Измерение физических величин, заключается в сопоставлении какой - либо величины с однородной величиной, принятой за единицу. В метрологии используется термин "измерение", под которым понимается нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.
Измерение, выполняемые с помощью специальных технических средств, называют инструментальными. Простейшим примером таких измерений является определение размера детали линейкой с делениями, то есть сравнение размера детали с единицей длины, хранимой линейкой.
Производным от термина "измерение" является термин "измерять", широко используемый на практике. Встречаются термины "мерить", "обмерять", "замерять", но применение их в метрологии недопустимо.
Для упорядочения измерительной деятельности измерения классифицируют по следующим признакам:
Общим приемам получения результатов - прямые, косвенные, совместимые, совокупные;
Числу измерений в серии – однократные и многократные;
Метрологическому назначению – технические, метрологические;
Характеристике точности – равноточные и неравноточные;
Отношению к изменению измеряемой величины – статистические и динамические;
Выражению результата измерений – абсолютные и относительные;
Прямые измерения - измерения, при которых искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных (измерения массы на весах, температуры термометров, длины с помощью линейных мер). При прямых измерениях объект исследования приводят во взаимодействие со средствами измерений и по показаниям последнего отсчитывают значение измеряемой величины. Иногда показания прибора умножают на коэффициент, вводят соответствующие поправки и т. д. Эти измерения можно записать в виде уравнения: Х = С · Х П,
где Х – значение измеряемой величины в принятых для нее единицах;
С – цена деления шкалы или единичного показания цифрового отсчетного устройства в единицах измеряемой величины;
Х П – отсчет по индикаторному устройству в делениях шкалы.
Косвенные измерения- измерения, при которых искомое значение находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями (определение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам, удельного электрического сопротивления проводника по его сопротивлению, длине и площади поперечного сечения). В общем случае эту зависимость можно представить в виде функции Х = (X1,X2,....,Xn), в которой значение аргументов Х1, Х2, ….,Хn находят в результате прямых, а иногда косвенных, совместных или совокупных измерений.
Например, плотность однородного твердого тела ρ находят как отношение массы m к его объему V , а массу и объем тела измеряют непосредственно: ρ=m/V.
Для повышения точности измерений плотности ρ измерения массы m и объема V производят многократно. В этом случае плотность тела
ρ = m/V , m – результат измерения массы тела, m = 1/n Σ m i ;
V=ΣVi/n - результат измерения объема тела Π.
Совокупные измерения- измерения нескольких однородных величин, при которых искомое значение величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин (измерения при которых масса отдельных гирь набора находятся по известной массе одной из них и по результатам прямых сравнений масс различных сочетаний гирь).
Совместные измерения- одновременные измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними (проводимые одновременно измерения приращения длины образца в зависимости от изменений его температуры и определения коэффициента линейного расширения).
Совместные и совокупные измерения по способам нахождения искомых значений измеряемых величин очень близки. Отличие же состоит в том, что при совокупных измерениях одновременно измеряют несколько одноименных величин, а при совместных - разноименных. Значения измеряемых величин х1, ..., хп определяют на основании совокупных уравнений;
F1 (X1, ..., Хm, Х11, ... , Х1n);
F2 (X1, ..., Хm, Х21, ... , Х1n);
Fn (X1, ..., Хm, Хk1, ... , Хkn),
где Х11, Х21, ……………..Хk n - величины, намеряемые прямыми методами.
Совместные измерения основываются на известных уравнениях, отражающих существующие в природе связи между свойствами объектов, т.е. между величинами.
Абсолютные измерения- измерения, основанные на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и использовании физических констант.
Относительные измерения- получение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или изменение величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.
Однократные измерения- измерение, выполняемое один раз (измерение конкретного времени по часам).
Многократные измерения- измерения одной и той же физической величины, результат которых получают из нескольких следующих друг за другом измерений. Обычно многократными измерениями считаются те, которые производятся свыше трех раз.
Технические измерения- измерения, выполняемые при помощи рабочих средств измерений с целью контроля и управления научными экспериментами, контроля параметров изделий и т.д. (измерение давления воздуха в автомобильной камере).
Метрологические измерения - измерения при помощи эталонов и образцовых средств измерений с целью нововведения единиц физических величин или передачи их размеров рабочим средствам измерений.
Равноточные измерения- ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях.
Неравноточные измерения- ряд измерений какой-либо величины, выполненных различными по точности с средствами измерений и в разных условиях.
Статические измерения- измерения физической величины, принимаемой в соответствии с конкретной измерительной задачей за неизменную на протяжении времени измерения (измерения размера детали при нормальной температуре).
Динамические измерения- измерения физической величины, размер которой изменяется с течением времени (измерения расстояния до уровня земли со снижающегося самолета) .
Средства измерений
Средства измерений - это технические средства, используемые при измерениях и имеющие нормированные метрологические свойства. От средств измерений зависит правильное определение значения измеряемой величины в процессе ее измерений. К средствам измерений относят: меры: измерительные приборы, измерительные установки, измерительные системы.
Мера - средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера (гиря - мера массы, генератор - мера частоты электрических колебаний). Меры, в свою очередь, подразделяют на однозначные и многозначные.
Однозначная мера- мера, воспроизводящая физическую величину одного размера (плоскопараллельная концевая мера длины, нормальный элемент, конденсатор постоянной емкости),
многозначная мера- мера, воспроизводящая Ряд одноименных физических величин различного размера (линейка: миллиметровыми делениями, конденсатор переменной емкости).
Набор мер - специально подобранный комплект мер, применяемых не только по отдельности, но и в различных сочетаниях с целью воспроизведения Ряда одноименных величин различного размера (набор гирь, набор плоскопараллельных концевых мер длины).
Измерительный прибор средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Результаты измерений выдаются отсчетными устройствами приборов, которые могут быть шкальными, цифровыми и регистрирующими.
Шкальные отсчетные устройства состоят из шкалы, представляющей собой совокупность отметок и чисел, изображающих ряд последовательных значений измеряемой величины, и указателя (стрелки, электронного луча и других), связанного с подвижной системой прибора.
Отметки шкалы с представленными числовыми значениями называют числовыми отметками шкалы. Основные характеристики шкалы - длина деления шкалы, выражающаяся расстоянием между осями двух соседних штрихов шкалы, и цена деления шкалы, представляющая значение измеряемой величины, вызывающей перемещение указателя на одно деление.
Принято также выделять понятия: диапазон измерений и диапазон показаний.
Диапазон измерений представляет собой часть диапазона показаний, для которого нормированы пределы допускаемых погрешностей средств измерений. Наименьшее и наибольшее значения диапазона измерений называют соответственно нижним и верхним пределами измерений.
Значение величины, определяемое по отсчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой величины, называют показанием средства измерений.
Измеренное значение определяется или путем умножения количества делений шкалы на цену деления шкалы или умножением числового значения, считанного по шкале, на постоянную шкалы.
В настоящее время широкое распространение имеют либо механические, либо световые цифровые отсчетные устройства.
Регистрирующие отсчетные устройства состоят из пишущего или печатного механизма и ленты. Простейшее пишущее устройство представляет собой перо, заполненное чернилами, фиксирующее результат измерения на бумажной ленте. В более сложных устройствах запись результата измерений может проводиться световым или электронным лучом, перемещение которого зависит от значений измеряемых величин.
Физические величины. Измерение физических величин.
Цель урока: Познакомить учащихся с понятием «физическая величина», основными единицами физических величин в СИ, научить измерять физические величины при помощи простейших измерительных средств, определять погрешность измерений.
Задачи:
Обучающие: познакомить учащихся с понятием физической величины, сущности определения физической величины, с понятием погрешности измерения, основными единицами физических величин в СИ; научить определять цену деления измерительного прибора, определять погрешность измерения, переводить величины из основных в дольные и кратные
Развивающие: расширять кругозор учащихся, развивать их творческие способности, прививать интерес к изучению физики с учетом их психологических особенностей. Развивать логическое мышление через формирование понятий: цена деления (способы и методы ее применения), шкала измерительного прибора.
Воспитательные: формировать познавательный интерес обучающихся через исторические и современные сведения об измерении физических величин; научить культуре общения учащихся, партнерству, работе в группах.
Оборудование: компьютер, проектор, лабораторные, демонстрационные и бытовые измерительные приборы (термометр, линейка, рулетка, весы, часы, секундомер, мензурка, другие измерительные приборы).
Ход урока:
- Актуализация опорных знаний
Оказывается, многие слова имеют относительный смысл и надо уточнять их, чтобы они обрели ясность. Если в обиходе приближенное описание вполне устраивает, то в практической деятельности (строительстве, изготовлении вещей, торговли и т.д.) требуется намного более высокая точность. Как быть?
- Объяснение нового материала I(слайд4 – 10)
Мир превратить в числа можно с помощью измерений или вычислений
Физической величиной называют характеристику тел или явлений, которую можно выразить количественно в процессе измерения или вычисления Измерить какую-либо величину – это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины.
- Практическое задание I.
- измерьте размеры своего учебника. Рассчитайте площадь его обложки. Рассчитайте объем учебника.
- Объяснение нового материала II (слайд 11-13)
Что общего у всех приборов? Ответ: шкала Характеристики любой шкалы: пределы измерения и цена деления. Узнаем что это такое. Пределы измерения определяются числами у первого и последнего деления шкалы. Нельзя пользоваться прибором, пытаясь измерить величину, превышающую предел его измерения! Цена деления – это численное значение измеряемой величины, которое соответствует одному (самому маленькому) делению шкалы
5.Практическое задание II (слайд14) Определите цену деления своей линейки и приборов на демонстрационном столе и экране.
- Практическое задание III. (слайд 15)
Проблемный вопрос – почему получились разные значения толщины одинаковых учебников?
Ответ: при измерении мы допускаем неточности. Приборы так же могут быть несовершенными.
Допускаемую при измерении неточность называют погрешностью измерений. Погрешность измерений равна половине цены деления шкалы измерительного прибора
- Подведение итогов. Анонсирование работы на следующем уроке – будем измерять объемы жидкостей (с учетом погрешностей!) .
Союз Советскик
Социалистических
Республик с присоединением заявки М (23) Приоритет
G 01 R 17/02, Государственный комитет
СССР по делам изобретеиий и открытий
В.Е. Попов
Физико-технический институт низких температур
АН Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ
Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при реализации автоматического отображения величины влияющего на преобразователь физического параметра — температуры, давления, силы, освещенности и т.п., а также величины сопротивления преобразователя.
Известно устройство для измерения физических величин, в частности сопротивления датчика деформации (тензодатчика), выполненное на основе резистивного первичного преобразователя и двух источников тока, 15 включенных в основную и вспомогательную электрические цепи (1g .
Процедура определения величины деформации с помощью известного устройства предполагает построение для 20 каждого тенэодатчика градуировочного графика деформации как функции величины изменения сопротивления датчика. Измеряемый физический параметр находят иэ соответствующего графика, 2э поэтому общее время определения параметра оказывается значительным. Кроме того, известное устройство не может быть использовано для автоматического измерения абсолютной вели- эО чины сопротивления датчика, что требуется, например, в случае выполнения термометра сопротивления., Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения физических величин, содержащее реэистивный первичный преобразователь с тремя выводами,первый иэ которых соединен с одной из выходных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы (2).
Основной недостаток указанного устройства связан с тем, что оно может с достаточной точностью отображать измеряемую физическую величину лишь в том случае, если градуировочная характеристика перви ного преобразователя линейна. Однако характеристики преобразователей многих физических величин, например температуры (термометры сопротивления и термисторы), освещенности (фоторезисторы) и др., являются нелинейными.
В случае измерения физической величины с помощью преобразователя с нелинейной характеристикой известное. устройство настраивается на воспроизведение линейной зависимости, оптимально аппроксимирующей реальную нелинейную зависимость. Показания вто789763 ричного прибора устройства при этом оказываются приближенными с точностью аппроксимации. Эта точность зависит от степени нелинейности характеристи ки преобразователя и от интервала изменений измеряемой величины.
Цель изобретения — повышение- точности измерительного устройства. .Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения физических величин, содержащее резистивный первичный преобразователь с тремя выводами, первый иэ которых соединен с одной из выхОдных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы, введены два полевых транзистора и три операционных усилителя, причем сток одного полевого транзис:тора непосредственно а сток другого полевого транзистора через первый из резисторов соединены со вторым и третьим выводами реэистив ного первичного преобразователя, истоки полевых транзисторов через второй и третий резисторы подключены к другой выходной клемме источника тока, входы первого операционного усилителя соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразователя, а выход через четвертый резистор — с клеммой управления источника тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя и неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подключены к истоку одного полевого транзистора, а неинвертирующий вход второго операционного усилителя и инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединены с истоком другого полевого транзистора, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к затворам полевых транзисторов, между стоками которых включен вторичный прибор.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения физических величин, например температуры (t),давления (P), силы (F) и т.п.
Устройство содержит источник 1 тока, резистивный первичный преобразователь 2, резистор 3 смещения, полевые транзисторы 4 и 5, вторичный прибор б, операционный усилитель 7, резистор 8 степени нелинейности, опор ные резистрры 9 и 10 и операционные усилители 11 и 12.
Устройство работает следующим образом.
Ток источника 1 разветвляется в трехпроводнрм реэистивном первичном преобразователе 2 на две части, про текающие через полевые транзисторы
4 и 5 и опорные резисторы 9 и 10.
Выходные напряжения операционных уси лителей 11 и 12, входы которых подключены к.опорным резисторам, про- . порциональны разности падений напряжений на них. Поскольку выходные на= пряжения операционных усилителей 11 и 12 управляют проводимостью полевых транзисторов 4 и 5 в противофазе с входными напряжениями, то два полевых транзистора 4 и 5 с опорными резисторами 9 и 10 и операционными усилителями 11 и 12 образуют систему, обеспечивающую автоматическое поддержание одинаковых падений напряжений
© на опорных резисторах 9 и 10. При одинаковых значениях сопротивлений опорных резисторов 9 и 10 зто соответствует одинаковым величинам токов, протекающих в цепях полевых транзисторов 4 и 5. 5 таким образом, обеспечивается протекание равных по величине токов в двух цепях резистивного первичного преобразователя 2. Схема деления тока, однажды настроенная, осуществля1 ет автоматическое деление тока произвольной (в известных пределах) величины на две строго равные части независимо от величины сопротивлений различных преобразователей и их соединительных проводов, подключаемых в зти цепи. При высоких коэффициентах усиления, реализуемых в операционных усилителях, токи в двух цепях одинаковы с точностью, с которой подобраны опорные резисторы, и не зависят от изменений напряжения питания и окружающей температуры.
К входам операционного усилителя
7 прилагается напряжение, пропорциональное сопротивлению преобразовате- ля 2. Выходное напряжение операционного усилителя 7 через реэистор 8 степени нелинейности воздействует на чувствительный вход источника 1 тока и, наряду с имеющимся в послед4Q нем токозадающим резистором,управляет величиной тока, отдаваемого источником в нагрузку. В связи с этим в предлагаемом устройстве измерительный ток (т.е. ток преобразователя)
4 является переменной величиной, зависящей от сопротивления первичного преобразователя 2, т.е. от измеряемой физической величины. Характер зависимости — ускорение или замедление роста измерительного тока (а с ним и выходного напряжения) с рос том сопротивления преобразователя
2 и его скорость (степень) — определяется фазой входного напряжения операционного усилителя 7, его коэффициентом усиления и величиной сопротивления резистора 8, предназначенного для регулировки степени нелинейности.
Осуществление укаэанной зависимости в устройстве приводит к тому,что величина измерительного тока 3 в цепях преобразователя 2 определяется законом о(" - Ю
t0 где до — начальная величина тока, соответствующая нулевому сопротивлению преобразователя;
К= > — коэффициент управления током;
Кдр — сопротивление первичного преобразователя 2
Выходное напряжение (на клеммах вторичного прибора 6) равно алгебраической сумме падений напряжения на сопротивлении преобразователя 2 и резисторе 3 смещения с сопротивлеием Ксм
0 = U + Ос.м J(Rpр+ Råì) (2)
Знак минус при Кс возникает в том случае, если для отображения конкретной характеристики преобразователя 2 резистор 3 смещения включает» ся во вспомогательную цепь преобразователя (такое включение резистора смещения показано на схеме пунктиром). Это имеет место,-например, при измерении с термометрами сопротивления температуры, выраженной в градусах Цельсия.
Подставляя в формулу (2) выражение для величины тока с учетом влияния управления, имеем ()з,x ("пР+-Ксм = о (" р (К Р+ см)) Полученное выражение (3) для выходного напряжения содержит член
К во второй степени, что свидетельствует о наличии нелинейной зависимости 0 ы от К„р или величины физического параметра от сопротивления преобразователя 2.
Принимая выражение (3) за аналитическую функцию, аппроксимирующую реальную нелинейную характеристику преобразователя 2, следует определить значения констант J k и К „, при которых реализуется наилучшее совпадение реальной кривой и аналитического выражения (3). Эти величины находят решением системы уравнений, получаемых подстановкой в выражение (3) нескольких пар значений физической величины и величины сопротивления преобразователя
2 из градуировочной кривой или таблицы. По найденным величинам констант производится затем аналитическая проверка на погрешность аппроксимации во всем рабочем интервале значений физической величины, При измерении физических величин с преобразователями, имеющими линейную градуировочную характеристику, величина измерительного тока является постоянной. Это достигается снятием управляющего сигнала с чувстви тельного входа источника 1 тока,например отключением резистора 8 степения нелинейности.
Формула изобретения
Устройство для измерения физических величин, содержащее резистивный первичный преобразователь с тремя выводами, первый из которых соединен с одной иэ выходных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы, 20 о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены два полевых транзистора и три операционных усилителя, причем сток одного полезного транзистора непосредственно, а сток другого полевого транзистора через первый из резисторов соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразователя, истоки полевых транзисторов через второй и третий резисторы подключены к другой выходной клемме источника тока, входы первого операционного усилителя соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразователя, а выход через четвертый резистор †.с клеммой управления источника тока, инвертирующий вход второго операционного усилителя и неинвертирующий вход третьего операционного усилителя подклю- .
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
“Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры.
В природе мера и вес – суть главные орудия познания”.
/Д.И.Менделеев/
а) образовательные
ученик должен усвоить:
Понятие физической величины и единиц измерения;
Способы измерения физических величин;
Алгоритм определения цены деления и погрешности.
б) развивающие
ученик должен уметь:
Определять цену деления и показания измерительных приборов;
Записывать показания результатов измерений с учётом погрешностей.
в) воспитательные:
воспитание патриотизма и гражданственности при изучении исторических аспектов темы; развитие коммуникативности в процессе совместной деятельности.
Структура урока:
| № | Этап урока | Форма деятельности | Время |
| 1 | Орг.момент | Создание рабочей обстановки | 1-2 мин. |
| 2 | Проверка дом.задания | Тест | 5 мин. |
| 3 | Актуализация знаний | Эксперимент | 5 мин |
| 4 | Изучение нового меатриала | Эвристическая беседа, просмотр фрагмента фильма, работа с физ.приборами и дидактическими карточками | 20 мин. |
| 5 | Закрепление | Самостоятельное выполнение заданий по теме | 10 мин. |
| 6 | Рефлексия | Ответы на вопросы | 2-3 мин. |
Оборудование:
- мультимедийный проектор для демонстрации презентации;
- три стакана с горячей, тёплой и холодной водой для проведения эксперимента,
- линейка, карандаш, термометр (с = 1° С), мензурка.
- индивидуальные дидактические карточки для определения цены деления мензурки и термометра.
Ход урока
1) Оргмомент.
2) Проверка домашнего задания:
Контрольный тест по материалам предыдущего урока (см. приложение № 1).
3) Актуализация знаний.
Проведём эксперимент. В трёх стаканах налита горячая, тёплая и холодная вода. Опустите один палец левой руки в горячую воду, немного подержите, и опустите в тёплую. Тёплая вода покажется вам…(холодной). А теперь опустите палец правой руки в холодную воду, а затем в тёплую. Какой покажется вода?... (горячей). Но ведь вода не изменилась? Что нужно сделать, чтобы абсолютно точно определить, какая же всё-таки вода в стакане? (в процессе беседы приходим к выводу):
Вывод: Иногда наши чувства могут нас обманывать, и поэтому просто необходимо в процессе наблюдений и опытов делать измерения каких- то величин.
4) Изучение нового материала.
Эти величины называются физическими, и многие уже знакомы вам из математики, естествознания (например: длина, масса, площадь, скорость и т.д.). Измерения чрезвычайно важны и в науке, и в окружающей жизни.
Великий русский учёный Д.И. Менделеев говорил так: (Слайд 1) “Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры. В природе мера и вес – суть главные орудия познания”.
И поэтому тема урока сегодня: “ Измерение физических величин”
(Слайд 3). Сегодня на мы должны ответить на следующие вопросы:
- Зачем нужно измерения?
- Что такое физическая величина?
- Как измерить физическую величину?
На первый вопрос мы уже ответили в процессе обсуждения эксперимента, поэтому переходим ко второму вопросу:
Что такое физическая величина?
Ещё раз вернёмся к опыту. Возьмите в руки термометр, опустите его в первый стаканчик с водой, подождите немного и назовите температуру воды. (на данном этапе урока это измерение может быть неточным, но оно позволит ввести понятие физической величины как количественную характеристику объёкта)
Теперь точно также измерьте температуру в остальных стаканах. Запишите результаты в тетрадь в порядке возрастания.
/ Например: 20 °, 40 °, 60°/
Вот теперь мы легко определим, где какая вода. Температура определяется числом, и чем число больше, тем теплее вода. И мы можем записать в тетрадь общее определение: (Слайд 4)
Физ.величина – это количественная (числовая) характеристика тела или вещества. Она обозначается буквами латинского алфавита, например:
m – масса, t – время, l - длина.
Любая физ.величина, кроме числового значения, имеет единицы измерения.
Например: На обёртке шоколадки написано: “Масса 100 г”.
Масса – это.. (физическая величина)
100 – это…(числовое значение)
г - грамм – это… (единица измерения).
А теперь попробуйте сами:
Мой рост – 164 см.
Рост (длина) – это… (физическая величина)
164 – это.., (числовое значение)
см – это..(единица измерения)
Следовательно, когда мы измеряет какую-то величину, мы сравниваем её с определёнными единицами измерений. Запишем определение: (Слайд 5)
Измерить физ.величину –значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу измерений. Теперь у нас остался главный вопрос: Как измерить физическую величину? Давайте посмотрим, как учились измерять герои мультфильма. Вы должны будете ответить на вопросы: (Слайд 6).
- Какую физическую величину измеряли герои фильма?
- В каких единицах?
- А чем измеряли?
- Правильно ли это? Почему?
Слайд 7 (просмотр фрагмента мультфильма). Обсуждение ответов /возвращаемся к слайду 6/.
С такими сложностями встречались не только Удав и его друзья. На Руси с древних времён существовали свои единицы измерения расстояний, массы и объёма (Слайд 8). И хотя мы ими сейчас почти не пользуемся, в пословицах и поговорках, сказках и стихах они сохранились. Объясните смысл этих высказываний. Чтобы не путаться в измерениях. В России ещё в 16 и 17 веках была создана единая для всей страны система мер. В 1736 г. Сенат принял решение об образовании Комиссии весов и мер. Комиссией были созданы образцовые меры – эталоны. К 1807 г. были изготовлены три эталона аршина (хранились в Петербурге): хрустальный, стальной и медный. Они уже были приведены в соответствие с английскими мерами длины – футом и дюймом. Этого требовала необходимость развития торговых отношений с другими странами – ведь уже в начале 18 века в разных странах насчитывалось 400 различных по величине единиц! Чтобы хорошо понимать друг друга и была создана Международная система единиц (СИ), где каждой величине присвоили своё обозначение и единицу измерения. (стенд “Международная система единиц”) Здесь указаны все физические величины, и в курсе физики мы будем их изучать. Сегодня же обратим внимание на самые главное, Величины бывают основными и производными. Запиши в тетради единицы измерения основных физ.величин:
Масса – кг (килограмм), длина – м (метр), время – с (секунда)
Но массу можно измерять ещё ... (в граммах, миллиграммах, тоннах). Вы уже изучали это в курсе математики. А в каких единицах измеряют длину? Время? Систему СИ называют десятичной. Все однородные величины связаны между собой.
1 кило грамм = 1000 (10 3) г 1 кило метр = 1000 (10 3) м
1 милли грамм = 0,001 г 1 милли метр = 0,001м
Есть специальная таблица, которую используют для перевода единиц измерения: (см. приложение 2)
Мы сегодня должны научиться правильно пользоваться измерительными приборами.
Вы уже измеряли сегодня температуру воды. Итак, что же нужно для измерений? Во-первых, иметь прибор, во-вторых, надо уметь им пользоваться. Хорошо знакомая линейка – это прибор для измерения длины. Температуру измеряют другим прибором – термометром.
Измерительный прибор – это устройство для измерения какой–либо физической величины.
(Слайд 9.) Здесь вы видите различные измерительные приборы: термометр, спидометр, счетчик для воды, манометр.
Все они очень разные, но у них есть сходство. У каждого прибора обязательно есть шкала с делениями и цифрами.
Самое большое значение на шкале называется верхним пределом, самое маленькое – нижним пределом. Назовите пределы тех приборов, которые есть у вас на парте.
Сегодня мы уже измеряли с вами температуру. Теперь давайте попробуем определить объём воды с помощью специального прибора - мензурки. Объём измеряем в мл или куб.см. Сколько воды в этой мензурке? /200 мл /. А теперь в мензурку опустили камень, и воды стало больше. Сколько? /Ответы наверняка будут разными, что позволит ввести понятие цены деления/
Чтобы правильно ответить на этот вопрос, нужно определить цену деления, т.е значение самого маленького промежутка на шкале.
Для этого нужно: (слайд 11)
- Выбрать две ближайшие цифры (например, 400 мл и 200 мл)
- Найти разность между ними (400 мл - 200 мл = 200 мл)
- Сосчитать число делений между ними (10)
- Разделить разность на число делений (200 мл: 10 = 20 мл)
Запишем формулу для определения цены деления прибора:
с = 400 -200/10 = 20 мл
А теперь попробуйте сами: (Слайд12)
Зная цену деления, можно определить показания прибора. Если термометр показывает 5 делений выше 25°, а одно деление 1°, то окончательный результат будет …(25°). А медицинский термометр показывает на одно деление меньше 37°, его цена деления 0,1°, значит температура - 36,9°.
Самостоятельно по карточке определить цену деления термометра (для тех, кто хорошо усвоил и выполнил задание быстро, можно предложить задания с мензуркой по тем же карточкам)
Погрешность измерений.
А теперь определите, пожалуйста, ширину учебника “Физика 7” и запишите свой результат в тетрадь. Давайте сравним ваши измерения.
Почему учебник одинаковый, а значения длины разные?
/В ходе обсуждения приходим к выводу:/
К сожалению, у любых измерений есть погрешность, т.е ошибка (Слайд 13) . Погрешность зависит и от самого прибора (инструментальная погрешность), и от того, как мы измеряем (погрешность измерений). Погрешность измерений обозначается? (дельта) и равна половине цены деления:
Погрешность показывает, на сколько мы ошиблись (в большую или меньшую сторону). Поэтому окончательный результат измерений принято записывать так:
t = 25°± 0, 5° (для первого термометра)
t = 36,9° ± 0,05°(для второго термометра)
Это означает, что на самом деле температура находится в пределах от 24,5° до 25,5° для первого термометра и от 36,85° до 36,95° для второго.
А теперь скажите: какой термометр точнее измерит температуру?
Запишем в тетрадь вывод:
Чем меньше цена деления, тем точнее измеряет прибор.
Измерения, которые мы сегодня на уроке делали, называются прямыми. Их делают с помощью приборов. Некоторые величины сразу определить нельзя. Например: как вы определите площадь парты? Правильно, нужно измерить длину и ширину. Такие измерения называются косвенными.
5. Закрепление.
Сегодня на уроке ты узнал много нового. Давайте ещё раз вспомним самое главное:
Что это такое? Варианты ответов:
Минута – ... 1. единица для измерения
Весы – ... 2. физическая величина
Время – ... 3. измерительный прибор
Уравновешивание – ... 4. физическое явление
Масса – ...
Теперь выполним следующие задания: (Слайд 14-15)
6. Рефлексия:
Продолжи предложение:
Теперь я знаю…
И ещё я умею…
Интересно было бы ещё узнать …
7. Домашнее задание: (Слайд 16). § 4,5 (учебник “Физика 7” Пёрышкин А.В.)
Литература
1. Пёрышкин А.В. Физика 7, Просвещение, 2008 г.
2. Камин А.Л. Физика. Развивающее обучение. 7 класс, Феникс, 2003 г.
3. Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. Задачи по физике для основной школы с примерами решений, Илекса, 2005 г.
4. Ханнанов Н.К., Ханнанова Т.А. Физика. Тесты. 7, Дрофа, 2005 г.
Представление о физической величине является полным только тогда, когда она измерена. Потребность в измерении ФВ возникла на ранней стадии познания природы и возрастала по мере развития и усложнения производственной и научной деятельности человека. Требования к точности измерения ФВ постоянно возрастают.
Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения.
Измерить неизвестную физическую величину можно двумя способами:
а) Прямым измерением называют измерение, при котором значение ФВ определяют непосредственно из опыта. К прямым измерениям относятся, например, измерение массы с помощью весов, температуры – термометром, длины – масштабной линейкой.
б) Косвенным измерением называют измерение, при котором искомое значение ФВ находят путем прямого измерения других ФВ на основании известной зависимости между ними. Косвенным измерением является, например, определение плотности ρ вещества путем прямых измерений объема V и массы m тела.
Конкретные реализации одной и той же ФВ называются однородными величинами. Например, расстояние между зрачками ваших глаз и высота Останкинской башни есть конкретные реализации одной и той же ФВ – длины и поэтому они являются однородными величинами. Масса сотового телефона и масса атомного ледокола также однородные физические величины.
Однородные ФВ отличаются друг от друга размером. Размер ФВ – это количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию «физическая величина». Размеры однородных физических величин различных объектов можно сравнивать между собой.
Подчеркнем существенное отличие физических величин от единиц их измерения . Если измеренное значение ФВ отвечает на вопрос «сколько?», то единица измерения отвечает на вопрос «чего?». Некоторые единицы измерения удается воспроизвести в виде каких-то тел или образцов (гири, линейки и т.п.). Такие образцы называются мерами . Меры, выполненные с наивысшей достижимой в настоящее время точностью, называются эталонами .
Значением физической величины является оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Основными единицами измерения называют произвольные единицы измерения для немногих величин (независимых друг от друга), с которыми все остальные находятся в определенной связи. Следует различать истинное и действительное значения физической величины.
Истинное значение ФВ – это идеальное значение ФВ, существующее объективно независимо от человека и методов его измерения. Однако истинное значение ФВ нам, как правило, неизвестно. И узнать его можно лишь приблизительно с определенной точностью путем измерения.
Действительное значение ФВ – есть значение, найденное экспериментальным путем – измерением. Степень приближения действительного значения ФВ к истинному зависит от совершенства применяемых технических средств измерения.
Измерения ФВ основываются на различных физических явлениях. Например, для измерения температуры используется тепловое расширение тел, для измерения массы тел взвешиванием – явление тяготения и т.д. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называют принципом измерения .
К средствам измерения относятся меры, измерительные приборы и др.
Измерительный прибор – это средство измерения, предназначенное для формирования сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия человеком. К измерительным приборам относятся амперметр, динамометр, линейка, весы, манометр и др.
Кроме основных физических величин в физике существуют производные физические величины, которые можно выразить через основные. Для этого необходимо ввести два понятия: размерность производной величины и определяющее уравнение. Производные единицы получаются из основных при помощи уравнений связи между соответствующими величинами.
Чувствительность измерительных приборов – Измерительные приборы характеризуются чувствительностью . Чувствительность измерительного прибора равна отношению линейного (Dl) или углового (Da) перемещения указателя сигнала по шкале прибора к вызвавшему его изменению DX измеряемой величины X. Чувствительность определяет минимальное измеряемое значение ФВ с помощью данного прибора.