Цель работы:
Научиться определять объём тела с помощью измерительного цилиндра.
Приборы и материалы:
Измерительный цилиндр (мензурка), тела неправильной формы небольшого объёма (гайки, фарфоровые ролики, кусочки металла и др.), нитки.
Указания к работе:
1. Определите цену деления мензурки.
2. Налейте в мензурки столько воды, чтобы тело можно было полностью погрузить в воду, и измерьте её объём.
3. Опустите тело, объём которого надо измерить, в воду, удерживая его за нитку (рис. 201), и снова измерьте объём жидкости.
4. Проделайте опыты, описанные в пунктах 2 и 3, с некоторыми другими имеющимися у вас телами.
5. Результаты измерений запишите в таблицу 9.
Дополнительное задание.
Если тело неправильной формы не входить в мензурку, то его объём можно определить с помощью отливного сосуда (рис. 202). Перед измерением сосуд наполняют водой до отверстия отливной трубки. При погружении в него тела часть воды, равная объёму тела, выливается. Измерив мензуркой её объём, определяют объём погружённого в жидкость тела.
Таблица 9.
рис. 201
рис. 202
Объём тела неправильной формы точно измерить с помощью измерительных приборов нельзя. Поэтому для измерения объема воспользуемся мензуркой. Тело, полностью погружённое в жидкость, вытесняет объём жидкости, который равен объёму самого тела. Воспользуемся этим законом и найдем объёмы некоторых тел следующим образом. Нальем достаточное количество воды в мензурку, а затем погрузим полностью туда наше тело. Разница между первоначальным объёмом и объёмом жидкости, в которое погружено тело, равна объёму этого тела.
$V = V_{2} - V_{1}$, где $V_{2}$ − объём воды и тела, $V_{1}$ − начальный объём воды в мензурке.
Таблица 9.
| № опыта | Название тела | Начальный объём воды в мензурке $V_{1}, см^{3}$ | Объём воды и тела $V_{2}, см^{3}$ | Объём тела V, $см^{3}$ $V = V_{2}-V {1}$ |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Брусок | 70 | 95 | 25 |
| 2 | Цилиндр | 65 | 85 | 20 |
| 3 | Шарик | 60 | 75 | 15 |
Вывод. В ходе лабораторной работы мы научились измерять объёмы тел с помощью измерительного цилиндра и выяснили, что объём тел равен разнице объёма воды, в которое погружено тело, и первоначального объёма воды.
Для решения задачи требуется понимание некоторых ключевых теоретических аспектов физики, связанных с измерением объёма твёрдых тел. Рассмотрим все необходимые принципы и подходы, чтобы максимально подробно описать этот процесс.
Объём тела
Объём — это физическая величина, которая показывает, какое пространство занимает тело. Для тел правильной геометрической формы (например, куба, сферы) объём можно вычислить с помощью математических формул. Однако если форма тела сложная или неправильная, его объём можно определить экспериментально, используя жидкость и измерительные приборы.
Свойства жидкости
Одним из ключевых свойств жидкости, применяемых в данной задаче, является её способность принимать форму сосуда, в который она налита. Также важно понимать принцип вытеснения воды. Когда тело погружается в жидкость, оно вытесняет объём воды, равный своему собственному объёму. Этот принцип лежит в основе метода, применяемого для определения объёма твёрдого тела.
Инструменты для измерения объёма
Измерительный цилиндр (мензурка) — это прибор, используемый для измерения объёма жидкости. Он имеет шкалу с делениями, по которой можно определить объём жидкости. Прежде чем использовать мензурку, необходимо определить её цену деления — разницу в значении между соседними делениями шкалы.
Принцип измерения объёма тела методом погружения в воду
1. Начальный объём воды:
Сначала необходимо налить в мензурку воду и измерить её объём по шкале. Это значение обозначается как $ V_1 $.
2. Объём воды с телом:
Затем погружают исследуемое тело в воду, удерживая его за нитку, чтобы полностью погрузить в жидкость. После этого измеряют новый уровень воды, который обозначается как $ V_2 $.
3. Вычисление объёма тела:
Объём погружённого в воду тела можно вычислить как разницу между объёмом воды с телом ($ V_2 $) и начальным объёмом воды ($ V_1 $). Формула:
$$
V = V_2 - V_1
$$
Здесь $ V $ — объём исследуемого тела.
Дополнительный метод определения объёма с помощью отливного сосуда
Если тело слишком большое или его форма не позволяет поместить его в мензурку, используется отливной сосуд. При этом воде, заполненной до уровня отверстия отливного сосуда, тело погружается, вытесняя объём воды, равный своему собственному. Вода выливается через отверстие в другой сосуд, например, в мензурку, где её объём измеряется. Этот объём воды и есть объём исследуемого тела.
Точность измерений
Для точного измерения объёма необходимо соблюдать следующие правила:
1. Правильно определить цену деления мензурки. Например, если расстояние между двумя делениями шкалы соответствует $ 1 \, \text{мл} $, цена деления составляет $ 1 \, \text{мл} $.
2. Считать показания шкалы мензурки, глядя строго горизонтально на уровень воды. Это позволяет избежать ошибки параллакса.
3. Убедиться, что погружаемое тело полностью находится под водой и не касается стенок или дна мензурки.
Применение таблицы для записи результатов
Для удобства результатов измерений используют таблицу, где фиксируются:
− Название тела.
− Начальный объём воды ($ V_1 $).
− Объём воды с телом ($ V_2 $).
− Вычисленный объём тела ($ V $).
Практическое значение метода
Метод измерения объёма тела с использованием воды широко используется в научных исследованиях, инженерии и быту, особенно для объектов неправильной формы, где невозможно применить стандартные математические формулы.
Таким образом, данный эксперимент демонстрирует важный физический принцип и учит навыкам работы с измерительными приборами.
Пожауйста, оцените решение
