המחקר של צפיפות החומרים מתחיל במהלך הפיסיקה בתיכון. מושג זה נחשב לבסיסי בהצגה נוספת של היסודות של התיאוריה הקינטית המולקולרית בקורסי הפיזיקה והכימיה. מטרת חקר מבנה החומר, ניתן להניח ששיטות מחקר הן היווצרות רעיונות מדעיים על העולם.
רעיונות ראשוניים לגבי תמונה בודדת של העולם ניתנים על ידי הפיזיקה. כיתה ז' לומדת את צפיפות החומר על בסיס הרעיונות הפשוטים ביותר לגבי שיטות מחקר, יישום מעשי של מושגים ונוסחאות פיזיקליות.
שיטות מחקר פיזיקלי
כפי שאתה יודע, תצפית וניסוי נבדלים בין השיטות לחקר תופעות טבע. תצפיות על תופעות טבע נלמדות בבית הספר היסודי: מדידות פשוטות נלקחות, לעתים קרובות הן מנהלות "לוח שנה של הטבע". צורות למידה אלו יכולות להוביל את הילד לצורך לחקור את העולם, להשוות תופעות נצפו, לזהות קשרי סיבה ותוצאה.
עם זאת, רק ניסוי שנערך במלואו ייתן לחוקר הצעיר את הכלים לחשוף את סודות הטבע.פיתוח מיומנויות מחקר ניסיוני מתבצע בשיעורים מעשיים ובמהלך עבודת מעבדה.
ניסוי במהלך הפיזיקה מתחיל בהגדרות של כמויות פיזיקליות כמו אורך, שטח, נפח. במקביל נוצר קשר בין ידע מתמטי (די מופשט לילד) לבין ידע פיזיקלי. פנייה לניסיונו של הילד, התחשבות בעובדות הידועות לו מזה זמן רב מנקודת מבט מדעית תורמת לגיבוש הכשירות הדרושה אצלו. מטרת הלמידה במקרה זה היא הרצון להבין באופן עצמאי את החדש.
צפיפות לימוד
בהתאם לשיטת הלימוד הבעייתית, בתחילת השיעור אפשר לשאול חידה ידועה: "מה כבד יותר: קילוגרם מוך או קילוגרם ברזל יצוק?" כמובן שבני 11-12 יכולים לענות בקלות על שאלה שהם מכירים. אבל ההתייחסות למהות הסוגיה, היכולת לחשוף את ייחודו, מובילה למושג הצפיפות.
הצפיפות של חומר היא המסה של יחידת הנפח שלו. טבלת הצפיפות של חומרים, הניתנת בדרך כלל בספרי לימוד או ספרי עיון, מאפשרת לך להעריך את ההבדלים בין חומרים, כמו גם את המצבים המצטברים של חומר. אינדיקציה להבדל בתכונות הפיזיקליות של מוצקים, נוזלים וגזים, שנדונו קודם לכן, הסבר להבדל זה לא רק במבנה ובסידור ההדדי של חלקיקים, אלא גם בביטוי המתמטי של מאפייני החומר, לוקח את לימוד פיזיקה לרמה אחרת.
הטבלה מאפשרת לך לגבש ידע על המשמעות הפיזית של המושג הנלמדצפיפות החומר. הילד, נותן תשובה לשאלה: "מה אומר ערך הצפיפות של חומר מסוים?", מבין שזו מסה של 1 ס"מ3 (או 1 מ'). 3) חומרים.
ניתן להעלות את נושא יחידות הצפיפות כבר בשלב זה. יש לשקול דרכים להמרת יחידות מדידה במערכות ייחוס שונות. זה מאפשר להיפטר מחשיבה סטטית, לקבל מערכות חשבון אחרות גם בעניינים אחרים.
קביעת צפיפות
כמובן, לימוד הפיזיקה לא יכול להיות שלם בלי לפתור בעיות. בשלב זה מזינים נוסחאות חישוב. נוסחת הצפיפות בפיזיקה בכיתה ז' היא כנראה היחס הפיזי הראשון של כמויות לילדים. היא זוכה לתשומת לב מיוחדת לא רק בגלל לימוד מושגי הצפיפות, אלא גם בגלל עובדת שיטות הוראה לפתרון בעיות.
זהו השלב שבו מונח האלגוריתם לפתרון בעיה חישובית פיזיקלית, האידיאולוגיה של יישום הנוסחאות הבסיסיות, ההגדרות, התבניות. המורה מנסה ללמד את הניתוח של הבעיה, את הדרך לחפש את הלא נודע, את המוזרויות של שימוש ביחידות מדידה על ידי שימוש ביחס כזה כמו נוסחת הצפיפות בפיזיקה.
דוגמה לפתרון בעיות
דוגמה 1
קבע מאיזה חומר עשויה קובייה בעלת מסה של 540 גרם ונפח של 0.2 ד מ3.
ρ -? m=540 גרם, V=0.2 dm3 =200 cm3
Analysis
בהתבסס על שאלת הבעיה, אנו מבינים שזה יעזור לנו לקבוע את החומר ממנו עשויה הקובייהטבלת צפיפות למוצקים.
כתוצאה מכך, בואו נקבע את צפיפות החומר. בטבלאות ערך זה ניתן ב-g/cm3, כך שהנפח מ-dm3 מתורגם ל-cm3.
Decision
לפי הגדרה: ρ=m: V.
ניתן לנו: נפח, מסה. ניתן לחשב את צפיפות החומר:
ρ=540g: 200cm3=2.7g/cm3, התואם לאלומיניום.
תשובה: הקובייה עשויה מאלומיניום.
קביעת כמויות אחרות
שימוש בנוסחת חישוב הצפיפות מאפשר לקבוע כמויות פיזיקליות אחרות. מסה, נפח, ממדים ליניאריים של גופים הקשורים לנפח מחושבים בקלות במשימות. במשימות נעשה שימוש בידע בנוסחאות מתמטיות לקביעת שטח ונפח של צורות גיאומטריות, מה שמאפשר להסביר את הצורך בלימוד מתמטיקה.
דוגמה 2
קבע את עובי שכבת הנחושת המכסה חלק עם שטח פנים של 500 ס מ2 אם ידוע שנעשה שימוש ב-5 גרם נחושת לציפוי.
h - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8.92g/cm3.
Analysis
טבלת הצפיפות של החומרים מאפשרת לקבוע את צפיפות הנחושת.
בואו נשתמש בנוסחת חישוב הצפיפות. בנוסחה זו קיים נפח של חומר, שעל פיו ניתן לקבוע ממדים ליניאריים.
Decision
לפי הגדרה: ρ=m: V, אבל אין ערך רצוי בנוסחה זו, אז אנו משתמשים ב:
V=S x h.
תחליף לנוסחה הראשית, נקבל: ρ=m: Sh, מאיפה:
h=m: S xρ.
חשב: h=5 גרם: (500 ס"מ2 x 8, 92 g/cm3)=0.0011 ס"מ=11 מיקרון.
תשובה: עובי שכבת הנחושת הוא 11 מיקרון.
קביעה נסיונית של צפיפות
הטבע הניסיוני של מדע הפיזיקה מודגם במהלך ניסויי מעבדה. בשלב זה נרכשות הכישורים של ביצוע ניסוי, הסבר על תוצאותיו.
משימה מעשית לקביעת צפיפות החומר כוללת:
- קביעת צפיפות נוזל. בשלב זה, החבר'ה שכבר השתמשו בגליל מדורג יכולים לקבוע בקלות את צפיפות הנוזל באמצעות הנוסחה.
- קביעת הצפיפות של גוף מוצק בעל צורה קבועה. גם משימה זו אינה מוטלת בספק, שכן בעיות חישוביות דומות כבר נבחנו ונרכש ניסיון במדידת נפחים לפי מימדים ליניאריים של גופים.
- קביעת הצפיפות של גוף מוצק בעל צורה לא סדירה. בעת ביצוע משימה זו, אנו משתמשים בשיטה של קביעת נפח של גוף בעל צורה לא סדירה באמצעות כוס. כדאי לזכור שוב את התכונות של שיטה זו: היכולת של גוף מוצק לעקור נוזל שנפחו שווה לנפח הגוף. יתר על כן, המשימה נפתרת בדרך הסטנדרטית.
שאלות של מורכבות מוגברת
תוכל לסבך את המשימה על ידי הזמנת החבר'ה לקבוע את החומר ממנו עשויה הגוף. טבלת הצפיפות של החומרים המשמשים במקרה זה מאפשרת לשים לב לצורך להיות מסוגל לעבוד איתםמידע רקע.
כאשר פותרים בעיות ניסיוניות, על התלמידים להיות בעלי כמות הידע הדרושה בתחום השימוש במכשירים פיזיים והמרת יחידות מדידה. לעתים קרובות זה מה שגורם למספר הגדול ביותר של שגיאות וחסרונות. אולי צריך לתת לשלב הזה של לימוד הפיזיקה יותר זמן, הוא מאפשר להשוות בין הידע והניסיון של המחקר.
צפיפות בתפזורת
המחקר של חומר טהור הוא, כמובן, מעניין, אבל באיזו תדירות נמצאים חומרים טהורים? בחיי היומיום אנו פוגשים תערובות וסגסוגות. איך להיות במקרה הזה? הרעיון של צפיפות בצובר ימנע מהתלמידים לעשות את הטעות האופיינית של שימוש בערכי צפיפות ממוצעים של חומרים.
זה הכרחי ביותר להבהיר את הנושא הזה, לתת הזדמנות לראות, להרגיש את ההבדל בין צפיפות חומר לצפיפות הצבר נמצא בשלב מוקדם. הבנת ההבדל הזה נחוצה בהמשך לימוד הפיזיקה.
הבדל זה מעניין ביותר במקרה של חומרים בתפזורת. ניתן לאפשר לילד ללמוד צפיפות בצובר בהתאם לדחיסה של החומר, גודל חלקיקים בודדים (חצץ, חול וכו') במהלך פעילות המחקר הראשונית.
צפיפות יחסית של חומרים
השוואת תכונות של חומרים שונים היא מעניינת למדי על סמך ערכים יחסיים. הצפיפות היחסית של החומר היא אחת מהכמויות האלה.
בדרך כלל, הצפיפות היחסית של חומר נקבעת על ידילעבר מים מזוקקים. כיחס בין הצפיפות של חומר נתון לצפיפות של תקן, ערך זה נקבע באמצעות פיקנומטר. אבל מידע זה אינו משמש בקורס בית הספר למדעי הטבע, הוא מעניין ללימוד מעמיק (לרוב אופציונלי).
רמת אולימפיאדה של לימודי פיזיקה וכימיה יכולה להיות מושפעת גם מהמושג של "צפיפות יחסית של חומר ביחס למימן". זה מיושם בדרך כלל על גזים. כדי לקבוע את הצפיפות היחסית של גז, נמצא היחס בין המסה המולרית של הגז הנחקר למסה המולרית של המימן. השימוש במשקל מולקולרי יחסי אינו נכלל.
