چگالی چیست؟

دانش آموزان یک مس و مکعب آلومینیومی با همان حجم را که بر روی تعادل قرار می گیرد ، مشاهده می کنند. آنها خواهند دید که مس جرم بیشتری دارد. دانش آموزان سعی می کنند در مورد سطح مولکولی توضیحی در مورد چگونگی این امر ارائه دهند. سپس به دانش آموزان مکعب هایی از مواد مختلف داده می شود که همگی دارای همان حجم هستند. دانش آموزان چگالی هر مکعب را تعیین می کنند و ماده ای را که مکعب از آن ساخته شده است مشخص می کنند.

هدف، واقعگرایانه

دانش آموزان قادر به محاسبه چگالی مکعب های مختلف خواهند بود و از این مقادیر برای شناسایی ماده ای که هر مکعب از آن ساخته شده است استفاده می کنند. دانش آموزان می توانند توضیح دهند که اندازه ، جرم و ترتیب اتمها یا مولکول های یک ماده چگالی آن را تعیین می کند.

ارزیابی

برگه فعالیت دانشجویی را بارگیری کنید و در صورت مشخص شدن در فعالیت ، یکی را برای هر دانش آموز توزیع کنید. برگه فعالیت به عنوان مؤلفه "ارزیابی" هر برنامه درسی 5-E خدمت می کند.

امنیت

اطمینان حاصل کنید که شما و دانش آموزان خود عینک مناسب را می پوشید.

مواد برای هر گروه

• مکعب ها مشخص شده است که شما با گروه های دیگر به اشتراک خواهید گذاشت
• تعادل که می تواند در گرم اندازه گیری کند
• ماشین حساب

مواد برای تظاهرات

• مکعب مس و مکعب آلومینیومی با همان حجم
• تعادل

یادداشت هایی در مورد مواد

مکعبها

برای این درس ، به مجموعه ای از مکعب های مواد مختلف نیاز خواهید داشت که همه یکسان هستند. این مجموعه مکعب ها از انواع تأمین کنندگان در دسترس است. Fli Scientific یک مجموعه مکعب چگالی ، محصول #AP6058 را به فروش می رساند. این مجموعه دارای 10 مکعب 4 فلز ، 3 پلاستیک و 3 چوب است. اگر با استفاده از تمام نمونه های فلز ، اما فقط دو چوب و دو مکعب پلاستیکی ، تعداد آنها را به 8 کاهش دهید. ما پیشنهاد می کنیم از مکعب پلاستیکی نایلون (سفید ، حداقل متراکم) و مکعب پلاستیکی PVC (خاکستری ، متراکم ترین) استفاده کنید. برای چوب ، پیشنهاد می کنیم از بلوط (تیره تر و متراکم ترین) و یا کاج یا صنوبر (کمرنگ تر ، متراکم تر) استفاده کنید. در فعالیت ، هر گروه باید جرم هر یک از هشت مکعب را اندازه گیری کند. گروه ها باید داده های خود را برای یک مکعب اندازه گیری و ضبط کنند و آن را به گروه دیگری منتقل کنند تا اینکه هر گروه از هر یک از مکعب ها استفاده کند.

موازنه

از یک تعادل ساده ، پلاستیکی و دو طرفه استفاده کنید که به نظر می رسد مانند یک اره برای نمایش است. یکی از ارزان ترین هزینه های Delta Education Balance (21 اینچی) محصول #WW020-0452. از دانش آموزان بخواهید از هر تعادل استفاده کنند که می تواند در گرم اندازه گیری کند.

خط کش

دانش آموزان هنگام اندازه گیری طول ، عرض و ارتفاع یک مکعب در کنار شما ، از یک خط کش متریک در بخش درگیر فعالیت استفاده می کنند.

در مورد این درس

این اولین درسی است که در آن دانش آموزان مدل های مولکول هایی را مشاهده می کنند که پیچیده تر از یک مولکول آب هستند. برخی از این مولکول ها ممکن است کمی ارعاب کننده به نظر برسند. به دانش آموزان اطلاع دهید که نیازی به حفظ یا ترسیم این مولکول ها ندارند. برای هدف این فصل ، دانش آموزان فقط باید در مورد اندازه و جرم اتم هایی که مولکول را تشکیل می دهند و نحوه چیدمان آنها در ماده فکر می کنند ، فکر کنند.

مشغول کردن

یک تظاهرات انجام دهید تا نشان دهید که مکعب هایی با همان حجم اما از فلزات مختلف ساخته شده است ، توده های مختلفی دارند.

سوال برای بررسی

آیا مکعب هایی با اندازه و شکل یکسان ، همان جرم را دارند؟

مواد برای تظاهرات

• مکعب مس و مکعب آلومینیومی با همان حجم
• تعادل

روش

مکعب مس و آلومینیوم را در طرف های مخالف یک تعادل ساده قرار دهید.

نتایج مورد انتظار

مکعب مس جرم بیشتری نسبت به مکعب آلومینیوم خواهد داشت.

بحث در مورد اینکه چرا مکعب مس جرم بیشتری نسبت به مکعب آلومینیوم دارد ، بحث کنید.

به دانش آموزان بگویید که هر دو مکعب دقیقاً به اندازه یکسان هستند و هر دو جامد و بدون لکه های توخالی هستند. توضیح دهید که مکعب آلومینیوم فقط از اتم های آلومینیومی ساخته شده است و مکعب مس فقط از اتم های مس ساخته شده است.

• اتم های مس ممکن است جرم بیشتری نسبت به اتم های آلومینیوم داشته باشند.
• اتم های مس ممکن است کوچکتر باشند تا بیشتر در همان حجم قرار بگیرند.
• اتم های مس و آلومینیوم ممکن است متفاوت تنظیم شوند تا اتم های مس در یک مکعب اندازه یکسان قرار بگیرند.

توضیح دهید که هر یک از این توضیحات به تنهایی ، یا دو یا سه در کنار هم ، می تواند به همین دلیل باشد که مکعب مس جرم بیشتری دارد.

به هر دانش آموز یک برگه فعالیت بدهید.

دانش آموزان مشاهدات خود را ضبط می کنند و به سؤالات مربوط به فعالیت در برگه فعالیت پاسخ می دهند. آن را با اتم ها و مولکول ها توضیح دهید و بخش های دیگری از برگه فعالیت یا بسته به دستورالعمل های شما به صورت کلاس ، به صورت گروهی یا به صورت جداگانه تکمیل شود. برای یافتن سوالات و پاسخ ها به نسخه معلم برگه فعالیت نگاه کنید.

یک تصویر را پروژه کنید و از تصاویر اتم های مس و آلومینیوم برای معرفی مفهوم چگالی استفاده کنید.

از دانش آموزان بخواهید که به تصویر مکعب های مس و آلومینیومی و اتم های آنها در برگه فعالیت خود بپردازند.

اشاره کنید که اتم های مس کمی کوچکتر از اتم های آلومینیوم هستند. این اندازه کوچکتر به این معنی است که اتم های مس بیشتر می توانند در همان فضای مناسب قرار بگیرند. بنابراین ، مکعب مس حاوی اتم های بیشتری نسبت به مکعب آلومینیوم است. اگرچه آنها کوچکتر هستند ، اما اتم های مس فردی در واقع جرم بیشتری نسبت به اتم های آلومینیومی دارند. ترکیبی از اتم های بیشتر ، هر کدام دارای جرم بیشتر ، باعث می شود یک مکعب مس وزن بیشتر از یک مکعب آلومینیومی با همان اندازه و شکل باشد.

برای دانش آموزان توضیح دهید که این ایده در مورد اینکه چقدر سنگین با میزان فضای مورد نظر مقایسه می شود ، چگالی خوانده می شود. چگالی یک جسم جرم جسم در مقایسه با حجم آن است. معادله برای چگالی: چگالی = جرم/حجم یا d = m/v. هر ماده به دلیل اندازه ، جرم و چیدمان اتمها یا مولکول های آن ، چگالی مشخصه خاص خود را دارد.

انیمیشن ها را نشان دهید و نحوه اندازه گیری حجم و جرم یک مکعب را نشان دهید.

برای دانش آموزان توضیح دهید که حجم اندازه گیری میزان فضای یک شیء است. همیشه در سه بعد است. برای یافتن حجم یک شی مانند مکعب یا جعبه ، طول ، عرض و قد را اندازه گیری می کنید و سپس آنها را ضرب می کنید (V = L × W × H). اگر در سانتی متر اندازه گیری شود ، پاسخ در سانتی متر مکعب (سانتی متر 3) خواهد بود.

توجه: دانش آموزان اغلب حجم و منطقه را اشتباه می گیرند. درک آنها را بررسی کنید تا مطمئن شوید که آنها تفاوت را می دانند. اطمینان حاصل کنید که آنها درک می کنند که منطقه در دو بعد (طول × عرض) با پاسخ در سانتی متر 2 اندازه گیری می شود. مساحت اندازه گیری میزان سطح است. اما حجم در سه بعد (طول × عرض × ارتفاع) با پاسخ در سانتی متر 3 اندازه گیری می شود. حجم اندازه گیری کل شیء ، از جمله سطح و تمام فضا که شیء در آن وجود دارد.

در حالی که انیمیشن در حال پخش است ، می توانید روند اندازه گیری را با یک مکعب و حاکم نشان دهید. از دانش آموزان بخواهید که برای تأیید حجم مکعب ها به همراه شما اندازه گیری کنند.

کاوش کردن

از دانش آموزان بخواهید چگالی هشت مکعب مختلف را محاسبه کرده و از خاصیت مشخصه چگالی برای شناسایی صحیح آنها استفاده کنند.

گروه های دانشجویی نیازی به اندازه گیری حجم مکعب ها ندارند. حجم هر مکعب یکسان است ، 15. 6 سانتی متر 3 و در نمودار آنها در برگه فعالیت آورده شده است. آنها نیاز به اندازه گیری جرم هر یک از هشت مکعب مختلف دارند و تراکم آنها را محاسبه می کنند. دانش آموزان برای شناسایی هر مکعب از مقادیر خود برای تراکم استفاده می کنند.

توجه: تراکم که دانش آموزان محاسبه می کنند دقیقاً مشابه تراکم های داده شده در این نمودار نیست. با این حال ، محاسبات آنها به اندازه کافی نزدیک خواهد بود که باید بتوانند بیشتر مکعب ها را شناسایی کنند.

سوال برای بررسی

آیا می توانید از چگالی برای شناسایی هشت مکعب ساخته شده از مواد مختلف استفاده کنید؟

مواد برای کلاس

• مجموعه ای از هشت مکعب با حجم مساوی
• ماشین حساب

آماده سازی معلمان

برای علامت گذاری هشت مکعب با حروف A-H از یک قطعه نوار ماسک و یک نشانگر دائمی استفاده کنید.

مواد برای هر گروه

• مکعب ها مشخص شده است که شما با گروه های دیگر به اشتراک خواهید گذاشت
• تعادل که می تواند در گرم اندازه گیری کند
• ماشین حساب

روش

نتایج مورد انتظار: مقادیر دانشجویی برای چگالی برای هر مکعب دقیق نخواهد بود ، اما به اندازه کافی نزدیک خواهد بود که آنها باید بتوانند هر یک از مکعب ها را شناسایی کنند. ممکن است توجه داشته باشید که تراکم تقریبی برای هر مکعب در این درس کمی متفاوت از موارد ذکر شده در مجموعه مکعب است. بیشتر این تفاوت احتمالاً به دلیل مقدار حجم هر مکعب است. از آنجا که احتمالاً این مکعب های 1 اینچی هستند ، هر طرف باید 2. 54 سانتی متر باشد. ما به 2. 5 سانتی متر رسیدیم زیرا دانش آموزان می توانند این اندازه گیری را راحت تر انجام دهند.

توضیح

بحث کنید که چگونه جرم ، اندازه و ترتیب اتم ها و مولکول ها بر تراکم فلز ، پلاستیک و چوب تأثیر می گذارد

برای دانش آموزان توضیح دهید که هر ماده به دلیل اتمها و مولکول هایی که از آن ساخته شده است ، چگالی خاص خود را دارد. مکعب های فلزی ، پلاستیکی و چوبی که دانش آموزان هر کدام را اندازه گیری می کردند ، چگالی منحصر به فرد خود را دارند. به طور کلی ، چگالی فلز ، پلاستیک و چوب را می توان با نگاه به اندازه و جرم اتمها و نحوه چیدمان آنها توضیح داد.

فلزی پروژه فلز متداول ترین فلزات مانند آلومینیوم ، rcopper و آهن نسبت به پلاستیک یا چوب متراکم تر است. اتمهایی که فلزات را تشکیل می دهند ، به طور کلی سنگین تر از اتم های پلاستیک و چوب هستند و به هم نزدیک تر بسته بندی می شوند. تفاوت چگالی بین فلزات مختلف معمولاً بر روی اندازه و جرم اتم ها قرار می گیرد اما ترتیب اتم ها در بیشتر فلزات بیشتر یکسان است. پروژه پلاستیک تصویر پلاستیک بیشتر پلاستیک ها نسبت به فلز کمتر متراکم هستند اما می توانند چگالی مشابهی با چوب داشته باشند. پلاستیک از مولکولهای جداگانه ساخته شده به زنجیرهای طولانی به نام پلیمرها ساخته شده است. این زنجیره های پلیمری برای تهیه پلاستیک مرتب و بسته بندی شده اند. یک پلاستیک رایج ، پلی اتیلن ، از بسیاری از مولکول های جداگانه به نام اتیلن تشکیل شده است که برای ساخت زنجیره های پلیمری طولانی به هم پیوند خورده است. مانند اکثر پلاستیک ها ، پلیمرهای موجود در پلی اتیلن از اتم های کربن و هیدروژن ساخته شده اند. اتم های کربن و هیدروژن بسیار سبک هستند و این به پلاستیک ها به چگالی نسبتاً کم آنها کمک می کند. پلاستیک ها می توانند تراکم مختلفی داشته باشند زیرا اتم های مختلف می توانند به زنجیره های کربن هیدروژن وصل شوند. چگالی پلاستیک های مختلف نیز به نزدیکی بسته بندی این زنجیره های پلیمری بستگی دارد. پروژه چوب تصویر چوب چوب بیشتر از اتم های کربن ، هیدروژن و اکسیژن ساخته شده است که به یک مولکول به نام گلوکز متصل می شوند. این مولکول های گلوکز به هم پیوند می خورند تا زنجیرهای طولانی به نام سلولز تشکیل دهند. بسیاری از مولکول های سلولز که در کنار هم جمع شده اند ، ساختار و چگالی آن را به چوب می دهند.

به طور کلی ، چگالی چوب و پلاستیک مشابه است زیرا از اتم های مشابه در زنجیره های طولانی ساخته شده اند. تفاوت چگالی بیشتر بر اساس ترتیب و بسته بندی زنجیرهای پلیمری است. همچنین ، از آنجا که چوب از یک چیز زنده است ، چگالی آن تحت تأثیر ساختار سلول های گیاهی و سایر مواد تشکیل دهنده چوب است.

اندازه ، جرم و ترتیب اتمها بر چگالی یک ماده تأثیر می گذارد.

توسعه دادن، گسترش

از دانش آموزان در مورد سطح مولکولی توضیح دهید که چرا دو بلوک از مواد مختلف که دارای یک جرم یکسان هستند می توانند تراکم مختلفی داشته باشند.

به دانش آموزان یادآوری کنید که آنها به مکعب هایی نگاه می کردند که دارای همان حجم اما توده های مختلف بودند. اشاره کنید که برگه فعالیت آنها دارای دو بلوک (نمونه A و نمونه B) از مواد مختلفی است که هر دو دارای یک جرم یکسان هستند ، اما حجم های مختلفی دارند.

• حجم = 5 × 5 × 4 = 100 سانتی متر 3
• جرم = 200 گرم
• چگالی = 200 گرم در 100 سانتی متر 3 = 2g/cm 3

• حجم = 5 × 5 × 2 = 50 سانتی متر 3
• جرم = 200 گرم
• چگالی = 200 گرم/ 50 سانتی متر 3 = 4g/ cm 3

دو توضیح ممکن برای اینکه چرا یک نمونه متراکم تر از دیگری است ، ارائه دهید.

نکته: اندازه ، جرم و ترتیب مولکول ها بر چگالی یک ماده تأثیر می گذارد. چندین پاسخ ممکن وجود دارد که چرا نمونه B نسبت به نمونه A متراکم تر است.

• اتم های نمونه B ممکن است جرم بیشتری نسبت به نمونه اتمها داشته باشند.
• اتم های نمونه B ممکن است از نمونه اتمها کوچکتر باشند تا بیشتر در همان حجم قرار بگیرند.
• اتم های نمونه B ممکن است به طور متفاوتی ترتیب داده شوند تا بیشتر از اتم های نمونه B بیشتر از نمونه A اتمها در مکعب اندازه یکسان قرار بگیرند.

هر یک از این توضیحات به تنهایی یا هر ترکیبی می تواند به همین دلیل باشد که نمونه B از نمونه A. متراکم تر است.