Уроки по физике и астрономии

Разделы: Физика

ТЕМА УРОКА: ОСНОВЫ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

ЦЕЛЬ УРОКА: дать представление об астрономических эталонах времени

1. Вступление.

Тема нашего урока имеет большое практическое значение в жизни общества и человека и представляет результат многовековых наблюдений неба.

Вам уже известно, что с одной стороны вращение Земли около самой себя (вокруг своей оси) устанавливает продолжительность дня (вместе со следующей за ним ночью). С другой стороны вращение Земли вокруг Солнца обуславливает различные времена года, а продолжительность этого обращения доставляет нам новую меру времени - год. Таким образом измерение продолжительных промежутков времени ,обозначающих исторические события, продолжительность нашего общественного существования - дает нам естественное движение нашей планеты. В основе исчисления времени лежат естественные вращательные движения нашей планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца.

2. Последовательность изложения материала.

  1. Солнечные сутки.
  2. Местное, поясное, декретное , летнее, зимнее время.
  3. Тропический год. Необходимость календаря.
  4. Юлианский календарь - старый стиль.
  5. Григорианский календарь - новый стиль.

3. Содержание урока.

1. Промежуток времени между последовательными верхними кульминациями центра Солнца называется истинным солнечным временем. Моменты верхней и нижней кульминации центра видимого солнечного диска соответственно называют истинным полуднем и истинной полуночью.

Если бы Солнце оставалось неподвижным относительно неподвижных звезд, то истинные солнечные сутки равнялись бы одному обороту небосвода - звездным суткам. Но Солнце перемещается с запада на восток, в суточном движении небосвода оно отстаёт от звезд и солнечные сутки длиннее звездных на 3м 56 с. За начало истинных солнечных суток на данном меридиане принимают момент верхней кульминации центра Солнца (полдень). Такой счет времени называют астрономическим. В гражданской жизни удобнее начало суток отсчитывать от полуночи (нижней кульминации). Договорились переводить истинные солнечные сутки на 12 часов вперед, это время называют гражданским. Однако истинное солнечное время, отсчитанное от полуночи - гражданское не может служить единицей измерения, поскольку его продолжительность в течение года неодинакова, вследствие неравномерности движения Солнца по - эклиптике. Для практической же деятельности человека необходимо равномерное течение времени. Поэтому астрономы ввели среднее солнечное время. Среднее "солнце"- воображаемая точка, движущаяся по эклиптике равномерно и совершающая полный оборот за тот же период. Среднее солнечное время - промежуток времени между двумя верхними кульминациями среднего Солнца. Средние солнечные сутки, отсчитанные от нижней кульминации среднего Cолнца, составляют основную единицу для измерения времени в нашей жизни.

2. Кульминация точек небесной сферы происходит в разное время на разных меридианах. Среднее солнечное время отнесенное к нулевому (Гринвичскому меридиану) называется Т0 всемирным. Время, отнесенное к конкретному меридиану, называется местным. Местное время - Т , - географическая долгота и Т0 связаны соотношением: Т = Т 0+.

Для двух пунктов земной поверхности, расположенных на географических долготах 1 и 2время Т 1 = Т 0 +1; Т2 =Т 0 +2, откуда следует важное соотношение: Т 2 - Т 1 = 2- 1. Время всюду свое, даже в рамках одного города, местным временем пользовались до конца 19 века. В 1878 году канадский инженер Сандфорд Флеминг (1827-1919) предложил разделить поверхность земли на 24 часовых пояса, проведенных через каждые 150, в пределах часового пояса считать время одинаковым, 1884 году на конференции 26 государств было принято соглашение о поясном времени. В России поясное время было введено с 1 апреля 1919 года, территория России была разделена на 11 часовых поясов. Зная всемирное время и номер часового пояса, легко найти поясное время Тп = Т0 +n. Поясное и местное время связаны соотношением: Тп- Т = n - . В 1930 году декретом Совнаркома поясное время на территории СССР было переведено на 1 час вперед -декретное время:
Т д= Тп + 1ч .В 1992 году в России было введено летнее и зимнее время: ежегодно стрелки часов на территории России переводятся на 1 час вперед в последнее воскресенье марта в 2 часа ночи - Тл(летнее время) ,а в последнее воскресенье октября стрелки часов переводятся на 1 час назад в 3 часа ночи Тз (зимнее время). Московское время- поясное время 2-го часового пояса, рекомендуется как единое время на транспорте.

В науке за единицу времени принята секунда и включена в число основных единиц Международной системы СИ.

3. В системе счета длительных промежутков времени в которой устанавливается продолжительность месяцев, их порядок в году и начало отсчета лет, называется календарем. При составлении календаря единицей счёта времени является тропический год - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через точку весеннего равноденствия. Продолжительность тропического года 365 суток 5 часов 48 минут 46,1 секунды( 365,2422 суток). Тропический год не выражается целым числом солнечных суток, что создает немало неудобств в введении календарей. Принимая, к примеру, продолжительность года 365 суток, странным было бы начинать Новый год в различные время дня: в один год положим в 12 часов ночи, следующий год - в 5 часов 48 минут 46.1 секунду утра, в следующий год - в 11 часов 37 минут 32 секунды дня и т.д.

4. Существовали различные календари продолжительность года в которых менялась от 304 до 366, приходилось вводить 13 месяц в году для согласования с движением Солнца. Большой заслугой римского императора Юлия Цезаря является реформа календаря, которую он произвел с помощью александрийского астронома Созигена в 46 году до н.э. Продолжительность года Созиген принял за 365 суток 6 часов. Год согласно этого календаря делился на 12 месяцев и содержал три года подряд по 365 суток и на четвертый год 366 суток (6 часов за четыре года составляли полные сутки 24 часа), который назывался високосным а календарь получил название - юлианский. Юлианский календарь был принят в качестве христианского 325 году на Никейском Соборе при установке правил празднования Пасхи.

Юлианский год был длиннее тропического на 11 минут 14 секунд ( Тюл.= 365,25 сут.-365,2422 =0,0078 сут.). Ошибка в одни сутки накапливалась за 128 лет ( 1сут.: 0,0078 сут/год =128 лет). Во второй половине 16 века расхождение календаря достигло 10 суток. Христианский календарь отставал на 10 суток. Назрела необходимость реформы календаря.

В России юлианский календарь был введен только 1700 году указом Петра 1, согласно которому после 31 декабря 7208 года от сотворения мира наступило 1 января 1700 года от Рождества Христова ( сегодня 2003 год от сотворения мира было бы 7711 годом (2003 г + 5508 г)).

5. Для исправления расхождения календаря папа римский Григорий 13 в 1582 году ввел новый стиль ,календарь названный его имени григорианским. Ошибка в 3 суток накапливалась в юлианском календаре (старый стиль) за 384 года. Было принято весьма остроумно сократить юлианский календарь за 400 лет на 3 суток, путем исключения високосных годов. В юлианском календаре високосный год определялся простым делением числа года на 4. Год делится без остатка на четыре - високосный, остальные - простые .В новом календаре выделили 1600, 1700, 1800, 1900, 2000 годы, которые високосные по старому стилю, но 1700 ,1800, 1900 г .г. - исключили как високосные, число столетий не делиться на четыре. 1582 год был короче остальных на 10 суток, вековая ошибка календаря была исправлена. Россия перешла на новый стиль с 1 февраля 1918 года. Историческая справка:"В целях установления в России одинакового почти со всеми культурными народами исчислении времени, Совет Народных Комиссаров постановляет ввести по истечении января месяца с.г. в гражданский обиход новый календарь в силу этого:

1) Первый день после 31-го января с.г. считать не 1-м февраля, а 14-м февраля второй день-считать15-м февраля и т. д". Декрет Совнаркома о введении в Рос. респ. - европейского Календаря, 25-го января 1918 года.

В 1700 году наш календарь содержал 366 суток (ошибка 11 суток), после 1800 года - 12 суток, а после 1900 года - уже 13 суток. В начале 20 века ошибка российского календаря составила 13 суток. Поэтому 1918 год был короче на 13 суток. Так была исправлена вековая ошибка нашего календаря. Эта разница сохраниться до 2100 года, который будет простым.

Григорианский год длиннее тропического всего на полминуты (за 400 лет расхождение составляет всего 2 часа 53 минуты) и продолжительность григорианского года Тгр =356,2425 сут. Ошибка в одни сутки накопиться за 3300 лет (Тгр =Тгр - Ттр =365,2425 сут -365,2422 сут =0,0003 сут /год).Эта разница существенного влияния на нашу жизнь уже не оказывает.

6. Систему летоисчисления принято называть эрой. В истории человеческой культуры было много эр. В настоящее время большинство стран мира применяется христианская эра. Счет лет по этой эре христианская церковь начала в 6 веке, когда римский монах Дионисий Малый установил, что 532 года назад родился Иисус Христос. Советский календарь наряду с христианской эрой вел летоисчисление от Великой Октябрьской Революции. Были предложены в различные годы новые календари.

Задача №1. Сотрудником Дерпетской астрономической обсерватории в 1864 году был предложен календарь со 128 летним циклом, в котором каждый 31 год считать високосным. Определите продолжительность года в этом календаре?

Задача №2. Календарь Омара Хайяма (ок.1048-1131) один из точных в 33 летнем цикле, 8 лет считались високосными, 25 лет простыми. Определите продолжительность года в этом календаре.

Задача №3. В древнем Египте календарь содержал 365 суток. Определите ошибку этого календаря за 100 лет.

Много проектов различных календарей было предложено разными авторами в разные годы. Из многих проектов более интересным является проект француза М. Армелина. Год состоит из 12 месяцев по 4 квартала продолжительностью 91 дней или 364 суток, причем первый месяц квартала содержит 31 день, остальные 30 дней. Первый день года и каждого квартала - всегда воскресенье. В этом календаре рабочих дней во всех месяцах одинаково и равно 26 дней, что очень упрощает расчеты. В простом году один нерабочий день Нового года после 30 декабря и в високосном году после 30 июня - день Мира и Дружбы всех Народов. В 1888 году М. Армелин получил 1 премию Французского астрономического общества.

Интересно еще то, что весной 1947 года в пустыне Иордании поселении Кумран в побережье Мертвого моря были найдены рукописи двухтысячной давности, где обнаружили древний календарь. Год кумранцев состоял из 364 дней и делился на 4 квартала по 91 дню и 12 месяцев, из которых 8 длились по 30 дней и 4 по 31 дню (месяцы по 31 день были последними), год делился на 52 недели и новый год всегда начинался со среды. (Б.В. Буткевич , М.С. Зеликсон Вечные календари)

И в наше время проект Армелина был признан наиболее приемлемым, но представители разных стран не смогли договориться.

Почему же нужны новые проекты календарей ? Чем не устраивает наш календарь?

Недостатки григорианского календаря заключаются не в его неточности, а в несовершенстве его внутренней структуры:

1) дни недели не согласованы с числом месяцев в году;
2) полугодия, кварталы и месяцы содержат неодинаковое число суток, что вносит неудобства в планирование и экономические расчеты;
3) начала разных месяцев приходятся на разные и непостоянные дни недели, число рабочих дней колеблется от 24 до 27 дней;
4) недели чередуются вне зависимости от длины месяца и чисел месяца, отсюда наличие расщепленных недель.

Поставленные вопросы реформы календаря являются актуальными и сегодня, это постоянные неудобства при планировании, составлении расписаний занятий, транспорта, при разработке перспективных планов и решении хронологических задач.

Вопросы домашнего задания.

1. 1962 год начался с понедельника. Найдите такой же точно год в ближайшем прошлом.
2. В чем главная трудность составления любой календарной системы?
3. Датой открытия Америки считается 12 октября 1492 г. Какая это дата по новому стилю?
4. Днем основания С. Петербурга считается 16 мая 1703 г. (ст. ст.). Когда у нас отмечалось 300-летие со дня его основания?

Литература:

1. А.В. Буткевич, М.С. Зеликсон. Вечные календари. М., Наука., 1984 г.
2. И.А. Климишин. Календарь и хронология. М. Наука., 1981 г.
3. Н. Каменьшиков. Сборник астрономических задач для юношества. Москва-Петроград. Государственное издательство. 1923 год
4. К. Фламмарион. Общедоступная астрономия. Издание Ф. Павленкова, С.-Петербургъ, 1904 г. 

ПРОГРАММА
СПЕЦКУРСА ПО ФИЗИКЕ "МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕКСКИХ ЗАДАЧ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 10-11 КЛАССОВ"

"Для корабля, который не знает куда плыть, нет попутного ветра"(Сенека).

Решение задач неотъемлемая часть человеческой деятельности. Наиболее сложным, как показывает опыт в преподавании физики, является решение задач. Физика - интересный учебный предмет, но задачи! Неумение решать задачи создает у учащихся отрицательные эмоции, негативное отношение к физике, подавляет интерес к предмету и веру в собственные силы. Причин этому много, одной из них является бессистемный подход к решению задач. Многие выпускники школ знают единственный, доступный им метод - метод проб и ошибок.

Данный учебный курс знакомит учащихся с методами решения физических задач. Метод - инструмент познания. Учебный курс состоит из следующих разделов:

1. Алгоритмы решения физических задач;
2. Метод шкалирования;
3. Метод размерностей;
4. Метод виртуальных перемещений.

1. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ -это предписания: что нужно делать, чтобы решить задачу! Это системный, творческий метод решения задач. Методика подробно описана в работе" Физика в алгоритмах и алгоритмы решения физических задач", Пермь, ОИУУ,1990 г.

2. МЕТОД ШКАЛИРОВАНИЯ

Окружающий мир разнообразен: мельчайшие атомы, молекулы, клетки, гигантские растения, животные, планеты и звездные системы. Каждой из этих систем соответствуют свои размеры.

Шкалирование - это метод определения характеристических размеров соответствующих систем и на основе их построение новых моделей. Это сложные и интересные задачи, суть их не в исследовании модели, а в её построении .Именно эта часть задач в школьном курсе физики остается вне поля зрения учителя и учащихся.

3. МЕТОД РАЗМЕРНОСТЕЙ

Метод размерностей - это метод решения таких задач, в которых точный расчет или измерения сделать трудно, а порой просто невозможно. Этот метод учит оценивать физические величины (параметры, характеристики различных по масштабам физических систем), которые измерить невозможно. Этот метод привлекателен для учащихся, он позволяет почти "из ничего" получать правильные оценки масштабов исследуемых явлений или позволяет создать "портрет" экспериментальной установки. Изящный и могучий инструмент, позволяющий изучать непростые физические закономерности.

4. МЕТОД "ВИРТУАЛЬНЫХ" ПЕРМЕЩЕНИЙ.

При решении классических физических задач часто возникает проблема : куда направлена сила трения? Как изменяется энергия?

Метод виртуальных перемещений - метод допущений, метод действий. В непредсказуемой на внешний взгляд системе мысленно изменяем систему, приводим в виртуальное движение, вводим недостающие элементы и на основе этих виртуальных изменений система перешла в предсказуемое состояние, которое можно описать известными законами физики и получить искомую величину.

УЧЕБНЫЙ ПЛАН

n

Основные разделы

курса

Лекция

Семинар

Практикум

Всего

1

Алгоритмы

Решения задач

2

2

6

10

2

Метод

шкалирования

1

2

5

8

3

Метод

размерностей

1

2

5

8

4

Метод

Виртуальных

перемещений

1

2

5

8

Всего:

5

8

21

34

1. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

АЛГ Физическая задача

Арг заданные величины, константы, табличные величины;

Рез искомые величины в задаче

1 - изучить содержание задачи;
2 - записать условие задачи на символическом языке;
3 - построить наглядную модель задачи (выбрать систему отсчета, сделать рисунок, чертёж, схему);
4 - выделить начальные и конечные состояния процесса, явления и физические величины, характеризующие их;
5 - записать законы, формулы, правила, характеризующие данный процесс, явление;
6 - решить задачу в общем виде;
7 - выписать значения физических констант,табличных величин и выразить заданные величины в единой системе единиц;
8 - проверить размерность;
9 - вычислить значения искомых физических величин;
10 - записать ответ, оценив разумность полученного результата.

Кон.

Задача. Тело скользит с наклонной поверхности длиной S и углом наклона 300 к горизонту и проходит по горизонтальной поверхности путь равный длине наклонной плоскости. Найдите коэффициент трения, считая его постоянным.

Решение задачи.

1. Изучить содержание задачи - значит прочитать текст задачи столько раз, что вы могли на какое-то время с ней расстаться, без риска забыть содержание задачи.

2. Для человека, не знающего символического языка физики, решение задачи на этом этапе завершается. Символический язык обеспечивает замечательную простоту и компактность описания физических процессов и явлений, описанных в задаче. Незнание символического языка физики нельзя восполнить никакими другими средствами.

3. Наглядная модель задачи - это отображение задачи на языке схемы, рисунка, чертежа (см. Рис. 1). Для нашей задачи изобразим наклонную плоскость, выясним взаимодействия и укажем силы, действующие на тело: сила тяжести, сила реакции опоры и сила трения.

4. Выделим начальные и конечные состояния системы. В начале тело обладает потенциальной энергией E=m g h, в процессе скольжения тела по наклонной  поверхности и при движении по горизонтальной поверхности сила терния совершает отрицательную работу.

5. Изменение потенциальной энергии: Е =A1+A2 равно работе сил трения, где А1= mgScos ;А2= mg S

6. Решим задачу в общем виде: m g S Cos + mgS =mgS Sin , откуда =Sin /(1+Cos ).

7. Константой в данной задаче является g=9/81м/c2.

8. Коэффициент трения величина безразмерная, что и видно из конечной формулы.

9. Вычислим значение: = 0,27.

10. Запишем ответ: = 0,27. Результат вполне разумен.

2. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ МЕТОДОМ ШКАЛИРОВАНИЯ

Задачи данного типа встречаются при рассмотрении биологических задач. Характеристики и функции организма соответствуют его размеру. Кошка, увеличенная до размеров слона, не могла бы существовать. Биологические свойства живых существ в значительной степени зависят от площади их поверхности и объема. Для простых геометрических тел эти размеры соответствуют: для шара - радиус, для куба - длина ребра.

Шкалировать объект - значит ввести для него характеристическую длину, сопоставимую с его размерами :площадь поверхности S L2. Объем V L3, тогда характеристическая длина =L3/L2=L. Поскольку нас интересуют сравнительные характеристики, то для человека можно взять L=2 м, кошки L=0,5 м, муравья L=5 мм.

Рассмотрим некоторые биологические свойства в зависимости характеристических длин на примере решения задачи.

Если человек выпадет из окна многоэтажного дома, то для него путешествие завершится печально. Однако муравей, проделав такое же путешествие, останется невредимым. Почему?

Любое тело падает на Землю под действием силы тяжести. Сила тяжести пропорциональна массе тела, масса пропорциональна объему, объем пропорционален характеристической длине:.F ~ m ~ V~L3 , где F - сила, m - масса, V - объем

Сопротивление воздуха создает сдерживающую силу, зависящую от площади поперечного сечения тела и его скорости. При падении скорость возрастает до тех пор, пока Fсопр. =Fтяж..* Fтяж. ~L3. F сопр.~ V2 S , S~L2, тогда V2S ~ L3, или V2 L2~ L3, значит V2 ~L, где V - скорость падения, L - характеристическая длина. Найдем отношение скоростей Vчел/V мур = (L /l)1/2 = (2:0.005) 1/2 =20 раз. Скорость падения муравья меньше скорости падения человека в 20 раза! При свободном падении с большой высоты человек у поверхности Земли приобретает скорость около 50м/c =180 км/час, для муравья эта скорость составит 2,5 м/c или около 9 км/час.

3. МЕТОД РАЗМЕРНОСТЕЙ

Физическая задача - это такое задание, в содержании которого не сообщается, какие конкретные операции следует выполнить, чтобы получить ответ на вопрос задачи, но при этом в содержании задачи сообщаются некоторые исходные величины /данные/.

Решение задачи заключается в установлении соотношений между исходными данными, физическими константами и табличными величинами и из полученного соотношения путем математических вычислений получаем ответ. При решении задач традиционного типа размерность физической величины используется только для проверки правильности формулы полученного выражения. Однако, размерность физической величины позволяет решать задачи, сделать учащимся еще один уверенный шаг в мир физических явлений. Метод размерностей позволяет делать оценки физических величин : оценить размеры Вселенной, проникнуть в мир атомов, молекул и звезд, устанавить новые соотношения между физическими величинами.

При решении задач методом размерностей нужно опираться на следующие утверждения :

1. Размерность физической величины может быть лишь произведением степеней размерностей, принятых за основные.
2. Размерности обеих частей равенства, которая отражает какую-то физическую закономерность, должны быть тождественны.
3. Размерность физической величины совпадает с размерностью ее единицы измерения.

Любая физическая величина Х представляется в виде :

X={X} * [X], где {X} - числовое значение величины Х, а [X] - единица измерения величины Х. Размерность физической величины dim X = dim [X].

Под размерностью физической величины понимается выражение ее единиц измерения через единицы измерения основных физических величин. Основной физической величиной называется величина, входящая в систему физических величин и условно принятая в качестве независимой от других величин этой системы. В системе единиц СИ, таких единиц семь: сила тока (ампер), количество вещества (моль), сила света (кандела), длина(метр), время(секунда) масса(килограмм), температура(кельвин). Остальные физические величины, входящие в систему, производные и их размерности выражаются через единицы измерения эталонных величин.

Физические величины нам дает природа, единицы же их измерения мы выбираем сами. Из-за бесконечного разнообразия свойств материальных объектов и явлений природы в физике приходиться пользоваться множеством физических величин. Нас не должно пугать их число. Задачу, в которой рассматривается объект или явление, во всем его многообразии качеств, практически решить нельзя. Однако, очень важно остановиться на круге величин, характеризующих объект или явление в конкретном случае, рассматривать только главные, существенные стороны явления, процесса, отбросив второстепенные. С такой проблемой мы сталкиваемся при решении любой задачи, особенно остро отражается это при решении задач методом размерностей. Рассмотрим алгоритм решения задач методом размерностей.

АЛГ Решение задачи методом размерностей

Арг физические величины, отражающие существенные стороны процесса, явления в задаче

рез искомые физические величины

НАЧ - изучите содержание задачи

- составьте полный список физических величин, которые на ваш взгляд, отражают существенные стороны процесса, явления в данной задаче
- выпишите рядом с выбранными вами величинами их размерности
- составьте произведение этих величин, возведенных в неизвестные пока степени, и искомой величины, приравняв все выражение к безразмерной константе B*C*Д*E=A

a) где В - искомая величина, С, Д, Е - физические величины, А - безразмерная константа: из одноименных основных единиц измерения составим выражение типа:

i x+y+z * j x+y+z * k x+y+z =1 .

b) где i, j, k - единицы основных величин, x, y, z - показатели степени, которые необходимо определить

- составьте систему уравнений из показателей степеней или одноименных основных единицах измерения, приравняв их к нулю.

- решите систему составленных уравнений:

a1*x + b1* y + c1* x = 0 где a , b , c - постоянно коэффициенты

a2* x +b2* y + c2* x = 0

a3* x + b3* y + c3* x = 0

- вычислите ответ, подставляя значения физических величин

С, Д, Е, предполагая значение константы A = I

КОН. Примечание: полученное уравнение связи будет единственным, если число переменных x, y, z будет равным числу уравнений в системе.

Безразмерная константа A может быть определена из эксперимента или другими исследованиями. Здесь наша методика бессильна: она может быть на самом деле равной I или I00 000 !

Наша методика позволила главное - установить функциональную зависимость между выбранными нами физическими величинами с точностью до постоянной А и в этом его сила!

Задача 1. Оцените гравитационное давление в центре Земли!

Можно ли задачу решить традиционным способом?

Понятно каждому, что непосредственно измерить эту величину невозможно! Решим задачу методом размерностей. Проанализируем задачу и выделим полный список физических величин, которые отражают существенные стороны возникновения гравитационного давления на наш взгляд:

P - давление, которое необходимо оценить. M - масса, R - радиус Земли и гравитационная постоянная - G. Выпишем размерности единиц измерения этих величин:

[P]=Па=Н /м2 =кг м -1 с-2

[М]=кг

[R]=м

[G]= Н* м2/кг =кг-1* м--3*с-2

Составим безразмерное выражение этих величин [1]

P*Mx*Ry *Gz =A. Выразим уравнение [1] через основные единицы измерения:

Кг1* м-1 *С-2 *КГX *М3z*C-2Z=1

Кг1+x-z*M-1+Y+3Z*C -2-2Z=1.

Составим систему уравнений:

1+x-z =0

-1+y+3 z =0

-2-2z=0

и вычислим значения показателей степеней

x=2, y=4, z=-1 и получим выражение :p=M-2*R4*G-1=A или p=A*G2/R4.

Оценим давление в центре Земли :при R=6. 106 м, М=6 1024 кг, G=6.67 10-11кг-1 м3 с- 2, давление в центре Земли p=1.4 1012 Па. Любопытно, что геофизики специальными исследованиями оценивают это давление 4 1012 Па, по порядку величины совпадают!

Точное значение гравитационного давления в центре земли мы не можем ни измерить, ни вычислить, но можем - оценить! Нашим методом!!!

Метод размерностей не может и не должен заменить более точные методы решения задач.

Когда такое решение возможно, но часто бывает, что строгий расчет и измерение выполнить невозможно, тогда оценка порядка величины не только уместна, а остается единственной реальностью. В таких случаях метод размерностей просто незаменим.

4. Оценка решения задачи

На уроках физики при оценке решения задачи применяю следующую систему.

За каждую решенную задачу ставиться одна из следующих оценок:

+! - за правильное и оригинальное решение
+ - за правильное рещение
+- - за правильное решение с недочетом
+/2 - за правильное решение части задачи
-+ - решение неправильное, но есть существенное продвижение или знание материала
-- - записано условие задачи, но нет решения
0- не приступил к решению задачи.

Чтобы научиться физике, безусловно надо решать задачи, а не смотреть в решение или текст задачи. Чтобы решать задачи надо научиться думать так, как думают физики. Цель обучения не в получении информации или набора фактов, а выработке самостоятельного подхода к любой физической проблеме, необходимости научиться размышлять, думать. Алгоритмы решения задач в этом помогут.

Литература:

1. Феймановские лекции по физике. Мир. 1969 г.
2. Турнир городов по физике. Итоговый сборник. 1995-96 г.М. Физ. факультет МГУ.
3 Турнир городов по физике. Итоговый сборник. 1996-97 г. М. Физ. факультет МГУ.
4. Чупин В.Д. Физика в алгоритмах и алгоритмы решения задач. Пермь. ОИУУ.1990 г.
5. Чупин В.Д. Задачи и вопросы по физике. 10 класс. Минимальная компетентность. Чайковский. 1994 г

ТЕМА УРОКА: АТМОСФЕРА И АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ПРИБОРЫ ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ.

Оборудование: шар для взвешивания воздуха, лабораторный стакан, продырявленный флакон, кусок плотной бумаги, соломинка для напитков, ливер, бытовая резиновая груша, шприц, пипетка, присоска автомобильная, сифон, две литровые банки.

Задача: открыть для учащихся атмосферу и атмосферное давление, познакомить их с бытовыми приборами, работающими за счет давления атмосферы и широко используемые в быту.

Сверхзадача: сформировать у учащихся положительное отношение к изучению явлений окружающего мира, привлекая внимание учащихся эффективными демонстрациями, вызвать чувства удивления и сформировать потребность внимательного отношения к незаметным явлениям окружающего мира. На примере атмосферного давления показать и убедить, что, благодаря наблюдениям и опыту, каждый человек накапливает знания об окружающем нас мире.

Концепция: наблюдения, опыт и умозаключения - распространенные, доступные эффективные методы поиска истины в науке.

Тезис: демонстрация явлений природы, эксперимент- критерий истины в науке, доказательство существования атмосферного давления. Демонстрация явлений природы не особый процесс, а научный метод познания (изучения) явлений природы, который позволяет создавать устройства и механизмы, широко используемые в быту и на производстве.

1. ВСТУПЛЕНИЕ : Установление контакта, привлечение внимания, включение учащихся в решение главных проблем урока.

Мы живем на дне большого глубокого воздушного океана и как рыбы в воде ничего не знают о давлении воды, так и многие из вас до сегодняшнего дня ничего не подозревали о давлении атмосферы. Давление воздуха заставляет вращаться ветряные двигатели, надувает паруса, сносит крыши домов, приносит дожди.

Атмосфера - светоносный воздух, газовая оболочка окружающая Землю (атмос - пар и сфера - шар). Смесь газов, образующих атмосферу Земли, называют воздухом, состав:78 % азота, 21 % кислорода и остальные газы 1%.

"Атмосферою жива вся земля. Океаны, моря, реки, ручьи, поля и леса, растения и животные, люди - все это живет в воздухе, живо воздухом. Воздушное море покрывает весь земной мир волны его описывают горы и долины и на дне его живем мы, насквозь пропитанны той же стихией. Эта животворящая жидкость вливается в наше легкие с каждым вздохом, среди нее начинается хрупкое существование новорожденного младенца, и она же принимает последний вздох умирающего. "Она растачает радующую нас зелень над лугом, питая и маленькие, еще нераспустившиеся цветочки, и большие деревья, неустанно наполняющая в себе лучи солнца, её цветов, являющихся с ближайших холмов, и звук, дающий возможность общения для живых существ и пения птиц, и шум леса, и ропот пенящихся волн. Без нее наша планета была бы безплодной, безжизненной, мертвой)". Камиль Фламмарион. Атмосфера. Спб, 1900 г. стр. 1,2

1. Конструктивный вопрос. Как обнаружить атмосферу ?

Демонстрация 1. Каждому из нас приходилось погружать опрокинутый вверх дном стакан в воду и наблюдать, что вода не поднимается заметно в стакане. И если стакан переварачиваем в воде из него вырывается пузыри, после этого вода заполнит стакан. Воздух занимает пространство.

Воздух имеет массу. Демонстрация 2. Взвешивание воздуха.

2. Конструктивный вопрос. Мухи обладают удивительной способностью подниматься по вертикальному гладкому оконному стеклу и свободно разгуливать по потолку. Почему ?

Ответы учащихся....

Демонстрация 3. Демонстрация присоски.

2. ГЛАВНАЯ ЧАСТЬ. Последовательное развертывание тезиса на основе решения конструктивных вопросов демонстрацией атмосферного давления, в тесном контакте и взаимодействии с учащимися в приемлемой для учащихся 7-го класса, в логической связи между доводами и тезисом.

3. Конструктивный вопрос: Это было в далеком 17 веке, Рене Декарту /1596-1650... г.г./ попадает в руки старый серебряный флакон от духов, продырявленный острием шпаги. Он обратил внимание, что закрытого пробкой продырявленного флакона духи не вытекают, но стоит вынуть пробку - жидкость выливается. Какая тому причина?

Ответы учащихся...

Демонстрация 4. Демонстрация явления (пластиковая бутылка из под шампуня с продырявленным дном)

Это маленькое событие сыграло большую роль в науке, безделушка и наблюдательность Декарта позволили открыть атмосферное давление, вакуум, барометр. Учащиеся дают краткую биографию ученых: Б. Паскаля, Э. Торричелли, О. Герике.

Рассмотрим еще старый удивительный опыт.

Демонстрация 5. Прикроем бумагой отверстие в стакане с водой и, придерживая рукой бумагу, перевернем стакан с водой в воздухе вверх дном, вода не выливается после того, как мы перестали поддерживать бумагу. Бумага остается, как бы прижатая к краю стакана. Что удерживает воду в стакане?

Ответы учащихся...

Вывод: Земля окружена атмосферой. Воздух- атмосфера-газ без стенок. Атмосфера оказывает давление. Проведем расчет атмосферного давления на человека. Сила F =p*S,p =101325 Па - нормальное атмосферное давление,s =1,5 м2 площадь поверхности тела учащегося 7-го класса, тогда F = 101325 Па*1,5 м 2=151988 Н, что соответствует весу тела массой m=F/g=15000 кг или 15 т. После вычисления силы давления на человека масса неожиданных реплик ...

5. Конструктивный вопрос : Где мы встречаемся с атмосферным давлением и где используется атмосферное давление?

Ответы учащихся....

Демонстрация 6. Демонстрация соломинки для напитков. Что заставляет подниматься напитку в соломинке?

Ответы учащихся...

Демонстрация 7. Демонстрация ливера (Рис. 117 учебника.)

Ливер -стеклянная трубка, открытая с обеих концов , используемая для взятия проб различных жидкостей

Демонстрация 8. Демонстрация пипетки. (Рис. 116 учебника.)

Пипетка - "Стеклянная трубка заостренная с одного конца и закрытая резиновой грушей с другой стороны, используемая для получения капель жидкости."

Демонстрация 9. Демонстрация бытовой резиновой груши/разновидность пипетки/.

Демонстрация 10. Демонстрация шприца. (Рис. 117 учебника.)

Демонстрация 11. Демонстрация сифона.

Сифон-гибкая трубка с резиновой грушей, служащая для переливания жидкостей.

Заключение:

Утверждение тезиса в понятной и приемлемой форме для данной аудитории.

Последний конструктивный вопрос:

1. Что позволяет мухам свободно разгуливать по потолку?
2. Почему духи не выливаются из закрытого пробкой продырявленного флакона?
З. Что держит воду в стакане/?
4. Что переливает жидкость из сосуда в сосуд?
Ответ: АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ.

Рыбы, живущие в воде, не подозревают о давлении воды, так и мы на дне глубокого воздушного океана не ведаем об атмосферном давлении.

Наблюдения и опыт - источники научных знаний, основные методы получения научной истины.

Домашнее задание: параграф 40, вопросы на странице 103-104. Повторитъ опыты дома.

Литература:

1. А. Томилин, Н. Тербинская Для чего-ничего? Л. Детская литература 1975 г.
2. С.В. Громов, Н.А. Родина Физика 7. М. Просвещение. 1999 г.
3. В.Д. Чупин. От Пифагора до наших дней. Пермь.1992 г.
4. Камиль Фламмарион. Атмосфера Спб. 1900 г.