Bài học

Xác định vật liệu qua khối lượng riêng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em xác định được một mẫu vật làm bằng chất gì bằng cách tính khối lượng riêng của nó rồi đối chiếu với bảng tra, kể cả khi số liệu đề bài cho ở đơn vị chưa quy đổi.

Kiến thức nền cần nhớ

Em đã biết cách đo m và V cho cả vật rắn và chất lỏng, và có công thức $D = m/V$ . Bài này dùng lại toàn bộ kỹ năng đó cho một mục đích thực tế rất cụ thể: xác định một mẫu vật chưa rõ chất liệu là gì, chỉ bằng cân, bình chia độ và bảng tra.

Em đã biết cách đo m và V cho cả vật rắn và chất lỏng, và có công thức $D = m/V$. Bài này dùng lại toàn bộ kỹ năng đó cho một mục đích thực tế rất cụ thể: xác định một mẫu vật chưa rõ chất liệu là gì, chỉ bằng cân, bình chia độ và bảng tra.

Khởi động

Một người thợ kim hoàn nhận một chiếc nhẫn được quảng cáo là vàng nguyên chất, nhưng không có cách nào bổ đôi chiếc nhẫn ra để kiểm tra. Làm sao xác định được nhẫn có đúng là vàng hay không mà không phá huỷ nó?

Kiến thức trọng tâm

Vì mỗi chất có một giá trị khối lượng riêng gần như cố định, việc nhận biết vật liệu trở thành một quy trình ba bước: đo khối lượng m của mẫu vật bằng cân, đo thể tích V bằng bình chia độ (thả chìm với vật rắn, đọc trực tiếp với chất lỏng), rồi tính $D = m/V$ và so sánh với bảng tra khối lượng riêng các chất quen thuộc.

Ngoài bốn giá trị đã học (nước 1000, dầu ăn 800, nhôm 2700, sắt 7800 kg/m³), bảng tra đầy đủ còn có thêm những chất khác thường gặp trong đề thi, ví dụ đồng (Cu) có D ≈ 8900 kg/m³, đặc hơn cả sắt. So sánh D tính được với các mốc này giúp loại trừ dần các khả năng, giống như đối chiếu dấu vân tay: mỗi chất có một "dấu hiệu D" riêng.

Câu chuyện nổi tiếng nhất về nhận biết vật liệu qua khối lượng riêng đến từ nhà bác học Hy Lạp cổ đại Archimedes. Ông được vua giao kiểm tra một chiếc vương miện vàng, nghi ngờ bị thợ kim hoàn trộn lẫn bạc mà không được phá huỷ vương miện. Archimedes nhận ra: nếu đo được khối lượng và thể tích của vương miện, ông sẽ tính được D và so với D của vàng nguyên chất — đúng nguyên tắc em vừa học trong bài này, chỉ khác là ông tự nghĩ ra cách đo thể tích một vật hình dạng phức tạp bằng cách quan sát mực nước dâng lên khi thả vật vào bồn tắm.

Đối chiếu ba giá trị này với bảng tra: A khớp với nhôm, B khớp với sắt, C khớp với đồng.

Ví dụ mẫu

Ví dụ

Xác định chất liệu của một thanh kim loại

1
Một thanh kim loại có khối lượng 270 g, thả chìm vào bình chia độ làm nước dâng thêm 100 cm³. Thanh kim loại này làm bằng chất gì?
2
Đổi $m = 0{,}27\ kg$ , $V = 100\ cm^3 = 0{,}0001\ m^3$ . Áp dụng công thức: $D = \dfrac{0{,}27}{0{,}0001} = 2700\ kg/m^3$ .
Đổi $m = 0{,}27\ kg$, $V = 100\ cm^3 = 0{,}0001\ m^3$. Áp dụng công thức: $D = \dfrac{0{,}27}{0{,}0001} = 2700\ kg/m^3$.
3
So sánh với bảng tra: 2700 kg/m³ đúng bằng khối lượng riêng của nhôm.
4
Vậy thanh kim loại làm bằng nhôm, KHÔNG phải sắt — dù bằng mắt thường hai kim loại xám bạc có thể trông khá giống nhau, số liệu D phân biệt rõ ràng.

Ví dụ dạng thi

Ví dụ

Kiểm tra một chiếc vòng quảng cáo là bạc nguyên chất

1
Một chiếc vòng được quảng cáo là bạc nguyên chất (D bạc = 10 500 kg/m³), có khối lượng 63 g. Thả chìm vào bình chia độ làm nước dâng từ 40 cm³ lên 46 cm³. Vòng có đúng là bạc nguyên chất không?
2
$V = 46 - 40 = 6\ cm^3 = 0{,}000006\ m^3$ .
$V = 46 - 40 = 6\ cm^3 = 0{,}000006\ m^3$.
3
Đổi $m = 0{,}063\ kg$ . Áp dụng công thức: $D = \dfrac{0{,}063}{0{,}000006} = 10\,500\ kg/m^3$ .
Đổi $m = 0{,}063\ kg$. Áp dụng công thức: $D = \dfrac{0{,}063}{0{,}000006} = 10\,500\ kg/m^3$.
4
D tính được đúng bằng 10 500 kg/m³, khớp chính xác với D của bạc nguyên chất. Vậy chiếc vòng đúng là bạc nguyên chất, không bị pha trộn kim loại khác — nếu bị pha trộn, D thường sẽ lệch khỏi 10 500 kg/m³ vì các kim loại pha có D khác nhau.

Sai lầm thường gặp

Đừng kết luận vội chỉ dựa vào D gần đúng, chưa tính chính xác — ví dụ D = 2650 kg/m³ và D = 2700 kg/m³ có thể là hai chất khác nhau nếu bảng tra ghi rõ cả hai giá trị. Luôn tính đủ số liệu, đổi đúng đơn vị, rồi mới so sánh với bảng tra thay vì đoán theo cảm tính hay theo màu sắc bên ngoài.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Nhận biết vật liệu qua khối lượng riêng là quy trình đo m, đo V, tính D rồi so bảng tra — vì D là đặc trưng riêng của mỗi chất, không phụ thuộc kích thước hay khối lượng của mẫu vật cụ thể.

Cũng cần nói thêm: hợp kim (trộn nhiều kim loại nóng chảy với nhau) thường có D nằm giữa D của các kim loại thành phần, chứ không trùng khớp hoàn toàn với bất kỳ chất nào trong bảng tra đơn chất. Nếu D tính được không khớp chính xác với giá trị nào, đó có thể là dấu hiệu mẫu vật là hợp kim chứ không phải một chất tinh khiết — ý tưởng này sẽ quay lại rõ hơn khi em học cách tính D của một hỗn hợp ở chương sau.

Cầu nối

D không chỉ giúp nhận biết chất liệu, nó còn quyết định một vật thả vào nước sẽ nổi hay chìm. Bài tiếp theo dùng chính khối lượng riêng để trả lời câu hỏi đó.