Физические величины и их измерение

ПРЕДИСЛОВИЕ

В предлагаемом пособии дается краткое систематическое изложение учебного материала по физике для 7-го класса в соответствии с новой программой, разработанной авторами этого пособия.

Причины, побудившие к изменению программы 7-го класса по физике:

а) большая программная нагрузка на 9-й класс (особенно физико-математический), связанная с большим объемом фактического материала, содержащего много новых понятий; сложный и новый для учащихся математический аппарат;

б) значительная важность материала для понимания последующих разделов физики.

Суть изменений:

В предлагаемом тематическом планировании учебного материала по физике для 7-го класса программа расширена за счет введения в рассмотрение следующих вопросов из программы 9-го класса:

§ Международная система единиц (SI);

§ понятие о погрешностях измерений и их оценка при прямых измерениях;

§ равнопеременное движение в естественной системе координат и его графическое представление;

§ первый, второй, третий законы Ньютона;

§ закон всемирного тяготения;

§ масса, как мера инертных и гравитационных свойств тела, а так же мера количества вещества;

§ виды деформаций;

§ закон Гука;

§ равнодействующая сил;

§ разложение силы на составляющие;

§ сухое и жидкое трение;

§ условия равновесия тел;

§ простые механизмы;

§ кинетическая энергия, потенциальная энергия взаимодействия тела с Землей и упруго деформированного тела, внутренняя энергия.

Тематическое планирование

(93 ч, 3 ч в неделю)

Тема	Кол-во часов
Введение Что изучает физика. Физические явления. Некоторые физические термины: тело, вещество, материя. Наблюдения и опыты. Физические величины. Международная система единиц (СИ). Измерительные приборы. Пределы измерений. Алгоритм нахождения цены деления измерительного прибора и погрешности измерений. Абсолютная и относительная погрешности измерений. Физика и техника. Фронтальная лабораторная работа: 1. Определение цены деления измерительного прибора.
Первоначальные сведения о строении вещества Основные положения молекулярной теории строения вещества и их опытное обоснование. Молекулы. Движение молекул. Диффузия. Броуновское движение. Связь температуры тела со скоростью движения его молекул. Взаимное притяжение и отталкивание молекул. Явления смачивания и несмачивания. Агрегатные состояния вещества. Объяснение свойств различных состояний на основе молекулярно-кинетических представлений о строении вещества. Фронтальная лабораторная работа: 1. Измерение размеров малых тел.
Механическое движение Механическое движение. Система отсчета. Материальная точка. Поступательное движение. Траектория. Естественная система координат. Путь. Скорость. Равномерное движение. Графическое представление равномерного движения. Равнопеременное движение. Графическое представление равнопеременного движения.
Динамика. Силы в природе Явление инерции. Первый закон Ньютона. Инерциальные системы отсчета. Взаимодействие тел. Инертность тела. Масса тела. Измерение массы тела с помощью весов. Плотность вещества. Сила. Графическое изображение силы. Второй и третий законы Ньютона. Явление тяготения. Закон всемирного тяготения, границы его применимости. Сила тяжести. Сила упругости. Деформация и ее виды. Закон Гука. Вес. Понятие о невесомости. Динамометр. Равнодействующая сил. Сложение сил, действующих по одной прямой. Сложение двух сил, направленных под углом друг к другу. Разложение силы на две составляющие, направленные под углом друг к другу. Силы трения. Трение при скольжении, качении, покое. Сила сопротивления при движении тела в вязкой среде. Подшипники. Фронтальные лабораторные работы: 1. Измерение массы тела на рычажных весах. 2. Измерение объема тела. 3. Измерение плотности тела. 4. Градуирование пружины и измерение сил динамометром.
Давление твердых тел, жидкостей и газов Давление. Давление твердых тел. Давление газа. Объяснение давления газа на основе молекулярно-кинетических представлении. Зависимость давления газа от его микро- и макропараметров. Передача давления твердым телом, жидкостью и газом. Закон Паскаля. Давление в жидкости и газе. Сообщающиеся сосуды и законы для однородных и неоднородных несмешивающихся жидкостей. Шлюзы. Водопровод. Гидравлический пресс. Гидравлический тормоз. (Пневматические машины и инструменты: отбойный молоток и пневматический тормоз) Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Барометр-анероид. Изменение атмосферного давления с высотой. Манометры. Насосы.
Выталкивающая сила Архимедова сила. Условия плавания тел. Водный транспорт. Осадка судна. Ватерлиния. Водоизмещение судна. Грузоподъемность судна. Воздухоплавание. Подъемная сила. Фронтальные лабораторные работы: 1. Измерение выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело. 2. Выяснение условий плавания тела в жидкости.
Простые механизмы Работа силы. Мощность. Простые механизмы. Рычаг. Виды рычагов. Условия равновесия рычага. Плечо силы. Момент силы. Правило моментов. Неподвижный и подвижный блоки. Ворот. Наклонная плоскость. Равновесие тела на наклонной плоскости. Клин. Винт. «Золотое правило» механики. КПД механизма. Фронтальные лабораторные работы: 1. Выяснение условия равновесия рычага. 2.Измерение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости.
Энергия Энергия. Потенциальная энергия системы «тело - Земля», упруго деформированной пружины. Кинетическая энергия. Превращение одного вида механической энергии в другой. Закон сохранения полной механической энергии. Внутренняя энергия. Закон сохранения энергии. Энергия рек и ветра.
Резерв

ВВЕДЕНИЕ

Физика как наука.

Физика (греч. «фюзис» - природа) – наука о природе.

Всякие изменения, происходящие в природе, называют физическими явлениями.

Физика изучает механические, тепловые, электрические, магнитные, звуковые, световые и другие явления (физические явления).

Задача физики состоит в том, чтобы изучать явления, находить и описывать их причины.

Специальные слова, которые используются в физике для краткости и удобства, общения, называются физическими терминами.

Физическое тело (тело) – все то, что обладает формой и объемом.

Вещество – то, из чего состоят физические тела.

Материя – то, что реально существует в окружающем нас мире и, действуя на наши органы чувств, вызывает ощущения.

Материя может существовать в двух формах:

· вещество,

· поле.

Основными методами изучения физических явлений являются наблюдение и эксперимент (опыт).

Наблюдение – целенаправленное осмысленное восприятие специально отобранных тел и процессов связанное с их существованием.

Эксперимент (опыт) – это процесс, проводимый человеком по заранее обдуманному плану при помощи вспомогательных средств для получения ответа на поставленный вопрос о природных явлениях и закономерностях.

Физические величины и их измерение.

а) Свойства тел и явления количественно описываются физическими величинами.

Физические величины принято обозначать буквами латинского и греческого алфавитов.

Латинский алфавит	Греческий алфавит
Буквы	Название буквы	Буквы	Название буквы
A a	а	Α α	альфа
B b	бе	Β β	бета
C c	це	Γ γ	гамма
D d	де	Δ δ	дельта
E e	е	Ε ε	эпсилон
F f	эф	Ζ ζ	дзета
G g	же	Η η	эта
H h	аш	Θ θ	тэта
I i	и	Ι ι	йота
J j	жи	Κ κ	каппа
K k	ка	Λ λ	ламбда
L l	эль	Μ μ	мю
M m	эм	Ν ν	ню
N n	эн	Ξ ξ	кси
O o	о	Ο ο	омикрон
P p	пе	Π π	пи
Q q	ку	Ρ ρ	ро
R r	эр	Σ σ	сигма
S s	эс	Τ τ	тау
T t	те	Υ υ	ипсилон
U u	у	Φ φ	фи
V υ	ве	Χ χ	хи
W w	дубль-ве	Ψ ψ	пси
X x	икс	Ω ω	омега
Y y	игрек
Z z	зет

Физическую величину можно измерить.

Измерить физическую величину – это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Для каждой физической величины приняты свои единицы измерения.

Для удобства все страны мира используют единые единицы измерения физических величин. В настоящее время принята Международная система единиц (сокращенно СИ – Система Интернациональная (от англ. SI – Systeme Internationale)). В СИ выбираются единицы только для нескольких физических величин. Эти единицы называют основными.

В механике, например, единица длины – метр или [ l ] = 1 м;

единица массы – килограмм или [m] = 1кг;

единица времени – секунда или [t] = 1 с.

Для других физических величин единицы устанавливают с помощью законов, которые связывают их с основными. Полученные таким образом единицы физических величин называют производными единицами. Например, единица скорости – метр в секунду или [υ] = 1 , т. к. .

В физике для сокращения записи больших и малых значений физических величин применяют кратные и дольные единицы. Эти единицы образуются путем добавления соответствующей приставки к наименованию основной единицы (например, кило+метр=километр).

Приставки для образования кратных и дольных единиц.

Наименование приставки	Обозначение приставки	Множитель
Дольные	пико	п	10^–12
нано	н	10^–9
микро	мк	10^–6
милли	м	10^–3
санти	с	10^–2
деци	д	10^–1
Кратные	дека	да	10¹
гекто	г	10²
кило	к	10³
мега	М	10⁶
гига	Г	10⁹
тера	Т	10¹²

б) Для измерения физических величин необходимы различные физические приборы.

Физические приборы бывают цифровые и шкальные.

Прежде, чем начать проводить измерения с помощью шкального прибора, необходимо определить цену деления шкалы и пределы измерения этого прибора.

Цена деления – это значение изменения физической величины, соответствующее наименьшему делению шкалы измерительного прибора.

Для определения цены деления шкалы прибора необходимо:

· Выбрать на шкале два ближайших оцифрованных штриха;

· Подсчитать количество делений между ними;

· Разделить разность чисел около штрихов на количество делений.

Пределы измерения определяются максимальным (наибольшим) и минимальным (наименьшим) значениями физической величины, которые могут быть измерены с помощью данного прибора.

в) Измерение любой физической величины никогда не бывает абсолютно точным. При измерениях неизбежны погрешности (неточности, ошибки), которые обусловлены несовершенством приборов, воздействием внешних факторов (ветер, колебания зданий и т.д.), индивидуальными свойствами наблюдателя.

Для того чтобы результат измерения был ближе к истинному значению, необходимо проводить измерения одной и той же величины несколько раз.

Тогда истинное значение измеряемой физической величины будет лежать в интервале ,

где – истинное значение измеряемой величины;

- среднее арифметическое значение результатов отдельных измерений физической величины;

- средняя абсолютная погрешность измерений.

, где x_i – значения результатов отдельных измерений величины;

n – число проведенных измерений.

, где Δx_i – абсолютная погрешность отдельного измерения;

n – число проведенных измерений.

Абсолютная погрешность измерения равна разности между результатом измерения и средним значением физической величины.

Результат измерения записывают так:

Если повторные измерения дали одинаковые результаты, то истинное значение измеряемой величины лежит в интервале ,

где – истинное значение измеряемой величины;

x – значение физической величины, полученное в результате измерения;

Δx – абсолютная погрешность измерения.

В этом случае абсолютная погрешность измерения равна половине цены деления шкалы прибора. ,

где x_c –цена деления шкалы прибора.

Примечание: При сложении и вычитании физических величин их абсолютные погрешности складываются, т.е. если и , то .

При умножении физических величин и истинное значение их произведения записывается так: .

При делении физических величин и истинное значение их частного записывается так: .

Качество измерений характеризуется относительной погрешностью.

Относительная погрешность равна отношению средней абсолютной погрешности к среднему значению измеренной физической величины. Относительную погрешность выражают в процентах.

Задание: 1) Время некоторого процесса измерялось с помощью секундомера. В серии из десяти опытов получены следующие результаты: 89,56 с; 89,54 с; 89,50 с; 89,60 с; 89,58 с; 89,50 с; 89,62 с; 89,48 с; 89,60 с; 89,62 с.

Определите среднее значение времени процесса; абсолютную погрешность каждого опыта серии; среднюю абсолютную погрешность и относительную погрешность измерения времени данного процесса. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу в рабочей тетради: