Урок № 6 Фізичні величини. Вимірювання. Засоби вимірювання. Точність вимірювання. Міжнародна система одиниць фізичних величин

Тема уроку: Фізичні величини. Вимірювання. Засоби вимірювання. Точність вимірювання. Міжнародна система одиниць фізичних величин.

Мета уроку: формування інтересу до вивчення фізики, уявлень про методи наукового дослідження, понять про фізичні величини та їх одиниці, формування навичок визначення ціни поділки вимірювальних приладів і користування вимірювальними приладами, розвивати вміння і навички правильного користування найпростішими вимірювальними приладами, виховувати в учнів самостійність, мислення, кмітливість.

Базові фізичні поняття: фізична величина, ціна поділки приладу

Демонстрації: розряд за допомогою електрофорної машини

Обладнання: шкали вимірювальних приладів (лінійки, амперметра, динамометра, годинника, термометра, мензурки), демонстраційна лінійка, транспортир, мірна стрічка, презентація, мультимедійна дошка, роздатковий матеріал.

Тип уроку: комбінований урок

Міжпредметні зв’язки: природознавство, математика

Хід уроку :

      I.      Організаційний момент

Привітання, перевірка присутніх

   II.      Актуалізація опорних знань

III.Мотивація навчальної діяльності

Уявлення про природу кожна людина (і первісна, і сучасна) одержувала й одержує за допомогою органів почуттів: зору, слуху, дотику, нюху, смаку. Але для того, щоб як слід розібратися в навколишньому світі, потрібно якось систематизувати ці уявлення, знайти зв’язки між різними явищами - тільки тоді з’являються наукові знання.

IV.      Вивчення нового матеріалу

Порівнюючи різні фізичні тіла чи явища, ми можемо помітити, що вони завжди мають деякі відмінності: тіла можуть бути вищими чи нижчими, легкими чи важкими, витісняти при зануренні більше чи менше води із посудини. Явища можуть протікати швидше чи повільніше.

Фізична величина - кількісна характеристика фізичної властивості об’єкта чи явища. Зазначені відмінності тіл і явищ описують такі фізичні величини, як висота, вага, об’єм, час. Можливо, учні згадають, що різні тіла можуть бути по-різному нагріті, мати різний колір і т. ін.

Які ще приклади фізичних величин ви можете навести?

Швидше за все, діти назвуть площу, масу, температуру і т. ін.

Виміряти будь-яку величину - значить порівняти її з однорідною величиною, що прийнята за одиницю.

Для кожної фізичної величини є відповідні одиниці.

Які вимірювальні прилади ви вже знаєте?

Учні, без сумніву, назвуть лінійку, рулетку, можливо, штангенциркуль чи мікрометр. Можуть згадати годинник, ваги, термометр і т. ін.

Що спільного є в усіх вимірювальних приладах?

У всіх цих приладів є шкала. Але в кожного вона своя, особлива.

Демонстрація шкал різних вимірювальних приладів (можна навіть тих, котрі діти ще не знають): термометра, амперметра, динамометра, мензурки і т. ін.

Шкала приладу являє собою сукупність штрихів, поділок і чисел.

Штрихи - це риски, нанесені на шкалі.

Поділки - це відстані між двома найближчими штрихами.

Біля деяких штрихів на шкалі стоять числа.

Щоб скористатися вимірювальним приладом, зняти показання, спочатку необхідно визначити ціну поділки вимірювального приладу.

Ціна поділки — це значення найменшої поділки шкали вимірю­вального приладу.

Щоб визначити ціну поділки, треба знайти два найближчих штрихи шкали, біля яких написані значення величини. Потім з більшого значення відняти менше й отримане число розділити на число поділок, що знаходяться між ними.

Ми з вами з’ясували, як можна вимірити фізичну величину, навчилися виконувати простіи вимірювання. Чергове питання, що вимагає відповіді:

Чи можна отримати точне значення фізичної величини?

Від чого залежить точність вимірювань?

Результати виконаних нами вимірювань не можуть бути абсолютно точними, вони завжди наближені, тому що чутливість не тільки наших органів почуттів, але й вимірювальних приладів має певні межі.

При знятті показань із приладів необхідно вказати не тільки наближене значення вимірюваної величини, але й ті найбільші похибки, що можуть бути допущені при вимірюваннях.

Вимірювання бувають прямі й непрямі. Пряме вимірювання - визначення значення фізичної величини безпосередньо за допомогою засобів вимірювання.

Пряме вимірювання довжини можна здійснити за допомогою лінійки, часу - за допомогою секундоміра.

Щоб визначити площу прямокутника, можна виміряти його довжину та ширину, а потім перемножити. Це - приклад непрямого вимірювання.

Міжнародна система одиниць

Міжнародна система одиниць (СІ - Система Інтернаціональна) була затверджена в 1960 р. на XI Генеральної конференції по мірах й вагам. Вона ґрунтується на базисні (основних) і додаткових одиницях, наведених у таблиці.

Ці базисні (основні) одиниці разом з додатковими одиницями і когерентними похідними одиницями називаються одиницями СІ. При цьому одиниці, які випливають із останніх, відповідно до правил СИ, як десяткову кратну або дробові (див. таблицю), називаються кратними або дробовими одиницями СІ.

Виключення становить у силу причин історичного характеру лише кілограм.

Одиниці СІ універсальні й застосовні у всіх областях  фізики й техніки, тому що не мають ніякого відношення до властивостей конкретного матеріалу.

 Ці одиниці можуть бути реалізовані з достатнім ступенем точності у відповідності зі своїми визначеннями або еквівалентними їм співвідношеннями.

 Система СІ абсолютна: сила або енергія будь-якої природи може бути виражена в діючим у цій системі механічних одиницях (відповідно сили або енергії).

    У випадку електродинаміки тут діє когерентна система чотирьох одиниць із електричною базисною одиницею (система МКСА - метр, кілограм, секунда, ампер).

   Система СІ прийнята в міжнародних масштабах і вводиться в всіх країнах у законодавчому порядку. У СРСР СИ була прийнята до уживанню з 1963 р.

У міру вивчення Фізики будемо знайомить із різними фізичними одиницями.

Вимірювання.

Фізика — наука експериментальна. Це означає, що фізичні закони встановлюють і перевіряють шляхом накопичення та порівняння експериментальних даних. Однак результати, одержані в ході будь-якого фізичного експерименту, завжди містять певні похибки, оскільки вимірювання практично неможливо провести з абсолютною точністю. Можливі похибки відіграють істотну роль у разі порівняння результатів експерименту з теоретичними формулами, тому необхідно навчитись обробляти результати вимірювань. У  сучасній лабораторній практиці прийнято обробляти та подавати результати вимірювань.

Вимірюванням називають визначення фізичної величини дослідним шляхом за допомогою засобів вимірювання.

Основні етапи здійснення вимірювань

У ході вимірювання будь-якої фізичної величини зазвичай виконують три послідовні операції: 1) вибір, перевірка та встановлення приладів; 2) зняття показів приладів; 3) обчислення шуканої величини за результатами вимірювань, оцінювання похибки.

Точні вимірювання - справа досить громіздка, тому для вирішення проблем вимірювання існує наука - метрологія. Ця назва походить від грецьких слів: «метрон» - міра та «логос» - учення.

Метрологія - наука про вимірювання, яка включає як теоретичні, так і практичні аспекти вимірювань у всіх галузях науки і техніки.

Ми розглянемо лише ті питання теорії вимірювань, які найчастіше використовуються у шкільній практиці при виконанні лабораторних робіт, експериментальних досліджень.

Серед фізичних величин є такі, які можна виміряти безпосередньо за допомогою вимірювальних приладів, наприклад, довжина, час, маса, температура, сила струму. Вимірювання, здійснені безпосередньо, називаються прямими.

Однак частіше доводиться визначати величини, які виміряти безпосередньо неможливо (коефіцієнт тертя, питома теплоємність речовини, внутрішній опір джерела струму тощо). Для таких фізичних величин потрібно відшукати функціональну залежність від величин, вимірюваних безпосередньо. Такі вимірювання називаються непрямими.

Недосконалість вимірювальних приладів і методів вимірювання, а також людських органів чуття, вплив середовища вносять певну неточність (похибку) у процес вимірювання.

Похибки вимірювань. Абсолютна та відносна похибки вимірювання

Значення будь-якої фізичної величини, що одержується в результаті замірювання, визначається лише наближено. Під час її вимірювання тим самим приладом в однакових умовах ми будемо отримувати серію різних значень. Цей набір значень розташовується в певному числовому інтервалі (A1, A2). Розкид значень усередині такого інтервалу називають похибкою вимірювань.

Ø  Похибка вимірювання — оцінка відхилення величини вимірюваного значення величини від їі справжнього значення. Похибка вимірювання є мірою точності вимірювання.

Помилки у вимірюванні фізичних величин поділяють на два класи: випадкові похибки й систематичні похибки.

Випадкові похибки зобов’язані своїм походженням ряду причин, дія яких неоднакова в кожному досліді й може бути не врахована. Випадкова похибка — похибка, що змінюється (за величиною та за знаком) від вимірювання до вимірювання. Випадкові похибки можуть бути пов’язані:

•  з недосконалістю приладів (тертя в механічних приладах і т. п.);

•  тряскою в міських умовах;

•  з недосконалістю об’єкта вимірювання (наприклад, під час вимірювання діаметра тонкого дроту, який може мати не зовсім круглий перетин у результаті недосконалості процесу виготовлення);

•  з особливостями самої вимірюваної величини.

Припустимо, що використовуючи ту ж саму апаратуру і той самий метод вимірювання, визначили N вимірювань величини х і отримали N значення, де величина х₁ - результат першого вимірювання, х2 — другого, Х_N — N -го виміру.

Щоб проаналізувати результати, необхідно відповісти на два запитання:

•  Як знайти найбільш імовірне значення вимірюваної величини?

•  Як визначити випадкову похибку через вимірювання? Відповідь на ці запитання можна знайти в теорії ймовірностей.

Найбільш вірогідне значення вимірюваної величини дорівнює середньому арифметичному значень, отриманих у результаті вимірів: випадкова похибка — середня помилка, отримана в результаті всіх вимірювань, обчислюється за формулою:

Ø  Систематична похибка — похибка, що змінюється в часі, підпорядковуючись певному закону.

Систематичні похибки можуть бути пов’язані з помилками приладів (неправильна шкала, калібрування і т. п.),які не враховувалися експериментатором.

Щоб правильно оцінити точність експерименту, необхідно врахувати як систематичну похибку, яка є результатом роботи приладу, так і випадкову похибку, зумовлену помилками вимірювань. Цю сумарну похибку називають абсолютною похибкою вимірювання.

Відхилення наближеного значення величини від його точного значення називається абсолютною похибкою.

Сама по собі абсолютна похибка не розкриває якість вимірювання. Тому є сенс говорити про відносну похибку.

Відносна похибка характеризує якість вимірювання й дорівнює відношенню абсолютної похибки до середнього значення вимірюваної величини. Відносну похибку іноді називають точністю. Найчастіше відносну похибку визначають у відсотках.

Як визначають абсолютну та відносну похибки непрямих вимірювань?

Багато фізичних величин неможливо виміряти безпосередньо, їх непряме вимірювання має два етапи. Спочатку вимірюють величини х, у, z, які можна виміряти методом прямих вимірювань, а потім, використовуючи значення вимірювань х, у, z обчислюють шукану величину f. Нижче в таблиці виведено формули обчислення відносної похибки для деяких функцій. Абсолютну похибку (Δf) можна знайти, скориставшись визначенням відносної похибки (εf). Використовуючи визначення  отримуємо

Як правильно записати результат вимірювання?

Абсолютна похибка експерименту визначає точність, з якою можна проводити обчислення величини, що вимірюється. Якщо помилка округлення більша за абсолютну похибку — округлення зменшує фактично досягнуту точність вимірювання; а якщо помилка округлення менша за абсолютну похибку — останні цифри запису результату будуть недостовірними. Тому округлювати результати вимірів та обчислень треба так, щоб остання значуща цифра була в тому ж десятковому розряді, що й абсолютна похибка вимірювання величини, що знаходилася.

Дії учня	Так	Ні
1. Звертання за допомогою до вчителя (піднята рука)
2. Обмін обладнанням з сусідами
3. Звертання по допомогу до учня в сусідньому ряду
4. Допомога учню, що сидить за сусідньою партою
5. Зміна плану роботи без узгодження з учителем
6. Голосне обговорення ходу виконання роботи

1. Вивчіть шкали лінійки, мензурки, термометра і заповніть таблицю.

Назва засобу вимірювання	Лінійка	Мензурка	Термометр
Для вимірювання якої величини призначений
Одиниці
Нижня межа вимірювання
Верхня межа вимірювання
Ціна поділки
Похибка вимірювання

2. Ознайомтеся з правилами вимірювань лінійкою, мензуркою та термометром.

3. Зробіть висновки

   V.      Встановлення внутрішньо предметних та між предметних зв’язків

VI.      Узагальнення знань

1)Учні записують до зошитів таблицю «Префікси, які використовують

для утворення кратних та частинних одиниць».

2)Колективне складання таблиці «Фізичні величини» (її можна

записати в кінці зошита і по мірі вивчення нових фізичних величин доповнювати).

VII.      Підсумки уроку

Учні по черзі роблять висновки про те , чого вони навчалися на уроці, якого результату досягли.

VIII.      Домашнє завдання

а)Підготувати доповідь «Стародавні міри довжини» (аршин,вершок, ярд, дюйм тощо);

б)Скласти ребуси, в яких зашифрувати назву фізичної величини і її одиниці.

Вивчити конспект

  Завантажити конспект Урок № 6 Фізичні величини. Вимірювання. Засоби вимірювання. Точність вимірювання. Міжнародна система одиниць фізичних величин

Буду радий бачити Ваші побажання та запитання в коментарях.