SCENARIUSZ ZAJĘĆ „MASA, GĘSTOŚĆ, OBJĘTOŚĆ” CHEMIA, III ETAP EDUKACYJNY
Temat: Masa, gęstość, obojętność.
Treści kształcenia
Podstawa programowa: Punkt (1.2.) [uczeń] przeprowadza obliczenia z wykorzystaniem pojęć: masa, gęstość i objętość.
Cele zoperacjonalizowane
UCZEŃ:
Zna definicję gęstości i jej jednostkę
Zna sposoby obliczania gęstości przedmiotów o kształtach regularnych i
nieregularnych Rozumie zależności
matematyczne niezbędne przy przeliczeniach gęstości
Nabywane umiejętności
UCZEŃ: Potrafi prawidłowo przekształcić wzór na
gęstość zgodnie z wymogami zadania Prawidłowo przelicza
jednostki
Sprawnie wyszukuje w zasobach Internetu
informacje do rozwiązania zadania
Potrafi pracować w grupie
Kompetencje kluczowe
Porozumiewanie się w języku ojczystym
Myślenie matematyczne i podstawowe kompetencje naukowo-techniczne
Umiejętność uczenia się
Etapy lekcji 1) Wstęp:
Gęstość, zwana także masą właściwą, to stosunek masy do objętości danego ciała.
Jednostka objętości w układzie SI to 1 kg / m3.
Jest to wielkość fizyczna, która jest charakterystyczna dla danego rodzaju substancji, niezależnie od tego, w jakim miejscu na Ziemi się ta substancja znajduje, z zastrzeżeniem, że warunki podczas pomiaru nie wpływają na zmianę objętości tego ciała (temperatura, ciśnienie).
Nauczyciel rozdaje uczniom tabele gęstości wybranych substancji wraz z treścią zadań przykładowych.
Zestaw zadań przykładowych:
1. Jaka jest masa kostki sześciennej lodu, złota i powietrza?
2. Jak jest masa 1 dm3 wody oraz 0,5 litrowego garnka wypełnionego gliceryną?
3. Mamy sześcian o krawędzi 1 cm i sześcian o krawędzi 2 cm. Oba sześciany ważą tyle samo. Czy ich gęstość się różni?
Tabela:
Gęstość niektórych cieczy i ciał stałych
Ciało [kg / m3] Ciało [kg / m3] Alkohol
etylowy
790 Nafta 680 – 720
Benzyna 680 (lekka) – 800 (ciężka)
Ołów 11340
Ciało
ludzkie /śr./ 1050 – 1100 Platyna 21370
Gliceryna 1260 Rtęć (273 K) 13596
Lód (273 K) 917 Spirytus do
palenia 830
Mosiądz 8400 Woda
morska
1010 –
1030
Woda 1000 Złoto 19300
2) Przebieg zajęć:
Nauczyciel zadaje pytanie, w jaki sposób mierzymy gęstość ciała stałego o kształcie np. sześcianu, prostopadłościanu albo walca?
Zwykle gęstość ciała stałego o regularnym kształcie oblicza się określając jego masę poprzez ważenie i przeliczenie wymiarów w oparciu o wzory na objętość brył.
Nauczyciel wykorzystując arkusz kalkulacyjny
„Wyznaczanie gęstości” prezentuje tą metodę, wskazując jednoczenie na konieczność przeliczenia jednostek.
Opis zasobu:
Arkusz kalkulacyjny „Wyznaczanie gęstości”
W programie MS Excel należy stworzyć tabelę wg poniższego wzoru:
1 2 3 4 5
L
p. Badany przedmiot Masa
[g] Objętość
[m3] Gęstość [g/m3] 1. Sześcian o
krawędzi 2 cm i masie 0,002 kg 2. Klocek o
wymiarach
2x3x4cm i masie 0,03 kg
Kolumnę 5: „gęstość” należy zakodować jako wynik dzielenia:
kolumna 3 (masa) / kolumna 4 (objętość)
Nauczyciel przytacza pewną historię – ale jeśli dysponuje ograniczonym zasobem czasu, może z niej zrezygnować, mówiąc tylko o sposobie pomiaru gęstości ciał o kształtach nieregularnych przy wykorzystaniu różnic w objętości cieczy.
Istnieje ciekawa historia związana z pewnym sposobem wyznaczania gęstości. Archimedes został kiedyś poproszony przez króla Syrakuz o zbadanie, czy korona, którą dla niego zrobiono, została wykonana na pewno z czystego złota. Uczony zanurzył w naczyniu z wodą bryłę złota o takiej samej masie, jaką powinna mieć korona z niego wykonana i zmierzył ilość wody, która się wylała.
Następnie w tym samym naczyniu, znowu napełnionym całkowicie wodą, zanurzył koronę. W tym przypadku wylało się znacznie więcej wody niż za pierwszym razem. Uczony dowiódł tym samym oszustwa, tzn. że korona została wykonana ze stopu złota ze srebrem, a nie z czystego złota. Nauczyciel zadaje pytanie – dlaczego uczony mógł tak powiedzieć?
Słuchając wypowiedzi uczniów, nauczyciel wyjaśnia, że bryłka czystego złota i badana korona miały różne gęstości. A konkretnie korona miała mniejszą gęstość, a tym samym większą objętość. Więc w przypadku zanurzenia korony w tej samej ilości wody, co wcześniej bryłki złota, musiało się więcej jej wylać z naczynia.
Na tym opiera się metoda pomiaru gęstości ciał o nieregularnych kształtach.
Im większe jest ciało, to znaczy im większą ma objętość, tym większą ma masę.
Aby porównać ze sobą gęstości wyrażone w różnych jednostkach trzeba je przeliczyć.
Bardzo często jako jednostkę porównywalną podczas obliczeń gęstości przyjmuje się objętość sześcianu o krawędzi długości 1m, czyli m3.
Nauczyciel wyjaśnia powyższe zależności na krótkich zadaniach przykładowych.
Zadanie przykładowe 1:
Jaka jest masa kostki sześciennej lodu, złota i powietrza?
Kostka lodu o objętości 1 m3 ma masę 917 kg. (tabela)
Taka sama kostka złota waży ponad 19 ton. (a dokładniej, zgodnie z wartością z tabeli, 19 300 kg)
Gęstość powietrza w temperaturze 00C i pod ciśnieniem 1013 hPa to około 1,3 kg/m3, czyli sześcian powietrza w tych warunkach waży około 1,3 kg.
Zadanie przykładowe 2:
Jak jest masa 1 dm3 wody oraz 0,5 litrowego garnka wypełnionego gliceryną?
1 dm3 to 10-3 m3 , d= m / v, czyli m = dv = 1000 kg/m3 • 10-3 m3= 1 kg
taką ma masę 1 dm3 wody
objętość garnka to 0,5 litra, czyli 0,5 dm3 , a po przeliczeniu - 0,0005 m3, czyli garnek waży m = dv = 8400 kg • 0,0005 m3 = 4,2 kg
Zadanie przykładowe 3:
Mamy sześcian o krawędzi 1 cm i sześcian o krawędzi 2 cm. Oba sześciany ważą tyle samo. Czy ich gęstość się różni?
Z treści zadania wynika, że oba sześciany mają taką samą masę. Sześcian o krawędzi krótszej ma mniejszą objętość.
Sześcian o krawędzi dłuższej - większą. Z tego wynika
wniosek, że gęstość pierwszego sześcianu jest większa od gęstości drugiego sześcianu.
Nauczyciel rozdaje uczniom karty pracy indywidualnej.
Karta pracy ucznia:
Arkusz zadań
1. Jaka jest masa 1 m3 benzyny ciężkiej? /1 pkt/
2. Jaka jest masa 1 litra rtęci? /1 pkt/
3. Jaka jest masa w gramach mosiężnego sześcianu o krawędzi 2 cm? /2 pkt/
4. Czy człowiek jest w stanie podnieść 100 ml naczynie ze złota? /2 pkt/
Wskazówka: 1 ml = 10-3 litra, czyli 10 -5 m3
5. Jeśli przyjąć, że jeden uczeń waży średnio 40 kg, to jaką zajmuje objętość jego ciało?
/2 pkt/
Nauczyciel zbiera karty pracy do oceny, a następnie dzieli uczniów na grupy.
Nauczyciel poleca w grupach wykonanie zadania z wykorzystaniem arkusza kalkulacyjnego „Gęstości gwiazd i planet” - wyjaśnia, że w dawnych czasach alchemicy przypisywali symbole znanych wówczas metali ciałom niebieskim. Zadaniem uczniów jest odgadnięcie, o jaki metal przypisany do ciała niebieskiego chodzi (spośród trzech wskazanych przez autora w tabeli, tzn. Marsa, Księżyca i Wenus). Następnie uczniowie wykorzystując zasoby Internetu wpisują masy i objętości we wskazanych jednostkach. Wynik określający gęstość powinien pojawić się w ostatniej kolumnie. Można zadać pytanie, które z tych ciał niebieskich ma największą gęstość i dlaczego?
Opis zasobu:
Arkusz kalkulacyjny „Gęstości gwiazd i planet”
W programie MS Excel należy stworzyć tabelę wg poniższego wzoru:
1 2 3 4 5 6
Charakterystyka metalu
Met al
Planet a
Masa [kg]
Objęto ść [km3]
Gęsto ść [kg/k m3]
stosowany w
technice, zwłaszcza wojennej
Mars
używany jest do wyrobu luster
Księży c
ma czerwoną
barwę, jak
tycjanowskie włosy
Wenu s
Kolumnę 6: „gęstość” należy zakodować jako wynik dzielenia:
kolumna 4 (masa) / kolumna 5 (objętość) 3) Podsumowanie :
Nauczyciel podsumowując pracę uczniów na lekcji przypomina definicję, wzór obliczeniowy oraz jednostkę gęstości.
Środki dydaktyczne
Komputery z dostępem do Internetu
Karty pracy dla każdego ucznia (opis w scenariuszu)
Zestawy zadań przykładowych wraz z tabelami gęstości wybranych substancji (opis w scenariuszu)
Arkusz kalkulacyjny „Wyznaczanie gęstości”
Arkusz kalkulacyjny „Gęstości gwiazd i planet”
Metody nauczania
Pogadanka
Rozmowa kierowana
Mini burza mózgów
Wykład ilustrujący Formy pracy
Indywidualna
Zbiorowa
Zadanie dla chętnych
1. W jaki sposób można zmierzyć gęstość cieczy i gęstość gazu?
2. Jak jest masa mieszaniny niejednorodnej 15 cm3 wody z 15 cm3 lekkiej benzyny? Wykorzystaj dane z tabeli.
3. Dlaczego człowiek nie tonie w Morzu Martwym?
Dodatkowe propozycje wykorzystania
Multimedialne zasoby edukacyjne wykorzystywane w tym scenariuszu nadają się również do wykorzystania na III i IV etapie edukacyjnym w zakresie nauczania fizyki.
Lista załączników multimedialnych
Arkusz kalkulacyjny „Wyznaczanie gęstości”
Arkusz kalkulacyjny „Gęstości gwiazd i planet"
