Понятие плотности вещества кажется простым и формальным. Это впечатление зачастую приводит к принципиальным ошибкам. Если учитель при объяснении этого понятия говорит: «Плотность — это масса одного кубического метра вещества», то он допускает грубую ошибку. Физическая величина плотность определяется отношением массы тела к его объему и имеет отличную от массы размерность. Масса единицы объема вещества не равна его плотности, как скорость не равна пути, пройденному за единицу времени.
Для формирования понятия о плотности вещества как особом физическом свойстве вещества нужно четко отделить его от понятия «масса». Кроме описанных демонстраций двух тел равного объема разной массы и двух тел равной массы разного объема, полезно продемонстрировать набор тел равной массы из различных веществ.
После формального определения понятия «плотность вещества» можно поставить перед учащимися проблему: чем различаются вещества различной плотности? Для ответа на этот вопрос необходимо выйти за рамки механики и высказать гипотезы о существовании атомов вещества, о различии масс атомов разных веществ и о возможности различных способов расположения атомов в пространстве. Все это является опережающим ознакомлением с идеей атомного строения вещества. Лучшим вариантом было бы получение этих гипотез от учащихся хотя бы в простом виде.
Для завершения формирования понятия о плотности вещества в учебнике предлагаются простые задачи для самостоятельного решения и простое экспериментальное задание по определению плотности твердого вещества. Их назначение заключается в выработке устойчивых навыков выполнения измерения масс и объемов тел, вычисления плотности вещества, умения переводить значения физических величин из одних единиц в другие.
Интересным может быть опыт по измерению плотности воздуха при атмосферном давлении. Для этого опыта необходимы стеклянный шар и насос, работающий на разрежение. В опыте сначала взвешивается шар с находящимся в нем воздухом (с резиновой трубкой и зажимом). Затем из шара выкачивается воздух и резиновая трубка перекрывается. Взвешивается шар без воздуха с резиновой трубкой и зажимом, вычисляется разность двух результатов измерений. Эта разность равна массе выкачанного воздуха. Разделив массу воздуха на объем шара, определим плотность воздуха при атмосферном давлении.
При проведении этого опыта нужно обязательно соблюдать правила безопасности: стеклянный шар при выполнении опыта должен обязательно находиться в матерчатом мешочке! Это предотвратит возможность поражения учащихся осколками стекла в случае разрушения шара.
Так как объем шара около 1 дм3, масса воздуха в нем около 1 г. Поэтому для получения хорошего результата эксперимента необходимо использовать весы, способные обнаруживать различие в массе в десятки миллиграммов.
Задача 9.1. Решение. Объем тела человека можно вычислить, если известны масса тела и его плотность. Если масса человека равна 50 кг, то его объем равен V= m ρ , V= 50 кг 1000 кг м 3 =0,05 м 3 =50 д м 3 .
Задача 9.2. Решение. Плотность водорода в шаре равна:
ρ водорода = m V = 45 кг 500 м 3 =0,09 кг/ м 3 ,
ρ воды ρ водорода = 1000 кг/ м 3 0,09 кг/ м 3 ≈11111 .
Дополнительные задачи
Задача 9.3. Кусок льда растаял. Объем получившейся воды оказался меньше объема растаявшего льда. Как изменилась плотность воды при превращении из твердого в жидкое состояние? Выберите правильный ответ.
1) Плотность воды увеличилась.
2) Плотность воды уменьшилась.
3) Плотность воды не изменилась.
Решение. Масса воды при переходе из твердого состояния (лед) в жидкое состояние не изменилась. Так как объем воды при таянии льда уменьшился, ее плотность увеличилась.
Задача 9.4. Вычислите массу воздуха в спортивном зале размером 25 × 20 × 6 м. Плотность воздуха 1,3 кг/м3.
Решение. Массу можно вычислить по формуле
m=ρV ,
m=1,3 кг/ м 3 ⋅3000 м 3 =3900 кг .
Вы ожидали получить такой результат?
Задача 9.5. Какого объема шар заполнит газообразный водород массой 45 кг, если плотность водорода в шаре равна 0,09 кг/м3?
Решение. Вычислим объем газа водорода в шаре:
V= m ρ = 45 кг 0,09 кг/ м 3 =500 м 3 .
Задача 9.6. Зависит ли плотность вещества от вида атомов вещества и от их взаимного расположения? Выберите правильный ответ.
1) Зависит только от вида атомов вещества.
2) Зависит только от взаимного расположения атомов вещества.
3) Зависит от вида атомов вещества и от их взаимного расположения.
4) Не зависит ни от вида атомов вещества, ни от их взаимного расположения.
| 
