Методична розробка (7 клас) -  лабораторна робота: «Вимірювання об’єму твердих тіл, рідин  i сипких матеріалів»    Для цієї лабораторної роботи краще використовувати мірні циліндри, які є в фізичних лабораторіях, проте з використанням мензурок замість мірного циліндру можливо провести лабораторну роботу і в домашніх умовах. Зрозуміло, що похибка вимірювань за допомогою мензурки значно більша, проте суть лабораторної роботи залишається незмінною.

   Для лабораторної роботи необхідні прилади та матеріали: лінійка, мензурка, банка (0,5 л) з водою, тіло неправильної геометричної форми (радіатор для мікросхеми), нитка довжиною 10-20 см, паперова коробка,  сипкі матеріали (крупа кукурудзяна 1 столова ложка).

Набір необхідних приладів та матеріалів показано на фото 1.

 Теоретичні відомості

 Визначати    об’єм          прямокутного паралелепіпеда, циліндра, зовсім не    складно,     скориставшись відомими з геометрії формулами; а можливо також вимірювати об’єм тіла будь-якої форми, наприклад - радіатора.

Об’єм — це фізична величина, яка характеризує        властивість         тіл займати певну частину простору.

Об’єм   позначають         літерою      V. Основна          одиниця     вимірювання об’єму – 1 м³ [ V ] = 1 м³.

1 м³– це об’єм куба зі стороною 1 м.

                             Фото 1                             Крім цих, використовують й інші одиниці вимірювання:

1 м³ = 1000 дм³

1 дм³ = 1000 см³

1 см³ = 1000 мм³

1 км³ = 1000000000 м³  Довідка:

1 л = 1 дм³ або 1мл=1 см³.

 Визначення об’єму тіла правильної форми:

                    Формула об'єму прямокутного паралелепіпеда – картонна коробка.

 V = a · b · h

Приклад виконання експерименту I a = 130 мм   b = 8 мм  h = 30 мм. ,  таким чином V_{розрах.} = 130 ×  80 × 30 = 312000 мм³ = 312 дм³

Припустимо, що при вимірюваннях була допущена неточність на 1 мм і всі виміри були завищені на 1 мм, тоді об’єм буде становити:

V _{з допущ. неточн.} = 131 ×  81 × 31 = 328941 мм3 = 329 дм³ Таким чином відносна похибка при цьому становить:

Ԑ = |1 -  V_{розрах.} / V _{з допущ. неточн.}| × 100% = = |1 -  312/329.| × 100% = 5,2%

Таким чином навіть при допущеній неточності при вимірюваннях відносна похибка буде не більша  ніж 5,2%

Формула об'єму циліндра – консервна банка (експеримент II).

V_розрах. = S · h = πr² · h = π· d²/4 

 Приклад виконання експерименту d = 7,1;   π = 3,14;  h = 10,4 см. , таким чином

 V_розрах.  = 3,14 ×  7,1²/4 × 10,4   = 411,54 см³

Припустимо, що при вимірюваннях була допущена неточність на 1 мм і всі виміри були завищені на 1 мм, тоді об’єм буде становити:

V _{з допущ. неточн.} = 3,14 ×  7,22/4 × 10,5 = 427,29 мм³ = 427,29 дм³

Таким чином відносна похибка при цьому становить:

Ԑ = |1 -  V_{розрах.} /V _{з допущ. неточн.}| × 100% = = |1 -  411,54/427,29.| × 100% = 3,8%

Таким чином навіть при допущеній неточності при вимірюваннях відносна похибка буде не більша  ніж 3,8%

Вимірювання об’ємів невеликих тіл неправильної форми – радіатора для мікросхем (експеримент III)

Об’єм невеликого тіла можна виміряти за допомогою вимірювального циліндра (мензурки).

Для цього необхідно:

1.  Налити в мензурку стільки води, щоб тіло могло зануритися у неї;

2.  Визначити об’єм води V1;

3.  Опустити тіло у мензурку з водою і визначити об’єм тіла та води V2;

4.  Визначити об’єм тіла: V = V2 - V1.

Приклад виконання експерименту: V1 = 220 мл, і після опускання радіатора в мензурку V2 = 230 мл.

V = 230 – 220 = 10 мл. Тобто об’єм радіатора становить 10 см³.

Припустимо, що радіатор не має прорізів, тобто паралелепіпед і його об’єм тоді буде становити - V = 7,0 ×  5,0 × 0,7 = 24,5 см³.

Приклад виконання експерименту показано на фото 2.

                                                                  Фото 2

 Визначення об’єму посудини – консервної банки (експеримент IV)

Для вимірювання об’єму консервної банки за допомогою мензурки необхідно:

         а) Налити воду у консервну банку.            

б) Перелити воду з консервної банки в мензурку, визначити - навпроти якої позначки шкали розташована поверхня стовпа води – якщо в консервній банці води більше 250 мл, то необхідно остаток води ще раз перелити з банки в мензурку і дані необхідно додати.

в) Знаючи ціну поділки шкали, з’ясувати загальний об’єм води.

Приклад виконання експерименту IV:

Залили повну консервну банку водою.

Переливаємо воду з консервної банки в мензурку – за перший раз перелили 250 мл, за другим разом – 160 мл, тобто всього в консервній банці було 410 мл води.

В експерименті II визначали об’єм консервної банки, як циліндра і він становив 411,54 см³. , тобто більший за об’єм води в банці, що цілком закономірно.

Мензурка побутова має ціну поділки 10 мл, тому визначати похибку вимірювань немає сенсу. У мірного циліндра ціна поділки 1 мл – тобто  з мірним циліндром вимірювання будуть більш точними.

 Вимірювання об’єму сипкого матеріалу за допомогою мірного циліндра (мензурки) - експеримент V

а) Висипати сипкий матеріал (кукурудзяна крупа) у мірну посудину (мензурку): вони набудуть форми посудини, а їхня вільна поверхня розташується на певній висоті (необхідно домогтися, щоб вільна поверхня сипкого матеріалу була горизонтальною).      

б) визначити, навпроти якої позначки шкали розташована поверхня стовпа рідини або сипкого матеріалу;

в) знаючи ціну поділки шкали, з’ясувати об’єм  сипкого матеріалу.

Приклад виконання експерименту V:

Засипати з ложки кукурудзяну крупу в мензурку – об’єм становить 20 мл, тобто 20 см³. 

    Зрозуміло, що в учнів буде картонна коробка, консервна банка інших розмірів і відповідно результати обчислень будуть також інші.

Замість радіатора можливо взяти камінець, яблуко, картоплину і визначити їх об’єм. Література: 

1. Автор: Бабин Дмитро Святославович, Інтернет,

https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/7-клас-лабораторні-роботи-зфізики/  

Автор: Бабин Дмитро Святославович