Исследование связи массы вещества с его объёмом

Методическая разработка экспериментальной работы
«Исследование связи массы вещества с его объемом».
Составитель: Корчевская Анна Вячеславовна, учитель физики
МОУ «Экономическая гимназия» г. Хабаровска.
В разработке использованы методические рекомендации из тематического и
поурочного планирования к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 7 класс» авторов
Гутник Е.М., Рыбаковой Е.В. (изд. Дрофа, 2001г.).
Данную экспериментальную работу целесообразно проводить как элемент урока в
7 классе «Плотность вещества», до введения понятия «плотности», для
демонстрации пропорциональной зависимости между массой и объемом вещества, и
последующим введением понятия «плотности» как коэффициента
пропорциональности в этой зависимости. Возможно проведение этой работы как
дополнительного задания к лабораторной работе № 5 «Определение плотности
вещества твердого тела». Данная работа способствует развитию умения строить
графики по результатам измерений, а также способствует пониманию физического
смысла плотности.
Необходимые приборы и материалы: весы школьные для лабораторных работ,
набор гирь Г4-211,1, измерительный цилиндр, два пластиковых стаканчика, стакан с
водой, графический калькулятор CASIO fx-9860 G SD, инструкция по обработке
результатов измерений при помощи калькулятора, рабочий лист с пустыми
строками.
Цель: организовать деятельность по самостоятельному выявлению взаимосвязи
между физическими величинами; создать условия для развития коммуникативных и
информационных компетентностей; организовать отработку алгоритма простейших
вычислений, построения и анализа графика по статистическим данным и при
помощи графического калькулятора CASIO fx-9860 G SD.
Ход работы.
1. Актуализация.
Учитель предлагает учащимся выдвинуть гипотезы о связи между массой и
объемом вещества, исходя из личного опыта учащихся. Так как, учащиеся уже
знают о прямой и обратной пропорциональной зависимости между числами из курса
математики 6 класса, то возможные варианты ответов будут касаться именно этих
зависимостей. Следует подвести итог предположениям:
1. Масса и объем связаны прямо пропорционально.
2. Масса и объем связаны обратной пропорциональной зависимостью.
Учитель предлагает ответить на вопросы:
1. Какую цель экспериментальной работы поставят перед собой ученики?
2. Какие величины необходимо измерить, для того чтобы проверить
правильность предположений?
3. Какие необходимы приборы для измерения величин? Правила измерений
величин?
Два одинаковых стаканчика следует ставить на разные чашки уравновешенных
весов, тогда масса гирь будет равна массе вещества, помещенного в стаканчик.
4. Какие вещества удобно применять в работе? Удобнее использовать жидкости.
5. Какая последовательность выполнения работы?
6. Как должны быть представлены результаты измерений?
7. Какой будет вывод в работе?
Ответы на вопросы 5-6 стоит записать на доске, потом их расположить в
последовательности выполнения. После этого учитель обращает внимание учащихся
на инструкцию по графическому представлению результатов. По мере ответов на
вопросы, учащиеся заполняют соответствующие строки в рабочем листе.
2. Первый этап работы.
На этом этапе учащиеся выполняют необходимые измерения массы и объема и
заполняют таблицу. Необходимо провести не менее 5 измерений, каждый раз
увеличивая объем жидкости, измеряя соответствующую массу.
№ опыта
Объем V, см3
Масса m, г
При использовании мензурки для измерения объема, если уровень жидкости
находится между двумя делениями, результат округлить до целых. Массу измерять
с точностью до 100 мг.
3. Второй этап работы
На этом этапе учащиеся работают с калькуляторами. В режиме STAT заполняют
таблицу и строят график по точкам. Перед этим этапом учителю стоит обратить
внимание учащихся, что x присваиваются значения объема, а y - массы.
Внимание: обязательно учащиеся должны подписать столбцы в строке Sub, это
необходимо для быстроты проверки правильности при затруднениях в построении
графика.
После этого учащиеся должны проверить свои гипотезы о зависимости массы и
объема.
Внимание. Для построения графика необходимо будет задать параметры окна
вывода графиков (см. Рабочий лист, рис 11). Целесообразно, в качестве Xmin взять
(–1), max х взять чуть больше самого большого значения объема, scale погрешность измерения объема. dot- калькулятор ставит автоматически! Ymin тоже
около (–1), max значение у – наибольшее значение массы, scale – 1. Это необходимо,
для того чтобы график и оси координат поместились на экране.
После построения графика на калькуляторе, его эскиз переносится учеником в
рабочий лист. Так как точность построения графика в тетради не является целью
работы, а главное - установить связь между величинами, то достаточно переноса
эскиза графика в рабочий лист. По этому эскизу учитель в последствии сможет
проверить правильность хода работы учащегося.
В конце этапа учащиеся должны сделать вывод о связи массы и объема.
Внимание. Конечный график, построенный при помощи калькулятора, может не
проходит через начало отсчета. Это связано с погрешностью отсчета. Наибольшую
погрешность измерений дает измерительный цилиндр.
4. Третий этап работы.
Если учащиеся одновременно закончили работать с графиками, то учитель
знакомит учащихся с понятием «плотность» и предлагает найти по графику на
калькуляторе плотность жидкости, используя координаты любой точки графика.
Если учащиеся работают не одновременно, то тем, кто закончит раньше,
следует предложить дополнительное задание:
1. « Налейте в мензурку произвольный объем жидкости, измерьте массу этой
жидкости. Найдите на графике точку с соответствующими координатами. Сделайте
вывод о точности вашей работы».
2. «Налейте в мензурку произвольный объем жидкости, по г8рафику определите
возможную массу. Затем проверьте предположение путем измерения. Сделайте
вывод о точности вашей работы».
Внимание: при подготовке к работе учителю необходимо определить границы
произвольно выбранных объемов, для того чтобы точка попала на график учеников.
5. Четвертый этап работы
Необходимо определить погрешность измерения плотности. Для этого найти
относительную погрешность измерения в первом и последнем опытах по формуле:
 m V

. Выбрать из полученных погрешностей наибольшую и найти
m
V
абсолютную погрешность по формуле      . Записать значение плотности с
 
учетом погрешности в рабочий лист. m = 100 мг,  V = 2 см3 (цена деления
мензурки).
6. Рефлексия
Учащиеся делятся впечатлениями о своей работе на уроке. Рабочие листы сдаются
учителю.
Экспериментальная работа
«Исследование связи между массой и объемом вещества»
Рабочий лист для учащихся.
Цель
работы:_______________________________________________________
___________________________________________________________________
Приборы и материалы:________________________________________________
Таблица
№ опыта
Инструкция по работе с графическим калькулятором:
1. В главном меню калькулятора выделим режим STAT, нажимая направляющие
стрелки на клавише [REPLAY]. Для входа в режим нажмем [EXE]:
Введем данные измерений в открывшуюся таблицу, то есть заполним первый
столбец значениями объема, второй – массы. Ввод числа осуществляется в ячейку
выделенную черным цветом. Вводимое число отображается в нижней строке экрана
– строке ввода. После ввода всех знаков числа нужно нажать [EXE] для сохранения
его в ячейке. Перемещение между ячейками таблицы осуществляется клавишей
[REPLAY]. В строку SUB таблицы вводим в первом столбце V, см3, во второй - m, г.
После ввода содержимого каждой ячейки нажмем [EXE]. Ввод букв: поместили
черный прямоугольник в ячейку под List 1, затем последовательно нажимаем
клавиши:
заполняется ячейка под List 2. Примерный вид экрана:
, аналогично
2. Построим график по результатам измерений. Для этого нажмем GRPH ([F1]).,
затем SET ([F6]) и GPH1 ([F1]). Сверим параметры с рис. 3 . Нажмем [EXIT] для
выхода и GPH1 ([F1]) для построения точек. Вид экрана – рис. 4
Рис 1
рис 2
рис 3.
Рис 4
рис 5
рис 6
3. Для определения вида зависимости между величинами нажмем CALC ([F1]).
Внизу на экране появится список функций (рис 5), предположим прямую
пропорциональную зависимость, выберем Х ([F2]). Появится окно как на рис 6. В
полученном окне нажмем DRAW ([F6]). Посмотрим, как прямая ложится на
экспериментальные точки, рис 7. Вернемся к расчету, опять нажав Х ([F2]), вид окна
рис 6, и скопируем полученную формулу в режим построения графиков, нажав на
COPY ([F5]). Откроется окно редактора формул, в котором выберем первую строку
и нажмем [EXE]. После этого калькулятор сам вернется к окну расчетов на рис 6.
Теперь нажмем [MENU] и перейдем в режим построения графиков GRAPH. рис 9.
Вид экрана в этом режиме на рис 10.
Рис 7
рис 8
рис 9
Настроим параметры вывода окна, по указанию учителя, для этого нажмем
([SHIFT]), ([F3]) примерный вид окна на рис 11
Рис10
рис 11
Выйдем из этого режима, нажав [EXIT]. Для того чтобы построить график сначала
надо активизировать функцию, для этого нажать SEL ([F1]). На экране знак
равенства выделится белым цветом. Затем нажать DRAW ([F6]). На экране
появится
график.
Задание. Начертите эскиз графика в координатных осях в начале рабочего
листа, подпишите оси координат.
Сделайте вывод о справедливости гипотез.
ВЫВОД ________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Задание на калькуляторе. По графику определите плотность вещества.
Для этого в режиме GRAPH на построенном графике нажмите Trace ([F1])
Двигайте крестик до любой точки на графике в
середине окна. Под графиком появятся значения
X и Y, запишите значения объема, с точностью
до 1.0 см3, и массы, с точностью до 0.1 мг,
в рабочий лист.
m=
V=
По полученным данным найдите плотность вещества:
 из =
г/ см3.
Определите погрешность измерения плотности. Для этого найдите относительную
погрешность измерения в первом и последнем опытах по формуле:
 m V
 

=
m
V
 m = 100 мг,  V = см3 (цена деления мензурки).
Выбрать из полученных погрешностей наибольшую и найти абсолютную
погрешность по формуле:
     =
Записать значение плотности с учетом погрешности в рабочий лист:
 =  из    =
Для вычислений можно использовать калькулятор в режиме математических
вычислений.