Giáo án Bài 14. Thực hành xác định khối lượng riêng

Xác định vấn đề học tập: nhận ra quan niệm sai “thể tích vật bằng mức nước sau khi thả vật” và đặt câu hỏi về cách đo thể tích vật rắn.

GV nêu nhận định: “Thể tích vật luôn bằng mức nước sau khi thả vật.” HS làm việc theo cặp đôi trong 2 phút, giơ thẻ Đúng hoặc Sai và giải thích.
Câu hỏi GV đặt ra: Bình đang chứa 40 mL nước, thả vật vào thì mức nước lên 60 mL. Thể tích vật là bao nhiêu? Vì sao không lấy luôn 60 mL?

Nhận định trên là sai. Thể tích vật bằng hiệu $60-40=20$ cm³ vì mức nước sau còn chứa 40 mL nước ban đầu.
Vấn đề cần giải quyết: đo thể tích vật rắn không đều bằng cách nào, và từ đó tính khối lượng riêng $D=\dfrac{m}{V}$ ra sao.

Nêu được phép cân và thể tích dời chỗ; phân biệt được mức nước trước và sau khi thả vật.

Nhóm 4 HS quan sát mô phỏng 3D trong trang bài học NeoEdu: cân điện tử đĩa thép, bình chia độ 100 mL chứa 40 mL nước, mẫu hòn đá khô 54 g treo bằng dây mảnh.
Nhiệm vụ: (1) cân mẫu khô và ghi khối lượng; (2) đọc mức nước đầu; (3) hạ mẫu từ từ vào bình, đọc mức nước sau khi mẫu ngập hoàn toàn; (4) tính thể tích mẫu. Hoàn thành Phiếu học tập số 1.
Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao phải cân mẫu khi mẫu còn khô? Vì sao phải đọc hai mức nước rồi lấy hiệu?

Phiếu học tập số 1 hoàn chỉnh, gồm:

• Phép cân: $m=54$ g, đo bằng cân phù hợp, mẫu phải khô vì nước bám làm khối lượng tăng.
• Thể tích dời chỗ: $V=V_{\text{sau}}-V_{\text{đầu}}=60-40=20$ cm³.
• Kết luận: thể tích vật rắn ngập hoàn toàn trong nước bằng chênh lệch mức nước; mức sau còn chứa thể tích nước ban đầu nên không được lấy trực tiếp.
  Lưu ý: số liệu 54 g, 40 mL, 60 mL là dữ liệu minh họa từ mô phỏng.

Đọc được thể tích đúng cách; giải thích được vì sao nhìn sai làm kết quả sai; tính được $D$ và nêu được điều kiện dùng phương pháp dời chỗ.

GV dùng mô phỏng hoặc bình thật để so sánh hai cách đọc: mắt ngang mức nước (đọc 60 mL) và nhìn từ trên xuống (đọc 62 mL).
Nhiệm vụ nhóm: tính $D$ trong hai trường hợp; thảo luận xem miếng xốp nổi (khối lượng 2 g) có đo được bằng cách dời chỗ không.
Câu hỏi GV đặt ra: Nếu đọc 62 mL thì $D$ bằng bao nhiêu? Vì sao miếng xốp nổi không đo được đúng bằng cách này?

• Đọc mắt ngang: $V=60-40=20$ cm³, $D=\dfrac{54}{20}=2{,}7$ g/cm³.
• Đọc nhìn từ trên xuống: $V=62-40=22$ cm³, $D=\dfrac{54}{22}\approx 2{,}45$ g/cm³. Kết quả sai do nhìn lệch.
• Điều kiện dùng cách đo: vật không tan, không hút nước đáng kể, không có bọt khí và ngập hoàn toàn.
• Miếng xốp nổi: chỉ phần chìm chiếm chỗ nước nên phép đo cho khoảng 1 g/cm³ thay vì 0,1 g/cm³ (số minh họa). Không dùng trực tiếp cách đo này cho vật nổi.

Phân biệt được phép cân, thể tích dời chỗ và đọc thể tích; nhận biết và sửa được quan niệm sai.

HS làm việc cá nhân rồi đối chiếu cặp đôi với các bài tập sau:

1. Phép cân có đặc điểm nào? A. đo trực tiếp thể tích bằng cân thông thường; B. không cần trừ vật chứa; C. đo khối lượng vật khô bằng cân phù hợp.
2. Thể tích dời chỗ có đặc điểm nào? A. $V_{\text{vật}}=V_{\text{nước sau}}-V_{\text{nước đầu}}$ khi vật ngập hoàn toàn; B. cộng hai mực nước; C. dùng được cho vật tan mạnh trong nước.
3. Ghép khái niệm với đặc điểm: Phép cân – đo khối lượng vật khô bằng cân phù hợp; Thể tích dời chỗ – hiệu hai mức nước khi vật ngập hoàn toàn; Đọc thể tích – mắt ngang mức chất lỏng, chọn bình có độ chia phù hợp.
4. Thể tích vật luôn bằng mức nước sau khi thả vật. Đúng hay sai?
5. “Mắt ngang mức chất lỏng, chọn bình có độ chia phù hợp” mô tả điều gì?

Đáp án:

1. C. Phép cân đo khối lượng vật khô bằng cân phù hợp.
2. A. Thể tích dời chỗ là $V_{\text{vật}}=V_{\text{nước sau}}-V_{\text{nước đầu}}$ khi vật ngập hoàn toàn.
3. Phép cân ↔ đo khối lượng vật khô; Thể tích dời chỗ ↔ hiệu hai mức nước khi vật ngập hoàn toàn; Đọc thể tích ↔ mắt ngang mức chất lỏng, chọn bình có độ chia phù hợp.
4. Sai. Phải lấy chênh lệch sau − trước vì mức sau còn chứa thể tích nước ban đầu.
5. Đọc thể tích.

Thực hiện đúng quy trình đo khối lượng và thể tích dời chỗ, lặp ít nhất ba lần, tính được $D$ và ghi số liệu trung thực.

Nhóm 4 HS thực hành với mẫu rắn không tan, không hút nước (ví dụ hòn đá khô) theo quy trình:

• Cân mẫu khô, trừ bì nếu cần, ghi $m$.
• Đổ nước vào bình chia độ, đọc và ghi $V_{\text{đầu}}$ với mắt ngang mức nước.
• Buộc mẫu bằng dây mảnh, hạ từ từ vào nước sao cho ngập hoàn toàn, không bọt khí, không chạm thành và đáy bình.
• Đọc $V_{\text{sau}}$ với mắt ngang mức nước; tính $V=V_{\text{sau}}-V_{\text{đầu}}$ và $D=\dfrac{m}{V}$.
• Lặp lại ít nhất ba lần (đưa nước về đúng vạch đầu trước mỗi lần đo).
  An toàn: không dùng vật sắc, không gây vỡ bình, lau nước đổ, không thả rơi mẫu.
  Nhóm ghi kết quả vào Phiếu học tập số 2.
  Câu hỏi GV đặt ra: Vì sao phải lặp lại ít nhất ba lần? Nếu nước đầu không đưa về cùng vạch thì điều gì xảy ra?

Phiếu học tập số 2 gồm: tên mẫu, điều kiện đo, bảng số liệu ba lần ($m$, $V_{\text{đầu}}$, $V_{\text{sau}}$, $V$, $D$), giá trị $D$ trung bình, nhận xét và điều còn chưa chắc chắn.
Dữ liệu minh họa để đối chiếu (không phải kết quả đã đo của nhóm): $m=54$ g; $V_{\text{đầu}}=40$ mL; $V_{\text{sau}}=60$ mL; $V=20$ cm³; $D=2{,}7$ g/cm³.
Nếu nhóm chưa đo kịp, phải ghi rõ “phân tích dữ liệu minh họa” và không ghi số liệu minh họa như số đo của nhóm.

Vận dụng được cách đo thể tích dời chỗ vào một vật thực tế; giải thích được vì sao không áp dụng trực tiếp cho vật nổi và bác bỏ được quan niệm sai.

Tình huống 1: Chọn một vật rắn không tan, không hút nước trong nhà (ví dụ viên đá nhỏ, quả cân, viên bi) để đo khối lượng riêng theo cách đã học, nếu đủ thời gian.
Tình huống 2: Một hòn xốp nổi, có thể lấy mức nước dâng rồi chia khối lượng như vật ngập không?
Tình huống 3: Một bạn khẳng định: “Thể tích vật luôn bằng mức nước sau khi thả vật.” Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.
Câu hỏi GV đặt ra: Nếu đo sai thể tích thì khối lượng riêng tính ra sẽ thay đổi theo chiều nào?

Tình huống 2: Không trực tiếp vì chỉ phần chìm dời nước. Cần phương pháp giữ chìm có hiệu chỉnh hoặc chọn mẫu phù hợp; không đẩy tay rồi bỏ qua thể tích tay.
Tình huống 3: Lí do: phải lấy chênh lệch sau − trước vì mức sau còn chứa thể tích nước ban đầu. Hệ quả: thể tích vật bị ghi quá lớn vì cộng cả nước ban đầu vào kết quả, dẫn đến $D$ tính ra nhỏ hơn thực tế. Viết lại: thể tích vật rắn ngập hoàn toàn bằng $V_{\text{sau}}-V_{\text{đầu}}$.
Tình huống 1: Nhóm nêu được tên vật, $m$, $V$, $D=\dfrac{m}{V}$ và điều kiện đo đã thỏa mãn; nếu không kịp đo thì nêu phương án đo và tiêu chí chọn vật.