Цель урока:
- Дальнейшее формирование понятия время, единицы времени;
- рассмотреть различные виды часов;
- формирование измерительных навыков ( в частности умения пользоваться секундомером), умения формулировать вывод по полученным экспериментальным данным.
Тип урока: комбинированный
Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер.
Выстроить свой распорядок дня, определить продолжительность урока и перемены нам помогает физическая величина — время. А самый первый измерительный прибор, с которым ты впервые столкнулся в своей жизни - это обыкновенные часы –прибор для измерения времени. служит. С помощью часов мы можем определить, быстро или медленно протекает тот или иной процесс.
От изобретения первых часов (солнечных ) до создания сложнейших атомных часов прошло пять с половиной тысяч лет. Человечество на разных этапах своего развития придумывало и использовало различные виды часов.
В часах используются постоянные периодические процессы:
- вращение Земли (солнечные часы),
- колебания маятника (механические и электромагнитные часы),
- колебания камертона (камертонные часы),
- колебания пластинки кварца (кварцевые часы),
- переход атомов из одного энергетического состояния в другое (квантовые часы).
Часы условно подразделяют на бытовые (наручные, карманные, настольные, настенные и др.) и специальные (напр.,секундомеры, хронометры).
В результате наблюдения за вращением Земли были изобретены солнечные часы. Приложение 1.
СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ состоят из циферблата и стержня, тень от которого, перемещаясь по циферблату вследствие движения Солнца по небу, показывает истинное солнечное время.
Кстати, ты никогда не задумывался, почему на обычных часах стрелки идут слева направо? Часы идут по часовой стрелке — слева направо — потому что именно в этом направлении движется тень солнечных. Поэтому современные часы и переняли это движение от своих предков.
Вот если бы солнечные, а затем и механические часы были изобретены в Южном полушарии, все было бы наоборот!
Во 2-м тыс. до н. э. появились водяные часы .Клепсидра — древнейшие часы.
В дне сосуда с водой просверлена дырочка, куда вставлена трубочка маленького диаметра. Вода по ней медленно стекает и падает в другой сосуд, на стенки которого нанесены деления. Роль часовой стрелки выполняет уровень воды. Чем выше он поднимается, тем больше натекло времени. Приложение 2.
Выражение “ваше время истекло”, “напрасно лить воду” пришли к нам из жизни Древнего Рима , где водяные часы использовались на заседаниях суда или на общественных собраниях. С их помощью следили, чтобы оратор не превысил отведенное ему для выступления время.
Чуть позже появились песочные часы . Простейший прибор для отсчета времени; 2 сосуда, соединенные узкой горловиной (один частично заполнен песком). Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких часов до нескольких секунд.
Сегодня часы есть не только в каждом доме, но и почти у каждого человека . По принципу работы они делятся на электронные и механические. Самые точные часы, которые являются эталоном времени, — атомные.
Работа часов основана на периодически повторяющихся процессах. Например, принцип работы песочных часов основан на том, что песок протекает через небольшое отверстие за определенное время. Значит, можно рассчитать количество песка, которое просочится через отверстие за 5, 10 минут.
Работа механических наручных и настенных часов основана на периодически повторяющихся колебаниях маятника
Самые знаменитые и самые большие часы в нашей стране — кремлевские куранты на Красной площади в Москве.
Самые большие механические часы в мире, которые и в наши дни заводятся только вручную, — это часы на башне Биг-Бен в Лондоне.
Физкульминутка "Часы"
Мышь полезла в первый раз
Посмотреть, который час.
Вдруг часы сказали: "Бом!",
(Один хлопок над головой).Мышь скатилась кувырком.
(Руки "скатываются" на пол).Мышь полезла второй раз
Посмотреть, который час.
Вдруг часы сказали: "Бом, бом!"
(Два хлопка).Мышь скатилась кувырком.
Мышь полезла в третий раз
Посмотреть, который час.
Вдруг часы сказали: "Бом, бом, бом!"
(Три хлопка).
А в чем измеряется время?
Выполнить задание.
Определи, сколько времени длится перемена. Вырази полученный результат в секундах, минутах, часах.
Время. Понятие времени не в пример сложнее длины. Если понятие длины утвердилось с самых древних времён, то трактовка времени постоянно трансформировалась с всё новыми его свойствами. Аристотель считал время “числом движения”, а Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716) физик, философ-идеалист, математик, изобретатель, юрист, историк и филолог полагал, что время есть абстракция соотношений всех последовательностей. “Нельзя в одну и ту же реку войти дважды” несомненно, можно отнести и к понятию времени. Дело в том, что эталоном длины можно пользоваться многократно, на своё усмотрение, прикладывая линейку к измеряемому объекту требуемое число раз. Эталон времени может быть использован только однократно, что требует для использования только повторяющихся, периодических процессов. Первые попытки введения эталона времени были связаны с очевидными периодическими процессами. В Месопотамии и Древнем Китае практически одновременно обратили внимание на то, что Луна являет свой лик через определённые промежутки времени. Возникли лунные календари. Оказалось, что фазы Луны не совпадают с продолжительностью года, приходилось в конце года добавлять дни. На смену лунным календарям пришли солнечные, ввели понятие среднесуточного солнечного времени. За эталон времени была принята 1/86400 часть средних солнечных суток. Время, исчисляемое таким способом, называется всемирным временем. Всё бы ничего, но обнаружилось, что Земля, строго говоря, вращается вокруг собственной оси не совсем равномерно, отсюда обеспечить точность более 10–8 оказалось невозможным. Во многих научных, технологических и транспортных процессах требовалась более жёсткая синхронизация. По аналогии с длиной для увеличения точности измерения времени воспользовались свойством периодичности процессов на атомном уровне. В качестве одного из наиболее точных эталонов времени стали использовать длительность 9 192 631 770 периодов атомных колебаний 133 изотопа цезия. Использование атомного эталона времени позволило сравнивать длительность отдельных событий с точностью до 10–12. Атомные часы “ошибаются” на 1 с за 30 тыс. лет. Пошли ещё дальше, обнаружив, что излучение водородных лазеров ещё более стабильно, что позволяет повысить точность в сравнении с атомным эталоном ещё на два порядка.
В настоящее время в разных областях человеческих знаний используется несколько временных шкал, которые наилучшим образом приспособлены для исчисления конкретных процессов .
Эфемерное время. Используется в качестве независимой переменной при описании движения тел космического происхождения.
Звёздное время. Используется в астрономии и астрофизике. В качестве характерного периода принято время одного полного оборота Земли вокруг своей оси, относительно системы неподвижных звёзд.
Солнечное время. За характерную величину принято изменение часового угла Солнца. Существует истинное и среднее солнечное время, в зависимости от выбранного способа отсчёта, по истинному или среднему положению светила.
Всемирное время. Среднее солнечное время начального меридиана, за который условно принят меридиан обсерватории в Гринвиче.
Местное время. Определяется в соответствии с географической долготой местности и одинаково для всех точек на одном меридиане.
Поясное время. Среднее солнечное время, определённое для 24 основных географических меридианов, отстоящих друг от друга на угловом расстоянии 150 по долготе. Поверхность нашей планеты разделена на 24 часовых пояса, в пределах каждого из которых поясное время совпадает со временем, проходящего через них основного меридиана.
Декретное время. Вводится правительственными постановлениями. Декретное время исчисляется путём прибавления одного часа в летнее время и вычитания часа в зимнее время. Перевод стрелок часов на 1 час производится в ночь с последней субботы на воскресенье в марте и сентябре. Такое изменение времени позволяет оптимизировать хозяйственную деятельность применительно к светлому времени суток. Всем известно, что год представляется в виде промежутка времени, равного в первом приближении периоду обращения Земли вокруг Солнца. Поскольку в качестве эталона используются разные элементарные периоды времени, то и существуют различные определения продолжительности года .
Звёздный (сидерический) год. Этот промежуток времени соответствует одному видимому обороту Солнца по небесной сфере относительно неподвижных звёзд. Продолжительность такого года составляет 365,2564 средних солнечных суток.
Тропический год. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра истинного Солнца через точку весеннего равноденствия. Тропический год имеет продолжительность в 365,2422 средних солнечных суток.
Аномалистический год. Продолжительность такого года равна времени между двумя последовательными прохождения центра Солнца через перигей его видимой геоцентрической орбиты. Аномалистический год состоит из 365,2596 средних солнечных суток.
Драконический год. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через один и тот же узел орбиты Луны на эклиптике. Драконический год состоит из 346,62 средних солнечных суток.
Лунный год. Двенадцать синодических месяцев включают 354,3671 средних солнечных суток.
Календарный юлианский год (старый стиль). Состоит из 365,25 средних солнечных суток.
Календарный григорианский год (новый стиль). Включает в себя 365,2425 средних солнечных суток.
В качестве продолжительности месяца, формально составляющего 1/12 часть продолжительности года, принят промежуток времени, близкий к периоду обращения Луны вокруг Земли. Принято месяцы классифицировать следующим образом.
Синодический месяц. Исчисляется, как промежуток времени, соответствующий периоду смены фаз Луны. Соответствует 29,5306 средних солнечных суток.
Звёздный месяц (сидерический). Время полного оборота Луны вокруг Земли относительно звёзд, что составляет 27,5306 средних солнечных суток.
Календарный месяц. От фаз Луны не зависит и включает в себя от 28 до 31 суток .В качестве суток чаще всего, используется понятие эфемерных, солнечных и звёздных суток.
Эфемерные сутки, состоят из 24 часов, что равно 1440 минут или 86400 секунд.
Солнечные сутки. Равны периоду обращения Земли относительно Солнца. Продолжительность солнечных суток равна от 24 ч 0,3 мин 36 с до 24 ч 04 мин 27 с звёздного времени.
Звёздные сутки (сидерические). В качестве эталона принят период вращения Земли вокруг своей оси относительно звёзд. Звёздные сутки состоят из 23 ч 56 мин 040905 с среднего солнечного времени.
Часы, минуты и секунды получаются арифметически при простом делении продолжительности суток. Час равен промежутку времени, соответствующему 1/24 суток. В качестве минуты, состоящей из 60 с принята шестидесятая часть часа. Однако напомним, что отсчёт начинается с первоначального эталона ? секунды, равной 9 192 631 770 периодов излучения цезия-133, соответствующего переходу атома между двумя сверхтонкими энергетическими уровнями.
Лабораторная работа № 3. Измерение времени
Тема: Измерение времени.
Цели: ознакомиться с принципом работы метронома, секундомера; научиться измерять промежутки времени с помощью различных физических приборов.
Оборудование: метроном, секундомер, часы с секундной стрелкой, стеклянная трубка длиной 25—30 см и диаметром 7—8 мм, пластилин.
Теоретические сведения
Метроном (рис. I) (от греческих слов metron — “мера” и nomos — “закон”) — прибор для отсчета отрезков времени на слух. Применяется для соблюдения точного темпа при исполнении музыкальных произведений, а также в лабораторных опытах. Метроном состоит из корпуса пирамидальной формы со шкалой (I), пружинного часового механизма и маятника (2) с подвижным грузом (3).
Колебания маятника метронома сопровождаются равномерным постукиванием. Число колебаний маятника в единицу времени зависит от местоположения груза. Чтобы добиться необходимого количества ударов в минуту, груз фиксируют напротив соответствующей цифры на шкале.
Механический секундомер (рис. 2) — прибор для измерения промежутков времени продолжительностью от долей секунды до долей часа. Секундомер состоит из часового механизма и механизма управления стрелками — секундной (I) и минутной (2), с помощью которого осуществляются пуск, остановка прибора и возвращение стрелок в нулевое положение.
Указания к работе
Подготовка к эксперименту
1. Настройте метроном на 120 ударов в минуту.
2. Определите цену деления шкал часов и секундомера. Результаты измерений занесите в таблицу. (Цена деления метронома, настроенного на 120 ударов в минуту, составляет 60 с : 120 = 0,5 с).
3. Закройте один конец стеклянной трубки пластилином. Наполните ее водой так, чтобы в трубке осталось немного воздуха. Закройте пластилином второй конец трубки и положите ее на стол. Слегка постучав по трубке, добейтесь, чтобы пузырек воздуха отделился от пластилина. Затем поднимите один конец трубки и положите его на тонкую тетрадь. Пузырек начнет медленно перемещаться вверх до тех пор, пока не достигнет противоположного конца трубки. Чтобы вернуть пузырек в исходное положение, поднимите конец трубки, лежащий на столе.
Эксперимент
1. Проверьте свое “чувство времени”. Для этого, не пользуясь измерительными приборами, оцените время перемещения пузырька воздуха от конца трубки, который лежит на столе, до конца трубки, лежащего на тетради.
2. Измерьте время движения пузырька с помощью:
а) часов; б) метронома; в) секундомера.
Каждый опыт повторите трижды. Результаты всех измерений сразу же занесите в таблицу.
3. Завершите заполнение таблицы.
Анализ результатов эксперимента
1. Проанализировав условия проведения эксперимента, сравните полученные результаты и выясните:
а) каким из предложенных приборов целесообразнее пользоваться;
б) с какой целью каждый опыт повторялся трижды;
в) какие условия проведения эксперимента приводили к погрешностям;
г) как можно усовершенствовать технику проведения эксперимента.
2. Сделайте вывод, в котором укажите, что вы измеряли, какой результат получили.
Дополнительное задание
Определите один из показателей деятельности вашего сердца – количество ударов пульса в минуту. {Справка: для детей в возрасте 11–15 лет в спокойном состоянии нормой считается частота пульса 70–80 ударов в минуту.)
Итог занятия
Поблагодарить учащихся за активность и предложить посмотреть результаты работы на занятии в подготовленной презентации.
Всем большое спасибо за работу.
Источники информации
- Пинский А.А., Разумовский В.Г. Физика. Астрономия. 8 класс. – М., Просвещение, 1998.
- Блудов М.И. Беседы по физике. – М., Просвещение, 1984.