УРОК 4 Тема: Фізичні величини та їхнє вимірювання. Простір і час. - Фізика 7 клас - Середня школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Середня школа » Фізика 7 клас

УРОК 4 Тема: Фізичні величини та їхнє вимірювання. Простір і час.


УРОК 4
Тема:      Фізичні     величини      та     їхнє      вимірювання.      Простір  і    час.
Методичні рекомендації й матеріали
Фізичні величини та їх вимірювання
(Основи метрологічних знань)
Загальні зауваження
Ціль вивчення теми «Фізичні величини та їх вимірювання» по-лягає,  насамперед,  у  тому,  щоб  учні  отримали початкові  відомості
про   основні  фізичні  величини  й  способи  їхнього  вимірювання,  за-своїли навички таких вимірювань, а також ознайомилися з деякими
фізичними поняттями, які їм будуть потрібні при вивченні наступних
тем шкільного курсу фізики. У процесі вивчення конкретних фізич-них  величин  учні  повинні  розібратися  в  сутності  досліджуваних
величин,  а  також  скласти  уявлення  про  вимірювання  як  про  один
з методів дослідження у фізиці.
Вивчення теми будується з урахуванням життєвого досвіду уч нів
на базі початкових відомостей про вимірювання, отриманих у  курсі
математики початкової школи, а також знань, отриманих у ході вив -чення курсу «Природознавство. 5, 6 класи». При вивченні 1-го  розділу
програми передбачене вивчення таких величин, як довжина, площа,
об’єм і час.
У результаті вивчення розглянутої теми учні повинні не тільки
розібратися в основах метрологічних знань, не тільки зрозуміти по-ходження тих або інших одиниць фізичних величин, але й отримати
тверді,  міцні  вміння  й  навички  у  вимірюванні  фізичних  величин.
Звідси випливає, що велика роль у цьому питанні приділяється ла-бораторному експерименту, точніше частині тієї самостійної роботи,
що пропонується учням при виконанні експерименту.
З  огляду  на  сказане  вище,  варто  визнати  найкращою  формою
проведення занять комбінований урок, перша частина якого прово-диться у формі бесіди, а друга частина являє собою розвиток першої
у  вигляді  нетривалої  лабораторної  роботи.  Таке  сполучення  теорії
й практики в межах одного уроку повинне сприяти досягненню ба-жаного педагогічного ефекту.
Продумуючи організацію й форму проведення перших (вступних)
лабораторних  робіт,  учитель  має  сформулювати  для  себе  цільові
настанови кожної з них, прагнучи отримати з кожної лабораторної
роботи максимум корисної інформації, що буде використана не тільки
на даному уроці, але й принесе користь надалі при вивченні наступ-ного  матеріалу.  Так,  наприклад,  лабораторні  роботи,  присвячені
вимірюванню об’єму й маси, можуть послужити, як ми вже відзнача-ли, своєрідним прологом для введення поняття «густина речовини»
і  визначення  значення  густини  конкретної  речовини,  про  що  буде
сказано докладніше трохи нижче.
Або  інший  випадок.  У  роботах  вимірювального  характеру,  як
відомо, учні знайомляться з методами й прийомами найпростіших
вимірювань деяких фізичних величин для того, щоб навчитися ро-бити  такі  вимірювання.  Як  правило,  на  цьому  лабораторна  робота
й  закінчується.  Наприклад,  учень  засвоїв  вимірювання  довжини
кривої лінії методом її випрямлення й на цій основі виміряв довжину
заданої ділянки кривої, що склала, припустімо, 12,5 см. На  перший
погляд  може  здатися,  що  бажаний  результат  досягнутий.  Але  чи
можна вважати такий результат максимально можливим? Не можна,
якщо сформулювати експериментальне завдання інакше — замість
вимірювання  довжини  ділянки  кривої  лінії  запропонувати  знайти
відношення довжини довільно обраного кола до його діаметра. У  тако-му випадку вчитель, підводячи підсумки виконання цього завдання,
виписує на дошці результати вимірювання кожного з учнів і разом з
класом «виявляє дивний результат» — незалежно від  діаметра кола
відношення довжини кола до довжини його діаметра є стала вели-чина,  яка  приблизно  дорівнює  3!  За  такої  постановки  експеримен-тального завдання учень не тільки навчиться вимірювати довжину
прямолінійних  і  криволінійних  відрізків,  але  й  дійде  висновку,
пізнавальне значення якого досить велике.
Фізичні величини, або З чого починається фізика?
Перші  кроки  у  вивченні  фізики  так  або  інакше  пов’язані  з  по-няттям «фізична величина», що відбиває на кількісному рівні ту або
іншу  якісну  характеристику  фізичного  тіла  або  фізичного  явища,
процесу. Поняття фізичної величини нерозривно пов’язане з понят-тям фізичного виміру. Формування цих понять у процесі навчання
відбувається  одночасно.  Слід  зазначити,  що  дотепер  розглянутій
проблемі приділялося незаслужено мало уваги. Було прийнято вва-жати, що з даною проблемою цілком справляється початкова школа
в процесі вивчення курсу математики. Однак практика показує, що
учні  погано  розуміють  і  оперують  із  іменованими  числами,  не   ро-зуміють  сутності  вимірювання,  не  розуміють  причин  виникнення
помилок при вимірюванні. З огляду на викладене вище, розглянемо
докладніше деякі питання методики ознайомлення учнів з фізичними
величинами й способами їхнього вимірювання.
Під величиною у фізиці, як відомо, розуміють кількісну характе-ристику деякої властивості, загальної в якісному відношенні для ба-гатьох фізичних об’єктів, але в кількісному відношенні індивідуаль-ну для кожного з них. Наприклад, будь-яка речовина має властивість,
що називають щільністю, але в кожної речовини ця властивість «є
присутньою» у більшій або меншій мірі, тобто кількісно оцінюється
по-різному. Алюміній щільніший за пінопласт. Тому правомірно по-рушити питання: на скільки алюміній щільніший за пінопласт або
у скільки разів щільніший. Відповідь на поставлене питання припус -кає виконання якоїсь процедури, відомої під назвою «вимірювання».
Під вимірюванням варто розуміти послідовність експериментальних
і обчислювальних операцій, здійснюваних за допомогою спеціальних
технічних  засобів  для  знаходження  значення  фізичної  величини,
що  характеризує  конкретну  властивість  досліджуваного  об’єкта.
Сутність  будь-якого  фізичного  вимірювання  полягає  у  порівнянні
вимірюваної величини з іншою однорідною величиною, прийнятою
за одиницю виміру.
Що    являє     собою    результат     вимірювання?
Результатом  зробленого  вимірювання  є  якесь  число,  що  пока-зує, скільки разів обрана одиниця виміру міститься у вимірюваній
величині.  Це  число  називається  чисельним  значенням  або  просто
значенням вимірюваної величини. Так, наприклад, вираз «довжина
дроту дорівнює 3/4 м» означає, що за одиницю прийняті 1 метр і що
довжина дроту становить ѕ частини одного метра. Зазначення лише
чисельного  значення  без  згадування  одиниці  виміру  сенсу  не  має,
оскільки незрозуміло, з чим здійснюється порівняння. Аналогічно
вираз «зріст хлопчика дорівнює 32 сірникам» означає, що за одиницю
довжини прийнята довжина одного сірника й що зріст хлопчика у 32
рази більше, ніж довжина одного сірника.
Що    із     чим     можна    порівнювати?
Порівнювати  (у  значенні  вимірювати)  між  собою  можна  лише
такі  аналогічні  властивості  розглянутих  об’єктів,  які  піддаються
кількісній  оцінці.  Інакше  кажучи,  порівнювати  між  собою  можна
лише  однорідні  (одного  роду,  що   відрізняються  тільки  кількісно)
величини. Об’єм можна порівнювати тільки з  об’ємом, масу — з  ма-сою,  силу  струму  —  тільки  із  силою  струму.  Не  можна  порівняти
зріст людини з місткістю посудини.
Наприклад, таку властивість об’єкта, як його протяжність у про -сторі,  зокрема  його  довжину,  можна  уявити  кількісно  мінливою,
тобто такою, що піддається кількісній оцінці. З цієї причини довжина
заслуговує  «присвоєння  їй  почесного  звання  фізичної  величини».
А  от  такій  властивості,  як  «краса»,  привласнити  звання  фізичної
величини категорично не можна. Якби навіть вдалося встановити,
що один предмет гарніший за інший, то однаково ніхто не зумів би
відповістити на уточнююче запитання: на скільки гарніший, у скіль -ки разів гарніший.
Чим     відрізняються     між    собою    фізична    величина    й    одиниця        
     її     вимірювання?
Істотна  відмінність  фізичних  величин  від  одиниць  їхнього  ви -мірювання полягає в тому, що фізична величина — це поняття, що
відбиває одну з важливих «природних» сторін об’єкту, це відбиття
в нашій свідомості незалежно від нас об’єктивних даних. Одиниця
ж  виміру  —  це  величина,  довільно  обрана  людьми  для  кількісних
оцінок, потрібних при осмисленні того, що відбувається навколо нас.
Образно  можна  сказати  так:  фізичні  величини  дає  нам  природа,  а
одиниці їхнього вимірювання вигадує людина, піклуючись про  прак-тичну здійсненість й простоту наших дій, які звуться вимірюванням.
Практично ми робимо порівняння величини не з одиницею виміру
(адже вона є лише абстрактним поняттям!), а з мірою — упредметне-ною одиницею вимірювання. Міри, виконані з найвищою досяжною
на цей час точністю, називаються еталонами. Еталон довжини, еталон
маси — певні міри, прийняті за вихідні для здійснення порівнянь.
Якими    повинні     бути    одиниці     вимірювання?
Одиниці вимірювання повинні бути зручними, незмінними й лег-ко відтворюваними, щоб ними міг скористатися кожний.
Зручними  —  це  означає,  що  результат  вимірювання  величин,
які  зустрічаються  найчастіше,  повинен  виражатися  найменшою
кількістю  слів.  Безглуздо,  наприклад,  зріст  людини  вимірювати
в  мікронах:  1  млн  650  тис  мкм  (1  мкм  =  1/1000 000  м).  Для  науки
взагалі не можна придумати «найзручнішу» одиницю — нею дово-диться  вимірювати  й  віддаль  до  зірок,  і  розмір  атома,  і  тривалість
блискавки, і вік Всесвіту.
Але найважливіше, щоб у всіх країнах застосовувалися одні й ті
самі одиниці. Девіз метрологів «Усьому світові — одну міру!» з  по-рядку денного не знімається.
Важливо  також,  щоб  незмінність  одиниць  вимірювання  могла
бути перевірена яким-небудь незмінним і вічним природним (неру-котворним) еталоном. Наприклад, одиницю часу — секунду завжди
звіряли з часом повного обороту Землі навколо власної осі, а одиницю
вимірювання довжини — метр — з певною частиною довжини земного
меридіана, що проходить через Париж.
Які    види    вимірювання    використовують     у    фізиці?
Фізичні вимірювання можна уявити як прямі й непрямі вимірю-вання.  Під  прямими  вимірюваннями  розуміють  такі,  за  яких
вимірювана величина дорівнює мірі або еталону безпосередньо або
за допомогою певних вимірювальних приладів. Вимірювання довжи-ни лінійкою, маси за допомогою важільних ваг тощо. — приклади
прямих вимірювань. Непрямі вимірювання — це такі, за яких без-посередньо вимірюється не сама величина, що цікавить нас, а інші
величини, пов’язані з нею певними залежностями. У цьому випадку
результат вимірювання отримують шляхом обчислень.
Якою    кількістю    фізичних    величин     оперує    фізична    наука?
Дати однозначну відповідь на поставлене питання досить важко.
Фізика — наука, що безупинно розвивається, і разом з її розвитком
виникають нові фізичні величини, які характеризують нові, раніше
невідомі властивості. З іншого боку, важко врахувати й перерахувати
всі відомі фізичні величини, оскільки через незліченну безліч вла-стивостей матеріальних об’єктів доводиться користуватися великим
числом  фізичних  величин.  Але  ця  обставина  не  повинна  злякати
школяра. Завдання, у якому розглядається якийсь об’єкт у всьому
різноманітті  його  якостей,  практично  розв’язати  не  можна.  Дуже
важливо вміти виділити коло величин, що досить повно характери-зують об’єкт вивчення у даному конкретному випадку. Розглядати
треба тільки головні істотні боки об’єкта, відкинувши всі другорядні!
Інакше кажучи, кожна з фізичних величин по-своєму важлива, кож-на відбиває одну з багатьох властивостей об’єкта. Без будь-якої з цих
властивостей об’єкт перестає бути самим собою. Відносну важливість
тієї або іншої властивості чи відбиваючої її величини, доводиться оці-нювати лише в конкретних умовах розгляду об’єкта. (Які властивості
необхідно зазначити у даному завданні? Які властивості безболісно
можна проігнорувати?).
37
Навіщо    потрібна    система    одиниць    вимірювання    фізичних    величин         
     і    що    вона    собою    представляє?
Як випливає з програми шкільного курсу фізики, учні повинні
мати елементарні уявлення з області метрології. Початок формуван-ня  метрологічних  знань  припадає  на 7-й  клас.  Уже  на  цьому  етапі
учні зна  йомляться із Міжнародною системою одиниць вимірювання
фізич них величин і оперують такими одиницями, як метр, кілограм,
секунда, кандела (свіча). Розглядаючи проблему вимірювання фізич-них величин, необхідно мати на увазі такі моменти.
Вибір одиниць для вимірювання величин будь-якого роду, будь то
довжина, час, маса, тиск, температура, швидкість тощо, сам по собі
нічим  не  обумовлений,  і  за  одиницю  вимірювання  можна  взяти
будь-яку  величину  відповідного  роду.  Такий  формально  правиль-ний, але досить абстрактний підхід є якимось невмотивованим, що
на практиці може призвести до серйозних утруднень у спілкуванні
людей.  Для  того  щоб  уникнути  плутанини  в  області  вимірювання,
фахівці-метрологи,  керуючись  ідеями  уніфікації  (одноманітності)
й спрощення вимірювань і супутніх їм обчислень, розробили Міжна-родну систему одиниць вимірювання фізичних величин, що прийнята
в більшості країн світу.
Будь-яка система одиниць являє собою певну сукупність основ-них (незалежних) і похідних одиниць вимірювання.
Основні одиниці «за своїм походженням» зводяться, як прави-ло,  до  так  званих  первісних  (вихідних)  величин,  які  в  силу  своєї
первинності  не  можуть  бути  піддані  визначенню.  Інакше  кажучи,
неможливо дати точне формулювання того, що криється під їхньою
назвою (наприклад, довжина, час). Властивості первісних величин
визначаються тим уявленням, що усіма людьми пов’язується з їхньою
назвою. З цієї причини вказівки на ці властивості кожна людина по-винна шукати в самій собі. Основні одиниці вимірювання зазвичай
відтворюються за допомогою еталонів.
Похідні одиниці встановлюються в остаточному підсумку через
основні  й  тому  в  еталонах  не  мають  потреби.  Термін  «похідні»,  як
і термін «основні», відбиває умови походження цих одиниць вимі -ру — вони визначені через основні, тобто виражаються за допомогою
основних. Наприклад, одиниця вимірювання швидкості 1 м/с являє
собою похідну одиницю, оскільки виражається через основні — 1 метр
і 1 секунду. Похідні одиниці випливають з основних за допомогою
рівнянь зв’язку між відповідними величинами.
У  Міжнародній  системі  одиниць  вимірювання  (СІ)  як  основні
одиниці фігурують:
Фізична величина
Найменування одиниці
вимірювання
Позначення
Довжина метр м
Маса кілограм кг
Час секунда с
Сила електричного струму ампер А
Температура кельвін К
Сила світла кандела кд
Кількість речовини моль моль
Легко, наприклад, зрозуміти, чому в якості основних беруться
одиниці довжини й часу. Усе, що існує навколо нас і незалежно від
нас, що сприймається нашими органами чуття і відбивається в нашій
свідомості,  називають  матерією.  Який  би  матеріальний  об’єкт  або
явище ми не розглядали, виявиться, що поза простором і поза часом
нічого  не  існує.  Крім  того,  у  природі  немає  спокою,  немає  ні  абсо-лютно нерухомих тіл, ні «застиглих». До того ж безперервний рух,
про  який тут йдеться, потрібно розуміти не в значенні механічного
руху  (одне  тіло  переміщується  щодо  іншого),  а  як  будь-яке  пере-міщення взагалі.
Політ  кулі  й  відбиття  світла,  хімічні  реакції  й  обмін  речовин
в організмах,  нарешті,  процеси,  які  відбуваються  в  людському  су-спільстві,  —  все  це  приклади  різних  змін,  приклади  різних  форм
руху, наявних у природі.
Будь-який предмет має просторові розміри й форму, перебуває
в якомусь місці простору стосовно іншого предмета. Будь-який про-цес, у якому беруть участь матеріальні об’єкти, має в часі початок
і кінець, триває в часі, може відбуватися раніше або пізніше іншого
процесу тощо.
Тільки в русі, у просторі й у часі існує матерія.
Відповідно, будь-яке фізичне завдання неодмінно буде містити,
крім інших, просторову й часову характеристики. Саме тому виникає
необхідність  вимірювати  просторову  й  часову  довжини,  і  одиниці
для  їхнього вимірювання варто вибрати як основні.
На завершення треба звернути увагу учнів на множники й при-ставки  для  утворення  десяткових  кратних  і  часткових  одиниць
та їхнє найменування.
Вибір  десяткової  кратної  або  часткової  одиниці  від  одиниці  СІ
диктується  насамперед  зручністю  її  застосування.  З  різноманіття
кратних і часткових одиниць, які можуть бути утворені за допомогою
приставок, вибирають одиницю, що приводить до числових значень
величини,  прийнятих  на  практиці.  У  принципі  кратні  й  часткові
одиниці вибирають таким чином, щоб числові значення перебували
в діапазоні від 0,1 до 1000. Нижче в таблиці наведені рекомендовані
для застосування кратні й часткові одиниці від одиниць СІ.
Множники й приставки для утворення десяткових  
кратних і часткових одиниць та їхнє найменування
Множ­
ник
При­
ставка
Позначення  
приставки Множ­
ник
При­
ставка
Позначення  
приставки
Міжна­
родне
Україн­
ське
Міжна­
родне
Україн­
ське
10
18
екса E Е 10
–1
деци d д
10
15
пета P П 10
–2
санти с с
10
12
тера T Т 10
–3
мілі m м
10
9
гіга G Г 10
–6
мікро µ мк
10
6
мега M М 10
–9
нано n н
10
3
кіло k к 10
–12
піко p п
10
2
гекто h г 10
–15
фемто f ф
10
1
дека da да 10
–18
атто a а
Для  зниження  ймовірності  помилок  при  розрахунках  десят-кові кратні й часткові одиниці рекомендується підставляти тільки
в кінцевий результат, а в процесі обчислень всі величини виражати
в одиницях СІ, замінюючи приставки степенями числа 10.

Категорія: Фізика 7 клас | Додав: uthitel (03.09.2014)
Переглядів: 1797 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: