Vielu blīvuma izpēte sākas vidusskolas fizikas kursā. Šī koncepcija tiek uzskatīta par fundamentālu turpmākajā molekulārās kinētiskās teorijas pamatu izklāstā fizikas un ķīmijas kursos. Par matērijas uzbūves, pētniecības metožu izpētes mērķi var uzskatīt zinātnisku priekšstatu veidošanos par pasauli.
Sākotnējās idejas par vienotu pasaules attēlu sniedz fizika. 7. klasē tiek pētīts matērijas blīvums, pamatojoties uz vienkāršākajiem priekšstatiem par pētniecības metodēm, fizisko jēdzienu un formulu praktisko pielietojumu.
Fizikālās izpētes metodes
Kā zināms, starp dabas parādību izpētes metodēm izšķir novērošanu un eksperimentēšanu. Dabas parādību novērojumus māca pamatskolā: tiek veikti vienkārši mērījumi, bieži tiek glabāts “Dabas kalendārs”. Šīs mācīšanās formas var novest bērnu pie nepieciešamības izpētīt pasauli, salīdzināt novērotās parādības, noteikt cēloņu un seku attiecības.
Tomēr tikai pilnībā veikts eksperiments jaunajam pētniekam dos instrumentus, lai atklātu dabas noslēpumus. Eksperimentālo, pētniecisko iemaņu pilnveidošana notiek praktiskajās nodarbībās un laboratorijas darbu gaitā.
Eksperiments fizikas kursā sākas ar tādu fizisko lielumu definīcijām kā garums, laukums, tilpums. Tajā pašā laikā veidojas saikne starp matemātiskajām (bērnam diezgan abstraktām) un fiziskajām zināšanām. Apelācija uz bērna pieredzi, viņam ilgu laiku zināmu faktu apsvēršana no zinātniskā viedokļa veicina viņā nepieciešamās kompetences veidošanos. Mācīšanās mērķis šajā gadījumā ir vēlme patstāvīgi izprast jauno.
Studying Density
Atbilstoši problemātiskajai mācīšanas metodei, stundas sākumā var uzdot kādu labi zināmu mīklu: “Kas ir smagāks: kilograms pūku vai kilograms čuguna?” Protams, 11-12 gadus veci bērni var viegli atbildēt uz sev zināmu jautājumu. Taču, pievēršoties jautājuma būtībai, spējai atklāt savu īpatnību, rodas jēdziens par blīvumu.
Vielas blīvums ir tās tilpuma vienības masa. Vielu blīvuma tabula, kas parasti ir norādīta mācību grāmatās vai uzziņu grāmatās, ļauj novērtēt vielu atšķirības, kā arī vielas kopējos stāvokļus. Iepriekš apspriestā norāde uz atšķirību cietvielu, šķidrumu un gāzu fizikālajās īpašībās, šīs atšķirības skaidrojums ne tikai daļiņu struktūrā un savstarpējā izvietojumā, bet arī vielas īpašību matemātiskajā izteiksmē, tiek ņemts vērā. fizikas studijas citā līmenī.
Tabula ļauj nostiprināt zināšanas par pētāmā jēdziena fizisko nozīmivielas blīvums. Bērns, sniedzot atbildi uz jautājumu: “Ko nozīmē noteiktas vielas blīvuma vērtība?”, saprot, ka tā ir masa 1 cm3 (vai 1 m). 3) vielas.
Jau šajā posmā var aktualizēt jautājumu par blīvuma vienībām. Ir jāapsver mērvienību konvertēšanas veidi dažādās atskaites sistēmās. Tas ļauj atbrīvoties no statiskās domāšanas, pieņemt citas skaitļošanas sistēmas arī citos jautājumos.
Blīvuma noteikšana
Protams, fizikas studijas nevar būt pabeigtas bez problēmu risināšanas. Šajā posmā tiek ievadītas aprēķinu formulas. Blīvuma formula 7. klases fizikā, iespējams, ir pirmā daudzuma fiziskā attiecība bērniem. Tam tiek pievērsta īpaša uzmanība ne tikai blīvuma jēdzienu izpētes dēļ, bet arī problēmu risināšanas mācību metožu fakta dēļ.
Tieši šajā posmā tiek izveidots fizikālās skaitļošanas problēmas risināšanas algoritms, pamatformulu, definīciju, modeļu pielietošanas ideoloģija. Skolotājs mēģina iemācīt problēmas analīzi, veidu meklēt nezināmo, mērvienību lietošanas īpatnības, izmantojot tādu attiecību kā blīvuma formulu fizikā.
Problēmu risināšanas piemērs
1. piemērs
Nosakiet, no kādas vielas sastāv kubs ar masu 540 g un tilpumu 0,2 dm3.
ρ -? m=540 g, V=0,2 dm3 =200 cm3
Analīze
Pamatojoties uz problēmas jautājumu, mēs saprotam, ka tas mums palīdzēs noteikt materiālu, no kura izgatavots kubsblīvuma tabula cietvielām.
Līdz ar to noteiksim matērijas blīvumu. Tabulās šī vērtība ir norādīta g/cm3, tātad apjoms no dm3 tulkots uz cm3.
Lēmums
Pēc definīcijas: ρ=m: V.
Mums ir dots: tilpums, masa. Vielas blīvumu var aprēķināt:
ρ=540g: 200cm3=2,7g/cm3, kas atbilst alumīnijam.
Atbilde: kubs ir izgatavots no alumīnija.
Citu daudzumu noteikšana
Izmantojot blīvuma aprēķina formulu, varat noteikt citus fiziskos lielumus. Ar tilpumu saistīto ķermeņu masu, tilpumu, lineāros izmērus ir viegli aprēķināt uzdevumos. Uzdevumos tiek izmantotas matemātisko formulu zināšanas ģeometrisko formu laukuma un tilpuma noteikšanai, kas ļauj izskaidrot matemātikas apguves nepieciešamību.
2. piemērs
Nosakiet vara slāņa biezumu, kas pārklāj daļu ar virsmas laukumu 500 cm2, ja ir zināms, ka pārklājumam izmantoti 5 g vara.
h - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8,92g/cm3.
Analīze
Vielu blīvuma tabula ļauj noteikt vara blīvumu.
Izmantosim blīvuma aprēķina formulu. Šajā formulā ir norādīts vielas tilpums, pamatojoties uz kuru var noteikt lineāros izmērus.
Lēmums
Pēc definīcijas: ρ=m: V, bet šajā formulā nav vēlamās vērtības, tāpēc mēs izmantojam:
V=S x h.
Aizvietojot galveno formulu, iegūstam: ρ=m: Sh, no kurienes:
h=m: S xρ.
Aprēķināt: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0,0011 cm=11 mikroni.
Atbilde: Vara slāņa biezums ir 11 mikroni.
Eksperimentāla blīvuma noteikšana
Fizikas zinātnes eksperimentālais raksturs tiek demonstrēts laboratorijas eksperimentu gaitā. Šajā posmā tiek apgūtas eksperimenta veikšanas, tā rezultātu skaidrošanas prasmes.
Praktiskais uzdevums vielas blīvuma noteikšanai ietver:
- Šķidruma blīvuma noteikšana. Šajā posmā puiši, kuri jau ir izmantojuši graduētu cilindru, var viegli noteikt šķidruma blīvumu, izmantojot formulu.
- Regulāras formas cieta ķermeņa blīvuma noteikšana. Šis uzdevums ir arī neapšaubāms, jo līdzīgas skaitļošanas problēmas jau ir izskatītas un ir gūta pieredze, mērot tilpumus pēc ķermeņu lineārajiem izmēriem.
- Neregulāras formas cieta ķermeņa blīvuma noteikšana. Veicot šo uzdevumu, izmantojam neregulāras formas korpusa tilpuma noteikšanas metodi, izmantojot vārglāzi. Ir lietderīgi vēlreiz atgādināt šīs metodes iezīmes: cieta ķermeņa spēju izspiest šķidrumu, kura tilpums ir vienāds ar ķermeņa tilpumu. Tālāk uzdevums tiek atrisināts standarta veidā.
Sarežģītāki jautājumi
Uzdevumu var sarežģīt, aicinot puišus noteikt vielu, no kuras veidots ķermenis. Šajā gadījumā izmantoto vielu blīvuma tabula ļauj pievērst uzmanību nepieciešamībai prast arfona informācija.
Risinot eksperimentālus uzdevumus, studentiem ir jābūt nepieciešamajam zināšanu apjomam fizisko instrumentu lietošanas un mērvienību konvertēšanas jomā. Bieži vien tas izraisa vislielāko kļūdu un trūkumu skaitu. Varbūt šim fizikas studiju posmam vajadzētu atvēlēt vairāk laika, tas ļauj salīdzināt zināšanas un pētījumu pieredzi.
Lielapjoma blīvums
Tīras vielas izpēte, protams, ir interesanta, bet cik bieži tiek atrastas tīras vielas? Ikdienā mēs sastopamies ar maisījumiem un sakausējumiem. Kā būt šajā gadījumā? Tilpuma blīvuma jēdziens neļaus studentiem pieļaut tipisku kļūdu, izmantojot vielu vidējās blīvuma vērtības.
Ir ārkārtīgi nepieciešams noskaidrot šo jautājumu, dot iespēju redzēt, sajust atšķirību starp vielas blīvumu un tilpuma blīvumu ir agrīnā stadijā. Šīs atšķirības izpratne ir nepieciešama turpmākajā fizikas izpētē.
Šī atšķirība ir ārkārtīgi interesanta beztaras materiālu gadījumā. Sākotnējās pētnieciskās darbības laikā bērnam ir iespējams ļaut pētīt tilpuma blīvumu atkarībā no materiāla sablīvēšanās, atsevišķu daļiņu (grants, smilts u.c.) izmēra.
Vielu relatīvais blīvums
Dažādu vielu īpašību salīdzinājums ir diezgan interesants, pamatojoties uz relatīvajām vērtībām. Vielas relatīvais blīvums ir viens no šiem lielumiem.
Parasti vielas relatīvo blīvumu nosakapret destilētu ūdeni. Kā dotās vielas blīvuma attiecību pret standarta blīvumu šo vērtību nosaka, izmantojot piknometru. Bet šī informācija netiek izmantota skolas dabaszinātņu kursā, tā ir interesanta padziļinātām studijām (visbiežāk pēc izvēles).
Fizikas un ķīmijas studiju olimpiādes līmeni var ietekmēt arī jēdziens “vielas relatīvais blīvums attiecībā pret ūdeņradi”. To parasti piemēro gāzēm. Lai noteiktu gāzes relatīvo blīvumu, tiek atrasta pētāmās gāzes molārās masas attiecība pret ūdeņraža molmasu. Relatīvās molekulmasas izmantošana nav izslēgta.
