Физика. Дом имени чулпана
 Скачать 2.19 Mb.
|
|
ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ РАВНОВЕСИЕ ТЕЛ. ПРОСТЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ ЗВУКОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ 6 Н. Ш. ТУРДИЕВ 2-ПЕРЕРАБОТАННОЕ ИЗДАНИЕ ИЗДАТЕЛЬСКО-ПОЛИГРАФИЧЕСКИЙ ТВОРЧЕСКИЙ ДОМ ИМЕНИ ЧУЛПАНА ТАШКЕНТ – 2013 УДК: 372.853-161.1(075) ББК Рецензенты. Юсупов – доцент ЦИПКПСНО им. А. Авлони Р. Ешмирзаева – методист РЦO М. Раджабова – преподаватель школы № 34 г. Ташкента Утверждено Министерством народного образования Республики Узбекистан в качестве учебника ОБОЗНАЧЕНИЯ: – физические величины основные законы – важнейшие формулы – обратите внимание, запомните – после изучения темы ответьте на поставленные вопросы – темы, предназначенные для более глубокого изучения физики – темы, предназначенные для повторения ранее пройденного материала – подумайте и ответьте – практическая работа, выполняемая учащимися – познавательные материалы. «Отпечатано для аренды за счет средств Республиканского целевого книжного фонда 978-9943-4046-9-4 © Н. Ш. Турдиев, 2013 © «Niso Poligraf», 2013 (оригинал-макет), © Издательско-полиграфический творческий дом имени Чулпана, 2013 ВВЕДЕНИЕ bbТЕМА ЧТО ИЗУЧАЕТ ФИЗИКА? ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ Дорогие учащиеся! Книга, которую выдержите в руках, является вашим первым учебником физики. Это новый для вас учебный предмет. Изучение физики вы продолжите в дальнейшем в 7–9 классах. Для чего надо изучать физику? Если вы посмотрите вокруг себя, то можете увидеть, например, падающий снег или дождь, плывущие по небу облака, текущий ручей или реку. Все это является природными явлениями. Окружающая нас природа и изменения в ней оказывают непосредственное влияние на нашу жизнь. Изучение закономерностей протекающих в природе явлений позволяет более полно и рационально воспользоваться ими. Изучая эти закономерности, человек создал машины, облегчающие его труд. Мы не можем представить свою повседневную жизнь без электричества, горючего, чистой воды. Основу электрических машин, установок, работающих с использованием электричества и горючего, изучает физика. Для управления машинами и механизмами, выполнения работ по их настройке, для более продуктивного использования домашних приборов нам необходимы знания законов фи зики. В 6 классе даны первоначальные сведения о строении вещества, механические, тепловые и световые явления, представления о звуке (рис. В учебнике вам предлагаются несложные и интересные задания, которые относятся к этим явлениями вы сможете их выполнить самостоятельно Введение В истории развития физики сложилась своя система представлений. Через физические представления определяются все физические явления, законы, положения. Строение вещества Механиче- ские явления Тепловые явления Световые явления Понятия о звуке Рис. 1 Что изучает физика Физические явления Физическими телами называются все встречающиеся в природе тела. Например, Солнце, звезды, планеты, камни, вода в сосуде, воздух в помещении и т.д. Системой тел называется система, в которой некоторые физические явления проявляются, как водном теле Например, движение автомобиля. Здесь все части автомобиля в течение времени проходят определенный путь. Физическими явлениями называются явления, когда частицы, из которых состоят тела, остаются без изменения. Например, падение камня, вращение колеса, кипение и замерзание воды, выделение тепла при сгорании угля, излучение света лампочкой, распространение голоса по радио. Путем непосредственного наблюдения физических явлений и на основе опытной проверки создаются законы физики. Физическим законом называется выражение, показывающее количественную связь величин, характеризующих явление. Наблюдением называется изучение свойств явления, не оказывающее на него воздействия. Например, при изучении падения тела на Землю закономерность определяется после большого числа наблюдений за предметом. Для этого проводятся опыты Совместно с проведением опытов проводят измерительные работы. Таким образом, источником физических знаний являются наблюдение и проведение опытов. Посмотрите на рисунок 1 и приведите свои примеры, относящиеся к физическим явлениям. В чем разница между проведением опытов и наблюдений. Приведите примеры физических явлений Введение ТЕМА СВЕДЕНИЯ ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ФИЗИКИ Слово физика, по-гречески «phýsis» – означает природа, физика наука о природе. Человечество познавало окружающий его мир в жесточайшей борьбе за выживание. Первоначально сбор научных сведений начинался там, где люди вели оседлый образ жизни. Воспользовавшись благоприятными возможностями, египтяне и вавилоняне на основе накопленных знаний построили пирамиды, храмы, крепости, плотины. При их строительстве они пользовались простыми механизмами рычагами, скатами, наклонными плоскос- тями. Сведения о физике впервые в виде книги обобщил древнегреческий мыслитель Аристотель (384–322 годы до нашей эры. Теорию обустройстве мира впервые разработал живший в 341–270 годах до нашей эры Эпикур. Поэт-философ Лукреций Кар в своей поэме О природе вещей изложил учение Эпикура. Согласно этому учению, все вещества состоят из невидимых, неделимых атомов, и они находятся в непрерывном движении. Одним из первых ученых, широко использовавших физические законы в военных целях, был Архимед. Архимед родился в 287 году до нашей эры на острове Сицилия в городе Сиракузы. В это время за остров Сицилия вели борьбу два государства Рим и Карфаген. Власти острова, чтобы сохранить независимость, строили оборонительные сооружения. Здесь пригодились инженерные способности Архимеда. Римляне атаковали Сицилию и с моря, и с суши. Греческий историк Плутарх пишет так Си- цилианцы пришли в ужас от двусторонних (с моря и с суши) атак римлян. Чем они могут Архимед ответить такому сильному и многочисленному войску Архимед привел в действие свои механизмы. На сухопутные войска обрушились громадные камни, пущенные с большой силой, и они рассеялись. На корабли с городских стен с большой скоростью внезапно обрушились бревна и потопили их. Железными крючьями цепляли корабли за один конец, высоко их поднимали, второй конец погружался вводу. Некоторые теряли управление, начинали вращаться на одном месте и, ударившись, тонули. Страшная картина. После этого римляне вынуждены были отступить. Город они сумели взять только после долгой осады. В этом бою погиб и Архимед. Таким образом, Архимед – первый ученый, служивший для войны и погибший на войне. В средние века развитие науки и культуры переместилось на Восток. В это время жили великие наши предки, внесшие большой вклад в развитие физики и других наук. Это Абу Райхан Бе- руни, Абу Али ибн Сина (Авиценна), Абу Абдаллах Мухаммад ибн Муса аль-Хорезми, Омар Хайям, Омар Чагмини и многие другие. Беруни проводил работы во многих направлениях плотность вещества, физика Вселенной, минералогия, свет, звуки магнитные явления. Обращает на себя внимание то, с какой точностью он определил радиус Земли (у Беруни – 6 490 км, современные данные км. Весь мир признал работы аль-Хорезми по математике и астрономии. Отцом медицины считается Авиценна. У него также имеются работы, посвященные механическому движению, погоде, световым явлениям. Если Омар Хайям разработал наиболее совершенный потому времени календарь, то Омар Чаг- мини впервые отметил, что смена времен года происходит за счет наклона оси Земли. Дальнейшее развитие физика получила в Европе. Польский ученый Н. Коперник первым ввел гелиоцентрическую модель мира. Но принять это учение было нелегко. Итальянский ученый Г. Галилей и немецкий ученый И. Кеплер экспериментами и расчетами подтвердили это учение. Первым ученым, наблюдавшим небесные тела в Сведения из истории развития физики Введение телескоп, был тоже Галилей. Заслуживают внимания его работы по свободному падению тел. Неоценимый вклад в развитие физики внес английский ученый И. Ньютон. Его перу принадлежат работы о причинах движения Солнца и планет, о силе и ее влиянии на движение тело цвете. В XVIII–XIX веках началось практическое использование достижений науки. Результатом этого стал запуск первых паровых машин, развитие военной техники, использование электричества и многое другое. К ученым, признанным в этот период, можно отнести Дж. Уат- та, М. Ломоносова, А. Эйлера, Т. Юнга, О. Френеля, А. Вольта, Х. Эрстеда, А. Ампера, Г. Ома, М. Фарадея, Е. Х. Ленца, В. Вебера, Дж. Джоуля, В. Томсона, А. Больцмана, Д. Менделеева и многих других. В XX веке в физике были сделаны великие открытия. В результате этих открытий появилась возможность использовать атомную энергию. Человек вышел в космос. Широко известны имена физиков Д. Лоренса, А. Эйнштейна, В. Рентгена, Дж. Томсона, М. Планка, Э. Резерфорда, Н. Бора, А. Иоффе, С. Вавилова, М. Ландау, Луи де Бройля. Конечно, развитие физики не всегда шло гладко. В отдельные периоды было много открытий, а в другое время было затишье. Но человек, побеждая трудности, всегда стремится вперед. Беруни ТЕМА ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИКИ В РАЗВИТИИ ОБЩЕСТВА. РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ В УЗБЕКИСТАНЕ В давние времена люди полностью зависели от природы, так как своими руками ничего не производили, питались тем, что их окружало. От непогоды, холода и диких зверей спасались в пещерах. Но постепенно они научились добывать огонь и изготавливать орудия для охоты. Жизнь стала улучшаться. В результате изучения природы и на основании более плодотворного использования природных богатств стало возможным избавить людей от холода, темноты, голода и множества болезней. Человек стал свободно перемещаться по земле, по воздуху и по воде. Среди естественных наук физика занимает ведущее место. Как было уже сказано, сфера ее деятельности очень широкая. Каждый изученный закон физики оказывает сильное влияние на развитие общества. Вот почему в Узбекистане для развития физики проводятся широкомасштабные работы. Этими работами ученые занимаются, в основном, в научно-исследовательских институтах Академии наук Узбекистана ив лабораториях при высших учебных заведениях. В данный момент в системе Академии наук Республики Узбекистан функционирует Институт ядерной физики (отдел физики тяжелых ионов, Научно-производственное объединение Физика Солнца (Институт материаловедения Институт астрономии Институт ион-плазмы и лазерной технологии. В этих институтах проводятся научные иследования помеха- ническим, тепловым, электрическим, световыми звуковым явле- ниям. Значение физики в развитии общества. Развитие физики в Узбекистане Введение ТЕМА ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ Некоторые параметры тел или физических явлений можно измерить при помощи экспериментов. Эти параметры называются физическими величинами. Например, длина тела, объем, температура, масса и т.д. Под словом измерить понимают сравнение измеряемой величины с эталоном. У каждого эталона существует своя единица измерения. Например, международной единицей длины служит метр (1 м, аза единицу времени принята секунда (1 с). Эталон длины изготовлен из платино-ири- диевого сплава (соединение двух веществ) и хранится во Франции (рис. В повседневной жизни длина помимо метра измеряется ив кратных ив приходящихся ему дольных величинах. Приставка и единица измерения Множитель микро (мк) милли (м) санти (с) деци (д) дека (дк) гекто (г) кило (к) мега (МН а пример километр = 1000 метров. В качестве эталона времени принято брать определенный период излучения атома – мельчайшей частицы вещества. В повседневной Рис. 2 жизни используются и другие единицы времени минута, час, сутки, неделя, месяц, год час = 60 минут = 3600 секунд сутки = 24 часа миллисекунда = 0,001 секунды. Для измерения массы веществ и тел из платино-иридиевого сплава изготовлена специальная эталонная гиря (1 килограмм. Она также хранится во Франции. При проведении опытов и наблюдений пользуются измерительными приборами (рис. 3). Измерительная лента Штангенциркуль Весы Линейка Мензурка Секундомер Рис. Физические величины и их измерение Введение На линейке – линии и цифры шкала линейки промежутки между двумя соседними линиями точность измерения наибольшее расстояние, которое можно измерить, называется пределом измерения. В различных странах длину, массу тела и другие величины измеряли в различных единицах, и это приводило к неудобствам. Поэтому в 1960 году для измерения величин была принята Международная система единиц СИ. В Узбекистане также была введена 1982 (ГОСТ) для контроля измерительных приборов работает метрологическая служба. Какие еще измерительные приборы вызнаете Назовите точность и пределы измерения приведенных на рисунке 3 приборов – учение мыслителей античного мира и наших соотечественников – Рази, Беруни и Авиценны о строении вещества беспорядочное движение молекул молекулярное строение твердых тел, жидкостей и газов знакомство с явлением диффузии. I ГЛАВА ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества ВВОДНАЯ БЕСЕДА В древние века люди пользовались только тем, что их окружало, – деревья, камни, земля, вода и др. Впоследствии из полезных ископаемых они научились выделять железо, медь, серебро, золото. Путем их смешивания получили бронзу, латунь. В некоторых случаях нужны были твердые материалы для изготовления мечей, щитов, для украшений (корон, колец и т.д.) нужны были материалы и с другими свойствами. Для их создания люди все больше изучали строение существующих материалов. Вместе с этим, используя полученные знания, они начали получать искусственные материалы (пластмассы, полимеры и т.д.). Чтобы обладать знаниями и практикой, великие умы человечества работали не покладая рук. ТЕМА УЧЕНИЕ ДЕМОКРИТА, РАЗИ, БЕРУНИ И АВИЦЕННЫ О СТРОЕНИИ ВЕЩЕСТВА В повседневной жизни, чтобы вскипятить воду, вы наливаете ее в сосуд, нагреваете его и видите, что появляется пар. Через некоторое время вода начинает кипеть, и если сосуд оставить без внимания, вода вся выкипит. Почему вода испаряется Какая разница в строении воды и льда Подобные вопросы издревле интересовали людей. Первоначальное представление о строении вещества принадлежит греческому ученому Демокриту (460–370 годы до н.э.). По Демокриту все тела состоят из очень маленьких частиц – атомов. Самая маленькая частица вещества – атом считалась неделимой. Слово атом по- гречески означает неделимый. Труд Демокрита об атомах не дошел до нас. Его взгляды приведены в трудах других ученых Учение Демокрита впоследствии развили многие ученые. В частности, это нашло отражение в трудах наших соотечественников – великих мыслителей Рази, Беруни и Авиценны. Абу Бакр ар-Рази (865–925) написал более 184 трудов, работал во многих областях науки. Он развил учение греческих ученых об атоме и высказал мысль, что атом тоже может делиться. Внутри атома, согласно Рази, имеются пустоты и отдельные части, все эти части находятся в движении. Кроме того, он считал, что между этими частями имеется сила взаимодействия. Эти теоретические взгляды Рази в дальнейшем получили развитие в трудах Абу Райхана Беруни и Ави- ценны Речь об этом идет в переписке между ними. Беруни писал Ави- ценне: Некоторые ученые утверждают, что частиц меньше атома не существует, – это глупость. Вторые утверждают, что атом делится бесконечно, это еще большая глупость. Если атом делится бесконечно, тов конце концов материя может исчезнуть. Этого не может быть, так как материя бесконечна. Что Выдумаете поэтому поводу?» Авиценна в своем ответе Беруни писал, что утверждения Аристотеля и Рази надо понимать так, что атом делится не бесконечно, и это деление имеет границу. В настоящее время сложное строение атома полностью подтверждено. Атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро, в свою очередь, состоит из еще меньших частиц – протонов и нейтронов. Есть сведения о том, что протон и нейтрон тоже состоят из еще более мелких частиц. Ответ на вопрос, имеется ли граница этого деления, надеемся получить у вас, когда вы вырастите. Какие вы имеете представления о строении вещества. Какие имеются недостатки в теории атома Демокрита? 3. В каких еще направлениях проводил исследования ар-Рази? Узнайте об этом из книг в вашей библиотеке. Как выдумаете, могут ли частицы делиться бесконечно? Учение Демокрита, Рази, Беруни и Авиценны о строении вещества Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества ТЕМА МОЛЕКУЛЫ И ИХ РАЗМЕРЫ Вам известно, что каждое вещество имеет присущие ему свойства. Например сахар – сладкий, соль – соленая и т.д. Возьмем сахар и измельчим его в ступке. Если мы теперь попробуем его на вкус, то он останется сладким, те. сохранился вкус сахара. До какой степени измельчения сохранит он свой сладкий вкус Опыты показывают, что вещество сохраняет свои свойства до определенного размера составляющих его частиц. Наименьший размер, при котором еще сохраняются свойства вещества, называется молекулой. Молекула (moles – масса по латыни) может состоять из одного или из нескольких атомов. Например, молекула воды состоит из трех атомов. Она содержит 1 атом кислорода и 2 атома водорода (рис. Рис. Молекула кислорода, которым мы дышим, состоит из двух атомов кислорода. А углекислый газ, который мы выдыхаем, состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Например, атом кислорода обозначается буквой О, молекула, так как она состоит из двух атомов, обозначается О. Молекула углекислого газа обозначается как СО, а воды – Н 2 О. Если разделить молекулу воды, то две молекулы водорода и молекула кислорода в отдельности не дадут свойств воды. В многоатомных молекулах свойства молекул будут зависеть от взаимного расположения атомов. Даже свойства молекулы, состоящей из одинаковых атомов, зависят от взаимного расположения этих атомов. В природе нет абсолютно одинаковых предметов. Даже близнецы тоже чем-то отличаются. По этим отличиям их и распознают родители. Однако молекулы одного итого же вещества не отличаются друг от друга. Например молекула воды, полученная путем испарения морской воды, не отличается от молекулы родниковой воды. Размеры атомов и молекул очень малы, их нельзя увидеть невооруженным глазом. Тогда как можно определить их размеры На первый взгляд кажется, что это неразрешимая задача. Проведем такой опыт. Возьмем широкий сосуд (тарелку) с водой и капнем в него каплю масла. Капля масла растекается по поверхности воды. Это происходит из-за того, что молекулы, находящиеся наверху, как бы соскальзывают вниз и т.д. Масло принимает форму круга. Штангенциркулем можно измерить его диаметр и вычислить площадь S (рис. 5). Чтобы определить объем одной капли, в специальную мензурку капают 50–100 капель масла и определяют их объем V. Тогда объем одной капли V 1 определяют из формулы , где n – число капель. Так как объем капли также равен V 1 = d · S, то толщина слоя масла равна . Если вычислить, то толщина слоя, то есть диаметр молекулы масла будет равен d = 0,0000002 мм. Диаметр молекулы, измеренный современными методами, дает тот же порядок. На следующем примере можно видеть, насколько маленьким является это число. Если увеличить молекулу водорода до размеров яблока, то размер яблока соответственно будет равен размеру Земли – Физика, 6 класс. Молекулы и их размеры Рис. 5 Глава I. Первоначальные сведения о строении вещества В настоящее время с помощью специальных электронных микроскопов можно получить рисунки сравнительно больших молекул и некоторых атомов. Размер атома водорода равен 0,0000002 мм, а молекулы равен 0,00000023 мм. Оказывается размер молекулы белка составляет примерно 0,0043 мм. Чем отличается атом от молекулы. Как можно узнать, сколько атомов содержит данная молекула. Что больше, молекула или бактерия Сравните размеры бактерии и молекулы, размеры бактерии узнайте из учебников Ботаника или «Зоология». |