Az anyagok sűrűségének vizsgálata a középiskolai fizika során kezdődik. Ezt a koncepciót tekintik alapvetőnek a molekuláris kinetikai elmélet alapjainak további bemutatása során a fizika és a kémia tantárgyakban. Az anyag szerkezetének, kutatási módszereinek tanulmányozásának célja a világról alkotott tudományos elképzelések formálása lehet.
A kezdeti elképzeléseket a világ egyetlen képéről a fizika adja. A 7. osztály az anyagsűrűséget tanulmányozza a legegyszerűbb kutatási módszerekre, a fizikai fogalmak és képletek gyakorlati alkalmazására vonatkozó elképzelések alapján.
Fizikai kutatás módszerei
Mint Ön is tudja, a megfigyelés és a kísérlet megkülönböztethető a természeti jelenségek tanulmányozásának módszerei között. A természeti jelenségek megfigyelését általános iskolában tanítják: egyszerű méréseket végeznek, gyakran vezetnek „természetnaptárt”. Ezek a tanulási formák elvezethetik a gyermeket a világ felfedezésének, a megfigyelt jelenségek összehasonlításának, az ok-okozati összefüggések azonosításának igényéhez.
Azonban csak egy teljesen elvégzett kísérlet ad eszközt a fiatal kutatónak a természet titkainak feltárásához. A kísérleti, kutatói készségek fejlesztése gyakorlati órákon és laboratóriumi munkák során történik.
Egy kísérlet a fizika során olyan fizikai mennyiségek meghatározásával kezdődik, mint a hosszúság, terület, térfogat. Ugyanakkor kapcsolat jön létre a matematikai (gyerek számára elég absztrakt) és a fizikai tudás között. A gyermek tapasztalataira való hivatkozás, a számára régóta ismert tények tudományos szempontból történő figyelembevétele hozzájárul a szükséges kompetencia kialakulásához. A tanulás célja ebben az esetben az új önálló megértésének vágya.
Sűrűség tanulmányozása
A problémás tanítási módszernek megfelelően az óra elején feltehetsz egy jól ismert rejtvényt: "Melyik a nehezebb: egy kilogramm pihe vagy egy kilogramm öntöttvas?" A 11-12 évesek persze könnyen tudnak válaszolni egy általuk ismert kérdésre. De a probléma lényegével, sajátosságainak feltárásának képességével a sűrűség fogalmához vezetünk.
Egy anyag sűrűsége térfogategységének tömege. Az anyagok sűrűségtáblázata, amelyet általában tankönyvekben vagy referenciakönyvekben adnak meg, lehetővé teszi az anyagok közötti különbségek, valamint az anyagok aggregált állapotának értékelését. A szilárd anyagok, folyadékok és gázok fizikai tulajdonságainak korábban tárgy alt különbségének jelzése, ennek a különbségnek a magyarázata nemcsak a részecskék szerkezetében és egymás közötti elrendeződésében, hanem az anyag jellemzőinek matematikai kifejezésében is. a fizika tanulmányozása egy másik szintre.
A táblázat lehetővé teszi a tanulmányozott fogalom fizikai jelentésére vonatkozó ismeretek megszilárdításátanyagsűrűség. A gyermek, aki választ ad a kérdésre: „Mit jelent egy bizonyos anyag sűrűségének értéke?”, megérti, hogy ez 1 cm3 (vagy 1 m) tömeg. 3) anyagok.
A sűrűségegységek kérdése már ebben a szakaszban felvethető. Meg kell fontolni a mértékegységek átváltásának módjait a különböző referenciarendszerekben. Ez lehetővé teszi a statikus gondolkodástól való megszabadulást, más számítási rendszerek elfogadását más kérdésekben is.
Sűrűség meghatározása
Természetesen a fizika tanulmányozása nem lehet teljes problémamegoldás nélkül. Ebben a szakaszban a számítási képleteket kell megadni. A 7. osztályos fizika sűrűségi képlete valószínűleg az első fizikai arányszám a gyermekek számára. Nemcsak a sűrűség fogalmának tanulmányozása miatt kap kiemelt figyelmet, hanem a problémamegoldó tanítási módszerek ténye miatt is.
Ebben a szakaszban van lefektetve egy fizikai számítási probléma megoldásának algoritmusa, az alapképletek, definíciók, minták alkalmazásának ideológiája. A tanár a probléma elemzését, az ismeretlen keresésének módját, a mértékegységek használatának sajátosságait igyekszik megtanítani olyan arányszámmal, mint a fizikában a sűrűségképlet.
Példa problémamegoldásra
1. példa
Határozza meg, milyen anyagból készül egy 540 g tömegű és 0,2 dm térfogatú kocka3.
ρ -? m=540 g, V=0,2 dm3 =200 cm3
Elemzés
A probléma kérdése alapján megértjük, hogy ez segít meghatározni azt az anyagot, amelyből a kocka készültsűrűségtáblázat szilárd anyagokhoz.
Következésképpen határozzuk meg az anyag sűrűségét. A táblázatokban ez az érték g/cm-ben van megadva3, tehát a térfogat dm3 cm3.
Döntés
Definíció szerint: ρ=m: V.
Meg van adva: térfogat, tömeg. Az anyag sűrűsége kiszámítható:
ρ=540g: 200cm3=2,7g/cm3, ami az alumíniumnak felel meg.
Válasz: a kocka alumíniumból készült.
Egyéb mennyiségek meghatározása
A sűrűségszámítási képlet használatával más fizikai mennyiségeket is meghatározhat. A feladatokban könnyen kiszámítható a testek tömege, térfogata, térfogatához tartozó lineáris méretei. A feladatokban a geometriai alakzatok területének és térfogatának meghatározására szolgáló matematikai képletek ismerete hasznosul, ami lehetővé teszi a matematika tanulásának szükségességét.
2. példa
Határozza meg az 500 cm felületű részt borító rézréteg vastagságát2, ha ismert, hogy 5 g rezet használtak fel a bevonathoz.
h - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8,92g/cm3.
Elemzés
Az anyagok sűrűségi táblázata lehetővé teszi a réz sűrűségének meghatározását.
Használjuk a sűrűségszámítási képletet. Ebben a képletben van egy anyag térfogata, amely alapján lineáris méretek határozhatók meg.
Döntés
Definíció szerint: ρ=m: V, de ebben a képletben nincs kívánt érték, ezért a következőt használjuk:
V=S x h.
A főképletbe behelyettesítve a következőt kapjuk: ρ=m: Sh, innen:
h=m: S xρ.
Számítsd ki: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0,0011 cm=11 mikron.
Válasz: A rézréteg vastagsága 11 mikron.
A sűrűség kísérleti meghatározása
A fizikai tudomány kísérleti jellegét laboratóriumi kísérletek mutatják be. Ebben a szakaszban elsajátítják a kísérlet elvégzésének és az eredmények magyarázatának készségeit.
Az anyag sűrűségének meghatározására szolgáló gyakorlati feladat a következőket tartalmazza:
- A folyadék sűrűségének meghatározása. Ebben a szakaszban azok a srácok, akik már használtak mérőhengert, könnyen meg tudják határozni a folyadék sűrűségét a képlet segítségével.
- Szabályos alakú szilárd test sűrűségének meghatározása. Ez a feladat szintén kétségtelen, hiszen hasonló számítási problémákkal már foglalkoztak, és tapasztalatokat szereztek a térfogatok testek lineáris méretei alapján történő mérésében.
- Szabálytalan alakú szilárd test sűrűségének meghatározása. A feladat végrehajtása során a szabálytalan alakú test térfogatának főzőpohárral történő meghatározásának módszerét alkalmazzuk. Hasznos még egyszer felidézni ennek a módszernek a jellemzőit: a szilárd test azon képességét, hogy kiszorítsa a folyadékot, amelynek térfogata megegyezik a test térfogatával. Továbbá a feladat a szokásos módon történik.
Nagyon összetettebb kérdések
Bonyolíthatja a feladatot, ha felkéri a srácokat, hogy határozzák meg azt az anyagot, amelyből a test készül. Az ebben az esetben használt anyagok sűrűségi táblázata lehetővé teszi, hogy figyeljen a munkavégzés szükségességéreháttérinformációk.
Kísérleti feladatok megoldása során a hallgatóknak rendelkezniük kell a szükséges ismeretekkel a fizikai műszerek használatáról és a mértékegységek átszámításáról. Gyakran ez okozza a legtöbb hibát és hiányosságot. Talán több időt kellene adni a fizika tanulmányozásának ezen szakaszára, ez lehetővé teszi a kutatási ismeretek és tapasztalatok összehasonlítását.
Tömegsűrűség
A tiszta anyag tanulmányozása természetesen érdekes, de milyen gyakran találnak tiszta anyagokat? A mindennapi életben keverékekkel, ötvözetekkel találkozunk. Hogyan lehet ebben az esetben? A térfogatsűrűség fogalma megakadályozza, hogy a tanulók abba a tipikus hibába kövessék, hogy az anyagok átlagos sűrűségeit használják.
Rendkívül szükséges ennek a kérdésnek a tisztázása, hogy lehetőséget adjunk arra, hogy lássuk, érezzük az anyag sűrűsége és a térfogatsűrűség közötti különbséget korai stádiumban. Ennek a különbségnek a megértése szükséges a fizika további tanulmányozása során.
Ez a különbség rendkívül érdekes az ömlesztett anyagok esetében. Lehetőség van a gyermek számára a térfogatsűrűség tanulmányozására az anyag tömörítésétől, az egyes részecskék (kavics, homok stb.) méretétől függően a kezdeti kutatási tevékenység során.
Az anyagok relatív sűrűsége
A különböző anyagok tulajdonságainak összehasonlítása a relatív értékek alapján meglehetősen érdekes. Az anyag relatív sűrűsége ezen mennyiségek egyike.
Általában egy anyag relatív sűrűségét az határozza megdesztillált víz felé. Egy adott anyag sűrűségének a standard sűrűségéhez viszonyított arányaként ezt az értéket piknométerrel határozzuk meg. De ezt az információt nem használják fel a természettudományok iskolai kurzusában, érdekesek a mélyreható tanulmányozáshoz (leggyakrabban opcionális).
A fizika és kémia tanulmányozásának olimpiai szintjét az „anyag hidrogénhez viszonyított relatív sűrűsége” fogalma is befolyásolhatja. Általában gázokra alkalmazzák. A gáz relatív sűrűségének meghatározásához meg kell találni a vizsgált gáz moláris tömegének és a hidrogén moláris tömegének arányát. A relatív molekulatömeg használata nem kizárt.
