруска к его объему также не будет зависеть от размеров бруска. Мы снова получим постоянное число,  но уже другое,  чем  в  опыте  со  свинцом.

2.  Даем определение плотности вещества

Физическая  величина,  характеризующая  данное  вещество  и  численно  равная массе  вещества  единичного  объема,  называется  плотностью вещества.

Плотность  обозначается символом  р  и вычисляется по формуле

где V —  объем,  занятый  веществом массой m.

Рис. 2.10.  Плотность численно равна массе единицы объема. На рисунке указана масса  1 см³ вещества

Плотность —  это  характеристика вещества,  не  зависящая  от  массы вещества  и  его  объема.  Если  увеличить  массу  вещества,  например,  в  два раза,  то объем,  который  оно  займет,  также возрастет в два раза*.

Из  определения  плотности  вещества  получим  единицу  плотности.  Пос­кольку  в  СИ  единицей  массы  является  килограмм,  а  единицей  объема — метр  кубический,  то  единицей  плотности  в  СИ  будет  килограмм на  метр кубический  (кг/м³).

1 кг/м³ —  это  плотность такого однородного вещества, масса которо­го  в объеме один  кубический метр равняется одному килограмму.

На практике  также  очень часто применяется  единица плотности  грамм на сантиметр кубический  (г/см³).

Единицы плотности килограмм на метр кубический (кг/м³) и грамм на сан­тиметр кубический (г/см³) связаны между собой соотношением:

3. Сравниваем плотности разных веществ

Плотности  разных  веществ  и  материалов  могут  существенно  отли­чаться  друг  от  друга  (рис.  2.10).  Рассмотрим  несколько  примеров.  Плот­ность  водорода  при  температуре  0  С  и  давлении  760  мм  рт.  ст.  составляет 0,090  кг/м³ —  это  значит,  что масса  водорода  объемом  1 м³  равна  0,090  кг, или  90  г. Плотность свинца  11 300  кг/м³. Это  означает,  что  свинец объемом 1 м³  имеет  массу  11 300  кг,  или  11,3  т.  Плотность  вещества  нейтронной звезды достигает  1018 кг/м³. Масса такого вещества объемом 1см³ равняется 1 млрд тонн. Ниже в таблице  приведены плотности  некоторых веществ.

_{Плотность, однако, существенно изменяется в случае изменения температуры и агре­гатного состояния вещества. С причинами изменения плотности вещества мы познако­мимся далее.}

Таблица плотностей некоторых веществ в  твердом состоянии

Таблица плотностей некоторых веществ в жидком состоянии

Таблица плотностей некоторых веществ в  газообразном состоянии

(при температуре О ^оC и давлении  760 мм рт.  ст.)

4.  Учимся вычислять плотность, массу и объем физического тела

На практике часто бывает  необходимо  определить,  из какого вещества  состоит  то  или  иное  физическое тело.  Для  этого  можно  воспользовать­ся  таким  способом.  Вначале  вычислить плотность  этого тела,  т.  е.  найти отношение  массы  тела  к  его  объему.  Далее,  воспользовавшись  данными таблицы  плотностей,  выяснить,  какому  веществу  соответствует  найденное значение плотности.

Например,  если  глыба  объемом  3 м³  имеет  массу  2700  кг,  то  очевидно, что плотность глыбы равна:

По таблице находим,  что  глыба состоит из льда.

В  приведенных  выше  примерах  мы  рассматривали  так  называемые  од­нородные  тела,  т.  е.  тела,  не  имеющие  пустот  и  состоящие  из  одного  ее щества  (ледяная  глыба,  свинцовый  и  алюминиевый  бруски).  В  таких  слу­чаях  плотность  тела  равна  плотности  вещества,  из  которого  оно  состоит (плотность ледяной глыбы = плотности льда).

Если  в  теле  есть  пустоты  или  оно  изготовлено  из  различных  веществ (например,  корабль,  футбольный мяч,  человек),  то  говорят  о  средней  плот­ности тела,  которая также исчисляется по формуле

где V —  объем тела массой m.

Средняя  плотность  тела  человека,  напри­мер,  составляет  1036 кг/м³. Зная  плотность  вещества,  из  которого  изго­товлено тело (или среднюю плотность тела), и объ­ем  тела,  можно  определить  массу  данного  тела без  взвешивания.  В  самом деле,  если  р = m/V ,  то m = pV . Соответственно,  зная плотность и массу тела, можно найти его объем: 

• Подводим итоги
  

Физическая  величина,  характеризующая данное  вещество  и  числен­но  равная  массе  вещества  единичного  объема,  называется  плотностью  ве­щества.

Плотность вещества и плотность тела можно рассчитать по формуле

В СИ плотность измеряется  в  килограммах  на метр кубический  (кг/м³). Часто  также  используют  единицу  плотности  грамм  на  сантиметр  кубичес­кий  (г/см³). Эти  единицы связаны между  собой  соотношением:

Зная массу тела и его плотность,  можно найти объем тела:  . Соответственно,  по известным  объему  тела и  его  плотности можно найти  массу тела:  т = pV  .

• Контрольные вопросы

1.  Зависит  ли  отношение  массы  вещества  к  объему,  занимаемому этим веществом,  от  его массы?  от объема?  от рода  вещества? 

2.  Что называют  плотностью  вещества? 

3.  Плотность  платины  равна 21 500  кг/м³.  Что  это  означает? 

4.  Как  определить  плотность  веще­ства? 

5.  Какие  единицы  плотности  вы  знаете? 

6.  Как  выразить плотность  в  граммах  на  сантиметр кубический  (г/см³),  если  она дана в килограммах на метр кубический (кг/м³)? 

7.  Как вычислить массу тела по его плотности и объему? 

8.  Как определить объем тела, зная его плотность  и массу?

• Физика и техника в Украине

Донецкий  физико-технический  институт  HAH Украины

В  60-е  годы  прошлого  столетия  в  Донбас­се  —   важнейшем  промышленном  регионе Укра­ины  —   возникла  насущная  необходимость  в  ор­ганизации  научных  исследований,  максимально ориентированных на удовлетворение нужд реги­она.  Для  этого  в  1965  году  и  был  создан  Донец­кий  научный  центр  Академии  наук  УССР,  одним из ключевых институтов которого стал Донецкий физико-технический  институт  (ДонФТИ). Результаты  исследований  сотрудников  инсти­тута  получили  признание  научной  общественности Украины  и многих зарубежных ученых. ДонФТИ  поддерживает широкие научно-производственные связи  с десятками  зарубежных институтов  и  промышленных  предприятий Швейцарии, США,  Германии, Испании.

• Упражнения

1. Найдите  по таблице  значения  плотности воздуха и  плотности свин­ца. Что они означают? Какие величины мы на самом деле сравнива­ем, когда говорим:  «легкий,  как воздух»,  «тяжелый,  как свинец»?

2. В каком случае массы тел одинакового объема будут  равными?

3. Один  из  двух  одинаковых  сосудов  наполненмедом,  второй — растительным маслом. Масса какой жидкости  больше и во сколько раз?

4. Два кубика — из оргстекла и из дуба — имеют одинаковую массу. Объем какого кубика мень­ше и во сколько раз?

5. В  цилиндре  под  поршнем  содержится  кислород (рисунок а). Поршень начинают продвигать в ци­линдр  (рисунок  б).  Как  при  этом  изменяются: а) масса газа;  б) объем газа;  в) плотность газа?

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.