Физические величины и их измерение
Главная мысль урока
Физика отличается от обычного описания тем, что свойства тел и явления можно сравнивать количественно. Для этого используют физические величины.
Недостаточно сказать: «стол длинный» или «вода тёплая». Точнее будет сообщить: длина стола — \(120\ см\), а температура воды — \(25\ ^\circ C\). Число без единицы измерения часто не имеет физического смысла.
Что такое физическая величина
Физическая величина — характеристика тела или явления, которую можно измерить и выразить числом с единицей измерения.
Примеры:
| Физическая величина | Что характеризует | Прибор или способ измерения | Единица СИ |
|---|---|---|---|
| Длина | размер или расстояние | линейка, рулетка | метр (м) |
| Время | длительность явления | часы, секундомер | секунда (с) |
| Масса | количество вещества в теле | весы | килограмм (кг) |
| Температура | степень нагретости тела | термометр | кельвин (К) |
| Объём | место, занимаемое телом | мензурка или расчёт | кубический метр (\(м^3\)) |
В быту часто используют и другие единицы: сантиметры, минуты, граммы, литры, градусы Цельсия. В физике важно уметь переводить их в более крупные или мелкие единицы.
Как записывают результат измерения
Результат измерения записывают так:
где \(A\) — физическая величина, \(\{A\}\) — числовое значение, а \([A]\) — единица измерения.
Например:
Здесь \(l\) — длина, \(25\) — числовое значение, \(см\) — единица измерения.
Одно и то же расстояние можно записать по-разному:
Число меняется вместе с единицей, но само расстояние остаётся тем же.
Измерительные приборы и шкала
У любого измерительного прибора нужно проверить:
- Что он измеряет. Линейка измеряет длину, а не массу.
- Единицы на шкале. Деления могут быть в сантиметрах, миллиметрах, градусах и других единицах.
- Предел измерения. Это наибольшее значение, которое можно измерить прибором.
- Цену деления. Это значение между двумя соседними пронумерованными делениями.
- Начальное положение. Для линейки начало тела совмещают с нулевой отметкой, если она есть.
Цена деления находится так:
где \(a_1\) и \(a_2\) — значения двух соседних подписанных отметок, а \(N\) — число промежутков между ними.
Например, между отметками \(2\ см\) и \(3\ см\) на линейке десять промежутков. Цена одного деления равна \(1\ мм\).
При измерении линейкой глаз располагают напротив отметки шкалы. Если смотреть сбоку, возникает ошибка отсчёта.
Почему измерения не бывают абсолютно точными
Любое измерение имеет ограниченную точность. На результат влияют цена деления прибора, положение глаза, неровность предмета и особенности самого опыта.
Поэтому разумно не записывать больше знаков, чем позволяет прибор. Если линейка размечена до миллиметров, результат вроде \(12{,}347\ см\) создаёт ложное впечатление точности.
При повторном измерении одной и той же величины результаты могут немного отличаться. Можно выполнить несколько измерений и сравнить их, а для простых случаев взять среднее значение.
План рассказа на уроке
- Начать с вопроса: «Что означает число 5, если не сказано, что именно измеряли?» Обсудить ответы: 5 метров, 5 минут и 5 килограммов — это разные результаты.
- На примере парты или пенала разобрать запись «длина — \(25\ см\)»: величина, число и единица.
- Показать линейку и вместе найти цену её деления.
- Объяснить, почему начало предмета совмещают с нулевой отметкой и почему нельзя смотреть на шкалу под углом.
- Дать короткую практику: измерить длину учебника, ширину тетради и длину ручки. Результаты записать с единицами.
- Сравнить результаты двух учеников и обсудить, почему они могут отличаться на \(1\)–\(2\ мм\).
- Завершить вопросом: «Что нужно сообщить вместе с числом, чтобы другой человек понял результат измерения?»
Задания
1. Найдите физическую величину
Определите, что измеряют в каждом случае:
- линейкой измерили расстояние от края стола до стены;
- секундомером определили продолжительность бега;
- весами определили массу яблока;
- термометром измерили нагретость воздуха.
2. Запишите правильно
Исправьте записи, в которых не хватает единицы или допущена ошибка:
- длина карандаша — 18;
- масса книги — 400 м;
- температура воздуха — \(20\ ^\circ C\);
- время опыта — 45 с.
3. Цена деления
Между отметками \(10\ см\) и \(20\ см\) на шкале есть пять равных промежутков. Какова цена одного деления?
4. Практическое измерение
Измерьте линейкой длину и ширину тетради. Запишите каждую величину с единицей измерения и укажите цену деления линейки.
Ответы для самопроверки
Задание 1: 1 — длина; 2 — время; 3 — масса; 4 — температура.
Задание 2: 1 — например, длина карандаша — \(18\ см\); 2 — масса книги — \(400\ г\) или \(0{,}4\ кг\); 3 и 4 записаны правильно.
Задание 3: \(c = (20 - 10) / 5 = 2\ см\).
Задание 4: ответ зависит от конкретной тетради и линейки; обязательно должны быть указаны числовые значения и единицы измерения.
Итог урока
- Физическая величина — измеряемая характеристика тела или явления.
- Результат измерения состоит из числа и единицы измерения.
- Перед работой с прибором нужно определить его шкалу, предел измерения и цену деления.
- Любое измерение имеет погрешность; нельзя записывать лишние знаки.