Единицы физических величин - ВВЕДЕНИЕ - Поурочные разработки по физике к учебнику С. В. Громова - Физика - Поурочные планы к учебникам Г. Я. Мякишева, С. В. Громова и В. Л. Касьянова 10 класс - разработки уроков - авторские уроки - план-конспект урока

Цели: познакомить учащихся с основными единицами физических величин; дать понятия физических величин.

Оборудование: линейка, сантиметровая лента, секундомер, весы, брусок, тележки.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. Какие выводы следовали из экспериментов Д. Дальтона?

2. Какое количество элементов насчитывается в настоящее время в периодической таблице физических элементов Д. И. Менделеева?

3. На какие три группы подразделяют элементарные частицы?

4. Назовите виды фундаментальных взаимодействий.

II. Самостоятельная работа

Вариант 1

1. Какие явления относятся к физическим?

1. Радуга. 2. Пожелтение листьев. 3. Падение капель дождя

2. Каким образом изучались перечисленные явления?

1. Замерзание зимой воды в пруду. 2. Вода в стеклянной колбе помещена в холодильную камеру, получен и изучен лед, образовавшийся в колбе.

3. Земля притягивает к себе все тела. Чем является процесс падения яблока с ветки на землю по отношению к явлению притяжения?

A. Независимым процессом. Б. Физическим явлением. B. Опытным фактом. Г. Причиной. Д. Следствием

4. Что из перечисленного является физическим телом?

1. Уран; 2. Вода; 3. Ноги

Вариант 2

1. Каике явления не относятся к физическим?

1. Вращение Луны вокруг Земли. 2. Гниение соломы. 3. Образование капель росы

2. Каким образом изучались перечисленные явления?

1. Луна находится между Солнцем и Землей. Происходит затмение Солнца. 2. Луна попадает в тень Земли. Происходит затмение Луны.

3. При нагревании воск плавится. Чем является процесс нагревания по отношению к процессу плавления воска?

А. Причиной. Б. Следствием. В. Опытным фактом. Г. Независимым процессом. Д. Физическим явлением

4. Что из перечисленного является физическим телом?

1. Самолет. 2. Рассвет. 3. Золото

III. Новый материал

План

1. Физические величины механики.

2. Длина. Методы измерения расстояний.

3. Время. Масса.

4. Кратные и дольные единицы.

1. Измеряют все: медики определяют температуру тела, объем легких, рост, пульс пациентов; продавцы взвешивают продукты, отмеряют метры тканей; портные снимают мерку с модниц; музыканты строго выдерживают ритм и темп, считая такты; фармацевты взвешивают порошки и отмеряют в склянки необходимое количество микстуры; учителя физкультуры не расстаются с рулеткой и секундомером, определяя выдающиеся спортивные достижения школьников... Все жители планеты измеряют, прикидывают, оценивают, сверяют, отсчитывают, различают, отмеряют, измеряют и считают, считают, считают...

Каждый из вас, без сомнения, знает, что, прежде чем измерять, нужно установить единицу, с которой вы будете сравнивать измеряемый отрезок пути или промежуток времени, или массу тела и т. п. Вспомните-ка, играя в футбол, расстояние вы измеряли в «шагах». («Будем бить пенальти с семи шагов!»)

Ясно и другое: о единицах нужно договариваться всем миром, иначе возникнет невообразимая путаница. В играх и то возможны недоразумения: у одного шаг короче, у другого - длиннее.

Ученые всего мира предпочитают работать с согласованной и логически последовательной системой единиц измерения. На Генеральной конференции мер и весов в 1968 г. было достигнуто соглашение о международной системе единиц - Systems International d’Unite’s (сокращенно - «единицы измерения СИ»). Эта система включает семь основных единиц измерения, а все остальные единицы измерения выводятся из основных умножением или делением одной единицы на другую без числовых пересчетов. В СИ каждая физическая величина имеет только одну единицу измерения, которая может быть или основной единицей, или же единицей, выведенной из основных единиц измерения. Для удобства работы порядки и подпорядки единиц измерения могут быть получены путем добавления определенной приставки к названию используемой единицы. Базовыми единицами измерения являются семь следующих: метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела (свеча) и моль (грамм-моль). См. таблицу.

Физическая величина	Наименование основной единицы СИ	Обозначение единицы
Длина	метр	м
Масса	килограмм	кг
Время	секунда	с
Сила электрического тока	ампер	А
Термодинамическая температура	кельвин	К
Сила света	кандела	кд
Количество вещества	моль	моль

2. Все события происходят с телами, занимающими определенное место в пространстве. Измерение длины (расстояний, размеров тел) - самая насущная потребность не только в науке, но и в производстве и в быту.

За единицу длины принят метр (от греч. metron - мера).

Метр - единица длины, равная расстоянию, которое проходит свет в вакууме за время 1/299792458 с.

Это определение следует из формулы расстояния, проходимого за промежуток времени t со скоростью с:

l = с · t = 299792458 м/с. (1/299792458) с = 1 м.

До 1960 г. эталоном метра был брусок из сплава платины с иридием, на котором нанесены два штриха. Брусок хранится в Международном бюро мер и весов под Парижем (г. Севр). С тех пор 1 м такой, какой есть. Многие государства имеют копию эталона. По ней сверяют измерительные приборы, используемые в науке и производстве, а производственники изготавливают приборы для повседневных нужд: рулетки, измерительные ленты, деревянные, пластмассовые и металлические линейки.

Упражнение 1. Измерьте длину, ширину и высоту бруска.

Правильно запишите результаты.

Упражнение 2. Измерьте с помощью одной только линейки длину отрезка между двумя самыми удаленными точками закрытого спичечного коробка.

Подсказка: в качестве дополнительного средства можно использовать стол.

Упражнение 3. Определите с помощью измерительной ленты длину окружности собственной головы, талии, бицепсов.

3. Для измерения сравнительно небольших расстояний и размеров тел используют рулетку, метр, линейку. Если измеряемые размеры и расстояния малы и требуется большая точность, то измерения проводят штангенциркулем, микрометром.

При измерении больших расстояний широко применяются триангуляция, метод параллажа и радиолокация.

Например, расстояние до Луны или звезд измеряют методом триангуляции.

Зная базу - расстояние l между двумя телескопами, расположенными в точках А и В на земле, и углы б1 и б2, под которыми они направлены на Луну, - можно найти расстояния АС и ВС: .

В настоящее время расстояние до ближайших к Земле планет измеряется методом лазерной локации.

Смысл локации очень прост: посылают сигнал, он отражается от предмета и через некоторое время возвращается к прибору - приемнику.

Измеряя промежуток времени t0, через который возвращается отраженный луч, и зная скорость света с, можно найти расстояние до планеты: .

4. Время - мера скорости, с которой происходят какие-либо изменения, т. е. мера скорости развития событий.

В основу измерения времени положены периодические, повторяющиеся процессы, например колебание груза на нити или на пружине, биение сердца и др.

Давно замечено: наибольшей устойчивостью и повторяемостью обладают астрономические явления: день сменяется ночью, регулярно чередуются времена года. Эти явления связаны с движением Солнца на небесной сфере. На их основе и создан календарь.

Измерение небольших промежутков времени (порядка 1 ч) долго оставалось трудной задачей. Трудности преодолел блестящий голландский математик и физик Христиан Гюйгенс, который в 1657 г. изобрел замечательный механизм. В его часах ритм задает и сохраняет маятник, а колебания поддерживает гиря.

Несмотря на постоянное совершенствование часов и увеличение точности измерения времени, секунду (определенную как 1/864000 суток) нельзя было использовать в качестве постоянного эталона времени.

В 1967 г. был введен новый эталон секунды.

Секунда - единица времени, равная 9192631770 периодам излучения изотопа атома цезия - 133.

Упражнение 1. Один из героев Марка Твена утверждал, что в деревне время течет медленнее, чем в городе. Как вы объясните подобное ощущение?

Упражнение 2. Сделайте с помощью секундомера несколько измерений:

а) определите частоту (количество ударов в минуту) собственного пульса;

б) проверьте свое «чувство времени»: пустите секундомер и остановите его, не глядя на циферблат, когда, по вашему ощущению, пройдет 1 мин (5 мин), а затем посмотрите на показания и определите расхождение.

5. Массой обладают все тела: твердые, жидкие, газообразные, большие по размерам (звезды) и маленькие (песчинки). И лично вы обладаете некоторой массой и, наверное, знаете ее значение.

О массе тел вы вспоминаете в самых различных ситуациях: при покупке продуктов, в спортивных играх, строительстве и огородничестве и т. п. - во всех видах деятельности у вас найдется повод поинтересоваться массой того или иного тела.

Думаю, вам нетрудно будет привести несколько примеров из собственной жизни и деятельности, когда масса тела имела существенное значение для успеха дела. Так что такое масса?

Масса не менее загадочная величина, чем время. Иногда говорят: масса - мера количества вещества. Известно, что масса прямо не зависит от размеров тела.

Упражнение 1. Не приходилось ли вам встречать тела больших объемов, но маленькой массы и, наоборот, маленьких объемов, но большей массы? Для каких тел справедливо утверждение: чем больше объем, тем больше масса?

- Как масса проявляет себя?

Первое явление, в котором масса тел играет определенную роль, - это всемирное тяготение: любые два тела, обладающие массами m1 и m2, притягиваются друг к другу тем сильнее, чем больше их массы.

Второе явление, в котором проявляет себя свойство тел, - масса - тоже связано с взаимодействием. Тела постоянно взаимодействуют: сидя на стуле, вы взаимодействуете с сиденьем, сиденье - с ножками, а ножки - с полом; при ходьбе или беге вы взаимодействуете с поверхностью Земли.

Чтобы выяснить, как именно проявляет себя масса тел при взаимодействии, поставим несложный опыт. На горизонтальном столе будем расталкивать с помощью пружины (она обеспечивает взаимодействие) две легкоподвижные тележки. Опыт проводится несколько раз с изменением массы одной из тележек с помощью дополнительных грузов.

Упражнение 2. Проводя опыт, внимательно наблюдайте за тележками и постарайтесь ответить на вопросы: 1. Что происходит с тележками при взаимодействии, что именно изменяется у тележки? 2. Как связано это изменение с массой тележек?

Масса тела проявляет себя при тяготении. При тяготении масса (ее называют гравитационной) определяет не только изменение скорости тел, но и силу взаимодействия, а при других взаимодействиях - только изменение скорости (эту массу называют инертной).

Итак, можно определить три основные особенности этой физической величины. Масса - это:

- мера количества вещества и энергии;

- мера инертности;

- мера гравитационного взаимодействия.

За единицу массы принят килограмм.

Килограмм - единица массы, равная массе международного эталона килограмма. Такова масса эталона - цилиндра из сплава платины с иридием. Этот эталон хранят особенно тщательно, так как природного аналога, с помощью которого эталон можно воссоздать, нет.

Упражнение 3. Оцените с помощью мышц (положив на ладонь) массу некоторых тел, а потом проверьте с помощью весов, насколько вы ошиблись.

6. Кратные и дольные единицы. Часто применяют единицы, которые в 10,100, 1000 и т. д. раз больше принятых единиц (кратные). Эти единицы получили наименования с соответствующими приставками, взятыми из греческого языка. «Дета-» - 10, «гекто-» - 100, «кило-» - 1000 и др.

Если используются единицы, которые в 10, 100 и 1000 и т. д. раз меньше принятых единиц (дольные), то применяют приставки, взятые из латинского языка. «Деци-» - 0,1; «санти-» - 0,01; «милли-» - 0,001.

Пример. Длина теннисной ракетки 60 см. Выразите ее длину в метрах (м).

IV. Закрепление изученного

1. Какие примеры физических величин вы можете привести?

2. Что значит измерить физическую величину? Пример.

3. Какие примеры единиц длины и времени вы можете привести?

4. Какие кратные и дольные единицы вам известны?

5. Назовите основные физические величины.

Домашнее задание

Экспериментальное задание. Измерьте с помощью линейки диаметр шарика.