В курсе физики 7 класса мы при прохождении темы “ Механическое движение” вводим понятие средней скорости, и при определенном полученном навыке решения задач большинство учащихся с расчетами средней скорости справляются. (Только жаль, что часто при решении ребята сталкиваются с громоздким математическим решением, а они пока к этому не готовы)
Через несколько уроков мы приступаем к введению понятий массы и плотности.
На начальном уровне все основное по данному вопросу в любом учебнике-7 ,в принципе, сказано, но почему мы не оговариваем сразу такой важный закон, как закон сохранения массы? Он нам пригодится для введения понятия средней плотности!
Если растворить сахар в воде, то масса раствора строго равна массе сахара и воды.
При любом дроблении и при растворении масса остается одной и той же.
Формулировка закона: При любых изменениях изолированной системы тел или частиц масса этой системы остается неизменной и равна сумме масс составляющих ее частей.
Так как понятие изолированной системы мы пока не вводим, то можно закон сформулировать проще;
Масса тел до взаимодействия равна массе тел после взаимодействия,т. е. остается неизменной
Математическое выражение закона: m1 + m2 + ... + mN =m /1 + m /2 + ... + m /N
Границы и условия применимости закона можно пока не вводить
Приоритет в открытии закона сохранения массы вещества принадлежит российскому ученому Михаилу Васильевичу Ломоносову и французу Антуану Лавуазье (Antoine Laurent Lavoisier).
Закон был открыт и сформулирован ими независимо друг от друга на основе анализа многочисленных опытных данных.
В 1756 г. М.В.Ломоносов самостоятельно сформулировал философский принцип сохранения материи и движения: “…все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому...”.
Он считал этот закон одним из основных законов природы!
Примеры проявления закона в природе
- Явления диффузии
- Процессы растворения веществ.
- Дробление и разрушение тел.
- Глобальный круговорот вещества в биосфере, перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных давлениях и температурах, в течение веков и тысячелетий происходит в полном соответствии с законом сохранения массы. Эти же самые слова можно сказать об одном из самых грандиозных процессов – круговороте воды на поверхности земного шара.
Пример:
1) Если взять 1 кг манки, 2 кг гречки, 3 кг пшена и все крупы смешать, то получим массу строго 6 кг
mсм = mманки + mгречки + mпшена = 1 кг + 2 кг +3 кг = 6 кг
2) В пассажирский самолет перед началом рейса погрузили 300 кг продуктов. Изменилась ли масса авиалайнера после того, как в полете все продукты были съедены?
Так как заданий на закон сохранения массы в задачниках нет, то можно предложить ребятам дома самим поработать над их составлением. А из лучших работ составить сборник и вклеить в задачник, которым пользуемся на уроке. Я думаю, что многие ребята захотят в этом поучаствовать.
А теперь о понятии плотность.
При введении этой величины в учебниках почему-то не оговаривается, что речь идет о сплошных телах! И хотя в олимпиадных задачах и в некоторых сборниках предлагаются задачи на нахождение средней плотности (или задачи, связанные с этой величиной) на уроках мы о ней не говорим. А ведь несколько уроков назад было введено понятие средней скорости, так почему по аналогии не ввести понятие средней плотности?
Истинная плотность – отношение массы к объему в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот)
Средняя плотность – физическая величина, определяемая отношением массы материала ко всему занимаемому им объему, включая поры и пустоты.
Средняя плотность не является величиной постоянной и изменяется в зависимости от пористости материала.
Интересно, что средняя плотность играет очень важное значение для человека. Его плавучесть зависит от средней плотности тканей его тела, плотности воды, вдоха и выдоха. Чем меньше средняя плотность тканей тела, тем лучше его плавучесть. При глубоком вдохе пловец, как правило, обладает положительной плавучестью, при полном выдохе – отрицательной, он тонет. Человек способен изменять свою среднюю плотность, регулируя количество воздуха в легких! При полном вдохе средняя плотность человеческого тела становится меньше плотности воды. При выдохе, когда тело теряет плавучесть, человеку приходится создавать подъемную силу движением рук. Получается, что умение плавать – это умение правильно дышать!
Когда вводится понятие выталкивающей силы, может ребятам будет понятнее, почему такие огромные, тяжелые корабли плавают, если поговорить опять о средней плотности корабля и воды! Или привести такой пример: Плотность стекла, из которого сделана бутылка, равна 2200 кг/ м3; плотность воды – 1000 кг/ м3. Следовательно, стекло пойдет ко дну. Но если стеклянная бутылка, наполненная воздухом, плотно закрыта пробкой, она будет плавать на поверхности воды. Масса стеклянной литровой бутылки примерно равна 0,5 кг; масса воздуха, заключенного в ней, - около 0,001 кг, а средняя плотность закупоренной бутылки с воздухом - 501 кг/ м3 (0,5001 кг / 0,001 м3), т.е. вдвое меньше плотности воды!
На уроке можно решить следующие задачи:
Какова плотность смеси глицерина и спирта, если объем спирта составляет половину объема смеси?
Как изменится ответ, если масса спирта составляет половину массы смеси?
Ответ: (900 кг/ м3)
Сплав золота и серебра массой 400г имеет плотность 1,4 · 104 кг/ м3. Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу золота в сплаве.
Ответ: (0,2 кг)
(Примеры данных задач взяты из сборника “Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. Гейндешптейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М, там же представлены их подробные решения)
Использованная литература:
- Гейндешптейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. “Решение ключевых задач по физике для основной школы. 7-9 классы. – М.: Илекса, 2006.
- Детская энциклопедия, том 3 , издательство “Просвещение”, 1966
- С.Е.Каменецкий, В.П.Орехов “Методика решения задач по физике в средней школе” издательство “Просвещение”, 1986
- Г.С.Ландсберг “Элементарный учебник физики”, том 3, издательство “Физматлит”, 2000