تبدأ دراسة كثافة المواد في سياق فيزياء المدرسة الثانوية. يعتبر هذا المفهوم أساسيًا في العرض الإضافي لأسس النظرية الحركية الجزيئية في مقررات الفيزياء والكيمياء. الغرض من دراسة بنية المادة ، يمكن افتراض أن طرق البحث هي تكوين أفكار علمية حول العالم.
الأفكار الأولية حول صورة واحدة للعالم قدمتها الفيزياء. يدرس الصف السابع كثافة المادة على أساس أبسط الأفكار حول طرق البحث والتطبيق العملي للمفاهيم الفيزيائية والصيغ.
طرق البحث الفيزيائي
كما تعلم تتميز الملاحظة والتجربة من بين أساليب دراسة الظواهر الطبيعية. يتم تدريس ملاحظات الظواهر الطبيعية في المدرسة الابتدائية: يتم أخذ قياسات بسيطة ، وغالبًا ما تحتفظ بـ "تقويم الطبيعة". يمكن لهذه الأشكال من التعلم أن تقود الطفل إلى الحاجة إلى استكشاف العالم ، ومقارنة الظواهر المرصودة ، وتحديد علاقات السبب والنتيجة.
ومع ذلك ، فإن التجربة الكاملة فقط ستمنح الباحث الشاب الأدوات لكشف أسرار الطبيعة.يتم تطوير المهارات التجريبية والبحثية في الفصول العملية وفي سياق العمل المخبري.
تبدأ تجربة في مسار الفيزياء بتعريفات الكميات الفيزيائية مثل الطول والمساحة والحجم. في الوقت نفسه ، يتم إنشاء علاقة بين المعرفة الرياضية (مجردة تمامًا للطفل) والمعرفة الجسدية. مناشدة تجربة الطفل ، والنظر في الحقائق المعروفة لديه لفترة طويلة من وجهة نظر علمية يساهم في تكوين الكفاءة اللازمة فيه. الغرض من التعلم في هذه الحالة هو الرغبة في فهم الجديد بشكل مستقل.
دراسة الكثافة
وفقًا لطريقة التدريس الإشكالية ، في بداية الدرس ، يمكنك أن تسأل لغزًا معروفًا: "أيهما أثقل: كيلوغرام من الزغب أم كيلوغرام من الحديد الزهر؟" بالطبع ، يمكن للأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 11 و 12 عامًا الإجابة بسهولة على سؤال يعرفونه. لكن معالجة جوهر القضية ، والقدرة على الكشف عن خصوصيتها ، يؤدي إلى مفهوم الكثافة.
كثافة المادة هي كتلة وحدة من حجمها. يسمح لك جدول كثافة المواد ، الذي يُعطى عادةً في الكتب المدرسية أو الكتب المرجعية ، بتقييم الاختلافات بين المواد ، فضلاً عن الحالات الإجمالية للمادة. إن الإشارة إلى الاختلاف في الخصائص الفيزيائية للمواد الصلبة والسوائل والغازات ، التي تمت مناقشتها سابقًا ، توضح هذا الاختلاف ليس فقط في التركيب والترتيب المتبادل للجسيمات ، ولكن أيضًا في التعبير الرياضي لخصائص المادة ، يأخذ دراسة الفيزياء لمستوى مختلف
يسمح لك الجدول بتوحيد المعرفة حول المعنى المادي للمفهوم قيد الدراسةكثافة المادة. الطفل ، بإعطاء إجابة على السؤال: "ماذا تعني قيمة كثافة مادة معينة؟" ، يفهم أن هذه كتلة 1 سم3(أو 1 م3) المواد.
يمكن طرح قضية وحدات الكثافة بالفعل في هذه المرحلة. من الضروري النظر في طرق تحويل وحدات القياس في أنظمة مرجعية مختلفة. هذا يجعل من الممكن التخلص من التفكير الساكن ، وقبول أنظمة أخرى من حساب التفاضل والتكامل في أمور أخرى أيضًا.
تحديد الكثافة
بطبيعة الحال ، لا يمكن أن تكتمل دراسة الفيزياء دون حل المشكلات. في هذه المرحلة ، يتم إدخال معادلات الحساب. من المحتمل أن تكون معادلة الكثافة في فيزياء الصف السابع هي أول نسبة مادية للكميات للأطفال. يحظى باهتمام خاص ليس فقط بسبب دراسة مفاهيم الكثافة ، ولكن أيضًا لواقع طرق التدريس لحل المشكلات.
في هذه المرحلة يتم وضع خوارزمية لحل مشكلة حسابية فيزيائية ، أيديولوجية تطبيق الصيغ والتعاريف والأنماط الأساسية. يحاول المعلم تدريس تحليل المشكلة وطريقة البحث عن المجهول وخصائص استخدام وحدات القياس باستخدام نسبة مثل معادلة الكثافة في الفيزياء.
مثال على حل المشكلات
مثال 1
حدد المادة المكونة لمكعب كتلته 540 جم وحجمه 0.2 dm3.
ρ -؟ م=540 جم ، V=0.2 دسم3=200 سم3
تحليل
بناءً على سؤال المشكلة ، نفهم أنه سيساعدنا في تحديد المادة التي صنع منها المكعبجدول كثافة المواد الصلبة.
وبالتالي ، دعونا نحدد كثافة المادة. في الجداول هذه القيمة معطاة g / cm3، وبالتالي فإن الحجم من dm3مترجم إلى cm3.
القرار
حسب التعريف: ρ=م: V.
معطى لنا: الحجم والكتلة. يمكن حساب كثافة المادة:
ρ=540 جم: 200 سم3=2.7 جم / سم3، وهو ما يتوافق مع الألومنيوم.
الجواب: المكعب مصنوع من الالمنيوم
تحديد الكميات الأخرى
يسمح لك استخدام معادلة حساب الكثافة بتحديد الكميات المادية الأخرى. يتم حساب الكتلة والحجم والأبعاد الخطية للأجسام المرتبطة بالحجم بسهولة في المهام. تُستخدم معرفة الصيغ الرياضية لتحديد مساحة وحجم الأشكال الهندسية في المهام ، مما يجعل من الممكن شرح الحاجة إلى دراسة الرياضيات.
المثال 2
تحديد سمك الطبقة النحاسية التي تغطي جزءًا بمساحة 500 سم2إذا كان معروفًا أنه تم استخدام 5 جرام من النحاس للطلاء
ح -؟ S=500 سم2، م=5 جرام ، ρ=8.92 جم / سم3.
تحليل
يسمح لك جدول كثافة المواد بتحديد كثافة النحاس.
دعونا نستخدم صيغة حساب الكثافة. في هذه الصيغة ، يوجد حجم مادة ، بناءً على الأبعاد الخطية التي يمكن تحديدها.
القرار
حسب التعريف: ρ=م: ف ، لكن لا توجد قيمة مرغوبة في هذه الصيغة ، لذلك نستخدم:
V=S x h.
بالتعويض في الصيغة الرئيسية ، نحصل على: ρ=م: ش ، من أين:
ح=م: س سρ.
احسب: h=5 g: (500 cm2x 8، 92 g / cm3)=0.0011 سم=11 ميكرون
الجواب: سمك الطبقة النحاسية 11 ميكرون
التحديد التجريبي للكثافة
يتم توضيح الطبيعة التجريبية للعلوم الفيزيائية في سياق التجارب المعملية. في هذه المرحلة يتم اكتساب مهارات إجراء التجربة وشرح نتائجها.
مهمة عملية لتحديد كثافة المادة تشمل:
- تحديد كثافة السائل. في هذه المرحلة ، يمكن للأشخاص الذين استخدموا بالفعل أسطوانة متدرجة تحديد كثافة السائل بسهولة باستخدام الصيغة.
- تحديد كثافة جسم صلب الشكل العادي. هذه المهمة أيضًا لا شك فيها ، حيث تم بالفعل النظر في مشاكل حسابية مماثلة واكتسبت الخبرة في قياس الأحجام بالأبعاد الخطية للأجسام.
- تحديد كثافة جسم صلب غير منتظم الشكل. عند القيام بهذه المهمة ، نستخدم طريقة تحديد حجم الجسم غير المنتظم باستخدام الدورق. من المفيد أن نتذكر مرة أخرى ميزات هذه الطريقة: قدرة الجسم الصلب على إزاحة سائل يساوي حجمه حجم الجسم. علاوة على ذلك ، يتم حل المهمة بالطريقة القياسية.
أسئلة ذات تعقيد متزايد
يمكنك تعقيد المهمة من خلال دعوة الرجال لتحديد المادة التي يتكون منها الجسم. يتيح لك جدول كثافة المواد المستخدمة في هذه الحالة الانتباه إلى الحاجة إلى القدرة على العمل معهامعلومات الخلفية.
عند حل المشكلات التجريبية ، يجب أن يكون لدى الطلاب المقدار اللازم من المعرفة في مجال استخدام الأدوات المادية وتحويل وحدات القياس. غالبًا ما يكون هذا هو ما يسبب أكبر عدد من الأخطاء والعيوب. ربما يجب إعطاء هذه المرحلة من دراسة الفيزياء مزيدًا من الوقت ، فهي تتيح لك مقارنة المعرفة والخبرة في البحث.
الكثافة الظاهرية
دراسة المادة النقية مثيرة للاهتمام بالطبع ، ولكن كم مرة يتم العثور على المواد النقية؟ في الحياة اليومية ، نواجه الخلائط والسبائك. كيف تكون في هذه الحالة؟ سيمنع مفهوم الكثافة الظاهرية الطلاب من ارتكاب الخطأ المعتاد المتمثل في استخدام متوسط قيم كثافة المواد.
من الضروري للغاية توضيح هذه المشكلة ، لإعطاء فرصة للرؤية ، لتشعر بالفرق بين كثافة المادة والكثافة الظاهرية في مرحلة مبكرة. فهم هذا الاختلاف ضروري في مزيد من الدراسة للفيزياء.
هذا الاختلاف مثير للاهتمام للغاية في حالة المواد السائبة. من الممكن السماح للطفل بدراسة الكثافة الظاهرية اعتمادًا على ضغط المادة وحجم الجسيمات الفردية (الحصى والرمل وما إلى ذلك) أثناء نشاط البحث الأولي.
الكثافة النسبية للمواد
المقارنة بين خصائص المواد المختلفة مثيرة للاهتمام للغاية بناءً على القيم النسبية. الكثافة النسبية للمادة هي إحدى هذه الكميات
عادة ، يتم تحديد الكثافة النسبية للمادة بواسطةتجاه الماء المقطر. نظرًا لنسبة كثافة مادة معينة إلى كثافة المعيار ، يتم تحديد هذه القيمة باستخدام مقياس دوران. لكن هذه المعلومات لا تُستخدم في المقرر الدراسي للعلوم الطبيعية ، فهي مثيرة للاهتمام للدراسة المتعمقة (غالبًا ما تكون اختيارية).
يمكن أيضًا أن يتأثر المستوى الأولمبي لدراسة الفيزياء والكيمياء بمفهوم "الكثافة النسبية للمادة فيما يتعلق بالهيدروجين". يتم تطبيقه عادة على الغازات. لتحديد الكثافة النسبية للغاز ، تم إيجاد نسبة الكتلة المولية للغاز قيد الدراسة إلى الكتلة المولية للهيدروجين. لا يتم استبعاد استخدام الوزن الجزيئي النسبي.
