Badanie gęstości substancji rozpoczyna się w trakcie fizyki w szkole średniej. Koncepcja ta jest uważana za fundamentalną w dalszym przedstawianiu podstaw teorii kinetyki molekularnej na zajęciach z fizyki i chemii. Celem badania struktury materii, metod badawczych można przyjąć, że jest formowanie naukowych wyobrażeń o świecie.
Pierwotne pomysły dotyczące pojedynczego obrazu świata są podane przez fizykę. Klasa 7 bada gęstość materii na podstawie najprostszych pomysłów dotyczących metod badawczych, praktycznego zastosowania pojęć i wzorów fizycznych.
Metody badań fizycznych
Jak wiadomo, wśród metod badania zjawisk naturalnych wyróżnia się obserwacja i eksperyment. W szkole podstawowej uczy się obserwacji zjawisk przyrodniczych: wykonuje się proste pomiary, często prowadzi się „Kalendarz przyrody”. Te formy uczenia się mogą doprowadzić dziecko do potrzeby poznawania świata, porównywania obserwowanych zjawisk, identyfikowania związków przyczynowo-skutkowych.
Jednak tylko w pełni przeprowadzony eksperyment da młodemu badaczowi narzędzia do odkrywania tajemnic natury. Rozwijanie umiejętności eksperymentalnych, badawczych odbywa się na zajęciach praktycznych oraz w trakcie pracy laboratoryjnej.
Eksperyment w toku fizyki zaczyna się od zdefiniowania takich wielkości fizycznych jak długość, powierzchnia, objętość. Jednocześnie nawiązuje się związek między wiedzą matematyczną (dość abstrakcyjną dla dziecka) a wiedzą fizyczną. Odwołanie się do doświadczenia dziecka, uwzględnienie faktów znanych mu od dawna z naukowego punktu widzenia przyczynia się do ukształtowania w nim niezbędnych kompetencji. Celem nauki w tym przypadku jest chęć samodzielnego zrozumienia nowego.
Badanie gęstości
Zgodnie z problematyczną metodą nauczania, na początku lekcji możesz zadać znaną zagadkę: „Co jest cięższe: kilogram puchu czy kilogram żeliwa?” Oczywiście 11-12-latkowie mogą z łatwością odpowiedzieć na pytanie, które znają. Ale odniesienie się do istoty problemu, umiejętność ujawnienia jego osobliwości, prowadzi do koncepcji gęstości.
Gęstość substancji to masa jednostki jej objętości. Tablica gęstości substancji, zwykle podawana w podręcznikach lub podręcznikach, pozwala ocenić różnice między substancjami, a także stany skupienia substancji. Wskazanie omówionej wcześniej różnicy we właściwościach fizycznych ciał stałych, cieczy i gazów, wyjaśnienie tej różnicy nie tylko w budowie i wzajemnym ułożeniu cząstek, ale także w matematycznym wyrażeniu właściwości substancji, przyjmuje nauka fizyki na inny poziom.
Tabela pozwala skonsolidować wiedzę na temat fizycznego znaczenia badanego pojęciagęstość substancji. Dziecko, udzielając odpowiedzi na pytanie: „Co oznacza wartość gęstości określonej substancji?”, Rozumie, że jest to masa 1 cm3 (lub 1 m 3) substancje.
Kwestię jednostek gęstości można poruszyć już na tym etapie. Konieczne jest rozważenie sposobów przeliczania jednostek miar w różnych układach odniesienia. Pozwala to pozbyć się statycznego myślenia, zaakceptować inne systemy rachunku różniczkowego także w innych sprawach.
Oznaczanie gęstości
Oczywiście, nauka fizyki nie może być kompletna bez rozwiązywania problemów. Na tym etapie wprowadzane są formuły obliczeniowe. Wzór na gęstość w fizyce klasy 7 jest prawdopodobnie pierwszym fizycznym stosunkiem wielkości dla dzieci. Zwraca się na nią szczególną uwagę nie tylko ze względu na badanie pojęć gęstości, ale także na fakt nauczania metod rozwiązywania problemów.
Na tym etapie powstaje algorytm rozwiązywania fizycznego problemu obliczeniowego, ideologia stosowania podstawowych formuł, definicji, wzorców. Nauczyciel stara się nauczyć analizy problemu, sposobu poszukiwania nieznanego, specyfiki posługiwania się jednostkami miary za pomocą takiego stosunku, jak wzór na gęstość w fizyce.
Przykład rozwiązywania problemów
Przykład 1
Określ, z jakiej substancji jest zrobiony sześcian o masie 540 g i objętości 0,2 dm3.
ρ -? m=540 g, V=0,2 dm3 =200 cm3
Analiza
Na podstawie pytania o problem rozumiemy, że pomoże nam to określić materiał, z którego wykonana jest kostkatabela gęstości dla ciał stałych.
W konsekwencji wyznaczmy gęstość materii. W tabelach ta wartość jest podana w g/cm3, więc objętość z dm3 przełożona na cm3.
Decyzja
Z definicji: ρ=m: V.
Dane są: objętość, masa. Gęstość materii można obliczyć:
ρ=540g: 200cm3=2,7g/cm3, co odpowiada aluminium.
Odpowiedź: kostka jest wykonana z aluminium.
Określanie innych ilości
Korzystanie ze wzoru obliczania gęstości umożliwia określenie innych wielkości fizycznych. Masę, objętość, wymiary liniowe ciał związane z objętością można łatwo obliczyć w zadaniach. Znajomość wzorów matematycznych do wyznaczania powierzchni i objętości kształtów geometrycznych wykorzystywana jest w zadaniach, co pozwala wyjaśnić potrzebę studiowania matematyki.
Przykład 2
Określ grubość warstwy miedzi pokrywającej część o powierzchni 500 cm2 jeśli wiadomo, że do pokrycia użyto 5 g miedzi.
h - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8.92g/cm3.
Analiza
Tabela gęstości substancji pozwala określić gęstość miedzi.
Użyjmy wzoru obliczania gęstości. W tym wzorze istnieje objętość substancji, na podstawie której można określić wymiary liniowe.
Decyzja
Z definicji: ρ=m: V, ale w tym wzorze nie ma pożądanej wartości, więc używamy:
V=S x wys.
Podstawiając do głównego wzoru, otrzymujemy: ρ=m: Sh, skąd:
h=m: S xρ.
Oblicz: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0,0011 cm=11 mikronów.
Odpowiedź: Grubość warstwy miedzi wynosi 11 mikronów.
Eksperymentalne wyznaczanie gęstości
Eksperymentalny charakter nauk fizycznych jest demonstrowany w trakcie eksperymentów laboratoryjnych. Na tym etapie nabywa się umiejętności przeprowadzania eksperymentu, wyjaśniania jego wyników.
Praktyczne zadanie określenia gęstości materii obejmuje:
- Określanie gęstości cieczy. Na tym etapie faceci, którzy już używali cylindra miarowego, mogą łatwo określić gęstość cieczy za pomocą wzoru.
- Określanie gęstości ciała stałego o regularnym kształcie. To zadanie również nie budzi wątpliwości, ponieważ rozważano już podobne problemy obliczeniowe i zdobyto doświadczenie w pomiarach objętości za pomocą liniowych wymiarów ciał.
- Określanie gęstości ciała stałego o nieregularnym kształcie. Wykonując to zadanie posługujemy się metodą określania objętości ciała o nieregularnym kształcie za pomocą zlewki. Warto jeszcze raz przypomnieć cechy tej metody: zdolność ciała stałego do wypierania cieczy, której objętość jest równa objętości ciała. Co więcej, zadanie jest rozwiązywane w standardowy sposób.
Pytania o zwiększonej złożoności
Możesz skomplikować zadanie, zapraszając chłopaków do określenia substancji, z której zbudowane jest ciało. Tabela gęstości użytych w tym przypadku substancji pozwala zwrócić uwagę na konieczność pracy zinformacje ogólne.
Rozwiązując problemy eksperymentalne, studenci muszą posiadać niezbędną wiedzę z zakresu posługiwania się przyrządami fizycznymi i przeliczania jednostek miar. Często to właśnie powoduje najwięcej błędów i niedociągnięć. Być może na ten etap nauki fizyki należy poświęcić więcej czasu, pozwala to na porównanie wiedzy i doświadczeń badawczych.
Gęstość nasypowa
Badanie czystej substancji jest oczywiście interesujące, ale jak często można znaleźć czyste substancje? W życiu codziennym spotykamy się z mieszankami i stopami. Jak być w tym przypadku? Koncepcja gęstości nasypowej zapobiegnie popełnianiu przez uczniów typowego błędu polegającego na stosowaniu średnich wartości gęstości substancji.
Bardzo konieczne jest wyjaśnienie tej kwestii, aby dać możliwość zobaczenia, odczucia różnicy między gęstością substancji a gęstością nasypową na wczesnym etapie. Zrozumienie tej różnicy jest konieczne w dalszych badaniach fizyki.
Ta różnica jest niezwykle interesująca w przypadku materiałów sypkich. Możliwe jest umożliwienie dziecku badania gęstości nasypowej w zależności od zagęszczenia materiału, wielkości poszczególnych cząstek (żwir, piasek itp.) podczas początkowej działalności badawczej.
Względna gęstość substancji
Porównanie właściwości różnych substancji jest dość interesujące, oparte na wartościach względnych. Jedną z tych wielkości jest względna gęstość materii.
Zazwyczaj względna gęstość substancji jest określana przezw kierunku wody destylowanej. Jako stosunek gęstości danej substancji do gęstości wzorca wartość tę określa się za pomocą piknometru. Ale ta informacja nie jest wykorzystywana w szkolnym kursie nauk przyrodniczych, jest interesująca do głębokiej nauki (najczęściej fakultatywnej).
Na olimpijski poziom studiowania fizyki i chemii może również wpływać koncepcja „gęstości względnej substancji w odniesieniu do wodoru”. Zwykle stosuje się go do gazów. Aby określić gęstość względną gazu, określa się stosunek masy molowej badanego gazu do masy molowej wodoru. Stosowanie względnej masy cząsteczkowej nie jest wykluczone.
