Štúdium hustoty látok sa začína na stredoškolskej fyzike. Tento koncept sa považuje za základný pri ďalšej prezentácii základov teórie molekulovej kinetiky v kurzoch fyziky a chémie. Účelom skúmania štruktúry hmoty, výskumných metód možno predpokladať formovanie vedeckých predstáv o svete.
Počiatočné predstavy o jedinom obrázku sveta sú dané fyzikou. 7. ročník študuje hustotu hmoty na základe najjednoduchších predstáv o metódach výskumu, praktickej aplikácii fyzikálnych pojmov a vzorcov.
Metódy fyzikálneho výskumu
Ako viete, medzi metódami štúdia prírodných javov sa rozlišuje pozorovanie a experiment. Pozorovanie prírodných javov sa vyučuje na základnej škole: robia sa jednoduché merania, často sa vedie „Kalendár prírody“. Tieto formy učenia môžu viesť dieťa k potrebe skúmať svet, porovnávať pozorované javy, identifikovať vzťahy príčina-následok.
Avšak iba plne vykonaný experiment poskytne mladému výskumníkovi nástroje na odhalenie tajomstiev prírody. Rozvoj experimentálnych a výskumných zručností sa uskutočňuje v praktických triedach a v priebehu laboratórnych prác.
Experiment v priebehu fyziky začína definíciami takých fyzikálnych veličín, ako je dĺžka, plocha, objem. Zároveň sa vytvára spojenie medzi matematickými (pre dieťa dosť abstraktnými) a fyzikálnymi vedomosťami. Apelujte na skúsenosti dieťaťa, zohľadňovanie faktov, ktoré sú mu už dlho známe z vedeckého hľadiska, prispieva k formovaniu potrebnej kompetencie v ňom. Účelom učenia je v tomto prípade túžba samostatne pochopiť nové.
Štúdium hustoty
V súlade s problematickou vyučovacou metódou si na začiatku hodiny môžete položiť známu hádanku: „Čo je ťažšie: kilogram páperia alebo kilogram liatiny?“Samozrejme, 11-12-ročné deti môžu ľahko odpovedať na otázku, ktorú poznajú. Ale riešenie podstaty problému, schopnosť odhaliť jeho zvláštnosť, vedie ku konceptu hustoty.
Hustota látky je hmotnosť jednotky jej objemu. Tabuľka hustoty látok, zvyčajne uvedená v učebniciach alebo referenčných knihách, vám umožňuje vyhodnotiť rozdiely medzi látkami, ako aj agregované stavy látky. Naznačenie rozdielu vo fyzikálnych vlastnostiach pevných látok, kvapalín a plynov, o ktorom sme už hovorili, vysvetlenie tohto rozdielu nielen v štruktúre a vzájomnom usporiadaní častíc, ale aj v matematickom vyjadrení charakteristík látky, má štúdium fyziky na inej úrovni.
Tabuľka vám umožňuje upevniť vedomosti o fyzickom význame skúmaného pojmuhustota látky. Dieťa, ktoré odpovedá na otázku: „Čo znamená hodnota hustoty určitej látky?“, Chápe, že ide o hmotnosť 1 cm3 (alebo 1 m 3) látky.
Otázka jednotiek hustoty môže byť nastolená už v tejto fáze. Je potrebné zvážiť spôsoby prevodu jednotiek merania v rôznych referenčných systémoch. To umožňuje zbaviť sa statického myslenia, akceptovať iné systémy kalkulu aj v iných veciach.
Určenie hustoty
Štúdium fyziky samozrejme nemôže byť úplné bez riešenia problémov. V tejto fáze sa zadávajú kalkulačné vzorce. Vzorec hustoty vo fyzike 7. ročníka je pravdepodobne prvým fyzikálnym pomerom veličín pre deti. Venuje sa jej osobitná pozornosť nielen z dôvodu štúdia pojmov hustoty, ale aj z dôvodu výučbových metód na riešenie problémov.
V tejto fáze je položený algoritmus na riešenie fyzikálneho výpočtového problému, ideológia aplikácie základných vzorcov, definícií, vzorov. Učiteľ sa snaží naučiť analýzu problému, spôsob hľadania neznámeho, zvláštnosti používania jednotiek merania pomocou takého pomeru, ako je vzorec hustoty vo fyzike.
Príklad riešenia problému
Príklad 1
Určite, z akej látky je vyrobená kocka s hmotnosťou 540 g a objemom 0,2 dm3.
ρ -? m=540 g, V=0,2 dm3 =200 cm3
Analýza
Na základe otázky problému chápeme, že nám pomôže určiť materiál, z ktorého je kocka vyrobenátabuľka hustoty pevných látok.
Poďme teda určiť hustotu hmoty. V tabuľkách je táto hodnota uvedená v g/cm3, takže objem z dm3 preložený do cm3.
Rozhodnutie
Podľa definície: ρ=m: V.
Je nám dané: objem, hmotnosť. Hustotu hmoty možno vypočítať:
ρ=540 g: 200 cm3=2,7 g/cm3, čo zodpovedá hliníku.
Odpoveď: kocka je vyrobená z hliníka.
Určenie iných množstiev
Používanie vzorca na výpočet hustoty vám umožňuje určiť ďalšie fyzikálne veličiny. Hmotnosť, objem, lineárne rozmery telies spojených s objemom sú ľahko vypočítateľné v úlohách. V úlohách sa využíva znalosť matematických vzorcov na určenie plochy a objemu geometrických útvarov, čo umožňuje vysvetliť potrebu štúdia matematiky.
Príklad 2
Určite hrúbku medenej vrstvy, ktorá pokrýva časť s povrchom 500 cm2, ak je známe, že na povlak bolo použitých 5 g medi.
h - ? S=500 cm2, m=5g, ρ=8,92 g/cm3.
Analýza
Tabuľka hustoty látok vám umožňuje určiť hustotu medi.
Použime vzorec na výpočet hustoty. V tomto vzorci je objem látky, na základe ktorého možno určiť lineárne rozmery.
Rozhodnutie
Podľa definície: ρ=m: V, ale v tomto vzorci nie je žiadna požadovaná hodnota, preto použijeme:
V=S x v.
Dosadením do hlavného vzorca dostaneme: ρ=m: Sh, odkiaľ:
h=m: S xρ.
Vypočítajte: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0,0011 cm=11 mikrónov.
Odpoveď: Hrúbka medenej vrstvy je 11 mikrónov.
Experimentálne stanovenie hustoty
Experimentálna povaha fyzikálnych vied sa demonštruje v priebehu laboratórnych experimentov. V tejto fáze sa získavajú zručnosti na vykonávanie experimentu a vysvetľovanie jeho výsledkov.
Praktická úloha na určenie hustoty hmoty zahŕňa:
- Určenie hustoty kvapaliny. V tejto fáze môžu chlapci, ktorí už použili odmerný valec, ľahko určiť hustotu kvapaliny pomocou vzorca.
- Určenie hustoty pevného telesa pravidelného tvaru. Táto úloha je tiež nepochybná, pretože podobné výpočtové problémy už boli zvážené a boli získané skúsenosti s meraním objemov pomocou lineárnych rozmerov telies.
- Určenie hustoty nepravidelne tvarovaného pevného telesa. Pri vykonávaní tejto úlohy používame metódu stanovenia objemu nepravidelne tvarovaného telesa pomocou kadičky. Je užitočné ešte raz pripomenúť vlastnosti tejto metódy: schopnosť pevného telesa vytlačiť kvapalinu, ktorej objem sa rovná objemu telesa. Ďalej je úloha vyriešená štandardným spôsobom.
Zložitejšie otázky
Úlohu môžete skomplikovať tým, že pozvete chlapcov, aby určili látku, z ktorej je telo vyrobené. Tabuľka hustoty látok použitých v tomto prípade vám umožňuje venovať pozornosť potrebe vedieť pracovaťzákladné informácie.
Pri riešení experimentálnych úloh musia mať študenti potrebné množstvo vedomostí v oblasti používania fyzikálnych prístrojov a prevodu jednotiek merania. Často práve to spôsobuje najväčší počet chýb a nedostatkov. Možno by sa tejto fáze štúdia fyziky malo venovať viac času, umožňuje vám porovnávať poznatky a skúsenosti z výskumu.
Hromadná hustota
Štúdium čistej látky je, samozrejme, zaujímavé, ale ako často sa čisté látky nachádzajú? V každodennom živote sa stretávame so zmesami a zliatinami. Ako byť v tomto prípade? Koncept objemovej hmotnosti zabráni študentom urobiť typickú chybu pri použití hodnôt priemernej hustoty látok.
Je mimoriadne potrebné objasniť tento problém, dať príležitosť vidieť, cítiť rozdiel medzi hustotou látky a objemovou hmotnosťou je v ranom štádiu. Pochopenie tohto rozdielu je nevyhnutné pri ďalšom štúdiu fyziky.
Tento rozdiel je mimoriadne zaujímavý v prípade sypkých materiálov. Je možné umožniť dieťaťu študovať objemovú hmotnosť v závislosti od zhutnenia materiálu, veľkosti jednotlivých častíc (štrku, piesku atď.) počas počiatočnej výskumnej činnosti.
Relatívna hustota látok
Porovnanie vlastností rôznych látok je celkom zaujímavé na základe relatívnych hodnôt. Relatívna hustota hmoty je jednou z týchto veličín.
Relatívna hustota látky je zvyčajne určenásmerom k destilovanej vode. Ako pomer hustoty danej látky k hustote štandardu sa táto hodnota určí pomocou pyknometra. Ale tieto informácie sa nepoužívajú v školskom kurze prírodných vied, sú zaujímavé pre hlboké štúdium (najčastejšie nepovinné).
Úroveň olympiády v štúdiu fyziky a chémie môže byť ovplyvnená aj konceptom „relatívnej hustoty látky vzhľadom na vodík“. Zvyčajne sa aplikuje na plyny. Na určenie relatívnej hustoty plynu sa zistí pomer molárnej hmotnosti skúmaného plynu k molárnej hmotnosti vodíka. Použitie relatívnej molekulovej hmotnosti nie je vylúčené.
