Физические величины

Цели урока: познакомиться с понятием «физическая величина»; научиться измерять физические величины при помощи простейших из¬мерительных средств.

Оборудование: линейка, мензурка, секундомер, термометр, другие измерительные приборы.

Ход урока

I.Повторение

В самом начале урока следует повторить материал прошлого урока. Для этого можно ответить на вопросы:

1. Существует ли разница между физическими понятиями «материя» и «вещество»?
2. Как вы понимаете слова «тело», «вещество»? Приведите примеры физических тел и веществ.
3. Что означают слова: «Это тело материально»?
4. Приведите примеры физических явлений. Какие группы явлений изучает физика?
5. Приведите примеры физических явлений и укажите их причины.
6. Приведите примеры физических явлений, которые не получили научного объяснения. Как вы думаете, сумеем ли мы когда-либо объяснить причины этих явлений?
7. Может ли существовать в природе какое-либо явление, не имеющее причины?
8. Какую роль играет в физике опыт? Приведите примеры из области механических (тепловых, электрических и др.) явлений.
9. Каковы источники наших знаний о явлениях природы?
10. Что необходимо предпринять для того, чтобы получить научные знания об окружающем нас мире?
11. Сумеете ли вы возразить вашему собеседнику, если он скажет: «В изучении живых организмов знания по физике нам совсем не помогают»?
12. Зачем нужно изучать науку о природе?

Подведите итоги проверки домашнего задания.

II.Изучение нового материала

С давних пор люди сталкивались с необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы и т. д.

Все окружающие нас тела имеют много свойств. Например, вода в чайнике обладает свойством занимать 2 л его объема, а прямоугольная доска с размерами 15 х 20 см обладает свойством занимать 300 см2 площади поверхности стола. Взгляните на рисунок:

Не только тела, но и явления обладают свойствами. Например, дождь может длиться 10 минут или 10 часов, а ветер может дуть со скоростью 5 км/ч или 100 км/ч (ураган). Эти значения являются количественными характеристиками дождя и ветра.

Количественная характеристика свойства тела или явления называется физической величиной. Каждая физическая величина имеет название, обозначение, числовое значение и единицы измерения. Рассмотрите следующую таблицу:

Мы говорим, что масса банки с медом – 4 кг, длина карандаша – 15 см, а время восхода Солнца – 6 часов утра. Откуда же появляются эти числа? И вообще, откуда берутся числовые значения физических величин?

Числовые значения физических величин появляются в ходе измерений. Измерить – значит сравнить с мерой, то есть образцом для сравнения. Например, мерой для массы меда служат гири, мерой длины карандаша – деления на линейке, а мерой времени восхода Солнца – положение стрелки на циферблате часов.

Меры бывают однозначными и многозначными. Например, гиря массой 2 кг или трехлитровая банка – однозначные меры, потому что с их помощью можно отмерить только 2 кг или только 3 л.

А деления на линейке или циферблате часов – многозначные меры. С их помощью можно отмерить целое множество значений: 2 см, 5 см, 20 см, 20 мин, 30 мин, 55 мин и т.д.

Никакая мера или измерительный прибор не являются абсолютно точными. Взгляните на рисунок. На чаши весов поставили две торговые гири с массами по 1 кг. Весы показывают, что массы гирь не равны. Еще пример. Возьмите у своего соседа по парте линейку и приложите к своей. Вы увидите, что деления на линейках совпадают не вполне точно. Из опытов следует вывод: измерительные приборы или меры вносят в результат измерения некоторую неточность – погрешность.

Наименее точные меры и приборы применяют в быту и торговле. Меры и приборы средней точности – в медицине и промышленности, а высшей точности – в метрологии (греч. "метрон" – мера). Метрология – смежная с физикой наука об измерениях, методах достижения их единства и высокой точности.

Взгляните на рисунок. Вы видите два термометра. Они показывают одинаковую температуру: 26 °С. Однако их шкалы отличаются друг от друга. В чем же их отличие?

Оказывается, равные количества делений на этих шкалах отмеряют разное количество градусов. Например, между штрихами 20° и 30° на левом термометре столько же делений (промежутков), сколько их между 20° и 40° на правом термометре. Подсчитайте: ровно 10 делений. Поэтому говорят, что шкалы этих термометров имеют различную цену делений.

Итак, 10 делений на левом термометре отмеряют 10 градусов (так как 30° – 20° = 10°), а 10 делений на правом термометре отмеряют уже 20 градусов (так как 40° – 20° = 20°). Следовательно, на одно деление шкалы левого термометра приходится 1 градус, а шкалы правого – 2 градуса.

Запишем наши вычисления в виде дробей:

Сформулируем правило. Чтобы вычислить цену делений шкалы, нужно: а) выбрать на шкале два ближайших оцифрованных штриха; б) сосчитать количество делений между ними; в) разность значений около выбранных штрихов разделить на количество делений.

Убедимся, что правый термометр показывает именно 26°С. Взгляните на рисунок. После отметки 20°С граница подкрашенного спирта поднялась на 3 деления. Так как цена делений равна 2°С/дел, то запишем равенство:

20°С + 3 дел · 2°С/дел = 20°С + 6°С = 26°С

Эти действия: взгляд на шкалу прибора и необходимые вычисления называются отсчетом по шкале измерительного прибора.

Погрешность прямых измерений.

Взгляните на рисунок. Внизу показано измерение длины карандаша, когда мы смотрим на него спереди, например, сидя на стуле. А вверху показано измерение длины, когда мы смотрим на карандаш сверху, к примеру, наклонившись над партой. Поэтому, несколько раз измеряя линейкой длину одного и того же карандаша, каждый из нас может получить разные результаты. Обобщенно мы скажем: при использовании любым человеком шкальных измерительных приборов возникает погрешность отсчета по шкале.

Наблюдения за людьми показывают, что допускаемая ими погрешность отсчета обычно не превосходит половины цены одного деления используемой шкалы. Например, цена делений линейки – 1 мм/дел. Следовательно, цена одного деления равна 1 мм. Тогда наибольшая погрешность отсчета по шкале составит 0,5 мм. Она возникает из-за неточности сравнения длины карандаша с мерой – делениями на шкале линейки.

Итак, погрешность результата измерения зависит от неточности сравнения измеряемого объекта с мерой и неточности самой меры или прибора. Поэтому считают, что наибольшая погрешность результата измерения равна половине цене одного деления шкалы.

Учитывая это, запишем результат измерения длины карандаша:

l_кар = 18,7 см ± 0,5 мм

В этой записи 18,7 см – это измеренное значение длины карандаша, а 0,5 мм – это наибольшая погрешность измерения. Значит, истинное значение длины карандаша лежит где-то внутри интервала, заключенного между числами 18,65 см и 18,75 см: