Pelajaran Teach
Gay-Lussac: sejauh mana model boleh digunakan?
Bandingkan data yang diukur, padanan linear dan ekstrapolasi untuk menentukan kesimpulan yang disokong oleh masing-masing.
Kali pertama menggunakan LabsLand? Cipta akaun guru anda
Hasil pembelajaran
Mentafsir model linear dalam julat yang diukur tanpa melebih-lebihkan kepastian sesuatu ekstrapolasi.
Menjelaskan mengapa satu eksperimen sebenar tidak membuktikan nilai sifar mutlak dengan tepat.
Menulis kesimpulan yang membezakan bukti, model dan batasan.
Pratonton aktiviti pelajar
Kandungan aktiviti
Pratonton sahaja. Dalam sesi kelas, pelajar boleh mengisi jawapan dan menyerahkan hasil kerja mereka kepada guru.
Sejauh mana anda mempercayai garis lurus?
5 min
Garis lurus boleh merumuskan sekumpulan data dengan sangat baik, tetapi garis itu bukan alat untuk meramal segala-galanya. Dalam makmal ini, pengukuran berada dalam julat 24 °C hingga 45 °C. Menggunakan garis yang sama untuk meramal keadaan lebih daripada dua ratus darjah di luar julat tersebut disebut ekstrapolasi.
Ekstrapolasi boleh berguna apabila sesuatu kawasan belum dapat diukur: ekstrapolasi memberikan anggaran awal, membantu membentuk hipotesis atau membimbing eksperimen seterusnya. Namun, pengiraan itu tidak menghasilkan data baharu. Semakin jauh kita bergerak dari julat yang diukur, semakin kita bergantung pada andaian bahawa keadaan dan corak kekal sama.
Dalam aktiviti ini, anda akan memerhatikan pemanasan sebenar sampel etanol berisipadu tetap dan belajar membezakan tiga perkara: apa yang diukur oleh makmal, garis yang merumuskan pengukuran tersebut dan ramalan yang terhasil apabila garis itu dilanjutkan.
Sebelum melihat padanan garis, adakah anda akan mempercayai ramalan yang dibuat lebih daripada dua ratus darjah di luar julat data yang diukur?
Sandarkan model pada data sebenar
12 min
Buka makmal dan perhatikan pemanasan sebenar. Sebelum bermula, sediakan dua catatan: sekitar 00:30 dan 03:30, rekodkan suhu dalam °C dan tekanan dalam kPa. Kemudian, bandingkan pengukuran tersebut dengan graf dan padanan yang disertakan dalam aktiviti.
Buka makmal Gay-Lussac
Sampel yang tertutup sentiasa mengandungi jumlah keseluruhan etanol yang sama, manakala bekas mengekalkan isi padu tetap. Model ideal juga menganggap jumlah bahan dalam fasa gas kekal tetap; makmal merekodkan suhu dan tekanan, bukannya jumlah bahan dalam setiap fasa.
Buka makmal melalui butang makmal dalam aktiviti ini.
Pada skrin konfigurasi, pilih satu-satunya sampel yang tersedia: 0.014 mol etanol.
Mulakan satu pemerhatian yang mengambil masa kira-kira 4 minit. Semasa eksperimen, rekodkan anggaran suhu dan tekanan pada masa yang ditunjukkan dalam jadual berikut.
Kembali ke TEACH dan lengkapkan jadual sebelum meneruskan analisis.
Bacaan makmal
Masa telah disediakan. Salin bacaan yang diperhatikan ke dalam lajur °C dan kPa. Unit ditunjukkan dalam tajuk lajur.
| Masa eksperimen (min:s) | Suhu °C | Tekanan kPa |
|---|---|---|
Selepas melengkapkan jadual, huraikan dalam satu ayat cara suhu dan tekanan berubah bersama-sama. Jangan salin semula keempat-empat nilai.
Bezakan pengukuran daripada ekstrapolasi
10 min
Model ideal. Kelvin ialah skala mutlak: 0 K bersamaan dengan -273.15 °C. Dalam model gas ideal, nisbah P/T(K) kekal malar apabila jumlah gas dan isi padu tidak berubah.
Tiga idea yang tidak patut dikelirukan:
- Titik data yang diukur ialah bacaan sebenar tekanan dan suhu yang diperoleh daripada makmal.
- Padanan ialah persamaan yang merumuskan corak merentasi banyak pengukuran. Padanan amat berguna untuk menganggarkan nilai dalam julat yang dikaji dan membandingkan arah aliran.
- Ekstrapolasi menggunakan persamaan tersebut di luar julat yang diukur. Ekstrapolasi boleh membimbing ramalan atau eksperimen baharu, tetapi hanya boleh dipercayai jika corak dan keadaan model terus berlaku di kawasan itu.
Padanan bagi kesemua 61 bacaan dari kira-kira 24 °C hingga 45 °C ialah P(kPa) ≈ 0.37624 T(°C) + 78.436. Rajah menunjukkan data, padanan dalam julat tersebut dan sebahagian ekstrapolasinya. Jika etanol berubah fasa atau tidak lagi memenuhi keadaan model semasa disejukkan, garis yang dilanjutkan tidak lagi menerangkan fenomena yang sama. Rajah tidak menandakan pintasan apabila P = 0; anda akan mengiranya.
Data yang diukur, padanan dan ekstrapolasi
Titik biru ialah pengukuran. Segmen hijau ialah padanan dalam julat yang diukur, manakala segmen kuning tua putus-putus ialah sebahagian daripada padanan yang sama yang dilanjutkan melepasi data. Rajah tidak menunjukkan tempat garis itu mencapai P = 0; anda akan mengiranya. Zum di bahagian bawah membolehkan titik dan padanan dari 24 °C hingga 45 °C diperiksa.
Kira pintasan. Gunakan kalkulator. Dalam P ≈ 0.37624 T + 78.436, gantikan P dengan 0, selesaikan untuk T dan tunjukkan pengiraan. Bundarkan pintasan kepada 0.1 °C.
Bandingkan jarak. Kira beza positif dan lengkapkan: |24 − T pintasan| = ___ °C; |−273.15 − T pintasan| = ___ °C. Bundarkan kedua-duanya kepada 0.1 °C.
Kesimpulan berserta batasan
13 min
Kesimpulan saintifik yang kukuh menyatakan dengan tepat perkara yang disokong oleh bukti. Seorang rakan mendakwa: “Oleh sebab garis itu melintasi P = 0, makmal ini telah membuktikan nilai sifar mutlak dengan tepat.” Nilaikan dakwaan tersebut dalam ruangan berikut.
Keputusan. Adakah dakwaan bahawa makmal telah membuktikan nilai sifar mutlak dengan tepat itu wajar?
Lengkapkan satu ayat: Dari 24 °C hingga 45 °C, data sememangnya menyokong... Hadkan jawapan kepada perkara yang kelihatan dalam julat yang diukur.
Pengukuran atau ekstrapolasi. Betulkan ayat ini: “makmal mengukur tekanan sifar pada pintasan yang dikira”. Sertakan anggaran pintasan dan jaraknya daripada sifar mutlak.
Mekanisme fizikal. Jika etanol disejukkan secukupnya, sebahagian gas mungkin terkondensasi. Jelaskan kuantiti dalam model yang tidak lagi kekal tetap dan sebab keadaan ini boleh menyebabkan garis yang dilanjutkan gagal.
Penambahbaikan pengukuran. Cadangkan satu perubahan khusus yang akan menjadikan penyiasatan lebih boleh dipercayai dan jelaskan dalam satu ayat cara perubahan itu mengurangkan sesuatu batasan.