Studium hustoty látek začíná v průběhu středoškolské fyziky. Tento koncept je považován za zásadní pro další prezentaci základů molekulární kinetické teorie v kurzech fyziky a chemie. Účelem studia struktury hmoty, výzkumnými metodami lze předpokládat vytváření vědeckých představ o světě.
Počáteční představy o jediném obrázku světa jsou dány fyzikou. 7. třída studuje hustotu hmoty na základě nejjednodušších představ o metodách výzkumu, praktické aplikaci fyzikálních pojmů a vzorců.
Metody fyzikálního výzkumu
Jak víte, mezi metodami studia přírodních jevů se rozlišuje pozorování a experiment. Pozorování přírodních jevů se vyučuje na základní škole: provádějí se jednoduchá měření, často se vede „Kalendář přírody“. Tyto formy učení mohou dítě vést k potřebě prozkoumávat svět, porovnávat pozorované jevy, identifikovat vztahy příčiny a následku.
Pouze plně provedený experiment však poskytne mladému badateli nástroje k odhalení tajemství přírody. Rozvoj experimentálních a výzkumných dovedností se provádí v praktických hodinách a v průběhu laboratorních prací.
Experiment v průběhu fyziky začíná definicemi takových fyzikálních veličin, jako je délka, plocha, objem. Zároveň se vytváří spojení mezi matematickými (pro dítě dost abstraktními) a fyzikálními znalostmi. Apelujte na zkušenost dítěte, zvažování faktů, které jsou mu z vědeckého hlediska již dlouhou dobu známé, přispívá k utváření potřebné kompetence v něm. Účelem učení je v tomto případě touha samostatně porozumět novému.
Study hustoty
V souladu s problematickou výukovou metodou si na začátku lekce můžete položit známou hádanku: „Co je těžší: kilogram chmýří nebo kilogram litiny?“Děti ve věku 11–12 let samozřejmě mohou snadno odpovědět na otázku, kterou znají. Ale řešení podstaty problému, schopnosti odhalit jeho zvláštnost, vede ke konceptu hustoty.
Hustota látky je hmotnost jednotky jejího objemu. Tabulka hustoty látek, obvykle uváděná v učebnicích nebo referenčních knihách, umožňuje vyhodnotit rozdíly mezi látkami a také agregované stavy látky. Naznačení rozdílu ve fyzikálních vlastnostech pevných látek, kapalin a plynů, diskutované dříve, vysvětlení tohoto rozdílu nejen ve struktuře a vzájemném uspořádání částic, ale také v matematickém vyjádření vlastností látky, bere studium fyziky na jinou úroveň.
Tabulka vám umožňuje upevnit znalosti o fyzikálním významu studovaného pojmuhustota látky. Dítě, které odpovídá na otázku: „Co znamená hodnota hustoty určité látky?“, chápe, že se jedná o hmotnost 1 cm3 (neboli 1 m 3) látky.
Otázka jednotek hustoty může být nastolena již v této fázi. Je nutné zvážit způsoby převodu jednotek měření v různých referenčních systémech. To umožňuje zbavit se statického myšlení, přijmout jiné systémy kalkulu i v jiných věcech.
Určení hustoty
Studium fyziky samozřejmě nemůže být úplné bez řešení problémů. V této fázi se zadávají kalkulační vzorce. Vzorec hustoty ve fyzice 7. ročníku je pravděpodobně prvním fyzikálním poměrem veličin pro děti. Je mu věnována zvláštní pozornost nejen kvůli studiu pojmů hustoty, ale také kvůli faktu, že výukové metody pro řešení problémů.
V této fázi je položen algoritmus pro řešení fyzikálního výpočetního problému, ideologie aplikace základních vzorců, definic, vzorů. Učitel se snaží naučit analýzu problému, způsob hledání neznámého, zvláštnosti používání jednotek měření pomocí takového poměru, jako je vzorec hustoty ve fyzice.
Příklad řešení problému
Příklad 1
Určete, z jaké látky je vyrobena krychle o hmotnosti 540 g a objemu 0,2 dm3.
ρ -? m=540 g, V=0,2 dm3 =200 cm3
Analýza
Na základě otázky problému chápeme, že nám pomůže určit materiál, ze kterého je kostka vyrobenatabulka hustoty pevných látek.
Pojďme tedy určit hustotu hmoty. V tabulkách je tato hodnota uvedena v g/cm3, takže objem z dm3 přeloženo do cm3.
Rozhodnutí
Podle definice: ρ=m: V.
Je nám dáno: objem, hmotnost. Hustotu hmoty lze vypočítat:
ρ=540 g: 200 cm3=2,7g/cm3, což odpovídá hliníku.
Odpověď: kostka je vyrobena z hliníku.
Určení dalších veličin
Použití vzorce pro výpočet hustoty vám umožňuje určit další fyzikální veličiny. Hmotnost, objem, lineární rozměry těles spojených s objemem se snadno spočítají v úlohách. V úlohách se využívá znalost matematických vzorců pro určování plochy a objemu geometrických útvarů, což umožňuje vysvětlit nutnost studia matematiky.
Příklad 2
Určete tloušťku měděné vrstvy, která pokrývá část s povrchem 500 cm2, pokud je známo, že na povlak bylo použito 5 g mědi.
h - ? S=500 cm2, m=5g, ρ=8,92 g/cm3.
Analýza
Tabulka hustoty látek vám umožňuje určit hustotu mědi.
Použijme vzorec pro výpočet hustoty. V tomto vzorci je objem látky, na základě kterého lze určit lineární rozměry.
Rozhodnutí
Podle definice: ρ=m: V, ale v tomto vzorci není žádná požadovaná hodnota, takže použijeme:
V=S x v.
Dosazením do hlavního vzorce dostaneme: ρ=m: Sh, odkud:
h=m: S xρ.
Vypočítejte: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0,0011 cm=11 mikronů.
Odpověď: Tloušťka měděné vrstvy je 11 mikronů.
Experimentální stanovení hustoty
Experimentální povaha fyzikální vědy je demonstrována v průběhu laboratorních experimentů. V této fázi se získávají dovednosti provádět experiment a vysvětlovat jeho výsledky.
Praktický úkol k určení hustoty hmoty zahrnuje:
- Určení hustoty kapaliny. V této fázi mohou lidé, kteří již použili odměrný válec, snadno určit hustotu kapaliny pomocí vzorce.
- Určení hustoty pevného tělesa pravidelného tvaru. Tento úkol je také nepochybný, protože podobné výpočetní problémy již byly zvažovány a byly získány zkušenosti s měřením objemů pomocí lineárních rozměrů těles.
- Určení hustoty nepravidelně tvarovaného pevného tělesa. Při provádění tohoto úkolu používáme metodu stanovení objemu tělesa nepravidelného tvaru pomocí kádinky. Je užitečné si znovu připomenout rysy této metody: schopnost pevného tělesa vytlačit kapalinu, jejíž objem se rovná objemu tělesa. Dále je úkol vyřešen standardním způsobem.
Složitější otázky
Úkol můžete zkomplikovat tím, že pozvete kluky, aby určili látku, ze které je tělo vyrobeno. Tabulka hustoty látek použitých v tomto případě umožňuje věnovat pozornost potřebě umět pracovatzákladní informace.
Při řešení experimentálních úloh musí mít studenti potřebné znalosti v oblasti používání fyzikálních přístrojů a převodu jednotek měření. Často právě to způsobuje největší počet chyb a nedostatků. Možná by se této fázi studia fyziky mělo věnovat více času, umožňuje vám porovnat znalosti a zkušenosti z výzkumu.
Hromadná hustota
Studium čisté látky je samozřejmě zajímavé, ale jak často se čisté látky nacházejí? V běžném životě se setkáváme se směsmi a slitinami. Jak být v tomto případě? Koncept objemové hustoty zabrání studentům udělat typickou chybu při použití průměrných hodnot hustoty látek.
Je nesmírně nutné objasnit tento problém, dát příležitost vidět, cítit rozdíl mezi hustotou látky a objemovou hmotností je v rané fázi. Pochopení tohoto rozdílu je nezbytné pro další studium fyziky.
Tento rozdíl je mimořádně zajímavý v případě sypkých materiálů. Je možné umožnit dítěti studovat objemovou hmotnost v závislosti na zhutnění materiálu, velikosti jednotlivých částic (štěrk, písek atd.) během počáteční výzkumné činnosti.
Relativní hustota látek
Porovnání vlastností různých látek je poměrně zajímavé na základě relativních hodnot. Relativní hustota hmoty je jednou z těchto veličin.
Relativní hustota látky je obvykle určenasměrem k destilované vodě. Jako poměr hustoty dané látky k hustotě standardu se tato hodnota stanoví pomocí pyknometru. Tyto informace se ale nepoužívají ve školním kurzu přírodopisu, jsou zajímavé pro hluboké studium (nejčastěji nepovinné).
Úroveň olympiády ve studiu fyziky a chemie může být ovlivněna také konceptem „relativní hustoty látky vzhledem k vodíku“. Obvykle se aplikuje na plyny. Pro určení relativní hustoty plynu se zjistí poměr molární hmotnosti studovaného plynu k molární hmotnosti vodíku. Použití relativní molekulové hmotnosti není vyloučeno.
