Урок 2. Физические величины и их измерение
Физика, 7 класс · Введение. Физика и физические методы изучения природы · ~45 минут
🎯 Что ты узнаешь
- Что такое физическая величина и зачем её измеряют.
- Что такое Международная система единиц (СИ) и почему весь мир ею пользуется.
- Как находить цену деления любой шкалы и снимать показания приборов.
- Что такое погрешность и почему «абсолютно точно» измерить нельзя.
📖 Разбираемся в теме
Представь: ты говоришь другу «налей мне немного воды». Сколько это — «немного»? Полстакана? Ведро? А если сказать «налей 200 граммов» — тут уже не поспоришь. Вот в этом и сила физики: она заменяет туманные слова точными числами.
Всё, что в физике можно измерить и выразить числом, называют физической величиной. Длина, масса, время, температура, скорость — это всё физические величины.
📌 Запомни: Физическая величина — это то, что можно измерить. Измерить величину — значит сравнить её с другой такой же величиной, принятой за единицу.
Например, измерить длину стола — значит узнать, сколько раз в нём укладывается эталон длины (метр или его части). Поэтому у любой величины всегда есть число и единица: не просто «5», а «5 метров», не «3», а «3 секунды».
⚠️ Частая ошибка: Записать ответ без единицы измерения. «Длина равна 2» — это бессмыслица. 2 чего? Метра? Сантиметра? Километра? Всегда пиши единицу!
Международная система единиц (СИ)
Раньше в каждой стране были свои единицы: локти, футы, аршины, версты. Купец из одной страны не понимал купца из другой — кошмар для торговли и науки! Поэтому учёные договорились о единой системе. Она называется СИ (читается «эс-и», от французского Système International — «Международная система»).
В СИ для каждой величины есть своя основная единица:
| Величина | Обозначение | Единица в СИ | Обозначение |
|---|---|---|---|
| Длина | l | метр | м |
| Масса | m | килограмм | кг |
| Время | t | секунда | с |
| Температура | T | кельвин | К |
| Сила тока | I | ампер | А |
Часто величину удобнее записать в более крупных или мелких единицах — для этого используют приставки:
| Приставка | Значение | Пример |
|---|---|---|
| кило- (к) | × 1000 | 1 км = 1000 м |
| санти- (с) | ÷ 100 | 1 см = 0,01 м |
| милли- (м) | ÷ 1000 | 1 мм = 0,001 м |
| микро- (мк) | ÷ 1 000 000 | 1 мкм = 0,000001 м |
💡 Лайфхак: Чтобы перевести в СИ, держи в голове «цепочку длины»: 1 км = 1000 м, 1 м = 100 см = 1000 мм. И «цепочку времени»: 1 ч = 60 мин, 1 мин = 60 с, значит 1 ч = 3600 с.
⏱ Прикинь сам: сколько метров в 3 км? Сколько секунд в 2 минутах? Сколько сантиметров в 1,5 м? (Ответы в конце.)
Цена деления шкалы
У линейки, термометра, мензурки, весов есть шкала — ряд штрихов с числами. Чтобы правильно снять показания, нужно знать цену деления — сколько «стоит» один маленький промежуток между соседними штрихами.
⚡ Формула (цена деления): Ц = (B − A) / n, где A и B — значения у двух ближайших подписанных штрихов, n — число делений (промежутков) между ними, Ц — цена деления (в единицах прибора).
Алгоритм простой:
- Найди два соседних штриха, у которых стоят числа.
- Вычти из большего меньшее.
- Посчитай, на сколько промежутков (не штрихов!) разбит этот отрезок.
- Раздели разность на число промежутков.
Пример. На термометре подписаны 10 °C и 20 °C, а между ними 5 промежутков. Тогда Ц = (20 − 10) / 5 = 10 / 5 = 2 °C. Значит, каждый штрих — это 2 °C.
⚠️ Частая ошибка: Считать штрихи вместо промежутков. Между 0 и 10 может быть 11 штрихов, но промежутков — 10! Считай именно промежутки (дырки между штрихами).
Точность и погрешность
Вот неприятная правда: измерить абсолютно точно невозможно. Любой прибор имеет предел точности, наши глаза не идеальны, да и сам предмет может чуть-чуть «дрожать». Поэтому любое измерение имеет погрешность — то, на сколько результат может отличаться от настоящего значения.
📌 Запомни: Погрешность измерения обычно принимают равной половине цены деления прибора.
Если цена деления линейки 1 мм, то погрешность равна 0,5 мм. Результат записывают так:
l = 24,0 мм ± 0,5 мм
Это читается так: «длина равна 24 миллиметра, но настоящее значение лежит где-то между 23,5 мм и 24,5 мм».
💡 Лайфхак: Чем мельче деления у прибора, тем он точнее. Линейка с миллиметрами точнее, чем линейка только с сантиметрами. Поэтому для точных измерений берут приборы с маленькой ценой деления.
🤔 А знаешь ли ты? Самые точные часы в мире — атомные. Они ошибаются меньше чем на 1 секунду за... несколько миллиардов лет! По таким часам работает GPS в твоём телефоне — без них карта «промахивалась» бы на километры.
⏱ Проверь сам: на мензурке между 50 мл и 100 мл стоит 5 промежутков. Чему равна цена деления и погрешность? (Ответ в конце.)
✍️ Разбор задач
Задача 1. Вырази в метрах: 250 см; 3 км; 40 мм.
Решение. 250 см = 250 / 100 = 2,5 м. 3 км = 3 · 1000 = 3000 м. 40 мм = 40 / 1000 = 0,04 м.
Ответ: 2,5 м; 3000 м; 0,04 м.
Задача 2. На шкале термометра соседние подписанные штрихи — 20 °C и 30 °C, между ними 5 делений. Найди цену деления.
Дано: A = 20 °C B = 30 °C n = 5
Найти: Ц — ?
Решение. Ц = (B − A) / n = (30 − 20) / 5 = 10 / 5 = 2 °C.
Ответ: Ц = 2 °C.
Задача 3. Цена деления линейки 1 мм. Стрелка (край предмета) показывает на 78 мм. Запиши результат с погрешностью.
Дано: Ц = 1 мм показание = 78 мм
Найти: результат с погрешностью — ?
Решение. Погрешность = Ц / 2 = 1 / 2 = 0,5 мм. Результат: 78 мм ± 0,5 мм.
Ответ: l = 78 мм ± 0,5 мм (истинное значение от 77,5 до 78,5 мм).
Задача 4. Переведи в секунды: 5 минут; 2 минуты 30 секунд; 1 час.
Решение. 5 мин = 5 · 60 = 300 с. 2 мин 30 с = 2 · 60 + 30 = 120 + 30 = 150 с. 1 ч = 3600 с.
Ответ: 300 с; 150 с; 3600 с.
💡 Запомни главное
- Физическая величина — то, что можно измерить; всегда записывается с единицей.
- СИ — единая для всего мира система единиц. Основные: метр (м), килограмм (кг), секунда (с).
- Приставки: кило- (×1000), санти- (÷100), милли- (÷1000).
- Цена деления: Ц = (B − A) / n, где A, B — числа у соседних подписанных штрихов, n — число промежутков между ними, Ц — цена деления (в единицах прибора).
- Погрешность ≈ половина цены деления; результат пишут как «значение ± погрешность».
📝 Домашнее задание
- Что значит «измерить физическую величину»? Объясни своими словами.
- Зачем учёным всего мира понадобилась единая система единиц (СИ)?
- Вырази в метрах: 700 см; 5 км; 250 мм.
- Вырази в секундах: 4 минуты; 1 час 10 минут.
- На мензурке подписаны 100 мл и 200 мл, между ними 10 делений. Найди цену деления.
- Цена деления линейки 1 мм, край карандаша показывает на 153 мм. Запиши результат с погрешностью.
- У двух термометров цена деления 1 °C и 0,5 °C. Каким из них можно измерить точнее? Почему?
- ⭐ Возьми дома любую линейку, мензурку или термометр. Определи у него цену деления (опиши, какие штрихи брал и как считал) и назови погрешность.