การศึกษาความหนาแน่นของสารเริ่มขึ้นในวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย แนวคิดนี้ถือเป็นพื้นฐานในการนำเสนอเพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ระดับโมเลกุลในหลักสูตรฟิสิกส์และเคมี วัตถุประสงค์ของการศึกษาโครงสร้างของสสาร วิธีการวิจัยสามารถสันนิษฐานได้ว่าเป็นการก่อตัวของแนวคิดทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับโลก
ฟิสิกส์ให้แนวคิดเบื้องต้นเกี่ยวกับภาพเดียวของโลก ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 ศึกษาความหนาแน่นของสสารบนพื้นฐานของแนวคิดที่ง่ายที่สุดเกี่ยวกับวิธีการวิจัย การประยุกต์ใช้แนวคิดและสูตรทางกายภาพในทางปฏิบัติ
วิธีการวิจัยทางกายภาพ
อย่างที่คุณทราบ การสังเกตและการทดลองมีความแตกต่างกันระหว่างวิธีการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ การสังเกตปรากฏการณ์ทางธรรมชาติสอนในโรงเรียนประถมศึกษา: มีการวัดอย่างง่าย ๆ โดยมักจะเก็บ "ปฏิทินแห่งธรรมชาติ" รูปแบบการเรียนรู้เหล่านี้สามารถนำพาเด็กไปสู่ความจำเป็นในการสำรวจโลก เปรียบเทียบปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ ระบุความสัมพันธ์ของเหตุและผล
อย่างไรก็ตาม มีเพียงการทดลองที่ดำเนินการอย่างเต็มที่เท่านั้นที่จะให้เครื่องมือนักวิจัยรุ่นเยาว์ในการเปิดเผยความลับของธรรมชาติการพัฒนาทักษะการทดลองและการวิจัยจะดำเนินการในชั้นเรียนภาคปฏิบัติและในห้องปฏิบัติการ
การทดลองในวิชาฟิสิกส์เริ่มต้นด้วยคำจำกัดความของปริมาณทางกายภาพ เช่น ความยาว พื้นที่ ปริมาตร ในเวลาเดียวกัน มีความเชื่อมโยงระหว่างคณิตศาสตร์ (ค่อนข้างเป็นนามธรรมสำหรับเด็ก) กับความรู้ทางกายภาพ ดึงดูดประสบการณ์ของเด็กการพิจารณาข้อเท็จจริงที่เขารู้จักมาเป็นเวลานานจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์ก่อให้เกิดการพัฒนาความสามารถที่จำเป็นในตัวเขา จุดประสงค์ของการเรียนรู้ในกรณีนี้คือความปรารถนาที่จะทำความเข้าใจสิ่งใหม่อย่างอิสระ
กำลังศึกษาความหนาแน่น
ตามวิธีการสอนที่มีปัญหา ในตอนต้นของบทเรียน คุณสามารถถามปริศนาที่เป็นที่รู้จัก: “อันไหนหนักกว่า: ขนปุยหนึ่งกิโลกรัมหรือเหล็กหล่อหนึ่งกิโลกรัม” แน่นอนว่าเด็กอายุ 11-12 ปีสามารถตอบคำถามที่พวกเขารู้ได้อย่างง่ายดาย แต่เมื่อกล่าวถึงแก่นของปัญหา ความสามารถในการเปิดเผยลักษณะเฉพาะ นำไปสู่แนวคิดเรื่องความหนาแน่น
ความหนาแน่นของสารคือมวลของหน่วยปริมาตร ตารางความหนาแน่นของสาร ซึ่งปกติจะมีให้ในหนังสือเรียนหรือหนังสืออ้างอิง ช่วยให้คุณประเมินความแตกต่างระหว่างสารได้ เช่นเดียวกับสถานะรวมของสาร ข้อบ่งชี้ถึงความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพของของแข็ง ของเหลว และก๊าซที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ คำอธิบายของความแตกต่างนี้ไม่เพียงแต่ในโครงสร้างและการจัดเรียงอนุภาคร่วมกัน แต่ยังรวมถึงการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของคุณสมบัติของสารด้วย เรียนฟิสิกส์ในระดับต่างๆ
ตารางช่วยให้คุณรวบรวมความรู้เกี่ยวกับความหมายทางกายภาพของแนวคิดที่กำลังศึกษาอยู่ความหนาแน่นของสาร เด็กตอบคำถาม: "ค่าความหนาแน่นของสารบางอย่างหมายความว่าอย่างไร" เข้าใจว่านี่คือมวล 1 ซม.3 (หรือ 1 เมตร 3) สาร.
ปัญหาหน่วยความหนาแน่นสามารถยกขึ้นได้ในขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องพิจารณาวิธีการแปลงหน่วยการวัดในระบบอ้างอิงต่างๆ ทำให้สามารถกำจัดการคิดแบบสถิตย์ ยอมรับระบบแคลคูลัสในเรื่องอื่นๆ ได้เช่นกัน
การหาความหนาแน่น
โดยธรรมชาติแล้ว การเรียนฟิสิกส์จะไม่สมบูรณ์หากไม่ได้แก้ปัญหา ในขั้นตอนนี้ จะมีการป้อนสูตรการคำนวณ สูตรความหนาแน่นในฟิสิกส์เกรด 7 น่าจะเป็นอัตราส่วนทางกายภาพครั้งแรกของปริมาณสำหรับเด็ก ได้รับความสนใจเป็นพิเศษไม่เพียงเพราะการศึกษาแนวคิดเรื่องความหนาแน่นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงข้อเท็จจริงของวิธีการสอนในการแก้ปัญหาด้วย
ณ ขั้นตอนนี้วางอัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาการคำนวณทางกายภาพ อุดมการณ์ของการใช้สูตรพื้นฐาน คำจำกัดความ รูปแบบ ครูพยายามสอนการวิเคราะห์ปัญหา วิธีค้นหาสิ่งที่ไม่รู้ ลักษณะเฉพาะของการใช้หน่วยวัดโดยใช้อัตราส่วนเช่นสูตรความหนาแน่นในวิชาฟิสิกส์
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
กำหนดว่าลูกบาศก์มวล 540 กรัมและปริมาตร 0.2 dm ทำจากอะไร3.
ρ -? m=540 g, V=0.2 dm3 =200 cm3
วิเคราะห์
จากคำถามของปัญหา เราเข้าใจว่าจะช่วยให้เราระบุวัสดุที่ใช้ทำลูกบาศก์ได้ตารางความหนาแน่นของของแข็ง
ดังนั้น เรามากำหนดความหนาแน่นของสสารกัน ในตาราง ค่านี้กำหนดเป็น g/cm3 ดังนั้นปริมาณจาก dm3 แปลเป็น cm3.
การตัดสินใจ
ตามคำนิยาม: ρ=m: V.
เราได้รับ: ปริมาณ, มวล. สามารถคำนวณความหนาแน่นของสสารได้:
ρ=540g: 200cm3=2.7g/cm3, ซึ่งสอดคล้องกับอลูมิเนียม
คำตอบ: ลูกบาศก์ทำจากอลูมิเนียม
การกำหนดปริมาณอื่นๆ
การใช้สูตรคำนวณความหนาแน่นช่วยให้คุณกำหนดปริมาณทางกายภาพอื่นๆ มวล, ปริมาตร, มิติเชิงเส้นของวัตถุที่เกี่ยวข้องกับปริมาตรสามารถคำนวณได้ง่ายในงาน ความรู้เกี่ยวกับสูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับการกำหนดพื้นที่และปริมาตรของรูปทรงเรขาคณิตถูกนำมาใช้ในงาน ซึ่งทำให้สามารถอธิบายความจำเป็นในการศึกษาคณิตศาสตร์ได้
ตัวอย่างที่ 2
กำหนดความหนาของชั้นทองแดงที่หุ้มส่วนที่มีพื้นที่ผิว 500 ซม.2 ถ้าทราบว่าใช้ทองแดง 5 กรัมสำหรับเคลือบ.
ชม - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8.92g/cm3.
วิเคราะห์
ตารางความหนาแน่นของสารช่วยให้คุณกำหนดความหนาแน่นของทองแดงได้
มาใช้สูตรคำนวณความหนาแน่นกัน ในสูตรนี้มีปริมาตรของสารหนึ่ง ซึ่งพิจารณาจากมิติเชิงเส้นที่สามารถกำหนดได้
การตัดสินใจ
ตามคำจำกัดความ: ρ=m: V แต่ไม่มีค่าที่ต้องการในสูตรนี้ ดังนั้นเราจึงใช้:
V=S x ส.
แทนที่ในสูตรหลัก เราได้: ρ=m: Sh, โดยที่:
h=ม: S xร.
คำนวณ: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0.0011 cm=11 ไมครอน
คำตอบ: ความหนาของชั้นทองแดงคือ 11 ไมครอน
การทดลองหาความหนาแน่น
ลักษณะการทดลองของวิทยาศาสตร์กายภาพแสดงให้เห็นในระหว่างการทดลองในห้องปฏิบัติการ ในขั้นตอนนี้ ทักษะของการทำการทดลองและการอธิบายผลลัพธ์จะได้รับ
การปฏิบัติจริงเพื่อกำหนดความหนาแน่นของสสาร ได้แก่:
- การหาความหนาแน่นของของเหลว ในขั้นตอนนี้ พวกที่ใช้ทรงกระบอกวัดระดับแล้วสามารถกำหนดความหนาแน่นของของเหลวได้อย่างง่ายดายโดยใช้สูตร
- การหาความหนาแน่นของรูปร่างที่แข็งแรงสม่ำเสมอ งานนี้ไม่ต้องสงสัยเช่นกัน เนื่องจากปัญหาการคำนวณที่คล้ายกันได้รับการพิจารณาแล้วและได้รับประสบการณ์ในการวัดปริมาตรด้วยมิติเชิงเส้นของร่างกาย
- การหาความหนาแน่นของรูปร่างของแข็งที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ. เมื่อปฏิบัติงานนี้ เราใช้วิธีการกำหนดปริมาตรของร่างกายที่มีรูปร่างไม่ปกติโดยใช้บีกเกอร์ เป็นประโยชน์ที่จะระลึกถึงคุณสมบัติของวิธีนี้อีกครั้ง: ความสามารถของวัตถุที่เป็นของแข็งในการแทนที่ของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับปริมาตรของร่างกาย นอกจากนี้ งานได้รับการแก้ไขในวิธีมาตรฐาน
คำถามเกี่ยวกับความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น
คุณสามารถทำให้งานซับซ้อนได้โดยเชิญผู้ชายมาพิจารณาว่าร่างกายสร้างมาจากอะไร ตารางความหนาแน่นของสารที่ใช้ในกรณีนี้ช่วยให้คุณใส่ใจกับความจำเป็นในการทำงานข้อมูลเบื้องหลัง
เมื่อแก้ปัญหาการทดลอง นักเรียนต้องมีความรู้ที่จำเป็นในด้านการใช้เครื่องมือทางกายภาพและการแปลงหน่วยวัด บ่อยครั้งนี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดและข้อบกพร่องจำนวนมากที่สุด บางทีระยะนี้ของการศึกษาฟิสิกส์ควรให้เวลามากกว่านี้ ช่วยให้คุณเปรียบเทียบความรู้และประสบการณ์การวิจัยได้
ความหนาแน่นจำนวนมาก
การศึกษาสารบริสุทธิ์ก็น่าสนใจ แต่พบสารบริสุทธิ์บ่อยแค่ไหน? ในชีวิตประจำวัน เราพบของผสมและโลหะผสม จะเป็นอย่างไรในกรณีนี้? แนวคิดเรื่องความหนาแน่นรวมจะป้องกันไม่ให้นักเรียนทำผิดพลาดทั่วไปในการใช้ค่าความหนาแน่นเฉลี่ยของสาร
จำเป็นต้องชี้แจงปัญหานี้ เพื่อให้มีโอกาสได้เห็น รู้สึกถึงความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นของสารและความหนาแน่นรวมอยู่ที่ระยะแรก การทำความเข้าใจความแตกต่างนี้เป็นสิ่งจำเป็นในการศึกษาฟิสิกส์ต่อไป
ความแตกต่างนี้น่าสนใจอย่างยิ่งในกรณีของวัสดุจำนวนมาก อนุญาตให้เด็กศึกษาความหนาแน่นรวมโดยขึ้นอยู่กับการบดอัดของวัสดุ ขนาดของอนุภาคแต่ละชิ้น (กรวด ทราย ฯลฯ) ในระหว่างกิจกรรมการวิจัยเบื้องต้น
ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสาร
การเปรียบเทียบคุณสมบัติของสารต่างๆ ค่อนข้างน่าสนใจโดยพิจารณาจากค่าสัมพัทธ์ ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสสารเป็นหนึ่งในปริมาณเหล่านี้
โดยปกติความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารจะถูกกำหนดโดยต่อน้ำกลั่น ตามอัตราส่วนของความหนาแน่นของสารที่กำหนดต่อความหนาแน่นของสารมาตรฐาน ค่านี้ถูกกำหนดโดยใช้พิกโนมิเตอร์ แต่ข้อมูลนี้ไม่ได้ใช้ในหลักสูตรวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของโรงเรียน แต่น่าสนใจสำหรับการศึกษาเชิงลึก (ส่วนใหญ่มักจะไม่บังคับ)
ระดับการศึกษาฟิสิกส์และเคมีโอลิมปิกอาจได้รับผลกระทบจากแนวคิด "ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของสารเทียบกับไฮโดรเจน" มักใช้กับก๊าซ ในการกำหนดความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซ จะพบอัตราส่วนของมวลโมลาร์ของก๊าซที่ศึกษาต่อมวลโมลาร์ของไฮโดรเจน ไม่รวมการใช้น้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์