Determining the density of solids with the scales and the ruler. Scenariusz Lesson plan

(1)

Determining the density of solids with the scales and the ruler

Determining the density of solids with the scales and the ruler Scenariusz

Lesson plan

(2)

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi i linijki

You will learn

how to determine the density of bodies in English.

Exercise 1

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl

Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

Answer the ques ons.

1. What is the measure of the quan ty of ma er?

2. Give a deﬁni on of the volume which the body occupies.

3. Provide the pa ern and the unit of density of bodies.

4. Does the density of the body depend on its state of ma er?

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl nagranie abstraktu

Source: licencja: CC 0.

Determining the density of solids with the scales and

the ruler

(3)

Familiarize yourself with the instructions for the experiment.

Group I

(4)

Experiment 1 Research problem

nagranie abstraktu

Determining the density of bodies with regular shapes.

Hypothesis

nagranie abstraktu

To determine the density of bodies with regular shapes, it is suﬃcient to measure the body mass and measure its linear dimensions.

You will need

nagranie abstraktu

rubber ball

scales

caliper

(5)

Instruc on

nagranie abstraktu

1. Determine the mass of the ball with the scale.

2. Determine the diameter (D) of the ball using the caliper.

3. Calculate the volume of the ball using the following formula:

where:

V - is the ball volume [cm ],

- the constant which equals to 3,14, r - the radius of the ball equals to [cm].

4. Calculate the density of the material which the ball is made of.

5. Compare the result you received with the value of material density from the density table.

nagranie abstraktu

Prompt:

The density of the gum ranges from 1,1 to 2 .

Summary

V =

⁴₃

π r

³

3

π

D2

cmg³

(6)

nagranie abstraktu

Determining the volume of the body with a regular shape in the form of a ball requires only measuring the diameter of the ball. Using the formula for the volume of the ball makes it easier to determine the actual volume of the ball, without having to dip it into water.

Group II

(7)

Experiment 2

nagranie abstraktu

Research problem

Determining water density.

nagranie abstraktu

Hypothesis

Liquid takes the shape of the container in which it is located. This property can be used to determine the density of liquids.

You will need

nagranie abstraktu

glass

scales

caliper

(8)

water

Instruc on

nagranie abstraktu

1. Determine the mass of water using the scales.

Weigh the glass with the mass m =

Weigh the glass with water, write its mass m =

Calculate the mass of water m = m - m

2. Determine the diameter of the glass (D) using the caliper.

3. Determine the height of water column h =

4. Calculate the volume of water using the formula for the volume of the cylinder:

where:

V - is the volume of the cylinder [cm ], - is the constant which equals 3,14,

r - is the radius of the cylinder base and equals [cm].

5. Calculate the density of water.

6. Compare the result you obtained with the value of the material density from the density table.

s

s,w

w s,w s

V = πr

²

h

3

π

D2

(9)

Summary

nagranie abstraktu

Determining the volume of the body with a regular shape in the form of a cylinder requires only measuring the diameter of the base of the cylinder and its height. The usage of the formula for the cylinder volume makes it easier to determine the actual volume of the cylinder. Taking into considera on the fact that water takes the shape of the container makes it easier to calculate its actual volume.

Task 1

nagranie abstraktu

Suggest a descrip on of the experiment in which you can determine the density of air. Add some informa on about the topic, the equipment and the instruc ons.

(10)

Exercise 2

nagranie abstraktu

Decide if the sentences below are true or false and select all the correct answers.

a) The diameter of the cylinder can be measured using the caliper.

b) The diameter of the ball can be accurately measured using the caliper.

c) The diameter of the ball can be easily measured with the ruler.

d) The volume of a straight cylinder is calculated with the formula:

where:

V - is the volume of the cylinder [cm ], – is the constant which equals 3,14,

r - is the radius of the cylinder base which equals [cm].

Comparison of diﬀerent substances density Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

Summary

nagranie abstraktu

The density of the body with regular shapes requires measuring its mass and its dimensions.

On their basis the body volume can be determined using the calculation method. The

V = πr

²

h

3

π

D2

(11)

density is determined with the density formula:

Exercises

Exercise 3

Exercise 4

The 20 cm brick was hung on a dynamometer. The dynamometer indicated the value of 1,7920 N. Calculate the density of the material of which the brick was made. Write the name of this material.

Exercise 5

Write in English: What is the aerogel, where is it applicable and what density can it have?

density =

_volume^mass

Determine which sentences are true.

In order to determine the density of a cylinder made of steel, you need to know its temperature and the area of its surface.

In order to determine the volume of a irregularly shaped body, you must use a measuring glass with water.

If the density of the substance of which the tested body was made is constant, a threefold increase in its volume will cause a threefold decrease in its mass.

In order to determine the density of a cylinder made of wood, you need to know the value of its mass, the diameter of the base and its height.

The result of measuring water density in a measuring glass is the same on the Moon and on the Earth, because the mass of the tested water has not changed.

3



(12)

Exercise 6

zadanie

Match Polish terms with their English equivalents.

średnica suwmiarka density caliper diameter objętość mass gęstość masa volume

Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.

Glossary

caliper suwmiarka

wymowa w języku angielskim: caliper

Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.

suwmiarka - diameter

masa - mass

średnica - caliper

gęstość - density

objętość - volume



(13)

cylinder walec

wymowa w języku angielskim: cylinder

density gęstość

wymowa w języku angielskim: density

diameter średnica

wymowa w języku angielskim: diameter

mass masa

wymowa w języku angielskim: mass

radius promień

(14)

wymowa w języku angielskim: radius

regular shape kształt regularny

wymowa w języku angielskim: regular shape

sphere kula

wymowa w języku angielskim: sphere

suﬃcient wystarczający

wymowa w języku angielskim: sufﬁcient

volume objetość

wymowa w języku angielskim: volume

Keywords

density

(15)

volume mass diameter caliper

(16)

Scenariusz

Temat

Wyznaczanie gęstości ciał stałych za pomocą wagi i linijki Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości ﬁzycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

Czas 45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyznaczanie eksperymentalne gęstości ciał o regularnym kształcie.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wyznaczanie wielkości pośrednich potrzebnych do wyznaczenia gęstości.

2. Posługiwanie się wzorem na gęstość ciała.

Cele (szczegółowe) operacyjne Uczeń:

- dokonuje pomiarów niezbędnych do wyznaczenia gęstości ciała, - wyznacza eksperymentalnie gęstość ciał o regularnym kształcie.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

2. Porządkowanie i stosowanie uzyskanych wyników w nowych zadaniach o charakterze praktycznym lub teoretycznym.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

(17)

2. Wykonywanie eksperymentów w grupach.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. Co jest miarą ilości materii?

2. Podaj deﬁnicję objętości, jaką zajmuje ciało.

3. Podaj wzór i jednostkę gęstości ciał.

4. Czy gęstość ciał jest zależna od stanu skupienia ciała?

Odpowiedź:

1. Miarą ilości materii jest masa ciała.

2. Objętość ciała to przestrzeń zajęta przez wszystkie atomy tego ciała.

3. Gęstość ciała ﬁzycznego, d wyznaczamy ze wzoru:

gdzie:

m – masa badanego ciała ﬁzycznego, V – objętość badanego ciała.

Jednostką gęstości w układzie SI jest .

4. Gęstość ciał zależy od stanu skupienia ciała. Gęstość ciał stałych i cieczy jest podobna i mieści się w zakresie od 900 do 19320 dla złota. Gęstość gazów jest dużo mniejsza i wynosi od 0,09 dla wodoru do 5,9 dla ksenonu.

Realizacja lekcji Polecenie

Doświadczenie wykonujecie w grupach.

Zapoznajcie się z instrukcją do doświadczenia.

Grupa I

Doświadczenie Problem badawczy:

Wyznaczanie gęstości ciał o regularnych kształtach.

d =

^m_V

mkg³

mkg³ kg

m³ kg

m³

(18)

Hipoteza badawcza:

Do wyznaczenia gęstości ciał o regularnych kształtach wystarczającym jest pomiar masy ciała i pomiar jego wymiarów liniowych.

Co będzie potrzebne:

- piłeczka kauczukowa, - waga,

- suwmiarka.

Instrukcja:

1. Wyznacz masę piłeczki za pomocą wagi.

2. Wyznacz średnicę (D) piłeczki za pomocą suwmiarki.

3. Oblicz objętość piłeczki korzystając ze wzoru na objętość kuli:

gdzie:

V - objętość kulki [cm ], - stała, równa 3,14,

r - promień kulki równy, [cm].

4. Oblicz gęstość materiału z którego wykonana jest piłeczka.

5. Porównaj wynik który otrzymałeś z wartością gęstości materiału z tabel gęstości.

Podpowiedź:

Gęstość gumy wynosi od 1,1 do 2 . Wniosek:

Wyznaczanie objętości ciała o regularnym kształcie w postaci kuli wymaga jedynie pomiaru średnicy kuli. Wykorzystanie wzoru na objętość kuli ułatwia wyznaczenie rzeczywistej objętości kuli, bez konieczności zanurzania jej w menzurce z wodą.

Grupa II

Doświadczenie Problem badawczy:

Wyznaczanie gęstości wody.

Hipoteza badawcza:

Do wyznaczenia gęstości cieczy można wykorzystać jej właściwość, że przyjmuje kształt naczynia w którym się znajduje.

Co będzie potrzebne:

- szklanka, - waga,

V =

⁴₃

π r

³

3

π

D2

cmg³

(19)

- suwmiarka, - woda.

Instrukcja:

1. Wyznacz masę wody za pomocą wagi:

- Zważ szklankę zapisz jej masę m =

- Zważ szklankę z wodą zapisz jej masę m = - Oblicz masę wody m = m - m

2. Wyznacz średnicę szklanki (D) za pomocą suwmiarki.

3. Wyznacz wysokość słupa wody h =

4. Oblicz objętość wody korzystając ze wzoru na objętość walca:

gdzie:

V - objętość walca [cm ], - stała, równa 3,14,

r - promień podstawy walca równy [cm].

5. Oblicz gęstość wody.

6. Porównaj wynik który otrzymałeś z wartością gęstości materiału z tabel gęstości.

Wniosek:

Wyznaczanie objętości ciała o regularnym kształcie w postaci walca wymaga jedynie

pomiaru średnicy podstawy walca i jego wysokości. Wykorzystanie wzoru na objętość walca ułatwia wyznaczenie rzeczywistej objętości walca. Wykorzystanie faktu, że woda przyjmuje kształt naczynia ułatwia obliczenie jej rzeczywistej objętości.

Polecenie

Zaproponuj opis doświadczenia za pomocą którego wyznaczysz gęstość powietrza. Podaj temat, pomoce i instrukcję wykonania.

Polecenie

Określ prawdziwość poniższych zdań i zaznacz wszystkie poprawne odpowiedzi (możliwość wyboru).

a) Średnicę walca można zmierzyć za pomocą suwmiarki.

b) Średnicę kulki można zmierzyć precyzyjnie stosując suwmiarkę.

c) Średnicę kulki łatwo można zmierzyć linijką.

d) Objętość walca prostego oblicza się ze wzoru:

gdzie:

V - objętość walca [cm ], - stała, równa 3,14,

r - promień podstawy walca równy [cm].

s

s,w

w s,w s

V = πr

²

h

3

π

D2

V = πr

²

h

3

π

D2

(20)

Odpowiedź:

a) Prawda.

b) Prawda.

c) Fałsz.

d) Prawda.

[Ilustracja interaktywna]

Podsumowanie lekcji

Gęstość ciała o kształtach regularnych wymaga pomiaru masy oraz pomiaru jego wymiarów, na podstawie których metodą rachunkową można wyznaczyć objętość ciała. Gęstość

wyznaczamy ze wzoru:

gęstość =

_objętość^masa

(21)

Lesson plan

Topic

Determining the density of solids with the scales and the ruler Level

Second

Core curriculum

I. Using physical terms and quantities to describe phenomena and to identify their examples in everyday life.

Timing

45 minutes

General learning objectives

Experimental determination of density of bodies with a regular shape.

Key competences

1. Determining the intermediate quantities required to determine the density.

2. Using the formula for body density.

Operational (detailed) goals

The student:

- makes the measurements necessary to determine the density of the body, - determines experimentally the density of bodies with a regular shape.

Methods

1. Learning through observation.

2. Applying the obtained results in new practical or theoretical tasks.

Forms of work 1. Individual work.

2. Performing experiments in groups.

(22)

Lesson stages

Introduction

Task

Answer the questions:

1. What is the measure of the quantity of matter?

2. Give a deﬁnition of the volume which the body occupies.

3. Provide the pattern and the unit of density of bodies.

4. Does the density of the body depend on its state of matter?

Answer:

1. The body mass is the measure of the quantity of matter.

2. Body volume is the space occupied by all atoms of this body.

3. Density of the physical body - d is determined with the formula:

where:

m – is the mass of the tested physical body, V – is the volume of the tested body.

The unit of density in the SI system is .

4. The density of bodies depends on the their state of matter. The density of solids and liquids is similar and ranges from 900 to 19320 for gold. The density of gases is much lower and ranges from 0,09 for hydrogen to 5,9 for xenon.

Procedure Task

Do experiment in groups.

Familiarize yourself with the instructions for the experiment.

Group I Experiment

Research problem:

Determining the density of bodies with regular shapes.

Research hypothesis:

To determine the density of bodies with regular shapes, it is sufﬁcient to measure the body mass and measure its linear dimensions.

d =

^m_V

mkg³

mkg³ kg

m³ kg

m³

(23)

You will need:

- rubber ball, - scales, - caliper.

Instruction:

1. Determine the mass of the ball with the scale.

2. Determine the diameter (D) of the ball using the caliper.

3. Calculate the volume of the ball using the following formula:

where:

V - is the ball volume [cm ],

– the constant which equals to 3,14, r - the radius of the ball equals to [cm].

4. Calculate the density of the material which the ball is made of.

5. Compare the result you received with the value of material density from the density table.

Prompt:

The density of the gum ranges from 1.1 to 2 . Conclusion:

Determining the volume of the body with a regular shape in the form of a ball requires only measuring the diameter of the ball. Using the formula for the volume of the ball makes it easier to determine the actual volume of the ball, without having to dip it into water.

Group II Experiment

Research problem:

Determining water density.

Research hypothesis:

Liquid takes the shape of the container in which it is located. This property can be used to determine the density of liquids.

The following equipment will be required:

- glass, - scales, - caliper, - water.

Instruction:

1. Determine the mass of water using the scales.

V =

⁴₃

π r

³

3

π

D2

cmg³

(24)

- Weigh the glass with the mass m =

- Weigh the glass with water, write its mass m = - Calculate the mass of water m = m - m

2. Determine the diameter of the glass (D) using the caliper.

3. Determine the height of water column h =

4. Calculate the volume of water using the formula for the volume of the cylinder:

where:

r - is the radius of the cylinder base and equals [cm].

5. Calculate the density of water.

6. Compare the result you obtained with the value of the material density from the density table.

Conclusion:

Determining the volume of the body with a regular shape in the form of a cylinder requires only measuring the diameter of the base of the cylinder and its height. The usage of the formula for the cylinder volume makes it easier to determine the actual volume of the cylinder. Taking into the consideration the fact that water takes the shape of the container makes it easier to calculate its actual volume.

Task

Suggest a description of the experiment in which you can determine the density of air. Add some information about the topic, the equipment and the instructions.

Task

Decide if the sentences below are true or false and select all the correct answers.

a) The diameter of the cylinder can be measured using the caliper.

b) The diameter of the ball can be accurately measured using the caliper.

c) The diameter of the ball can be easily measured with the ruler.

d) The volume of a straight cylinder is calculated with the formula:

where:

r - is the radius of the cylinder base which equals [cm].

Answer:

a) True.

b) True.

s

s,w

w s,w s

V = πr

²

h

3

π

D2

V = πr

²

h

3

π

D2

(25)

c) False.

d) True.

[Interactive illustration]

Lesson summary

The density of the body with regular shapes requires measuring its mass and its dimensions.

On their basis the body volume can be determined using the calculation method. The density is determined with the density formula:

Selected words and expressions used in the lesson plan

caliper cylinder density diameter mass radius

regular shape sphere

sufﬁcient volume

density =

_volume^mass