Физика 7 класс: Основы механики и строение вещества (Казахстанская программа)

Физика как наука: измерения, строение вещества и методы познания природы

Добро пожаловать в мир физики! В 7 классе начинается ваше знакомство с одной из самых фундаментальных наук. Физика окружает нас повсюду: от работы вашего смартфона до движения планет в космосе. В этой статье мы разберем основы, на которых строится весь курс физики в казахстанской школьной программе.

Что изучает физика?

Слово «физика» происходит от греческого слова physis, что означает «природа». Впервые этот термин появился в сочинениях величайшего мыслителя древности Аристотеля в IV веке до нашей эры. В русский язык слово «физика» ввел Михаил Васильевич Ломоносов.

Физика — это наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира. Все изменения, происходящие в природе, называются физическими явлениями.

Примеры физических явлений: * Механические: полет птицы, движение автомобиля, падение камня. * Тепловые: таяние льда, кипение воды, нагревание утюга. * Электрические: молния, свечение лампочки, работа телевизора. * Световые: радуга, отражение в зеркале, тень от дерева. * Звуковые: гром, звон струны, эхо.

Важно понимать, что физика изучает неживую природу, но ее законы действуют и в живых организмах (например, движение крови по сосудам или передача нервных импульсов).

Материя, вещество и физическое тело

Чтобы говорить на языке физики, нужно четко различать три понятия: материя, вещество и физическое тело.

Материя — это всё, что существует во Вселенной независимо от нашего сознания. Это объективная реальность. Материя бывает двух видов: вещество и поле (например, гравитационное или электромагнитное поле, благодаря которому работает Wi-Fi).

Физическое тело — это любой предмет, имеющий форму и объем. Это может быть песчинка, камень, Луна, капля воды или самолет.

Вещество — это то, из чего состоит физическое тело.

Рассмотрим примеры, чтобы закрепить разницу:

| Физическое тело (Предмет) | Вещество (Материал) | | :--- | :--- | | Алюминиевая ложка | Алюминий | | Капля росы | Вода | | Деревянная линейка | Древесина | | Пластиковая бутылка | Пластик |

Одно и то же тело может быть сделано из разных веществ (стакан стеклянный, бумажный, пластиковый). И наоборот, из одного вещества можно сделать разные тела (из железа: гвоздь, молоток, ворота).

Методы научного познания

Как физики открывают законы природы? Они используют специальные методы. Основными являются наблюдение и эксперимент.

Наблюдение

Это первый шаг к познанию. Мы смотрим на явления, не вмешиваясь в их ход. Например, мы можем наблюдать за сменой дня и ночи или за тем, как яблоко падает на землю. Наблюдение дает нам факты, но не всегда объясняет причины.

Эксперимент (Опыт)

Это наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздавать его каждый раз при повторении этих условий. В эксперименте ученый сам создает ситуацию. Например, Галилео Галилей не просто смотрел, как падают предметы, а специально бросал шары разной массы с Пизанской башни, чтобы проверить свою догадку.

Цепочка научного познания выглядит так:

Наблюдение (сбор фактов).

Гипотеза (научное предположение, объясняющее факты).

Эксперимент (проверка гипотезы).

Теория (если эксперимент подтвердил гипотезу, она становится законом или теорией).

Физические величины и измерения

В физике мало просто сказать «тепло» или «быстро». Нужно сказать «сколько». Для этого существуют физические величины — характеристики тел или явлений, которые можно измерить (длина, масса, время, скорость, температура).

Измерить величину — значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу. Для удобства во всем мире используется Международная система единиц (СИ).

Основные единицы СИ: * Длина — метр (м). * Время — секунда (с). * Масса — килограмм (кг).

Измерительные приборы и цена деления

Для измерений используют приборы: линейки, мензурки, термометры, секундомеры. У каждого прибора есть шкала — штрихи и цифры.

!Шкалы измерительных приборов: линейка и мензурка

Самая важная характеристика прибора — цена деления (ЦД). Это значение наименьшего деления шкалы прибора. Прежде чем проводить измерение, вы обязаны определить цену деления.

Алгоритм определения цены деления ():

Найти два ближайших штриха шкалы, возле которых написаны значения величины (обозначим их и ).

Вычесть из большего значения меньшее.

Посчитать количество делений (промежутков) между ними (обозначим ).

Разделить полученную разность на число делений.

Формула для расчета:

где: * — цена деления прибора; * — большее значение на шкале; * — меньшее значение на шкале (соседнее с ); * — количество делений между штрихами и .

Пример: На линейке берем соседние цифры 5 см и 6 см. Между ними 10 делений.

Погрешность измерений

Ни одно измерение не может быть абсолютно точным. Всегда есть ошибка, которую называют погрешностью. Обычно считают, что погрешность измерения равна половине цены деления шкалы прибора.

Если цена деления линейки 1 мм, то погрешность составляет мм. Результат записывается так:

где: * — измеряемая величина; * — полученный результат измерения; * — погрешность измерения.

Строение вещества

Еще 2500 лет назад древнегреческий ученый Демокрит предположил, что все тела состоят из мельчайших частиц. Он назвал их атомами (что значит «неделимый»).

Современная наука подтвердила это, но уточнила: атомы делимы (состоят из ядра и электронов), но они действительно являются «кирпичиками» мироздания. Атомы могут объединяться в группы, образуя молекулы.

Молекула — это мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Например, молекула воды — это наименьшая частица, которая все еще является водой. Если разделить молекулу воды, мы получим атомы кислорода и водорода, которые водой уже не являются.

Основные положения о строении вещества:

Все вещества состоят из частиц (атомов, молекул, ионов).

Частицы находятся в непрерывном беспорядочном (хаотическом) движении.

Частицы взаимодействуют друг с другом (притягиваются и отталкиваются).

Движение частиц: Диффузия

Доказательством движения молекул служит явление диффузии.

Диффузия — это явление взаимного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Примеры: * Запах духов распространяется по комнате. * Если положить пакетик чая в кипяток, вода окрасится. * Засолка огурцов (соль проникает в овощи).

Важный факт: Скорость диффузии зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы, и тем быстрее происходит диффузия. В горячей воде сахар растворяется быстрее, чем в холодной.

Взаимодействие частиц

Почему твердые тела не рассыпаются в пыль? Потому что между молекулами существует взаимное притяжение. Однако, если мы попробуем сжать ластик или камень, мы встретим сопротивление. Это происходит из-за взаимного отталкивания частиц при их сильном сближении.

Баланс сил притяжения и отталкивания позволяет телам сохранять свою форму и объем.

Три состояния вещества

В природе вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Различие между ними кроется не в самих молекулах (молекулы воды во льду, в воде и в паре одинаковы!), а в их расположении и характере движения.

!Молекулярное строение твердых тел, жидкостей и газов

1. Твердые тела

* Строение: Частицы расположены в строгом порядке, образуя кристаллическую решетку. Они сильно притягиваются друг к другу и могут лишь колебаться около определенных точек. * Свойства: Сохраняют и форму, и объем. Их трудно сжать.

2. Жидкости

* Строение: Частицы расположены близко друг к другу, но строгого порядка нет. Они могут перескакивать с места на место («течь»). * Свойства: Сохраняют объем, но не сохраняют форму (принимают форму сосуда). Жидкости практически несжимаемы.

3. Газы

* Строение: Расстояния между частицами во много раз больше размеров самих частиц. Силы притяжения очень слабые. Молекулы движутся с огромными скоростями по всему доступному пространству. * Свойства: Не сохраняют ни формы, ни объема. Занимают весь предоставленный объем (например, газ в баллоне). Легко сжимаются.

Итоги

* Физика изучает физические явления и общие свойства материи. Материя существует в виде вещества и поля. * Методы познания: наблюдение гипотеза эксперимент теория. * Измерения: Чтобы измерить величину, нужно сравнить её с эталоном. Цена деления прибора рассчитывается по формуле . * Строение вещества: Все тела состоят из молекул и атомов, которые непрерывно движутся и взаимодействуют друг с другом. * Агрегатные состояния: Различие между твердым телом, жидкостью и газом заключается в расположении молекул и характере их движения, а не в самих молекулах.

Механическое движение и характеристики материи: скорость, инерция, масса и плотность

Мы живем в мире, который постоянно движется. Птицы летают, автомобили едут, планеты вращаются вокруг звезд, а молекулы внутри веществ совершают свои невидимые колебания. Чтобы описать эти процессы, физика использует строгие понятия и величины. В этой статье мы разберем, как описывать движение, почему тела не останавливаются мгновенно и чем килограмм ваты отличается от килограмма свинца.

Механическое движение

Если вы сидите в поезде, который стоит на вокзале, и смотрите на соседний поезд, который начинает медленно ехать, вам может показаться, что поехали вы. Это происходит потому, что движение всегда относительно.

Механическое движение — это изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.

Чтобы судить о движении, нам всегда нужно тело отсчета — предмет, относительно которого мы рассматриваем движение (земля, дом, дерево, вагон поезда).

Траектория и пройденный путь

Когда тело движется, оно оставляет за собой невидимый (а иногда и видимый, как след от самолета) след.

Траектория — это линия, по которой движется тело. Траектории бывают: * Прямолинейные (падение камня, движение лифта). * Криволинейные (полет мяча, поворот машины).

Длину этой траектории называют пройденным путем. В физике путь обычно обозначают буквой .

Основная единица измерения пути в системе СИ — метр (м). Также используются километры (км), сантиметры (см) и миллиметры (мм).

!Траектория — это линия движения, а путь — это длина этой линии

Скорость движения

Движение может быть быстрым или медленным. Характеристикой быстроты движения является скорость.

Движение называют равномерным, если тело за любые равные промежутки времени проходит одинаковые пути. Если пути разные — движение неравномерное.

Формула скорости

Для равномерного движения скорость вычисляется по формуле:

где: * (греческая буква «ню» или латинская «вэ») — скорость движения; * — пройденный путь; * — время, за которое этот путь пройден.

Единицы измерения скорости: В системе СИ скорость измеряется в метрах в секунду (м/с). В жизни мы часто используем километры в час (км/ч).

Перевод единиц измерения

Чтобы перевести км/ч в м/с, нужно помнить, что в 1 км = 1000 м, а в 1 часе = 3600 с.

Пример перевода 72 км/ч в м/с:

Средняя скорость

В реальности равномерное движение встречается редко. Автомобиль то разгоняется, то тормозит. В таких случаях говорят о средней скорости.

где: * — средняя скорость; * — весь пройденный путь (сумма всех участков пути); * — все время движения (сумма времени на всех участках, включая остановки).

Инерция

Представьте, что вы едете в автобусе, и водитель резко тормозит. Что произойдет? Все пассажиры наклонятся вперед. А если автобус резко тронется с места? Всех отбросит назад. Почему так происходит?

Это явление называется инерцией.

Инерция — это явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.

Древнегреческий философ Аристотель считал: чтобы тело двигалось, его нужно постоянно толкать. Но Галилео Галилей в XVII веке доказал обратное: если на тело не действуют другие силы (например, трение), оно будет двигаться вечно и равномерно.

* Если на тело не действуют другие тела, оно либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно. * Тело не может изменить свою скорость мгновенно.

Именно поэтому тормозной путь автомобиля не может быть равен нулю. Даже при полностью заблокированных колесах машина продолжает двигаться по инерции.

Масса тела

Мы выяснили, что тела не могут мгновенно изменить скорость. Но разным телам требуется разное время, чтобы разогнаться или остановиться.

Сравните:

Остановить катящийся теннисный мячик.

Остановить катящийся автомобиль, даже если он едет медленно.

Автомобиль остановить труднее, потому что он более инертен.

Масса — это физическая величина, которая является мерой инертности тела. Чем больше масса тела, тем труднее изменить его скорость.

Обозначение массы: . Основная единица измерения в СИ: килограмм (кг).

Другие единицы: * Тонна (т): . * Грамм (г): . * Миллиграмм (мг): .

Как измерить массу?

Самый распространенный способ — взвешивание. Мы сравниваем массу тела с массой эталона (гирь) на весах. Однако в космосе, где нет веса (невесомость), обычные весы не сработают. Там массу измеряют именно по инерции: действуют на тело силой и смотрят, как быстро оно меняет скорость.

Плотность вещества

Загадка: «Что тяжелее: килограмм свинца или килограмм ваты?» С точки зрения физики, их массы равны (1 кг = 1 кг). Но их объем будет совершенно разным. Кусок свинца будет маленьким, а мешок ваты — огромным.

Это происходит потому, что разные вещества имеют разную плотность.

Плотность — это физическая величина, которая показывает, чему равна масса вещества в единице объема (например, в одном кубическом метре).

Формула плотности

где: * (греческая буква «ро») — плотность вещества; * — масса тела; * — объем тела.

Единицы измерения плотности: * В системе СИ: килограмм на кубический метр (кг/м³). * Часто используется: грамм на кубический сантиметр (г/см³).

Соотношение: .

!Одинаковый объем разных веществ имеет разную массу из-за разной плотности

Физический смысл плотности

Плотность показывает, насколько плотно упакованы молекулы вещества и насколько тяжелы сами эти молекулы.

Примеры плотностей (приблизительно): * Воздух: * Вода: * Железо: * Золото:

Это значит, что 1 кубический метр воды весит 1000 кг (1 тонну), а такой же куб из золота весил бы более 19 тонн!

Расчет массы и объема через плотность

Зная плотность (ее берут из таблиц в конце учебника), можно найти массу или объем:

Найти массу:

где — масса, — плотность, — объем.

Найти объем:

где — объем, — масса, — плотность.

Пример задачи: Определите массу стальной детали объемом . Плотность стали .

Решение:

Итоги

* Механическое движение — это изменение положения тела относительно других тел. Оно характеризуется траекторией (линией) и путем (длиной линии). * Скорость () показывает быстроту движения. Основная единица — м/с. * Инерция — свойство тел сохранять скорость постоянной, если на них не действуют силы. Нельзя мгновенно остановить или разогнать тело. * Масса () — мера инертности. Чем больше масса, тем сложнее изменить скорость тела. * Плотность () показывает, сколько массы содержится в единице объема вещества. Это табличная величина, уникальная для каждого вещества.