L'estudi de la densitat de les substàncies comença al curs de la física de secundària. Aquest concepte es considera fonamental en la presentació posterior dels fonaments de la teoria cinètica molecular en els cursos de física i química. El propòsit d'estudiar l'estructura de la matèria, els mètodes d'investigació es pot suposar que és la formació d'idees científiques sobre el món.
Les idees inicials sobre una única imatge del món les dóna la física. El grau 7 estudia la densitat de la matèria a partir de les idees més senzilles sobre els mètodes d'investigació, l'aplicació pràctica de conceptes físics i fórmules.
Mètodes d'investigació física
Com ja sabeu, l'observació i l'experimentació es distingeixen entre els mètodes d'estudi dels fenòmens naturals. Les observacions de fenòmens naturals s'ensenyen a l'escola primària: es fan mesures senzilles, sovint mantenen un "Calendari de la natura". Aquestes formes d'aprenentatge poden portar el nen a la necessitat d'explorar el món, comparar fenòmens observats, identificar relacions causa-efecte.
No obstant això, només un experiment completament realitzat donarà al jove investigador les eines per descobrir els secrets de la natura. El desenvolupament d'habilitats experimentals i d'investigació es porta a terme en classes pràctiques i en el curs del treball de laboratori.
Un experiment en el curs de la física comença amb les definicions de magnituds físiques com la longitud, l'àrea i el volum. Al mateix temps, s'estableix una connexió entre els coneixements matemàtics (bastant abstractes per a un nen) i físics. Apel·lar a l'experiència del nen, la consideració de fets coneguts des de fa molt de temps des d'un punt de vista científic contribueix a la formació de la competència necessària en ell. El propòsit de l'aprenentatge en aquest cas és el desig de comprendre de manera independent el nou.
Estudiant la densitat
D'acord amb el mètode d'ensenyament problemàtic, al començament de la lliçó, pots preguntar un enigma conegut: "Què és més pesat: un quilo de pelusa o un quilo de ferro colat?" Per descomptat, els nens d'11 a 12 anys poden respondre fàcilment una pregunta que coneixen. Però abordar l'essència del problema, la capacitat de revelar-ne la peculiaritat, porta al concepte de densitat.
La densitat d'una substància és la massa d'una unitat del seu volum. La taula de densitats de substàncies, que se sol donar en llibres de text o llibres de referència, permet avaluar les diferències entre substàncies, així com els estats agregats d'una substància. Una indicació de la diferència en les propietats físiques dels sòlids, líquids i gasos, comentada anteriorment, una explicació d'aquesta diferència no només en l'estructura i la disposició mútua de les partícules, sinó també en l'expressió matemàtica de les característiques d'una substància, pren la estudi de la física a un nivell diferent.
La taula permet consolidar els coneixements sobre el significat físic del concepte que s'estudiadensitat de substància. El nen, donant una resposta a la pregunta: “Què significa el valor de la densitat d'una determinada substància?”, entén que aquesta és una massa d'1 cm3 (o 1 m 3) substàncies.
La qüestió de les unitats de densitat ja es pot plantejar en aquesta fase. Cal considerar maneres de convertir unitats de mesura en diferents sistemes de referència. Això fa possible desfer-se del pensament estàtic, acceptar altres sistemes de càlcul també en altres qüestions.
Determinació de la densitat
Naturalment, l'estudi de la física no es pot completar sense resoldre problemes. En aquesta fase, s'introdueixen fórmules de càlcul. La fórmula de la densitat de la física de 7è és probablement la primera relació física de quantitats per als nens. Es presta especial atenció no només per l'estudi dels conceptes de densitat, sinó també pel fet d'ensenyar mètodes per resoldre problemes.
És en aquesta etapa on s'estableix l'algorisme per resoldre un problema físic computacional, la ideologia d'aplicar les fórmules, definicions, patrons bàsics. El professor intenta ensenyar l'anàlisi del problema, la manera de buscar allò desconegut, les peculiaritats d'utilitzar unitats de mesura utilitzant una relació com la fórmula de la densitat en física.
Exemple de resolució de problemes
Exemple 1
Determineu de quina substància està format un cub de 540 g de massa i un volum de 0,2 dm3.
ρ -? m=540 g, V=0,2 dm3 =200 cm3
Anàlisi
A partir de la pregunta del problema, entenem que ens ajudarà a determinar el material del qual està fet el cubtaula de densitat de sòlids.
En conseqüència, determinem la densitat de la matèria. A les taules, aquest valor es dóna en g/cm3, de manera que el volum de dm3 traduït a cm3.
Decisió
Per definició: ρ=m: V.
Ens donen: volum, massa. La densitat de la matèria es pot calcular:
ρ=540 g: 200 cm3=2,7 g/cm3, que correspon a l'alumini.
Resposta: el cub està fet d'alumini.
Determinació d' altres quantitats
L'ús de la fórmula de càlcul de densitat us permet determinar altres magnituds físiques. La massa, el volum i les dimensions lineals dels cossos associats al volum es calculen fàcilment a les tasques. A les tasques s'utilitza el coneixement de fórmules matemàtiques per determinar l'àrea i el volum de les formes geomètriques, cosa que permet explicar la necessitat d'estudiar matemàtiques.
Exemple 2
Determineu el gruix de la capa de coure que cobreix una peça amb una superfície de 500 cm2 si se sap que es van utilitzar 5 g de coure per al recobriment.
h - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8,92g/cm3.
Anàlisi
La taula de densitat de substàncies us permet determinar la densitat del coure.
Utilitzem la fórmula de càlcul de la densitat. En aquesta fórmula, hi ha un volum d'una substància, a partir del qual es poden determinar les dimensions lineals.
Decisió
Per definició: ρ=m: V, però no hi ha cap valor desitjat en aquesta fórmula, de manera que utilitzem:
V=S x h.
Substituint a la fórmula principal, obtenim: ρ=m: Sh, d'on:
h=m: S xρ.
Calculeu: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0,0011 cm=11 micres.
Resposta: el gruix de la capa de coure és d'11 micres.
Determinació experimental de la densitat
La naturalesa experimental de la ciència física es demostra en el curs d'experiments de laboratori. En aquesta etapa s'adquireixen les habilitats per dur a terme un experiment, explicant-ne els resultats.
La tasca pràctica per determinar la densitat de la matèria inclou:
- Determinació de la densitat d'un líquid. En aquesta etapa, els nois que ja han utilitzat un cilindre graduat poden determinar fàcilment la densitat d'un líquid mitjançant la fórmula.
- Determinació de la densitat d'un cos sòlid de forma regular. Aquesta tasca també està fora de dubte, ja que ja s'han considerat problemes computacionals similars i s'ha adquirit experiència en la mesura de volums mitjançant les dimensions lineals dels cossos.
- Determinació de la densitat d'un cos sòlid de forma irregular. En realitzar aquesta tasca, utilitzem el mètode de determinar el volum d'un cos de forma irregular mitjançant un vas de precipitats. És útil recordar una vegada més les característiques d'aquest mètode: la capacitat d'un cos sòlid per desplaçar un líquid el volum del qual és igual al volum del cos. A més, la tasca es resol de la manera estàndard.
Preguntes d'augment de la complexitat
Podeu complicar la tasca convidant els nois a determinar la substància de la qual està fet el cos. La taula de densitats de substàncies utilitzades en aquest cas permet parar atenció a la necessitat de poder treballar ambinformació de fons.
A l'hora de resoldre problemes experimentals, els estudiants han de tenir els coneixements necessaris en l'àmbit de l'ús d'instruments físics i la conversió d'unitats de mesura. Sovint això és el que provoca el major nombre d'errors i deficiències. Potser s'hauria de donar més temps a aquesta etapa de l'estudi de la física, que permet comparar el coneixement i l'experiència de la investigació.
Densitat a granel
L'estudi d'una substància pura és, per descomptat, interessant, però amb quina freqüència es troben substàncies pures? A la vida quotidiana ens trobem amb mescles i aliatges. Com ser en aquest cas? El concepte de densitat aparent evitarà que els estudiants cometin l'error típic d'utilitzar valors de densitat mitjana de substàncies.
És extremadament necessari aclarir aquest tema, donar l'oportunitat de veure, de sentir la diferència entre la densitat d'una substància i la densitat aparent és en una fase inicial. Entendre aquesta diferència és necessari en l'estudi posterior de la física.
Aquesta diferència és molt interessant en el cas dels materials a granel. És possible permetre que el nen estudiï la densitat aparent en funció de la compactació del material, la mida de les partícules individuals (graves, sorra, etc.) durant l'activitat de recerca inicial.
Densitat relativa de substàncies
La comparació de les propietats de diverses substàncies és força interessant basada en valors relatius. La densitat relativa de la matèria és una d'aquestes quantitats.
Normalment, la densitat relativa d'una substància ve determinada percap a l'aigua destil·lada. Com a relació entre la densitat d'una substància determinada i la densitat d'un estàndard, aquest valor es determina mitjançant un picnòmetre. Però aquesta informació no s'utilitza en el curs escolar de ciències naturals, és interessant per a un estudi profund (la majoria de vegades opcional).
El nivell d'estudi de la física i la química de l'Olimpíada també es pot veure afectat pel concepte de "densitat relativa d'una substància respecte a l'hidrogen". Normalment s'aplica als gasos. Per determinar la densitat relativa d'un gas, es troba la relació entre la massa molar del gas en estudi i la massa molar d'hidrogen. No s'exclou l'ús del pes molecular relatiu.
