Bài học

Đo khối lượng riêng của vật rắn bằng bình chia độ

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em đo được thể tích của một vật rắn có hình dạng bất kỳ bằng bình chia độ theo phương pháp thả chìm, kết hợp với cân để tính khối lượng riêng, và nêu được các bước cần làm để phép đo chính xác.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã có công thức $D = m/V$ . Vấn đề là: với một hòn đá hình thù méo mó, em không thể áp công thức thể tích hình khối như hình lập phương hay hình hộp. Bình chia độ giải quyết đúng bài toán này bằng một mẹo rất đơn giản: nước bị chiếm chỗ.

Bài trước em đã có công thức $D = m/V$. Vấn đề là: với một hòn đá hình thù méo mó, em không thể áp công thức thể tích hình khối như hình lập phương hay hình hộp. Bình chia độ giải quyết đúng bài toán này bằng một mẹo rất đơn giản: nước bị chiếm chỗ.

Khởi động

Khi em thả một hòn đá vào cốc nước đầy, một phần nước tràn ra ngoài. Phần nước tràn đó có thể tích đúng bằng thể tích hòn đá. Bình chia độ cho phép em "đọc" ra con số đó một cách chính xác mà không cần nước tràn ra ngoài.

Kiến thức trọng tâm

Cách đo khối lượng riêng của một vật rắn không thấm nước, có hình dạng bất kỳ: dùng cân đo khối lượng m của vật. Đổ nước vào bình chia độ tới một mức nào đó, đọc thể tích $V_1$ . Buộc dây, thả từ từ vật vào bình sao cho vật chìm hoàn toàn, không chạm đáy hay thành bình. Đọc mực nước mới $V_2$ . Thể tích vật chính bằng $V = V_2 - V_1$ , vì đó đúng bằng lượng nước bị vật choán chỗ.

Cách đo khối lượng riêng của một vật rắn không thấm nước, có hình dạng bất kỳ: dùng cân đo khối lượng m của vật. Đổ nước vào bình chia độ tới một mức nào đó, đọc thể tích $V_1$. Buộc dây, thả từ từ vật vào bình sao cho vật chìm hoàn toàn, không chạm đáy hay thành bình. Đọc mực nước mới $V_2$. Thể tích vật chính bằng $V = V_2 - V_1$, vì đó đúng bằng lượng nước bị vật choán chỗ.

Có hai điều cần lưu ý để phép đo chính xác. Thứ nhất, mắt phải ngang tầm vạch chia khi đọc số liệu, tránh sai số thị sai (đọc chéo góc làm số liệu lệch). Thứ hai, vật phải chìm hoàn toàn và không dính bọt khí bám trên bề mặt — bọt khí sẽ chiếm thêm một phần thể tích ảo, làm V đo được lớn hơn thể tích thật của vật.

Phương pháp thả chìm chỉ áp dụng được cho vật không thấm nước, không tan và không phản ứng với nước. Một cục đường hay một viên phấn sẽ tan dần trong nước, làm thể tích và cả khối lượng đo được sai lệch theo thời gian; một miếng gỗ khô hoặc bọt biển lại hút nước vào các khoảng trống bên trong, cũng khiến số liệu không còn đáng tin. Trước khi đo, luôn kiểm tra nhanh vật có đủ điều kiện áp dụng phương pháp này hay không.

Ví dụ mẫu

Ví dụ

Tính khối lượng riêng của một hòn đá

1
Một hòn đá được buộc dây, thả chìm hoàn toàn vào bình chia độ đang chứa 50 cm³ nước, làm mực nước dâng lên 80 cm³. Cân hòn đá được 81 g. Tính khối lượng riêng của đá.
2
Ta có $V = V_2 - V_1 = 80 - 50 = 30\ cm^3 = 0{,}00003\ m^3$ .
Ta có $V = V_2 - V_1 = 80 - 50 = 30\ cm^3 = 0{,}00003\ m^3$.
3
Đổi $m = 81\ g = 0{,}081\ kg$ . Áp dụng công thức $D = \dfrac{m}{V} = \dfrac{0{,}081}{0{,}00003} = 2700\ kg/m^3$ .
Đổi $m = 81\ g = 0{,}081\ kg$. Áp dụng công thức $D = \dfrac{m}{V} = \dfrac{0{,}081}{0{,}00003} = 2700\ kg/m^3$.
4
Vậy khối lượng riêng của hòn đá là 2700 kg/m³ — trùng với khối lượng riêng của nhôm, cho thấy đá có thể là một loại khoáng chất có mật độ tương tự nhôm.

Ví dụ dạng thi

Ví dụ

Đọc số liệu từ bình chia độ có sai số

1
Một học sinh thả một viên bi kim loại vào bình chia độ có mực nước ban đầu 120 cm³. Do đọc vội, bạn ghi mực nước mới là 145 cm³ thay vì giá trị đúng 150 cm³. Viên bi có khối lượng thật là 39 g. Tính sai số của D do đọc nhầm số liệu gây ra.
2
Với $V_{đúng} = 150 - 120 = 30\ cm^3 = 0{,}00003\ m^3$ : $D_{đúng} = \dfrac{0{,}039}{0{,}00003} = 1300\ kg/m^3$ .
Với $V_{đúng} = 150 - 120 = 30\ cm^3 = 0{,}00003\ m^3$: $D_{đúng} = \dfrac{0{,}039}{0{,}00003} = 1300\ kg/m^3$.
3
Với $V_{nhầm} = 145 - 120 = 25\ cm^3 = 0{,}000025\ m^3$ : $D_{nhầm} = \dfrac{0{,}039}{0{,}000025} = 1560\ kg/m^3$ .
Với $V_{nhầm} = 145 - 120 = 25\ cm^3 = 0{,}000025\ m^3$: $D_{nhầm} = \dfrac{0{,}039}{0{,}000025} = 1560\ kg/m^3$.
4
Sai lệch 5 cm³ khi đọc số liệu làm D tính sai lệch tới 260 kg/m³, khoảng 20% so với giá trị đúng. Vậy đọc số liệu chính xác trên bình chia độ ảnh hưởng trực tiếp và đáng kể đến kết quả D — không phải một bước phụ có thể làm ẩu.

Sai lầm thường gặp

Nếu vật không chìm hoàn toàn (nổi lên mặt nước) thì thể tích đo được nhỏ hơn thể tích thật của vật, vì phần nổi trên mặt nước không chiếm chỗ nước. Với vật nhẹ, cần dùng thêm một vật nặng buộc kèm để dìm chìm hẳn (rồi trừ đi phần thể tích của vật nặng đó khi tính).

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Với vật rắn hình dạng bất kỳ, thể tích đo bằng phương pháp thả chìm được ưa dùng chính vì nó không đòi hỏi một công thức hình học nào — hòn đá, ốc vít, hay một mảnh kim loại méo mó đều đo được theo đúng một cách. Đây là lý do phương pháp này xuất hiện xuyên suốt chương trình Vật lí, không chỉ riêng bài khối lượng riêng.

Với vật rắn hình dạng bất kỳ, thể tích đo bằng phương pháp thả chìm: $V = V_2 - V_1$ . Vật phải chìm hoàn toàn, không dính bọt khí, và đọc số liệu ngang tầm mắt để tránh sai số.

Với vật rắn hình dạng bất kỳ, thể tích đo bằng phương pháp thả chìm: $V = V_2 - V_1$. Vật phải chìm hoàn toàn, không dính bọt khí, và đọc số liệu ngang tầm mắt để tránh sai số.

Cầu nối

Phương pháp thả chìm vẫn dùng được cả khi vật có phần rỗng bên trong — miễn là nước không lọt vào được. Bài tiếp theo sẽ khai thác chính đặc điểm này để đo khối lượng riêng của vật rỗng.