Wirtualne laboratorium WL‑S
Badanie zachowania się cieczy w naczyniach połączonych
Wykonaj dwa doświadczenia w wirtualnym laboratorium fizyki, w których porównasz gęstości różnych cieczy i wyznaczysz wartość gęstości jednej z nich.
Dodatkowym wyzwaniem dla Ciebie jest brak szczegółowej instrukcji postępowania - opracujesz ją samodzielnie. Pamiętaj przy tym, że prowadzących do celu różnych ścieżek jest w każdym doświadczeniu kilka.
Jakościowe badanie różnic gęstości cieczy
Celem pierwszej części doświadczenia jest jakościowe wykazanie różnic gęstości cieczy.
Różne ciecze mają na ogół różne gęstości.
Zapoznaj się z opisem wirtualnego laboratorium oraz działaniem poszczególnych elementów jego wyposażenia. Przeprowadź kilkakrotnie dostępne w nim czynności eksperymentalne.
Postępuj przy tym w sposób celowy - miej na uwadze postawiony problem badawczy. Efektem tego etapu Twojej pracy powinno być sporządzenie instrukcji (planu pracy), zgodnie z którą przeprowadzisz eksperyment. Instrukcję tę wpiszesz następnie do dziennika pracy.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DuJtH77DI
Innym efektem Twojej pracy wstępnej, powiązanym z ustaleniem planu pracy, powinno być rozstrzygnięcie następującego problemu. W tym doświadczeniu cel jest sformułowany czysto jakościowo - nie ma konieczności dokonywania obliczeń, by cel ten osiągnąć. Czy z tego wynika, że do rozstrzygnięcia poprawności hipotezy zbędne jest korzystanie ze skali na u‑rurce?
Wybierz najtrafniejsze spośród proponowanych rozstrzygnięć i je uzasadnij. Jeśli masz inny pogląd na sprawę, to zapisz go i uzasadnij.
1. Korzystanie ze skali jest zupełnie zbędne, a nawet niewskazane.
2. Można obejść się bez korzystania ze skali, ale nieco wydłuża to całe postępowanie.
3. Korzystanie ze skali znakomicie przyspiesza całe postępowanie.
4. Korzystanie ze skali na u‑rurce jest niezbędne.
Zajrzyj do odpowiedzi - jeśli znajdziesz tam inne rozstrzygnięcie niż swoje, to spróbuj je uzasadnić.
Przeprowadź zasadnicze badanie prowadzące do rozstrzygnięcia postawionej hipotezy. Wypełnij dziennik badania zgodnie z umieszczonymi w nim rubrykami.
Wyznaczanie gęstości nieznanej cieczy.
Celem drugiej części doświadczenia jest wyznaczenie gęstości nieznanej cieczy.
Dysponujesz wyposażeniem takim, jak w pierwszej części doświadczenia. Jednak przed wykonaniem tej części eksperymentu w Twojej klasie pojawiły się propozycje uzupełnienia wyposażenia o wagę oraz papier milimetrowy.
Odnieś się do każdej z tych propozycji.
Podczas krótkiej dyskusji uczniowie doszli do wniosku, że papier milimetrowy byłby przydatny, gdyż pozwoliłby na zwiększenie dokładności uzyskiwanych wyników.
Zaproponuj sposób wykorzystania papieru milimetrowego w tym eksperymencie. Uzasadnij przy tym, że zwiększy to dokładność wyniku.
Opracuj, podobnie jak dla pierwszej części doświadczenia, instrukcję postępowania przy pomiarze gęstości tajemniczej cieczy. Zamieść tę instrukcję w odpowiedniej rubryce sprawozdania.
Dokonaj pomiaru dla co najmniej jednej cieczy. Wpisz do dziennika pomiarów swoje oznaczenia zmiennych, które mierzysz bezpośrednio, ich wartości, jednostki oraz niepewności ich pomiaru. Zapisz także wartość nominalną gęstości badanej cieczy.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DuJtH77DI
Opracuj uzyskane wyniki. Dla każdej tajemniczej cieczy oblicz wartość jej gęstości oraz jej niepewność. Wypełnij dziennik zgodnie z umieszczonymi w nim rubrykami. Porównaj wartości oraz . Zapisz także inne swoje uwagi dotyczące przebiegu i wyników pomiarów.
Opis wirtualnego laboratorium.
W wirtualnym laboratorium widać przezroczystą rurkę o kształcie litery „U” ustawioną ramionami do góry. Ramiona te są u góry otwarte, na każdym umieszczona jest skala od zera do dwudziestu centymetrów. Średnice obu ramion są jednakowe. Na początku w rurce znajduje się jedynie woda. Wysokość słupów wody w obydwu ramionach jest taka sama i wynosi dziesięć centymetrów. Nad każdym z ramion rurki umieszczono kran z kurkiem podłączonym do zbiornika z wodą. Odkręcenie któregokolwiek kurka powoduje napełnianie się rurki wodą. Mimo dolewania wody tylko do jednego ramienia, poziom wody w tym drugim ramieniu jest zawsze taki sam jak w pierwszym. U góry obok kranu znajduje się przycisk „WLEJ CIECZ”. Po jego naciśnięciu naczynie z wodą zostaje zastąpione naczyniem z tajemniczą cieczą, będącą przedmiotem badania. Napis na przycisku zmienia się w „POKAŻ WYNIK”. Naciśnięcie tego napisu powoduje wyświetlenie planszy z wartością gęstości tajemniczej cieczy, podanej w kilogramach na metr sześcienny. Planszę tę można zamknąć umieszczonym na niej przyciskiem „ZAMKNIJ”. Odkręcenie któregokolwiek kurka powoduje wlewanie się do znajdującego się pod nim ramienia u‑rurki tajemniczej cieczy. Skutkiem takiego dolania jest wypchnięcie części wody do drugiego ramienia u‑rurki. Obok u‑rurki, u dołu ekranu, znajdują się dwa przyciski. Przycisk „NOWY PRZYKŁAD” powoduje przejście do nowego eksperymentu z inną tajemniczą cieczą, o innej gęstości niż poprzednia. Przycisk „ZRESETUJ PRZYKŁAD” powoduje rozpoczęcie całego eksperymentu od nowa, ale z tą samą cieczą.
Oba ramiona u‑rurki mają kształt walców o jednakowej średnicy i są ustawione pionowo. W tych warunkach dolewanie wody do jednego z ramion powoduje jednakową zmianę wysokości słupów wody w obu ramionach.
Przystępujesz do jakościowego badania gęstości tajemniczej cieczy. Twoim celem jest stwierdzenie, czy ma ona większą czy mniejszą gęstość niż woda. Wciskasz przycisk „WLEJ CIECZ” i odkręcasz nieco kran nad prawym ramieniem u‑rurki. Wlewa się do niego tajemnicza ciecz.
Zakręcasz kran, gdy w prawym ramieniu poziom tajemniczej cieczy osiąga na skali maksymalną wartość – dwadzieścia centymetrów. Poziom wody w ramieniu lewym, po ustabilizowaniu się, jest od tej wartości niższy. Oznacza to, że gęstość tajemniczej cieczy
jest od gęstości wody mniejsza.
jest równa gęstości wody.
jest od gęstości wody większa.
Taka obserwacja nie pozwala porównać gęstości cieczy z gęstością wody.
Przystępujesz do badania ilościowego. Twoim celem jest teraz wyznaczenie gęstości tajemniczej cieczy badanej w poprzednim ćwiczeniu. Wciskasz przycisk „ZRESETUJ PRZYKŁAD” i uzyskujesz u‑rurkę wypełnioną wyłącznie wodą do poziomu dziesięciu centymetrów na skali w obu ramionach. Wciskasz przycisk „WLEJ CIECZ” i odkręcasz na krótko kran nad prawym ramieniem u‑rurki. Po jego zakręceniu rejestrujesz trzy poziomy: górny poziom cieczy w prawym ramieniu, górny poziom wody w lewym ramieniu oraz poziom powierzchni styku cieczy i wody w ramieniu prawym. Otwierasz i zakręcasz kran jeszcze trzy razy, uzyskując coraz większe wartości cieczy oraz . Wyniki pomiarów umieszczasz w tabeli.
13,0 | 12,0 | 9,0 |
16,0 | 13,5 | 6,5 |
18,0 | 14,5 | 5,5 |
20,0 | 15,5 | 4,5 |
Po uzupełnieniu tabeli o kolumnę wyników będzie można do niej wpisać wartości gęstości tajemniczej cieczy, obliczone na podstawie gęstości wody Przyjmij gęstość wody równej tysiąc kilogramów na metr sześcienny. .
Wyraź wyniki obliczeń w kilogramach na metr sześcienny i zaokrąglij je do cyfry jedności.