Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

  • Все предметы
  • 7 класс
  • Физика
  • Физические величины. Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений. Физика и её влияние на развитие техники

Конспект урока: Физические величины. Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений. Физика и её влияние на развитие техники

Физические явления и методы их изучения

23.07.2024
2813
0

Физические величины. Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений. Физика и её влияние на развитие техники

План урока

  • Физические величины. Измерение физических величин
  • Точность и погрешность измерений
  • Физика и её влияние на развитие техники
  • Этапы развития физики

Цели урока

  • знать понятие «физическая величина»; кратные и дольные единицы; понятия «цена деления» и «погрешность измерений»; основные этапы развития физики
  • уметь приводить примеры физических величин; переводить из кратных и дольных единиц в единицы СИ; определять цену деления и погрешность; записывать результаты измерений с учётом погрешности

Разминка

  • Что такое физическая величина?
  • Что значит измерить физическую величину?
  • Что такое погрешность измерений?

Физические величины. Измерение физических величин

В процессе проведения экспериментов, в повседневной жизни необходимо проводить различные измерения. Например, при изучении процесса плавления необходимо измерить массу тела, его температуру и время проведения эксперимента. Масса, температура, время и др. параметры называются физическими величинами .


Чтобы измерить ту или иную физическую величину, необходимо сравнить её с величиной, принятой за единицу. Так, чтобы определить неизвестную массу тела, необходимо сравнить её с другой массой, которая принята за единицу массы.


Измерение физической величины:
для определения числового значения необходимо с помощью измерительного прибора сравнить физическую величину с однородной величиной, принятой за единицу измерения.


Для каждой физической величины существует своя единица измерения (свой
эталон). С 1963 г. в России и большинстве стран мира применяется Международная система единиц СИ (система интернациональная). В СИ единицей длины является 1 метр, единицей времени — 1 секунда, единицей 
массы — 1 килограмм.

 

Единицы, которые в 10, 100, 1 000 и т. д. раз больше принятых единиц, называются кратными. Единицы, которые в 10, 100, 1 000 и т. д. раз меньше принятых единиц, называются дольными. Кратные и дольные единицы имеют наименования с соответствующими приставками. В таблице 1 приведены наиболее распространённые приставки и множители, которые необходимо использовать, чтобы перевести значение физической величины в СИ.

 

Таблица 1. Приставки к названиям единиц

Приведём пару примеров. Пусть длина карандаша равна 18 см, необходимо перевести его длину в метры.

18 см = 18 ∙ 0,01 м = 0,18 м. Протяжённость самого длинного моста в мире составляет 164,8 км. Переведём километры (км) в метры (м): 164,8 км = 164,8 ∙ 1 000 м = 
164 800 м.

Рис. 1. Простейшие измерительные приборы: линейка, термометр, мензурка

Рис. 2. Амперметр

Для измерения физических величин используются измерительные приборы. Некоторые из них вам уже знакомы: для измерения длины используется линейка (рис. 1, а), для измерения температуры — термометр (рис. 1, б), для измерения объёма жидкости — мензурка (рис. 1, в). При изучении физических явлений вы познакомитесь с новыми приборами, такими как амперметр, вольтметр и многими другими (рис. 2, 3). 

Рис. 3. Вольтметр

Большинство измерительных приборов имеют шкалу. Шкала представляет собой несколько штриховых делений, рядом с которыми нанесены соответствующие значения величин. Между подписанными штриховыми делениями, как правило, есть дополнительные деления без подписей.

 

Расстояние между двумя ближайшими штрихами, выраженное в единицах измерения данного прибора, называется ценой деления данного измерительного прибора. Для того чтобы измерить какую-либо физическую величину, прежде всего необходимо определить цену деления подходящего измерительного прибора.


Определим цену деления мензурки, изображённой на рисунке 1, в. Для этого необходимо найти два ближайших друг к другу подписанных штриха на шкале прибора, вычесть из большего значения меньшее и полученный результат разделить на количество делений между данными штрихами:

Рис. 4. Мензурка с водой

Ц. д. = 20 - 102 = 5 мл.


Приведём ещё один пример. На рисунке 4 показана мензурка, в которой находится некоторое количество воды. Определим её объём.


Ц. д. = 100 - 5010 = 5 мл
 

Следовательно, в мензурке находится 135 мл воды.

Точность и погрешность измерений

Рис. 5. Измерение с помощью линейки

Понятно, что разные измерительные приборы имеют разную степень точности. Поясним сказанное на примере. На рисунке 5 показан деревянный брусок, длину которого измеряют с помощью линейки. Цена деления данного измерительного прибора равна 0,5 см. Длина бруска соответствует значению, лежащему между 5 и 5,5 см. Понятно, что так как реальная длина ближе к 5 см, то именно это значение следует принимать как результат измерения. В данном случае при измерении длины мы допустили неточность, которая называется погрешностью измерений. 

 

Все измерительные приборы имеют некоторую погрешность измерений, которая не может превышать величину цены деления измерительного прибора. Чем меньше цена деления прибора, тем меньше погрешность измерения, тем точнее полученный результат измерения.

Так как любой измерительный прибор несовершенен, при измерениях всегда получаются значения, отличающиеся от истинного значения измеряемой величины в большую или меньшую сторону — значение результата измерения всегда имеет некоторую погрешность. Если иное не продиктовано условием задачи, погрешность измерения принимается равной половине цены деления шкалы измерительного прибора


Вернёмся к примеру, изображённому на рисунке 5. Мы установили, что цена деления линейки составляет 0,5 см. Следовательно, погрешность её измерения равна 0,25 см. Тогда результат измерения длины бруска следует записывать в следующем виде:


L = (5,00 ± 0,25) см.


Данная запись означает, что значение истинной длины бруска лежит в интервале от 4,75 см до 5,25 см.


В общем виде запись результата измерения с учётом погрешности выглядит следующим образом:


A = a ± a,


где A — измеряемая физическая величина;

a — результат измерения;

a — относительная погрешность измерения;

символ  — это греческая буква, которая читается как «дельта».
 

Часто для измерения физической величины требуются многократные измерения. В результате многократных измерений истинное значение величины определяется как среднее арифметическое всех полученных измерений.


Среднее значение измеряемой величины — это сумма результатов всех серий многократных измерений, делённая на число измерений.

 

aср = a1 + a2 + ...aNN


Физика и её влияние на развитие техники

Развитие физики не только позволяет объяснить происходящие вокруг нас явления, но и служит двигателем технического прогресса. Так, изучение тепловых явлений позволило учёным создать двигатель внутреннего сгорания, который приводит в движение автомобили, мотоциклы и морские суда (рис. 6). 

Рис. 6. Техника, в конструкции которой используется двигатель внутреннего сгорания

Открытия в области физики предшествовали развитию интернета, мобильной и радио связи, робототехники, а также созданию сложных технических устройств, таких как компьютер, мобильный телефон, спутники, вращающиеся на орбите Земли, и многих других (рис. 7). 

Рис. 7. Современные технические устройства

Развитие лёгкой промышленности, машиностроения, металлургии, электроэнергетики и других технических отраслей промышленности невозможно без развития знаний в области физики. С другой стороны, развитие техники оказывает существенное влияние на развитие науки. Так, создание компьютеров позволило автоматизировать процесс обработки результатов экспериментов; создание космических ракет позволило учёным исследовать космическое пространство. 

Этапы развития физики

Становление физики как науки связано с именем итальянского ученого Галилео Галилея (1564–1642). Галилей изобрёл первый в мире телескоп, благодаря чему было сделано множество открытий в области астрономии. Помимо этого, учёный проводил эксперименты в области механики, сформулировал закон инерции, определил законы, по которым падают тела, брошенные вертикально вверх и под углом к горизонту. Галилео Галилей является основателем классической механики.


Следующий шаг в развитии механики был сделан английским физиком и математиком Исааком Ньютоном (1643–1727). Учёный обобщил все известные на тот момент результаты наблюдений и опытов в труде под названием «Математические начала натуральной философии», в котором были сформулированы основные законы механики. Законы Ньютона послужили мощным толчком к развитию знаний о механическом движении.

Рис. 8. Первый полёт в космос

В дальнейшем физика развивалась в направлении изучения тепловых и электромагнитных явлений. Изучение тепловых процессов привело к возникновению молекулярной теории о строении вещества. Изучением электромагнитных явлений занимался английский физик Джеймс Максвелл (1831–1879). Теория электромагнитных явлений, разработанная Максвеллом, позволила объяснить природу света и способствовала созданию принципиально новых технических устройств, основанных на законах электродинамики.  


В XX в. появились новые отрасли физики: ядерная физика, физика элементарных частиц, квантовая механика и др. Активно развивается космонавтика и приборостроение, благодаря чему 4 октября 1957 г. силами российских учёных на орбиту Земли был выведен первый в мире искусственный спутник. 12 апреля 1961 г. Юрий Алексеевич Гагарин (1934–1968) стал первым в мире человеком, совершившим полёт в космическое пространство (рис. 8). Полёт космонавта длился 1 ч 48 мин. В 1965 г. Алексей Архипович Леонов (1934–2019) впервые вышел в открытый космос. Космонавт находился в космосе 12 мин 9 с. 

Рис. 9. Высадка на Луну

В 1966 г. автоматическая межпланетная станция «Луна-13» впервые осуществила посадку на Луну. Благодаря работе станции были получены первые сведения о составе лунного грунта. 21 июля 1969 г. командир экипажа американского пилотируемого космического корабля «Аполлон-11» Нил Армстронг и пилот Базз Олдрин впервые высадились на Луну 
(рис. 9). Астронавты разместили на поверхности Луны научные приборы и доставили на Землю 21,55 кг лунного грунта.

 

Развитие космонавтики тесно связано с именем советского конструктора Сергея Павловича Королёва (1907–1966). Учёный заложил основу практической космонавтики: был главным конструктором первых боевых и космических ракет, искусственных спутников и космических кораблей.

Сегодня искусственные спутники, движущиеся по орбите вокруг Земли, позволяют исследовать космическое пространство, осуществлять телевещание, следить за изменениями в климате планеты, обеспечивают навигацию, радиосвязь и решение множества других задач.


Итоги


Измерить физическую величину — значит сравнить её с однородной величиной, которая принята за единицу измерения.


Расстояние межу двумя ближайшими штрихами называется ценой деления данного измерительного прибора.


Все измерительные приборы имеют некоторую погрешность измерений, которая не может превышать величину цены деления измерительного прибора. Чем меньше цена деления прибора, тем меньше погрешность измерения, тем точнее полученный результат измерения.


В общем виде запись результата измерения с учётом погрешности выглядит следующим образом: 

 

A = a ± a.



Контрольные вопросы

 

1. Как измерить физическую величину?

2. Как определить цену деления измерительного прибора?

3. Перечислите основные этапы развития физики.


Предыдущий урок
Кинетическая энергия
Механическая работа и энергия
Следующий урок
Что изучает физика? Некоторые физические термины. Наблюдения и опыты
Физические явления и методы их изучения
Урок подготовил(а)
teacher
Андрей Михайлович
Учитель физики
Опыт работы: 12 лет
Поделиться:
  • Класс Земноводные или Амфибии. Отряды земноводных

    Биология

  • Глагол TO BE в PAST SIMPLE

    Английский язык

  • Г.Р. Державин. Лирика

    Литература

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке