To doświadczenie ma na celu nauczenie metod pomiaru objętości różnych stanów skupienia materiałów: cieczy, ciał stałych i gazów, przy użyciu specyficznych technik i wyposażenia dla każdego przypadku. Umożliwia ono zrozumienie zasad pomiaru i właściwości fizycznych materii poprzez praktyczne metody.
Część 1: Zmierz objętość cieczy. Ta część pokazuje, jak precyzyjnie zmierzyć objętość cieczy za pomocą cylindra miarowego. Technika menisku jest niezbędna do uzyskania dokładnego odczytu, ponieważ uwzględnia krzywiznę, którą tworzy ciecz na powierzchni z powodu napięcia powierzchniowego.
Część 2: Pomiar objętości ciała stałego metodą przemieszczenia wody. Metoda ta wykorzystuje zasadę Archimedesa, która mówi, że objętość przemieszczonej cieczy jest równa objętości zanurzonego obiektu. Mierząc wodę, która przelała się po zanurzeniu bryły w przepełnionym naczyniu, można określić objętość tej bryły. Jest to technika szczególnie przydatna w przypadku ciał o nieregularnych kształtach, których nie można zmierzyć bezpośrednio za pomocą linijki czy suwmiarki.
Część 3: Pomiar objętości gazu. Pomiar objętości gazu odbywa się za pomocą biurety gazowej zanurzonej w wodzie, pozwalając gazowi na zastępowanie wody w biurecie. Metoda ta ilustruje, jak gazy mogą być przechowywane i jaka jest ich objętość mierzona poprzez przemieszczenie innego płynu. Opiera się ona na ciśnieniu atmosferycznym i zdolności gazu do zajmowania całej dostępnej przestrzeni, zgodnie z prawami gazów.
Cele edukacyjne
Przećwicz konkretne metody pomiarowe: uczniowie uczą się posługiwać różnymi przyrządami pomiarowymi i poprawnie interpretować wskazania w celu uzyskania konkretnych wyników.
Rozumienie właściwości materii: Doświadczenie ilustruje fundamentalne właściwości fizyczne różnych stanów skupienia materii, takie jak zdolność cieczy do tworzenia menisku, stałość ciał stałych, która pozwala im przemieszczać wodę, oraz rozprężność gazów.
Zastosuj zasady fizyki: kroki obejmują zastosowanie zasad fizycznych, takich jak prawo Archimedesa dla ciał stałych i prawa gazowe do pomiaru objętości gazów.
Łącząc teorię z praktyką, doświadczenie to kształci w zakresie podstawowych technik pomiarowych w fizyce i chemii, jednocześnie wzmacniając zrozumienie właściwości materii w jej różnych stanach.
Protokół
CZĘŚĆ 1: Mierzenie objętości cieczy
- Do odpowiedniego cylindra miarowego wlej 70 ml wody z kranu.
- Sprawdź dolną menisku cieczy w cylindrze miarowym, aby potwierdzić objętość.
CZĘŚĆ 2: Mierzenie objętości bryły poprzez naczynie przelewowe
Do pomiaru objętości ciała stałego możemy użyć metody wypierania wody.
- Napełnij wazon wodą z kranu do pełna, tak aby woda zaczęła się wylewać (500 ml). Pozwól, aby nadmiar wody spłynął do zlewu.
- Umieść naczynie przelewowe z powrotem w pierwotnej pozycji, po lewej stronie ławki, tuż obok cylindra miarowego o pojemności 25 ml (który należy ustawić pod otworem przelewowym naczynia przelewowego).
- Umieść pięć kawałków ołowiu w naczyniu przelewowym za pomocą pęsety.
- Używając przelewu z naczynia przelewowego i menisku w cylindrze miarowym, określ objętość ciała stałego.
CZĘŚĆ 3: Pomiar objętości gazu
Do pomiaru objętości gazu można użyć biurety gazowej.
- Napełnij 1-litrowy zlewkę co najmniej 800 ml wody z kranu.
- Postaw zlewkę 1 L na prawo od statywu.
- Umieść uniwersalny zacisk nad środkiem zlewki o pojemności 1 l, aby podeprzeć biuretę gazową.
- Napełnij zlewkę 250 ml wody z kranu.
- Napełnij biuretę gazową wodą z zlewki 250 ml aż po brzegi, a następnie umieść w niej gumowy korek.
Tryb jednoręczny: Zamocuj zacisk uniwersalny do stojaka po prawej stronie zlewu i umieść w nim biuretę gazową, aby napełnić ją po brzeg, a następnie załóż gumowy korek.
- Zamocuj biuretę gazową do uniwersalnego statywu do góry nogami, tak aby otwór z korkiem znajdował się blisko dna litrowego zlewki.
- Zdejmij gumowy korek (końcówka biurety musi być zanurzona w zlewce).
- Jeśli woda wypływa z biurety, oznacza to, że w zlewce jest za mało wody lub biureta jest zbyt wysoko. Powtórz kroki 4 do 7.
- Umieść plastikowe złącze tak, aby jego otwór w kształcie litery J znajdował się pod otworem biurety gazowej.
- Podłącz zawór butli gazowej do niebieskiego złącza z tworzywa sztucznego.
- Uruchom stoper.
- Otwórz zawór cylindra (dotknij opuszkiem palca).
- Pozwól, aby biureta napełniła się gazem do połowy.
- Zamknij zawór gazu i odczytaj objętość z biurety gazowej.
- Zatrzymaj stoper.
- Wyniki są również wyświetlane w formie graficznej w zakładce Wyniki. / Objętość vs. Czas,
Przewidywane wyniki
Jest to sesja praktyczna mająca na celu zapoznanie się z użyciem cylindra miarowego, naczynia przelewowego i biurety gazowej.
- Jeden kawałek Pb waży 34,04g
- 5 sztuk waży 170,2 g
- Pb ma gęstość 11,35 g/ml
- 5 sztuk ma objętość 15 ml
- Gazem jest powietrze.
Podsumowanie zadania według zakresu ocen
Klasy 3-5 (wiek 8-10 lat)
- SkupieniePodstawowe wprowadzenie do technik pomiarowych i zrozumienie właściwości materii.
- AktywnościUżywanie cylindrów miarowych do cieczy, proste przemieszczanie wody do ciał stałych.
Klasy 6-8 (wiek 11-13 lat)
- SkupienieRozwijanie umiejętności pomiarowych i stosowanie podstawowych zasad fizyki.
- Aktywności: Precyzja w używaniu cylindrów miarowych, zastosowanie prawa Archimedesa, wprowadzenie do pomiaru objętości gazów.
Klasy 9-12 (Wiek 14-18 lat)
- SkupienieOpanowanie technik pomiarowych i zrozumienie zaawansowanych zasad fizycznych.
- AktywnościZaawansowane użycie cylindrów miarowych, szczegółowe zastosowanie zasady Archimedesa, precyzyjny pomiar objętości gazów.
Podstawowe wyposażenie laboratorium
Instrumenty
- Zlewka (1000 ml – 250 ml)
- Gaz Buret
- Złącze gazowe
- Zbiornik gazu
- Cylinderki miarowe (10 ml, 25 ml, 70 ml, 250 ml)
- Stojak laboratoryjny i zaciski
- Naczynie przelewowe
- Pęseta
- Minutnik
- Stoper
Produkty
- Kawałki ołowiu