Как измерить объём жидкости и твёрдого тела с помощью мензурки

Две части работы легко спутать. При измерении жидкости мензурка сразу показывает искомый объём. При измерении твёрдого предмета она показывает, насколько поднялся уровень воды; объём предмета приходится вычислять. В обоих случаях результат зависит от правильного отсчёта по шкале, а не от красивого числа в конце. Поэтому сначала разберитесь со шкалой и условиями опыта, а уже потом заполняйте строку «Ответ».

Цель, оборудование и исходные условия

Цель работы — измерить объём заданной жидкости и определить объём небольшого тела методом вытеснения. В школьном кабинете для этого используют мензурку, воду, исследуемое тело и при необходимости нить для его опускания. Конкретный набор определяет учитель. В отчёте назовите предмет так, чтобы читатель понимал, что именно измеряли: «металлический образец № 2» точнее, чем «тело». Укажите цену деления мензурки и единицу шкалы до первого отсчёта.

Предмет должен помещаться в мензурку без усилия и не повреждать стекло. Для метода вытеснения он должен быть полностью погружён, не растворяться и не менять заметно объём в воде. Пористый или впитывающий воду предмет может дать сложный результат; плавающий предмет требует особой постановки опыта, которую предлагает учитель. Не подбирайте дома случайные тяжёлые предметы и не опускайте их в стеклянный сосуд без указания преподавателя.

Если объём тела слишком мал по сравнению с ценой деления, изменение уровня может оказаться неразличимым. Тогда один предмет этой мензуркой надёжно не измерить. Учитель может предложить другой прибор или измерение нескольких одинаковых тел вместе с последующим делением общего объёма на их число. В отчёте важно объяснить, почему выбран способ, а не записывать «0 мл» для явно существующего предмета.

Как прочитать шкалу и уровень жидкости

Найдите на мензурке две соседние подписанные отметки и число промежутков между ними. Если между 20 и 30 мл пять промежутков, цена деления равна (30 − 20) / 5 = 2 мл. Считайте именно промежутки: шесть штрихов ограничивают пять промежутков. Подробный разбор этого шага есть в материале о цене деления измерительного прибора. У разных мензурок шкалы различаются, поэтому число из примера нельзя переносить в свою лабораторную.

Поставьте сосуд на ровную поверхность и дождитесь, пока вода перестанет колебаться. Глаз должен находиться на высоте её поверхности. У воды поверхность у стенок обычно изгибается вверх, образуя вогнутый мениск; показание считывают по его нижней части. Если смотреть сверху или снизу, уровень кажется смещённым по шкале. Для другой жидкости правило отсчёта может отличаться — используйте указание учителя или прибора.

Сначала определите объём жидкости без тела. Например, в условном учебном опыте уровень воды совпал с отметкой 36 мл. Запишите V₁ = 36 мл сразу, до погружения образца. Не полагайтесь на память: после погружения прежний уровень уже нельзя увидеть. Если спрашивают только объём жидкости, на этом измерение завершено; вычитать ничего не требуется.

Как найти объём твёрдого тела

После первого отсчёта образец осторожно погружают по указанию учителя так, чтобы он оказался целиком под водой. Когда поверхность успокоилась, считывают второе показание V₂. В учебном примере оно равно 48 мл. Объём вытесненной воды составляет V₂ − V₁ = 48 − 36 = 12 мл. Полностью погружённое тело вытеснило столько воды, сколько места оно заняло в сосуде; значит, его объём в этом примере равен 12 см³, потому что 1 мл равен 1 см³.

Результат нельзя получить вычитанием произвольных чисел. Если вода пролилась между двумя отсчётами, второе показание занижено. Если тело выступает над водой, измерена лишь погружённая часть. Если к предмету прикреплён крупный груз или держатель, он тоже вытесняет воду. В подобных случаях запишите ограничение и уточните у учителя, как изменить установку. Нельзя «поправлять» второе показание в тетради без нового измерения.

Нить, которой опускают тело, тоже занимает некоторый объём. В обычной школьной работе её влияние чаще мало по сравнению с делением мензурки, но если нить толстая или точность важна, это уже не стоит игнорировать. Предмет желательно удерживать так, как указано в задании, не царапая стенки и не вызывая разбрызгивания. После погружения проверьте, нет ли воздушного пузырька, прилипшего к поверхности: он увеличит вытесненный объём и исказит результат.

Таблица наблюдений: что записать до расчёта

Таблица должна сохранять два прямых измерения и отдельно вычисленный объём тела. Единицы поставьте в заголовках, чтобы не повторять их без нужды в каждой клетке. Если исследуете несколько предметов, каждому выделите строку. Не начинайте с готовой последней колонки: сначала внесите показания, которые действительно увидели на шкале.

Если в задании есть рисунок мензурки, вместо реального опыта можно снять оба показания с изображения. В таком случае не пишите «я опустил предмет» — точнее «по рисунку определены начальный и конечный уровни». Если деления на рисунке неразличимы, сначала попросите более чёткое изображение. Догадка по форме столбика не заменяет отсчёт.

Как оценить точность двух показаний

Цена деления ограничивает подробность отсчёта. Если она равна 2 мл, запись V₁ = 36,000 мл не делает измерение точнее. Школьная инструкция может предложить оценивать ошибку одного отсчёта как половину деления; это удобное правило для определённых условий, а не универсальная паспортная характеристика мензурки. Уточните, нужно ли в вашей работе писать интервал вида (36 ± 1) мл или достаточно значения и цены деления.

Объём тела получается вычитанием двух отсчётов. Поэтому к разности нельзя автоматически приписать ту же оценку, что к одному показанию. Если учитель использует учебные интервалы ±1 мл для каждого независимого отсчёта, осторожная оценка предельного отклонения разности будет до 2 мл. Тогда результат условного примера можно представить как (12 ± 2) см³. Другой способ обработки погрешности может дать иную оценку; следуйте принятой методике и покажите, как она получена.

Не сравнивайте рассчитанные 12 см³ с «точным» объёмом без эталона. Разница между повторными попытками может появиться из-за разного положения глаза, пузырьков или неполного погружения. Если повторение разрешено, сохраните обе строки измерений и объясните расхождение. Усреднение помогает при случайном разбросе, но не исправляет постоянно наклонённую мензурку.

Как оформить объяснение и вывод

После таблицы запишите расчёт одной строкой с единицами: Vтела = V₂ − V₁ = 48 мл − 36 мл = 12 мл = 12 см³. Затем объясните, почему разность соответствует объёму: полностью погружённый предмет занял часть пространства в сосуде и вытеснил равный объём воды. Формулировка «вода стала объёмнее» неверна — объём самой воды не изменился, поднялся её уровень.

Пример вывода для придуманных данных: «Цена деления мензурки равна 2 мл. До погружения уровень воды соответствовал 36 мл, после полного погружения образца — 48 мл. По разности получен объём тела 12 см³. Точность результата ограничена двумя отсчётами по шкале и условиями погружения». В своей работе замените числа собственными и упомяните только те ограничения, которые действительно были в опыте.

Если цель состояла только в измерении жидкости, вывод будет короче: назовите показание, единицу и цену деления. Если учитель просит сравнить два предмета, нельзя заключить, какой «тяжелее», только по объёму: для массы нужны весы. Если далее требуется плотность, понадобятся и масса, и объём; об этом говорится в навигаторе по лабораторным работам 7 класса.

Что проверить перед сдачей

Просмотрите таблицу и мысленно повторите опыт. Подписаны ли единицы шкалы? Можно ли восстановить цену деления? Записан ли первый уровень до погружения? Было ли тело под водой целиком и не пролилась ли вода? Не перепутаны ли V₁ и V₂ в вычитании? Совпадает ли численный вывод с таблицей? Если хотя бы один ответ неизвестен, лучше указать ограничение, чем подбирать «правильный» результат из чужого решебника.

Школьные темы измерений и плотности сверяются с федеральной рабочей программой по физике. Номер лабораторной работы и форма записи зависят от учебника и указаний учителя, поэтому ориентируйтесь на саму задачу — измерить жидкость либо определить объём конкретного тела.