Darmowe konto pozwoli wrócić do niego później.
Polecenie

W celu wyznaczenia gęstości nieznanej cieczy uczniowie badali zależność siły wyporu działającej na zanurzany w niej aluminiowy walec od głębokości jego zanurzenia. Zestaw doświadczalny składał się ze słoika z cieczą, siłomierza, statywu, linijki oraz aluminiowego walca z uchwytem. Ciężar walca wynosił Q = 2,7 N, pole jego podstawy S = 10 cm², a wysokość H = 10 cm.
Doświadczenie miało następujący przebieg.
Uczniowie zawiesili aluminiowy walec na siłomierzu. Na statywie zamocowali siłomierz z możliwością przesuwania go w pionie. Pod walcem ustawili słoik z cieczą. Opuszczając siłomierz, zwiększali głębokość zanurzenia walca o ok. 2 cm. Za każdym razem linijką mierzyli wysokość niezanurzonej części walca i odczytywali wskazania siłomierza. Uczniowie zapisali wyniki swoich pomiarów w zaplanowanej tabeli.
Darmowe konto pozwoli wrócić do niego później.
Zadanie 3.1.
Wykaż, powołując się na prawa fizyki, że spodziewana zależność siły wyporu od głębokości zanurzenia h jest opisana funkcją liniową i współczynnik proporcjonalności wyrażony jest równaniem A = ρ_cieczy · g · S.
Zadanie 3.2.
Kolejnym etapem jest przeanalizowanie zależności siły wyporu od głębokości zanurzenia. Dokonaj tej analizy.
W tym celu oblicz głębokość zanurzenia walca i wartość siły wyporu oraz wpisz te wartości do poniższej tabeli. Na podstawie tych wyników sporządź wykres analizowanej zależności, nanosząc punkty wraz z zaznaczeniem niepewności pomiarowych. Z nachylenia krzywej wyznacz gęstość badanej cieczy.
Podaj wartość gęstości w jednostkach układu SI. Przyjmij wartość przyspieszenia ziemskiego równą 10 m/s².
Tabela pomiarowa:
Lp. | Wysokość części walca wystającej ponad powierzchnię cieczy l (cm) ± 0,2 cm | Głębokość zanurzenia walca h (cm) | Siła wskazywana przez siłomierz F (N) ± 0,1 N | Siła wyporu Fw (N)
1. | 10,0 | | 2,7 |
2. | 8,1 | | 2,5 |
3. | 5,9 | | 2,2 |
4. | 4,0 | | 2,0 |
5. | 2,2 | | 1,9 |
Zadanie 3.3.
Jeżeli uwzględnimy niepewności pomiarowe, to wyznaczona wartość gęstości cieczy użytej w doświadczeniu mieści się w przedziale od 970 kg/m³ do 1190 kg/m³.
Oblicz średnią wartość gęstości tej cieczy oraz jej bezwzględną niepewność pomiarową.
Zadanie 3.4.
Opiszи i wyjaśnij, jak zmieniłby się charakter wykresu, gdyby w doświadczeniu użyto cieczy o większej gęstości.
3.1 – Prawo Archimedesa: Fw = ρ_cieczy · g · V, gdzie V = S · h, stąd Fw = ρ_cieczy · g · S · h = A · h, gdzie A = ρ_cieczy · g · S.
3.2 – Tabela:
Lp. | h (cm) | Fw (N)
1. | 0 | 0
2. | 1,9 | 0,2
3. | 4,1 | 0,5
4. | 6,0 | 0,7
5. | 7,8 | 0,8
Nachylenie prostej: A = 0,8/(7,8·10⁻²) = 1090 N/m. Gęstość: ρ = A/(g·S) = 1090/(10·0,001) = 1090 kg/m³
3.3 – Średnia gęstość: ρsr = (1190 + 970)/2 = 1080 kg/m³. Niepewność: Δρ = (1190 – 970)/2 = 110 kg/m³
3.4 – Przy większej gęstości cieczy nachylenie prostej byłoby większe (bardziej stroma krzywa), co wynika z warunku A = ρ · g · S; większa gęstość → większy współczynnik kierunkowy.
3.1 – 2 pkt: powołanie się na prawo Archimedesa, zapis Fw = ρ_cieczy · g · V, V = S · h, Fw = ρ_cieczy · g · S · h, więc Fw = A · h gdzie A = ρ_cieczy · g · S.
1 pkt: zapisanie zależności Fw = ρ_cieczy · g · S · h.
0 pkt: brak powołania się na prawo Archimedesa.
3.2 – 5 pkt: poprawne uzupełnienie tabeli, naniesienie punktów z niepewnościami, narysowanie prostej, obliczenie nachylenia i gęstości.
4 pkt: poprawna tabela, punkty z niepewnościami, prosta, nachylenie (bez gęstości) lub pełne rozwiązanie bez niepewności.
3 pkt: tabela i punkty bez niepewności, prosta, nachylenie.
2 pkt: poprawna tabela i naniesienie na wykres.
1 pkt: poprawne uzupełnienie tabeli.
0 pkt: brak tabeli.
3.3 – 1 pkt: obliczenie średniej i niepewności bezwzględnej z jednostkami.
0 pkt: niepoprawna metoda.
3.4 – 2 pkt: opis zmiany (bardziej stroma) i wyjaśnienie (A = ρ·g·S).
1 pkt: stwierdzenie, że nachylenie byłoby większe.
0 pkt: brak odpowiedzi.
Wykresy mogą się nieznacznie różnić w zależności od naniesienia punktów, ale ρ ≈ 1090 kg/m³. Średnia i niepewność: ρsr = 1080 kg/m³, Δρ = 110 kg/m³. Alternatywnie można wyznaczyć współczynnik A bezpośrednio z wykresu tangens nachylenia.
Ocena według schematu punktowania CKE, zwykle w 15–30 s
Dowiedz się, ile punktów naprawdę zdobywasz. Zrób zdjęcie kartki albo wklej odpowiedź: Maturownik+ porówna ją ze schematem punktowania, policzy punkty i wytłumaczy, gdzie i dlaczego je tracisz.