Datasets:

RomanNeobutov
/

PhysicsSchoolbooks

Modalities:

Text

Formats:

Size:

Libraries:

License:

Dataset card Data Studio Files Files and versions

xet

Community

Dataset Viewer

Auto-converted to Parquet Duplicate

Split (1)

train · 742 rows

text stringlengths 303 58k
1. Физика — наука о природе 1. Что изучает физика Все дети — «почемучки»: они непрестанно задают вопросы об окружающем мире. — Почему небо голубое? Почему тела падают? Почему птицы летают? И так — до бесконечности! Некоторые дети сохраняют свою любознательность и в школе и учатся не ради оценок, а чтобы узнать об окружающем мире ещё больше. А некоторые люди сохраняют любознательность на всю жизнь — такие люди становятся учёными. Они не только за дают вопросы об окружающем мире, но и сами ищут ответы на них, делая открытия. Знаменитый древнегреческий учёный Аристотель, кото рый жил в 4-м веке до нашей эры, изложил свои наблюдения и открытия в книге «Физика», что в переводе на русский озна чает «Природа». Так родилось название науки, которая изучает наиболее об щие законы природы. Мы с вами начинаем сегодня знакомство с этой древней, но вечно юной наукой. Юной потому, что физиче ские открытия продолжаются, причём их становится всё больше и больше! Может быть, некоторые из вас тоже станут физиками и по строят свои звенья в бесконечной цепи вопросов и ответов об окружающем нас мире? Физика изучает физические тела и физические явления. 2. Физические тела Физики называют физическим телом или просто телом лю бой предмет (рис. 1.1). Это может быть человек, автомобиль, Зем ля, окружающая её атмосфера и даже туман, образующийся из водяного пара при кипении воды. Сам водяной пар невидим — как невидим и окружающий нас воздух. Так что далеко не все физические тела можно уви деть невооружённым глазом. Например, некоторые тела слишком малы, а другие находятся слишком далеко от нас. 6 Физика — наука о природе
1 Рис. 1.1 Но даже эти тела учёные изучают, используя научные приборы, расширяющие возможности наших органов чувств. Например, температуру невидимого воздуха можно измерить термометром, крошечные атомы можно «увидеть» с помощью специального микроскопа, а далёкие звёзды — с помощью телескопа. 1. Приведите примеры физических тел, находящихся в классной комнате, на улице. Из чего состоят физические тела? Любое физическое тело состоит из одного или нескольких веществ. Иногда название вещества отражается в названии тела — например, мы говорим: «медный провод», «стеклянный стакан». Свойства вещества изучает не только физика, но и близкая к ней наука — химия. Вещества состоят из мельчайших невидимых глазу частиц — атомов и молекул. 7 I Физика и физические методы изучения природы 2. Из каких веществ состоят мяч, карандаш, парта, ложка? 3. Приведите примеры нескольких тел, состоящих из одного и того же вещества. 4. Приведите примеры нескольких тел, каждое из которых со стоит из различных веществ. 5. Капля воды — это физическое тело или вещество? 3. Физические явления Познакомимся с разными видами физических явлений. Механические явления Окружающие нас тела движутся и взаимодействуют друг с другом. Движение и взаимодействие тел — это механические явления. Физика — наука о природе
1 6. Расскажите о механических явлениях, изображённых на ри сунке 1.2. 7. Приведите три примера механических явлений, которые вы наблюдали сегодня. Звуковые явления Что такое звуковые явления, понятно из их названия. Это, например, распространение и отражение звука (эхо). Звук не является физическим телом: он представляет собой невидимые волны в некоторой среде — например, в воздухе или в воде. 8. Приведите примеры звуковых явлений. Тепловые явления Название этих явлений может ввести в заблуждение, потому что к тепловым явлениям физики относят не только нагревание, но и охлаждение тел, и даже замерзание воды! К тепловым явлениям относят испарение и плавление, а также сгорание топлива. 9. Расскажите, какими тепловыми явлениями обусловлен круго ворот воды в природе (рис. 1.3). Рис. 1.3 10. Расскажите о тепловых явлениях, происходящих на кухне. 11. Приведите три примера тепловых явлений, которые можно наблюдать в туристическом походе. 9 I Физика и физические методы изучения природы Электрические и магнитные явления Многое об электрических и магнитных явлениях вы уже знаете. 12. Расскажите об электрических и магнитных явлениях, изобра жённых на рисунке 1.4. Рис. 1.4 13. Приведите примеры электрических и магнитных явлений в живой природе. 10 Физика — наука о природе
1 Оптические явления Это — явления, связанные со светом. 14. Расскажите об оптических явлениях, изображённых на ри сунке 1.5. Рис. 1.5 15. Приведите три примера оптических явлений, которые можно наблюдать на реке. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Физика — наука о природе. • В физике телом называют любой предмет. • Тела состоят из вещества. • Физика изучает механические, звуковые, тепловые, элек трические, магнитные, оптические и другие физические явления. 11 I Физика и физические методы изучения природы ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 16. Начертите в тетради таблицу, заголовок которой приведён ниже, и запишите каждое из перечисленных далее слов в соответствующий его значению столбец таблицы: закат, моло ко, автомобиль, мальчик, медь, туман, Солнце, дождь, книга, лодка, снегопад, гром, алюминий, железо, самолёт, выстрел, эхо, Марс. Физическое тело Вещество Явление 17. Какие физические явления протекают в перечисленных ниже событиях: в кастрюле закипела вода, мяч летит в ворота, светит солнце, поёт соловей, дует ветер, звучит эхо, в печи трещат дрова, вода в лужах испаряется, плывёт корабль? В каких событиях одновременно протекают различные физи ческие явления? 18. Приведите свой пример физического явления. К какому виду физических явлений он относится? Какие физические тела участвуют в этом явлении? Назовите вещества, из которых они состоят. Повышенный уровень 19. Какие физические явления можно наблюдать на картине А. К. Саврасова «Грачи прилетели» (рис. 1.6)? 20. Какие физические явления отражены в следующих стихо творных строках? Какие русские поэты их написали? Апрельский дождь прошёл впервые, Но ветер облака унёс, Оставив капли огневые На голых веточках берёз. * * * Ещё в полях белеет снег, А воды уж весной шумят — Бегут и будят сонный брег, Бегут, и блещут, и гласят… 12 Физика — наука о природе
1 Рис. 1.6 21. Подберите пословицы, поговорки, загадки, в которых гово рится об оптических явлениях. 22. Какими основными физическими явлениями сопровождаются: ледоход на реке; старт автомобиля; хоккейный матч? 23. Начертите в тетради таблицу из двух столбцов, первый из которых приведён ниже. Во втором столбце расположите в соответствии с первым столбцом следующие слова: раскаты грома, взлёт ракеты, мерцание звёзд, кипение воды, лай со баки, трель звонка, сияние Солнца, разряд молнии, таяние льда, течение реки, взаимодействие магнитов, электрический ток в проводах, поворот стрелки компаса. Механические явления Тепловые явления Звуковые явления Электрические явления Магнитные явления Оптические явления 13 I Физика и физические методы изучения природы Высокий уровень 24. Укажите, какие физические явления происходят одновременно в следующих случаях: горит лампа, светит Солнце, человек зажигает спичку, в печи горят дрова, звенит колокольчик, бьётся сердце, бушует буран, собака радуется приходу хозя ина, ракета взлетает с Земли, стреляют из пушки. 25. Какие происходящие в природе явления повторяются? Какие из них можно использовать для измерения времени? 26. Какие закономерности можно заметить, наблюдая радугу? 27. Расскажите, какие физические явления происходят во время бурана. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 28. Возьмите небольшой магнит (например, пластинку или фи гурку на дверце холодильника) и с его помощью выясните: все ли металлические предметы притягиваются к магниту? Из какого металла обычно изготовлены предметы, которые притягиваются к магниту?
2. Физика и окружающий мир 1. О самом большом, самом малом и связи между ними Когда-то люди считали, что весь мир — это только окружа ющая их местность, а Землю считали плоской. Потом открыли, что Земля круглая, и стали считать её центром Вселенной, а Солнце, Луну и планеты — находящимися на «небесной тверди». Несколько столетий тому назад учёные установили, что Земля вращается вокруг Солнца вместе с другими планетами. Расстояние от Солнца до Земли оказалось огромным по «земным» меркам: около 150 миллионов километров, а расстояние от Солнца до самой далёкой планеты Солнечной системы (Нептуна) в 30 раз больше! 1. Во сколько раз расстояние от Земли до Солнца больше диа метра Земли? 14 Физика и окружающий мир
2 2. Скорость света 300 000 километров в секунду. Сколько вре мени свет идёт от Солнца до Земли? до Нептуна? Центром Вселенной стали считать Солнце, но наше светило удерживало это звание недолго: через некоторое время выяснилось, что бесчисленные звёзды на небе — это очень далёкие «солнца». От ближайшей (не считая Солнца) звезды свет идёт к нам около четырёх лет. 3. Выразите расстояние до ближайшей звезды в километрах. Все видимые невооружённым глазом звёзды (и вдобавок к ним несравненно больше невидимых!) принадлежат огромной звёздной системе — её назвали Галактикой. Размеры Галактики трудно себе представить: от одного её края до другого свет летит около ста тысяч лет! 4. Оцените, во сколько раз Галактика больше Солнечной систе мы. Для оценки размеров Солнечной системы возьмите рас стояние от Солнца до Нептуна. А в 20-м веке выяснилось, что даже огромная Галактика — это ещё далеко не вся Вселенная! Создав телескопы, астрономы открыли миллиарды огромных звёздных систем, подобных нашей Галактике. Их назвали галактиками (с маленькой буквы). На рисунке 2.1 приведена сделанная с помощью телескопа фотография ближайшей к нам галактики Андромеды, которая в несколько раз больше нашей Галактики. Примерно так же выглядит и наша Галактика, когда её рассматривают в мощный телескоп жители галактики Андромеды (если они там, конечно, есть), причём они видят нашу Галактику такой, какой она была 2,5 миллиона лет назад, потому что именно столько времени идёт свет от нас до галактики Андромеды. Может быть, как раз сейчас юные жители какой-то планеты, вращающейся вокруг одной из бесчисленных звёзд галактики Андромеды, рассматривают в своём учебнике физики фотографию нашей Галактики? Расширяя представление о Вселенной, учёные направили взгляд не только в небо, но и вглубь вещества. Для этого, как ни странно, им понадобилось создать приборы размером в десятки Рис. 2.1 15 I Физика и физические методы изучения природы километров — ускорители. С их помощью учёные узнали, из чего состоят атомы и атомные ядра. Представьте себе: узнать, благодаря чему светят огромные звёзды, учёные смогли, загля нув вглубь крошечного атома! Оказалось, что свечение звёзд, в том числе и яркое сияние нашего Солнца, — это результат тер моядерных реакций, при которых объединяются атомные ядра. Такие реакции происходят при температуре в десятки миллионов градусов. Учёные пытаются сегодня «приручить» термоядерные реакции, чтобы получить практически неисчерпаемый источник энергии. 2. Современные «чудеса» Открыв законы природы, человек создал «чудеса» современ ной техники, без которых мы уже не можем представить себе нашу жизнь: Интернет, автомобили, самолёты, искусственные спутники и космические станции, компьютеры, планшеты, смарт фоны и многое-многое другое. 5. Расскажите, что вы знаете о «чудесах» техники, изображён ных на рисунке 2.2. Рис. 2.2 16 Физика и окружающий мир
2 Почему мы написали слово «чудеса» в кавычках? Потому что в отличие от чудес, которые бывают только в сказках, «чудеса» техники есть на самом деле и появились они не вопреки законам природы, а благодаря использованию этих законов. Скажем несколько добрых слов и об электричестве — ведь оно появилось в нашей жизни и осветило её (в буквальном смысле слова!) тоже благодаря физическим открытиям. Но электричество — это не только свет. Электроэнергия приводит в действие миллионы двигателей — от кофемолок до электровозов. Рис. 2.3 Чтобы ходили поезда метро, трамваи и троллейбусы, чтобы в наших комнатах было светло и мы могли смотреть телевизор и беседовать по мобильному телефону, день и ночь крутятся генераторы на огромных электростанциях. 6. Расскажите, что вы знаете об электрических приборах, изо бражённых на рисунке 2.3. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Удивительная история часов О том, как физические открытия находили практическое применение, расскажем на примере истории часов. Однажды девятнадцатилетний юноша, которого звали Галилео Галилей, обратил внимание на удивительное свойство колебаний люстр в соборе. Период колебаний (то есть время одного полного колебания) почти не зависел от размаха колебаний! Чем же юный Галилей измерял время в этом опыте? Своим собственным пульсом: уже тогда проявилась его замечательная сообразительность, благодаря которой он сделал впоследствии великие открытия. Мы не раз ещё встретимся с именем Галилея на страницах учебников физики. На основе открытия Галилея голландский учёный Христиан Гюйгенс построил первые маятниковые часы. Это была настоящая революция в измерении времени: ведь до этого пользовались только водяными и солнечными часами! Даже сегодня можно встретить маятниковые часы: они мерно тикают днём и ночью, превращая секунды будущего в секунды прошлого. 17 I Физика и физические методы изучения природы В 17-м веке английский физик Роберт Гук, изучая колеба ния груза на пружине, делает новое открытие: он замечает, что период этих колебаний тоже не зависит от их размаха! Этому открытию быстро нашли применение: изобрели пружинные часы. В отличие от маятниковых, пружинные часы удалось сделать на столько маленькими, что их можно было даже носить на руке. Согласитесь, что брать с собой в дорогу маятниковые часы было бы не очень удобно. Благодаря новым открытиям в 20-м веке появились кварце вые часы — в основе их действия лежат уже не механические, а электрические колебания. Кварцевые часы работают от ма ленькой батарейки, а точность их хода намного выше, чем точ ность хода механических часов. Механические часы отстают или спешат примерно на одну минуту в день, а погрешность хода кварцевых часов — всего лишь одна-две минуты в год! Именно кварцевые часы наиболее распространены сегодня. А открытия продолжаются! Используя их, учёные создали уже атомные часы. Их действие основано на колебаниях атомов, а точность хода этих часов поражает воображение: они уходят впе рёд или отстают на одну секунду за несколько миллионов лет! Атомные часы используют, например, для точного расчёта траек торий космических кораблей. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Открытия учёных расширили наше представление о Все ленной — как в большом, так и в малом. • «Чудеса» современной техники стали возможными благо даря использованию открытых учёными законов природы. • Современная техника основана в значительной степени на использовании электроэнергии. Это стало возможным тоже благодаря физическим открытиям. • Физические открытия широко применяются в новых средствах связи. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 7. Расскажите, что вам известно о Галилео Галилее и его от крытиях. 8. Какими электрическими приборами и устройствами вы поль зовались сегодня? 18 Наблюдения и опыты. Научный метод
3 9. Расскажите, что вам известно о современных средствах транс порта. Какие физические открытия используются в них? Повышенный уровень 10. Какое из известных вам физических открытий произвело на вас наибольшее впечатление? Расскажите о нём подробнее. 11. Какие часы вы выберете для следующих измерений времени: а) перелёта самолёта от Москвы до Санкт-Петербурга; б) проведения лечебной процедуры в поликлинике; в) движения спортсмена на дистанции 50 м? 12. Какие известные вам физические открытия используются в современных средствах связи? Высокий уровень 13. Яблоко примерно во столько же раз больше атома, во сколько раз Земля больше яблока. Исходя из этого, оцените размеры атома. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 14. Повторите на опыте открытие юного Галилея. Проверьте: за висит ли продолжительность одного полного колебания под вешенного на нити груза от длины нити? Зависит ли эта продолжительность: от размаха колебаний; веса груза; размера груза? Изменяя длину нити, добейтесь того, чтобы период колебаний маятника был равен одной секунде, — и вы по лучите простейший секундомер. В домашних условиях можно сделать маятник, закрепив нить в верхней части дверного проёма (например, скотчем).
3. Наблюдения и опыты. Научный метод 1. Наблюдения и опыты Отпустим одновременно лист бумаги и металлический шарик. Мы заметим, что шарик падает намного быстрее, чем лист (рис. 3.1). Это — наблюдение. 19 I Физика и физические методы изучения природы Возникает вопрос: чем же обусловле но различие в падении шарика и листа? Нетрудно заметить, что шарик намного тяжелее листа. Поэтому можно предпо ложить, что более тяжёлые тела всегда падают быстрее, чем лёгкие. Подобные предположения учёные называют гипоте зами (от латинского «гипотезис» — пред положение). Чтобы проверить нашу гипотезу, по ставим опыт: возьмём два других тела — тяжёлое и лёгкое — и посмотрим, как они будут падать. Например, в качест ве более тяжёлого тела возьмём монету, а в качестве лёгкого — пёрышко. И мы увидим, что монета тоже падает быстрее Рис. 3.1 пёрышка! Чем отличается опыт от наблюдения? Во-первых, тем, что мы создаём особые условия протекания интересующего нас физического явления — в данном случае на меренно берём одно из падающих тел тяжелее другого. Во-вторых, тем, что мы ставим опыт с целью проверить спра ведливость той или иной гипотезы, — в данном случае она со стоит в том, что тяжёлые тела всегда падают быстрее лёгких. Можно ли утверждать, что опыт с монетой и пёрышком под твердил нашу гипотезу? Нет, одного опыта для подтверждения гипотезы недостаточно. Для проверки ги потезы надо поставить несколько опытов, причём желательно таких, которые могли бы опровергнуть эту гипотезу. Вот идея одного из таких опытов. Если наша гипотеза о падении тел пра вильна, то тела одинакового веса должны всегда падать одинаково. Как проверить это на опыте? Возьмём два одинаковых листа бумаги и один из них скомкаем. Отпустим несмя тый лист и комок: будут ли они падать одинаково? Нет, комок падает намного быстрее, хотя его вес равен весу несмя того листа (рис. 3.2)! Значит, различие в падении тел обусловлено не их весом. Рис. 3.2 20 Наблюдения и опыты. Научный метод
3 Повторив несколько раз этот опыт, сделаем новое наблюдение: заметим, что несмятый лист, падая, как бы кружит в воздухе, паря подобно птице. Это позволяет предположить, что различие в падении тел обусловлено сопротивлением воздуха. Чтобы проверить это предположение на опыте, надо уменьшить сопротивление воздуха для падающего несмятого листа. Это можно сделать, если уронить его, держа вертикально: тогда, падая, он должен не парить в воздухе, а рассекать его подобно ножу. Ставим этот опыт и видим: вертикально падающий лист действительно падает быстрее! Этот опыт подтверждает нашу гипотезу: различие в падении тел обусловлено сопротивлением воздуха. В рубрике «Хочешь узнать больше?» вы можете прочитать о том, как опыт, подобный описанному, проводил Галилео Галилей. Как и все науки о природе, физика является опытной наукой: свои гипотезы учёные обязательно проверяют на опыте, который называют иногда экспериментом (в переводе с латинского это означает «опыт»). 1. Саша пробует утопить в воде надутый резиновый шарик. По том он постепенно выпускает из него воздух и каждый раз снова пробует утопить. Какое наблюдение он может сделать? Какую гипотезу может высказать? Как её можно проверить на опыте? 2. Приведите свои примеры наблюдений и опытов. 2. Научный метод познания. Физические модели Научный метод познания При изучении падения тел мы использовали научный метод познания. Основоположником этого метода считают Галилея. Очень точно суть научного метода выразил английский учёный Майкл Фарадей: «Искусство учёного состоит в том, чтобы уметь задавать вопросы природе и понимать её ответы». Как вы помните, при рассмотрении падения тел мы начали с наблюдения (металлический шарик падает быстрее бумажного листа). На основании наблюдения родилась гипотеза (в нашем случае она состояла в том, что тяжёлые тела всегда падают быстрее, чем лёгкие). Эту гипотезу мы проверили на опытах (падение монеты и пёрышка, падение несмятого листа бумаги и комка бумаги). Первый опыт не противоречил гипотезе, а второй — опроверг её и навёл нас на мысль, что различие в падении тел обусловлено сопротивлением воздуха: это была новая гипотеза. 21 I Физика и физические методы изучения природы Для проверки новой гипотезы мы поставили новый опыт (падение двух листов бумаги — плашмя и вертикально). И он подтвердил гипотезу: мы убедились, что различие в падении тел действительно обусловлено не их весом, а сопротивлением возду ха, потому что вес листов одинаков. Следуя Галилею, учёные успешно используют научный метод познания во всех науках о природе: с его помощью они откры вают всё новые и новые законы природы. Мы с вами при изучении физики тоже будем пользоваться научным методом познания: на основании наблюдений будем строить гипотезы, а потом проверять их на опыте. 3. Какую гипотезу можно высказать, наблюдая за скольжением бруска по столу после толчка? Какие опыты нужно поставить, чтобы проверить эту гипотезу? 4. Какие гипотезы можно высказать, наблюдая за сменой дня и ночи? 5. Наблюдая за кораблями, скрывающимися за линией горизон та, древние греки высказали гипотезу, что Земля круглая. Какой опыт может подтвердить эту гипотезу? Физические модели Реальные явления и объекты природы очень сложны, поэтому для их изучения учёные часто используют физические модели этих явлений или объектов. Такие модели представляют собой упрощённое представление о явлении или объекте, в котором со хранены только их главные черты. Например, размером Земли при рассмотрении её движения вокруг Солнца можно пренебречь, потому что расстояние от Солн ца до Земли во много раз превышает диаметр Земли. Модель физического тела, размерами которого в данной за даче можно пренебречь, называют материальной точкой. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Самый знаменитый опыт Галилея В итальянском городе Пиза есть знаменитая наклонная башня (рис. 3.3, а). Она начала наклоняться, когда её строили, но стоит до сих пор и радует своей красотой. Знакомый с физикой человек, увидев эту башню своими глаза ми впервые, проникается благоговением: ведь именно с неё великий 22 Наблюдения и опыты. Научный метод
3 Галилей бросал пулю и пушечное ядро, поставив опыт, которому суждено было стать «днём рождения» научного метода. Рис. 3.3 Этим опытом Галилей опроверг учение Аристотеля о падении тел. Древнегреческий учёный считал, что тяжёлое тело всегда падает быстрее, чем лёгкое. Но Галилей доказал на опыте, что это не так. По предложению Галилея с башни бросили пулю и пушечное ядро одновременно. И упали они тоже практически одновременно, хотя ядро во много раз тяжелее пули (рис. 3.3, б). Для своего опыта Галилей взял пулю и ядро, потому что при их падении сопротивление воздуха не играет значительной роли. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Исследование физического явления начинается с наблю дения, на основании которого учёный высказывает гипо тезы о закономерностях этого явления. • личается Чтобы проверить гипотезу, учёный ставит опыт. Он от от наблюдения тем, что в опыте создают специ альные условия протекания физического явления с целью проверить справедливость той или иной гипотезы. • Основоположником Галилей. научного метода является Галилео 23 I Физика и физические методы изучения природы ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 6. Что общего у опыта с наблюдением и чем они отличаются друг от друга? При ведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ. 7. Расскажите, в чём состоит научный ме тод изучения природы. 8. Когда в стеклянной трубке находится воздух, шарик падает быстрее пёрышка (рис. 3.4, а). Но если воздух из трубки откачать, то пёрышко и шарик будут падать одинаково быстро (рис. 3.4, б). Какую гипотезу подтверждает этот опыт? 9. Осторожно поднесите блюдце к носику кипящего чайника. Вы увидите, что на блюдце появятся капельки воды. Какую Рис. 3.4 гипотезу можно высказать на основании этого наблюдения? Повышенный уровень 10. Укажите, что из приведённого ниже списка является экспе риментальным фактом, а что — гипотезой: льдинка плавает в стакане с водой; дробинка тонет в воде; при отсутствии тре ния тело будет двигаться по прямой с постоянной скоростью сколь угодно долго. 11. Приведите свои примеры наблюдения, гипотезы, научного экс перимента. Высокий уровень 12. Какую гипотезу проверял Галилей, бросая пулю и пушечное ядро с Пизанской башни? Подтвердилась ли его гипотеза? 13. Какие гипотезы можно выдвинуть, наблюдая за солнечными и лунными затмениями? за сменой дня и ночи? за сменой времён года? 24 Физические величины и их измерение
4 14. Знаменитый английский учёный Исаак Ньютон поставил следую щий опыт. Когда он направил уз кий пучок солнечного света на боковую грань треугольной сте клянной призмы, в результате преломления света белый луч рас щепился на цветные лучи всех цветов радуги (рис. 3.5). Какую гипотезу можно высказать на ос новании этого наблюдения? С по мощью какого опыта её можно Рис. 3.5 проверить? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 15. Повторите описанные в этом параграфе наблюдения и опы ты по изучению падения тел. Поставьте другие опыты для изучения этого явления. 16. Наберите пипеткой кипячёную воду и капните в бутылку с подсолнечным маслом (масло от этого не испортится: вода окажется на дне). Понаблюдайте за движением капель воды в масле. Какую гипотезу можно высказать? С помощью какого опыта её можно проверить?
4. Физические величины и их измерение 1. Физические величины Каждое физическое тело или явление характеризуется определёнными физическими величинами. Вот некоторые примеры физических величин: масса, скорость, объём, время, температура, длина. 1. Какими известными вам физическими величинами характе ризуются физические тела? 2. Какими известными вам физическими величинами характе ризуются механические явления? 25 I Физика и физические методы изучения природы При изучении тел и явлений необходимо производить изме рения физических величин. Например, при изучении движения тела измеряют время, скорость и пройденный телом путь. Каждую физическую величину измеряют в определённых еди ницах, которые называют единицами данной величины. Напри мер, длину измеряют в метрах, а время — в секундах. Международная система единиц (СИ) В современной физике используют Международную систему единиц. Сокращённо её называют СИ 1). Рассмотрим основные единицы СИ. Единицей длины в СИ является метр (обозначают м). Обра тите внимание: после обозначений физических единиц точек не ставят, потому что это не сокращения, а обозначения. За один метр принято расстояние, которое проходит свет в пустоте за 1 с. 299 792 458 Такое определение единицы длины может показаться стран ным своей «произвольностью», поэтому расскажем кратко её историю. Сначала в качестве метра выбрали «круглую» едини цу — одну десятимиллионную долю четверти земного меридиана. Её намеренно выбрали близкой к размеру человеческого тела: ведь когда мы называем некоторое тело большим или малым, мы сравниваем размеры этого тела с размерами человека. За тем образцом (эталоном) единицы длины долгое время служило расстояние между двумя штрихами на металлическом бруске, который хранился в научной лаборатории под Парижем. Но со временем оказалось, что таким определением метра пользоваться не очень удобно, поэтому выбрали более точное определение, по заботившись о том, чтобы длина метра осталась той же. Часто используют также единицы длины, которые в 10, 100 или 1000 раз больше или меньше метра: милли метр (1 мм 0,001 м); сантиметр (1 см 0,01 м); дециметр (1 дм 0,1 м); километр (1 км 1000 м). 3. Какими единицами удобно измерять: длину книги; толщину книги; толщину листа бумаги; расстояние между городами? Единицей площади в СИ является квадратный метр (обо значают м2): это площадь квадрата со стороной 1 м. Использу ют также квадратные миллиметры (мм2), квадратные сантиметры (см2) и квадратные километры (км2). 1) От французских слов «Systeme International». 26 Физические величины и их измерение
4 4. Сколько квадратных сантиметров в одном квадратном метре? Сколько квадратных метров в одном квадратном километре? Единица объёма в СИ — кубический метр (м3): это объём куба с ребром 1 м. Используют также кубические дециметры (дм3), кубические сантиметры (см3) и кубические миллиметры (мм3). Объём жидкости, равный 1 дм3, называют литром. 5. Сколько кубических дециметров в одном кубическом ме тре? Сколько кубических миллиметров в одном кубическом метре? Единицей времени в СИ является секунда (с). Её определяют с помощью уже знакомых вам чрезвычайно точных атомных часов. Чтобы представить себе одну секунду, положите пальцы одной руки на запястье другой. Вы почувствуете, как пульсирует кровь в сосуде, — между двумя биениями вашего сердца проходит примерно одна секунда. Часто используются такие единицы времени, как минута (мин) и час (ч). Как вы знаете, в одной минуте 60 секунд, а в одном часе 60 минут. Может возникнуть вопрос: почему тут используется кратность не десяти, как для всех других физических величин, а шестидесяти? Это память о древних вавилонянах: они первыми ввели дробные числа, выбрав для этого деление единицы на 12 или 60 равных частей. И к тому времени, когда учёные решили дать точное определение единицам времени, часы с 12 цифрами на циферблате, 60 минутами в часе и 60 секундами в минуте были уже общепринятыми. 6. Выразите длительность урока и перемен между уроками в часах, минутах и секундах. 7. Чего больше: секунд в часе или метров в километре? Во сколько раз больше? Не забывайте: числовое значение любой физической величины надо приводить с указанием выбранной единицы этой величины. Например, бессмысленно говорить: «длина предмета равна 3» или «автомобиль ехал со скоростью 20». 8. Как исправить приведённые выше в кавычках выражения? 9. Луна совершает полный оборот вокруг Земли примерно за 27 суток. Выразите период обращения Луны вокруг Земли в часах и секундах. 27 I Физика и физические методы изучения природы 10. В предложенном далее тексте найдите все числовые значения физических величин. «Я спускался к морю с горы высотой 520 м в течение четверти суток. Когда я спустился, воды в моей фляжке осталось четверть литра. Не прошло и двух секунд, как фляжка опустела». Назовите числовые значения упомянутых физических величин и используемые единицы этих величин. Используются ли в тексте разные единицы для одной физической величины? 11. Что больше: а) 250 см3 или 2,5 л; б) 230 см2 или 0,15 дм2; в) количество кубических сантиметров в кубическом метре или количество секунд в сутках? 2. Измерительные приборы Физические величины измеряют с помощью измерительных приборов. Некоторые из них изображены на рисунке 4.1. Уже знакомый вам измерительный прибор — линейка с де лениями: ею измеряют длину. Объём жидкости измеряют изме рительным цилиндром. Время измеряют с помощью часов. Шкала измерительного прибора. Пределы измерения Линейка с делениями представляет собой пример шкалы из мерительного прибора. Другие примеры шкал вы видите на из мерительном цилиндре и на циферблате часов (рис. 4.1). Ценой деления прибора называют разность значений физиче ской величины, соответствующих соседним штрихам на шкале прибора. Например, цена деления линейки — 1 мм. Любой измерительный прибор характеризуется также предела ми измерения: так называют наибольшее и наименьшее значения физических величин на шкале прибора. Ставим и решаем задачи Рассмотрим внимательно рисунок 4.1. 12. Чему равна длина карандаша? 13. Чему равна цена деления измерительного цилиндра? 14. Чему равен объём жидкости в измерительном цилиндре? 15. Каковы пределы измерения линейки и измерительного цилиндра? 28 Физические величины и их измерение
4 Рис. 4.1 29 I Физика и физические методы изучения природы ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Погрешности измерений Длину, время или скорость невозможно измерить абсолютно точно: измерение всегда будет приближённым. Погрешностью измерения называют отклонение измеренно го значения величины от её действительного значения. Погрешности измерений обусловлены в основном двумя при чинами: во-первых, неточностью измерительных приборов, во вторых, неточностью снятия их показаний. Например, при из мерении длины карандаша надо учитывать, что не существует абсолютно точных линеек, а также то, что невозможно абсо лютно точно определить, на каких расстояниях от ближайших к ним штрихов линейки находятся концы карандаша. Если погрешность измерения на самом приборе не указана, то принимают, что погрешность измерения равна цене деления шкалы измерительного прибора. 16. Чему равна погрешность измерения при измерении длины предмета ученической линейкой? 17. Чему равна погрешность измерения при измерении объёма жидкости измерительным цилиндром (рис. 4.1)? 4. Некоторые «секреты» измерений Не всегда физическую величину удаётся измерить непосредственно: например, диаметр тонкого провода трудно измерить, имея толь ко линейку с миллиметровыми делениями. Однако это всё-таки возможно! 18. Чему равен диаметр проволоки, изобра жённой на рисунке 4.2? Объясните: как вы его нашли? Количество намотанных на карандаш витков проволоки равно 20. 19. Толщина книги (без обложки) равна 8 мм. В книге 160 страниц. Чему равна толщина бумаги, на которой напечатана книга? 20. Как можно измерить в солнечный день высоту дома или дерева? Рис. 4.2 30 Физические величины и их измерение
4 21. Когда длина вашей тени составляет 1,8 м, длина тени дома равна 30 м. Измерьте свой рост и найдите высоту дома. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Физические тела и физические явления характеризуются физическими величинами. • Числовое значение физической величины задают всегда с указанием единицы этой величины. • Единицы длины и времени в СИ: метр (м) и секунда (с). • Физические борами. величины измеряют измерительными при • Измерения всегда являются приближёнными. Погреш ность измерения длины и объёма принимают равной цене деления шкалы измерительного прибора. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 22. Приведите примеры физических величин. Какими приборами эти величины можно измерить? 23. Приведите пример нахождения цены деления прибора. 24. По рисункам 4.3, а, б определите, чему равна длина каждого из брусков. Рис. 4.3 31 I Физика и физические методы изучения природы 25. Определите диаметр каждого из шаров (рис. 4.4). Каков ра диус каждого шара? Рис. 4.4 26. По рисунку 4.5 определите цену деления и пределы измерения измерительного ци линдра, а также объём воды, содержащей ся в нём. Рис. 4.5 Повышенный уровень 27. Какие из изображённых на рисунке 4.6 приборов позволят точнее измерить скорость движения шарика по наклонной плоскости? Рис. 4.6 32 Физические величины и их измерение
4 28. Предложите способы измерения объёма тела неправильной формы (в том числе такого, которое растворяется в воде). 29. Чем обусловлены погрешности измерений? Как связана по грешность измерения длины и объёма тела с ценой деления шкалы измерительного прибора? 30. Запишите в тетрадь значения площади в порядке убывания: 0,04 м2, 4000 мм2, 300 см2, 0,5 дм2. Высокий уровень 31. Длину одного и того же бруска измерили двумя разными ли нейками (рис. 4.7, а, б). Какое измерение даёт более точный результат? Обоснуйте ваш ответ. Рис. 4.7 32. По рисунку 4.8 определите цену деления каждого измери тельного цилиндра и объём налитой в каждый цилиндр жид кости. В каком случае погрешность измерения наименьшая? С помощью какого измерительного цилиндра объём жидкости можно измерить наиболее точно? Рис. 4.8 33. Вспомните или найдите пословицы, поговорки или образные выражения, в которых используются различные (может быть, устаревшие) единицы физических величин. 34. Какой длины ряд получится из всех кубиков объёмом 1 см3 каждый, получившихся при разрезании куба объёмом 1 м3? 33 I Физика и физические методы изучения природы 35. Длина ребра красного кубика в 2 раза больше длины ребра синего кубика. Чему равно отношение: а) объёмов кубиков; б) площадей их поверхностей? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 36. Измерьте толщину листа тетради по физике. 37. Измерьте объём какого-либо тела неправильной формы. 38. Измерьте высоту самого красивого на ваш взгляд здания в вашем посёлке или городе. ГЛАВНОЕ В ЭТОЙ ГЛАВЕ • Физика — наука о природе. • Виз физике телом называют любой предмет. Тело состоит вещества. • Физика изучает механические, звуковые, тепловые, элек трические, магнитные, оптические и другие физические явления. • Исследование физического явления начинается с наблюде ния, на основании которого учёный высказывает гипоте зы о закономерностях этого явления. • Чтобы проверить гипотезу, учёный ставит опыт. Он от личается от наблюдения тем, что в опыте создают специ альные условия протекания физического явления с целью проверить справедливость той или иной гипотезы. • Физические тела и физические явления характеризуются физическими величинами. • Числовое значение физической величины задают всегда с указанием единицы этой величины. • Единицы длины и времени в СИ: метр (м) и секунда (с). • Физические борами. величины измеряют измерительными при • Измерения всегда являются приближёнными. Погреш ность измерения обычно принимают равной цене деления шкалы измерительного прибора. 34 ГЛАВА II СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА II Строение вещества
5. Атомы и молекулы 1. Атомы Предположение, что вещество состоит из мель чайших невидимых глазу частиц, одним из первых высказал древнегреческий учёный Демокрит. Он на звал эти частицы атомами 1). Сегодня учёные создали специальные микроско пы, позволяющие увидеть атомы. На рисунке 5.1 приведена фотография поверхности кремния, на ко торой видны отдельные атомы. Атомами называют мельчайшие химически неделимые частицы вещества. Рис. 5.1 Все окружающие нас тела состоят из атомов. Су ществует более ста различных видов атомов. 1. Оцените диаметр атома кремния (рис. 5.1), если фотография сделана с увеличением в 20 миллионов раз. Размеры атомов составляют доли нанометра (нм) — так на зывают одну миллиардную долю метра. Для записи столь малых чисел используют отрицательные степени десяти. Их исполь зование покажем на примере: 1 1 1 нм 0,000 000 001 м м м 10–9 м. 1 000 000 000 109 2. Молекулы Атомы часто объединяются в молекулы. В одной молекуле может быть от одного до нескольких миллиардов атомов — на пример, в биологических молекулах, из которых мы состоим. Этим обусловлено огромное разнообразие веществ: учёные откры ли или искусственно создали несколько миллионов различных веществ. Молекула представляет собой наименьшую частицу данного вещества: химические свойства вещества определяются со ставом и строением его молекул. 1) В переводе на русский «атом» означает «неделимый». 36 Атомы и молекулы
5 На рисунке 5.2 изображены модели молекул некоторых веществ: а — водорода, б — кислорода, в — воды. Жёлтые шарики обозначают атомы водорода, а зелёные — атомы кислорода. Рис. 5.2 Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. При комнатной температуре водород и кислород — газы с различными химическими свойствами. Вода же при комнатной температуре находится в жидком и газообразном состоянии (водяной пар), а её химические свойства существенно отличаются от химических свойств водорода и кислорода. 2. Если все тела состоят из молекул, то почему тела кажутся нам сплошными? 3. Если открыть флакон с духами, то вскоре их запах рас пространится по всей комнате, но при этом мы не заметим уменьшения объёма духов во флаконе. Объясните это явление. 3. Размеры молекул и атомов Поставим опыт Если на поверхность воды в широком сосуде капнуть ка плю масла, то масляное пятно будет расширяться до тех пор, пока толщина масляной плёнки не станет примерно равной размеру молекулы масла (схематически это изображено на рисунке 5.3). Рис. 5.3 37 II Строение вещества Ставим и решаем задачи Пусть площадь масляной плёнки, образующейся из капельки растительного масла объёмом 1 мм3, равна 1 м2. Используя эти данные, оценим размер молекулы масла, учитывая то, что объём масляной плёнки равен объёму капельки масла. 4. Выразите толщину d масляной плёнки через её объём V и площадь S. 5. Найдите размер молекулы масла. Итак, размер молекулы масла — около одной миллиардной доли метра, или одной миллионной доли миллиметра. Похожая задача 6. Чтобы можно было увидеть молекулу масла невооружённым глазом, её пришлось бы увеличить в миллион раз. Каким стал бы ваш рост, если бы вы увеличились в миллион раз? Най дите на карте мира несколько стран, на территории каждой из которых вы смогли бы в таком случае уместиться, если бы захотели прилечь. 4. Движение молекул Броуновское движение В первой половине 19-го века английский ботаник Роберт Броун, наблюдая в микроскоп плавающие в воде частицы цветоч ной пыльцы, заметил, что они непрестанно хаотически движутся. На рисунке 5.4 приведена многократно увеличенная фотография, на которой положения одной из частиц через минутные проме жутки времени соединены отрезками. Полученная ломаная линия наглядно показывает беспорядочность движения, которое назвали броуновским. Рис. 5.4 38 Атомы и молекулы
5 Объяснить броуновское движение учёные смогли только через полвека после его открытия. Выяснилось, что оно обусловлено ударами молекул воды, в которой находятся частицы: молекулы ударяют по ним с разных сторон, заставляя их двигаться. Чем меньше эти частицы, тем заметнее броуновское движение, подобно тому, как слабое волнение на море раскачивает лодку, а большой корабль остаётся неподвижным. Броуновское движение можно заметить только для частиц размером не более одной тысячной доли миллиметра. Напомним, что размеры молекул ещё в тысячи раз меньше! Броуновское движение стало опытным подтверждением молекулярного строения вещества и движения молекул. При нагревании воды интенсивность броуновского движения возрастает. Это означает, что при повышении температуры скорость хаотического движения молекул увеличивается. Поэтому хаотическое движение молекул называют тепловым движением. 7. Иногда в качестве примера броуновского движения приводят «пляску» пылинок в воздухе. Правильно ли это? Диффузия Поставим опыт Нальём в стакан воду и осторожно с помощью шприца до бавим в нижнюю часть стакана голубой раствор медного ку пороса (рис. 5.5, а). Граница между жидкостями будет вначале резкой (рис. 5.5, б). а б в г д Рис. 5.5 Однако примерно через час она начнёт размываться (рис. 5.5, в, г), и постепенно в течение нескольких дней вся жидкость в стакане равномерно окрасится в бледно голубой цвет (рис. 5.5, д). 39 II Строение вещества Объяснить это можно только тем, что частицы 1), из которых состоит медный купорос, проникают в воду, а молекулы воды проникают в раствор медного купороса. А это указывает на то, что молекулы движутся. Обусловленное движением молекул взаимное проникновение частиц одного вещества в другое называют диффузией 2). Диффузия также является опытным подтверждением дви жения молекул. Диффузия происходит не только в жидкостях, но и в га зах, а также в твёрдых телах. Она играет очень большую роль в процессе жизнедеятельности различных организмов: например, благодаря диффузии кислород проникает в клетки живых тканей. 8. Где скорость диффузии больше — в жидкостях или газах? Обоснуйте свой ответ. Скорости молекул В начале 20-го века учёные измерили скорость молекул на опыте. Выяснилось, что при комнатной температуре молекулы в окружающем нас воздухе движутся со скоростями пуль — сотни метров в секунду! Мы не ощущаем отдельных ударов этих молекул, потому что эти удары чрезвычайно частые и малые. «Дробь» этих ударов проявляется в давлении воздуха, которое мы изучим далее. 5. Взаимодействие атомов и молекул На то, что атомы и молекулы притягиваются друг к другу, указывает существование жидкостей и твёрдых тел. Если бы это притяжение исчезло, то все жидкости и твёрдые тела тут же пре вратились бы в газы! Однако сжать, например, воду или камень очень трудно. Это указывает на то, что при уменьшении расстояния между молеку лами притяжение между ними сменяется отталкиванием. Поставим опыт Попробуйте разорвать руками толстую капроновую нить (рис. 5.6). Вряд ли у вас это получится, хотя вам надо преодолеть силы притяжения между молекулами в малом сечении нити! 1) В воде молекулы медного купороса разлагаются на более мелкие частицы. 2) От латинского «диффузио» — распространение, растекание. 40 Атомы и молекулы
5 Рис. 5.6 Молекулы различных веществ также взаимодействуют друг с другом. На притяжении молекул основано, например, действие клея. 9. Почему для более прочного склеивания предметов их прижи мают друг к другу? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 6. Вглубь атома В начале 20-го века учёные установили, что атом является составным: в нём есть чрезвычайно малое атомное ядро (оно примерно в сто тысяч раз меньше атома!), вокруг которого движутся электроны. В дальнейшем выяснилось, что и атомное ядро — тоже составное: оно состоит из протонов и нейтронов. Сегодня учёные умеют уже расщеплять атомные ядра: на этом явлении основано, например, действие атомных электростанций. Подробнее о строении атома и атомного ядра мы расскажем в курсе физики 9-го класса. Примерно 99 из каждых 100 атомов во Вселенной — это атомы водорода или гелия. Это самые лёгкие из всех атомов. В земной коре наиболее распространёнными атомами являются атомы кислорода и кремния, а в атмосфере Земли — атомы азота и кислорода. 41 II Строение вещества ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы вещества. • Атомы образуют молекулы. • Химические свойства вещества определяются составом и строением его молекул. • Молекулы газов, жидкостей и твёрдых тел находятся в непрестанном хаотическом движении — на это указыва ют, например, броуновское движение и диффузия. • Скорость хаотического (теплового) движения молекул при повышении температуры увеличивается. • Молекулы на очень малых расстояниях отталкиваются, а на несколько боXльших — притягиваются. Притяжением молекул обусловлено существование жидкостей и твёр дых тел, а отталкиванием молекул — малая сжимаемость жидкостей и твёрдых тел. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 10. Что общего у атомов и молекул и чем они различаются? 11. Расскажите о молекулах, схематически изображённых на ри сунке 5.2. 12. Одинаковы ли размеры и состав молекул разных веществ? Поясните ответ своими примерами. 13. Предложите опыт, с помощью которого можно оценить размер молекулы керосина. 14. На каком явлении основана засолка огурцов, грибов, рыбы и других продуктов? 15. Почему не рекомендуется оставлять мокрое цветное бельё в тазу на длительное время? Повышенный уровень 16. При смешивании кислорода с водородом образуется гремучий газ: при его взрыве образуется вода. Чему было равно коли чество молекул кислорода и водорода в гремучем газе, если в результате его взрыва образовалось 1020 молекул воды? 17. Одна молекула углекислого газа состоит из одного атома угле рода и двух атомов кислорода, центры которых находятся 42 Атомы и молекулы
5 на одной прямой (атом углерода находится посредине). Изобразите в тетради схематически молекулу углекислого газа и попробуйте изготовить её модель. 18. Объясните, почему в горячем чае сахар растворяется быстрее, чем в холодном. 19. Медузы не имеют органов дыхания. Растворённый в воде кислород всасывается через их кожу, а растворённый угле кислый газ тем же путём выходит наружу вследствие диф фузии. Найдите в Интернете другие примеры роли диффузии в живых организмах. 20. Страницы книги мы перелистываем без усилий. Почему же трудно разъединить мокрые листы бумаги? Высокий уровень 21. Если открытый сосуд с углекислым газом уравновесить на весах и оставить так на некоторое время, то равновесие весов нарушится. Вследствие какого явления это происходит? 22. Рассмотрите фотографию капельки воды на ткани (рис. 5.7). Сравните силы взаимного притяжения между молекулами воды, а также между молекулами воды и молеку лами, входящими в состав ткани. Какой вывод вы можете сделать? 23. Школьник вышел из реки, лёг на песок, и его тело облепили песчинки. Почему? Рис. 5.7 Когда тело обсохло, песчинки осыпались. Почему? 24. Сравните тепловое движение молекул, движение броуновских частиц и диффузию. Что у них общего и чем они различаются? 25. Чему равна максимальная площадь нефтяного пятна, кото рое может образоваться, если при аварии нефтяного танкера в океан выльется 300 м3 нефти? Для оценки примите, что размер молекулы нефти равен размеру молекулы масла, о которой рассказывалось в тексте параграфа. Найдите на кар те Европы страны, площадь которых меньше площади этого пятна. 26. Оцените, сколько молекул содержится в столовой ложке воды (18 г), если масса одной молекулы воды 3 · 10–26 кг. Какой была бы длина цепочки (в километрах), если все эти молеку лы выстроить в ряд? Сравните длину этой цепочки с рассто янием от Земли до Солнца. Для оценки считайте молекулы воды шариками диаметром 3 · 10–10 м. 43 II Строение вещества ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 27. Попробуйте повторить дома описанный в параграфе опыт с каплей масла. Возьмите очень маленькую каплю, а в качестве сосуда используйте большой таз или ванну. 28. Повторите опыт с разрывом прочной нити, чтобы «почувство вать» силу, с которой притягиваются друг к другу молекулы в тонком сечении нити. Чтобы не порезать руки нитью, на деньте кожаные перчатки. 29. Положите один на другой три мокрых листа бумаги так, что бы можно было ухватиться за средний лист. Попробуйте вы тащить его, не разъединяя листов. Объясните этот опыт.
6. Три состояния вещества 1. Газы Примером газа является окружающий нас воздух. Поставим опыт Чтобы убедиться в существовании воздуха вокруг нас, опусти те в воду пустую стеклянную банку вверх дном так, чтобы дно банки было ниже уровня воды. Вы увидите, что вода не заполнит всю банку, потому что в банке остался воздух. 1. Приведите свои примеры, доказывающие существование воз духа. Газ занимает весь предоставленный ему объём: например, невозможно наполнить газом только половину сосуда, если в нём нет перегородок. Это свойство газа обусловлено тем, что молеку лы в газах хаотически движутся и слабо взаимодействуют друг с другом. В отличие от жидкостей и твёрдых тел газы легко сжимаемы (рис. 6.1, а). Это свойство газов обусловлено тем, что молеку лы в газах расположены на некотором расстоянии друг от друга (рис. 6.1, б). 2. Приведите примеры использования сжимаемости газов (в част ности, воздуха). 3. Закупоренная бутылка наполовину заполнена водой. Означает ли это, что в верхней части бутылки пустота? 44 Три состояния вещества
6 а б Рис. 6.1 2. Жидкости Самая распространённая на Земле жидкость — вода. Жидкость всегда принимает форму сосуда (рис. 6.2). Это обусловлено тем, что молекулы в жидкости часто меняются местами друг с другом вследствие теплового движения. Такие «перескоки» происходят очень быстро, благодаря чему жидкость обладает текучестью. Поэтому под действием силы тяжести налитая в сосуд жидкость принимает форму сосуда. Рис. 6.2 Кроме того, жидкость сохраняет свой объём. Это объясняется тем, что молекулы в жидкости расположены вплотную друг к другу. 4. Приведите примеры использования текучести и несжимаемо сти жидкости. 45 II Строение вещества 3. Твёрдые тела Твёрдые тела сохраняют не только объём, но и форму. Это обусловлено их молекулярным строением. Твёрдые тела отличаются друг от друга твёрдостью, хрупко стью и пластичностью. Самое твёрдое вещество — алмаз. Его используют не только для украшений, но и для изготовления особенно твёрдых режу щих инструментов, например стеклорезов. Хрупкие твёрдые тела при сильных ударах разрушаются — таковы, например, стекло или чугун. А пластичные твёрдые тела при ударах не разрушаются, а изменяют форму — таковы, на пример, свинец или пластилин. 5. Какие свойства твёрдых тел отражены в следующих послови цах? а) Дружба что стекло: расколешь — не соберёшь. б) В бою железо дороже золота. в) Серебро гнётся, а чугун не гнётся. Кристаллические и аморфные тела У всех кристалликов поваренной соли или сахара — плоские, будто срезанные грани. Таковы же грани и больших кристаллов (рис. 6.3, а). Рис. 6.3 46 Три состояния вещества
6 Несмотря на огромное разнообразие, все снежинки (а это — кристаллики льда) имеют в своей основе правильный шестиугольник (рис. 6.3, б). Поваренная соль, сахар и лёд — примеры веществ, из которых состоят кристаллические твёрдые тела. Правильная форма кристаллов обусловлена тем, что атомы или молекулы в кристаллах расположены упорядоченно, образуя кристаллическую решётку (рис. 6.3, в, г). Все кристаллические тела имеют определённую температуру плавления, при которой твёрдое тело превращается в жидкость. Но среди твёрдых тел есть и такие, которые при нагревании постепенно размягчаются, благодаря чему им можно придать произвольную форму. Их называют аморфными 1). Знакомым каждому примером аморфного тела является стекло. Аморфные тела, подобно жидкостям, обладают текучестью, причём при нагревании их текучесть увеличивается. Например, стеклянный пузырёк выдувают из капли нагретого стекла (рис. 6.4, а). Молекулярное строение аморфного тела схематически изображено на рисунке 6.4, б. Мы видим, что в расположении молекул нет определённого порядка. В этом отношении аморфные тела Рис. 6.4 1) От греческого «аморфос» — бесформенный. 47 II Строение вещества напоминают жидкости — этим и обусловлена текучесть аморф ных тел при нагревании. В отличие от кристаллических тел они не плавятся, превращаясь сразу в жидкость, а размягчаются по степенно. 6. Как определить на опыте, является ли данное твёрдое тело кристаллическим или аморфным? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 4. Алмаз и графит Твёрдый прозрачный алмаз (рис. 6.5, а) и мягкий чёр ный графит, из которого изготовляют стержни карандашей (рис. 6.5, б), состоят из одинаковых атомов — атомов углерода. Столь различные свойства алмаза и графита обусловлены только тем, что у них разные типы кристаллических решёток. Рис. 6.5 На рисунке 6.5, в схематически изображена молекулярная структура алмаза. В его кристаллической решётке все атомы сильно связаны со своими ближайшими соседями — вот почему 48 Три состояния вещества
6 алмаз такой твёрдый. А на рисунке 6.5, г изображено молекулярное строение графита. Он имеет слоистую структуру, причём соседние слои слабо связаны друг с другом. Этим и обусловлена мягкость графита. 5. Почему капли круглые? То, что жидкость не имеет своей формы, справедливо только для достаточно больших объёмов жидкости. А в малых объёмах жидкость имеет форму шара: таковы капли жидкости (рис. 6.6). Рис. 6.6 Шарообразная форма капель обусловлена тем, что жидкость стремится уменьшить площадь своей поверхности. В случае малого объёма это оказывается более важным, чем действие силы тяжести, заставляющей жидкость растечься по горизонтальной поверхности или принять форму сосуда. 49 II Строение вещества ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Вещество может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. • Газ занимает весь предоставленный ему объём и легко сжимаем. Объясняется это хаотическим движением моле кул в газах и тем, что молекулы расположены не вплот ную, а на некоторых расстояниях друг от друга. • Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосу да, в котором она находится. Это обусловлено действием силы тяжести и текучестью жидкости. Жидкость прак тически несжимаема, потому что молекулы в жидкости расположены вплотную друг к другу. • Твёрдые тела сохраняют объём и форму. Они бывают кристаллическими и аморфными. • Атомы или молекулы в кристаллах расположены упоря доченно, образуя кристаллическую решётку. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 7. Расскажите об основных свойствах твёрдых тел, жидкостей и газов. Что у них общего и чем они отличаются друг от друга? 8. Сравните молекулярное строение кристаллических твёрдых тел, жидкостей и газов. 9. Сравните кристаллические тела, аморфные тела и жидкости. Что у них общего и чем они отличаются друг от друга? 10. Все ли металлы находятся при комнатной температуре в твёр дом состоянии? Приведите пример, иллюстрирующий ваш от вет. 11. Кусок меди расплавили. Расскажите, как при этом измени лись расположение атомов меди друг относительно друга и характер их движения. 12. Утром на реке появился туман. Какое это состояние воды: жидкое или газообразное? Повышенный уровень 13. Назовите общие свойства: жидкостей и газов; жидкостей и твёрдых тел. 50 Три состояния вещества
6 14. Если представить, что каждый ученик класса — молекула, то что напоминают ученики класса: кристаллическое твёрдое тело, жидкость или газ — в толпе у нового расписания? на перемене? во время урока? Высокий уровень 15. На рисунке 6.7 представлены фотографии, сделанные при наблюдении в микроскоп за ростом кристаллов из растворов медного купороса (а) и поваренной соли (б). На основании чего можно утверждать, что медный купорос и поваренная соль относятся к кристаллическим телам? а б Рис. 6.7 16. Составьте задачу, ответ которой «Только газ». 17. Составьте задачу, ответ которой «Только твёрдое тело». 18. Найдите в Интернете фотографии различных кристаллов. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 19. Заполните пластиковую бутылку водой доверху и плотно за винтите пробку. Попробуйте сжать бутылку. Вылейте часть воды и снова попробуйте сжать бутылку. Какой вывод можно сделать из этих опытов? 20. Рассмотрите под увеличительным стеклом кристаллики пова ренной соли. Объясните, какой «искусный мастер» придал им правильную форму. 51 II Строение вещества ГЛАВНОЕ В ЭТОЙ ГЛАВЕ • Атомы — мельчайшие химически неделимые частицы вещества. • Атомы образуют молекулы. • Химические свойства вещества определяются составом и строением его молекул. • Молекулы газов, жидкостей и твёрдых тел находятся в непрестанном хаотическом движении — на это указыва ют, например, броуновское движение и диффузия. • Скорость хаотического (теплового) движения молекул при повышении температуры увеличивается. • Молекулы на очень малых расстояниях отталкиваются, а на несколько боXльших — притягиваются. Притяжением молекул обусловлено существование жидкостей и твёр дых тел, а отталкиванием молекул — малая сжимаемость жидкостей и твёрдых тел. • Вещество может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. • Газ занимает весь предоставленный ему объём и легко сжимаем. Объясняется это хаотическим движением моле кул в газах и тем, что молекулы расположены не вплот ную друг к другу. • Жидкость сохраняет объём, но принимает форму сосу да, в котором она находится. Это обусловлено действием силы тяжести и текучестью жидкости. Жидкость прак тически несжимаема, потому что молекулы в жидкости расположены вплотную друг к другу. • Твёрдые тела сохраняют объём и форму. Они бывают кристаллическими и аморфными. • Атомы или молекулы в кристаллах расположены упоря доченно, образуя кристаллическую решётку. 52 ГЛАВА III ДВИЖЕНИЕ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛ III Движение и взаимодействие тел
7. Механическое движение 1. Относительность движения и покоя Как отличить движущееся тело от покоящегося? Казалось бы, нет ничего проще! Например, учебник, лежащий сейчас перед вами, покоится, а проезжающий за окном автомобиль — движется. А теперь вспомним, что учебник вместе со столом и домом находится на поверхности Земли, которая вращается вокруг своей оси. Обусловленная этим вращением скорость на широте Москвы составляет почти тысячу километров в час (скорость реактивного самолёта). Кроме того, Земля ещё движется вокруг Солнца, про летая за каждую секунду около тридцати километров. Перейдём теперь к автомобилю, проезжающему по улице. С точки зрения сидящего за рулём водителя его автомобиль по коится, зато движутся дома на улице! В том числе движется и лежащий перед вами учебник, находящийся в одном из этих домов. 1. Можно ли однозначно ответить на вопрос: покоится или дви жется пассажир едущего автобуса? Обоснуйте свой ответ. Рассмотренные примеры показывают, что движение любого тела можно рассматривать только по отношению к какому-то другому телу. В этом выражается относительность движения и покоя. Таким образом, механическое движение — это изменение со временем по ложения тела в пространстве относительно других тел. 2. Относительно каких тел сидящий в кресле пассажир летяще го самолёта находится в покое? Относительно каких тел он движется? Движется ли самолёт: а) относительно сидящего в кресле пассажира; б) относительно стюардессы, идущей по салону? 3. Пассажир идёт по салону едущего автобуса. Какие тела (не только в автобусе) движутся относительно пассажира, а какие покоятся относительно него? 4. Где может находиться человек, если дом движется относи тельно него сверху вниз? 5. Пассажир в вагоне поезда во время стоянки заметил, что по езд на соседнем пути начал двигаться. Какое предположение может сделать пассажир? Как его проверить? 54 Механическое движение
7 Рис. 7.1 6. Назовите изображённые на рисунке 7.1 тела, которые поко ятся друг относительно друга. 55 III Движение и взаимодействие тел 2. Траектория, путь и перемещение Если провести по доске куском мела, он оставит на ней след. Это траектория куска мела относительно доски. Траектория — это линия, описываемая телом в простран стве при движении тела. В большинстве случаев тело при своём движении не оставляет следа — тогда траектория тела невидима. Например, птица не оставляет за собой видимого следа в полёте, а высоко летящий самолёт часто оставляет такой след (рис. 7.2, а). 7. Расскажите, в каких случаях траектория движения автомо биля становится видимой. Траектория движения тела может быть прямолинейной (рис. 7.2, а) и криволинейной (рис. 7.2, б). Как мы сейчас уви дим, траектория движения одного и того же тела с точки зре ния одного наблюдателя может быть прямолинейной, а с точки зрения другого — криволинейной. Пусть, например, пассажир в вагоне идущего поезда роняет шарик. С точки зрения пассажира траектория движения пада ющего шарика — прямолинейный отрезок. А с точки зрения наблюдателя на станции, мимо которой проезжает поезд, шарик движется по криволинейной траектории. Рис. 7.2 8. Каковы траектории движения: а) падающего без начальной скорости камня относительно земли; б) Луны относительно Земли; в) самолёта, летящего из Владивостока в Москву, от носительно Земли? 9. Приведите свои примеры прямолинейных и криволинейных траекторий движения. 56 Механическое движение
7 Если тело закончило движение в той же точке, из которой оно начало двигаться, то траектория тела — замкнутая линия, поэтому такую траекторию называют замкнутой (рис. 7.3). Рис. 7.3 Длину траектории называют путём, пройденным телом. Мы будем обозначать путь буквой l. При нахождении пути, пройденного телом, надо складывать длины участков траектории, если тело прошло их несколько раз. 10. Волк прошёл по вольеру длиной 20 м 3 раза туда и обратно. Чему равен пройденный им путь? 11. Легкоатлет трижды пробежал по дорожке, имеющей форму окружности радиусом 50 м. Чему равен пройденный им путь? 12. Саша прошёл 6 км, причём расстояние от начальной точки траектории до конечной равно 4 км. Следует ли отсюда, что траектория его движения была криволинейной? Направленный отрезок, соединяющий начальную и конечную точку траектории, называют перемещением. Физические величины, которые характеризуются числовым значением и направлением, называют векторными величинами. Таким образом, перемещение — векторная величина. Числовое значение векторной величины называют её модулем. Например, в предыдущей задаче модуль перемещения Саши равен 4 км. 57 III Движение и взаимодействие тел Модуль перемещения меньше пройденного пути, если траек тория тела криволинейная или тело двигалось по одной прямой, но изменяя направление движения на противоположное, как в уже упомянутой задаче. ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира До 16-го века движение всех тел рассматривали только от носительно Земли, считая её центром Вселенной. Относительно Земли рассматривали также движение Солнца, Луны и звёзд. Это — так называемая геоцентрическая 1) система мира. В этой системе движение Солнца и Луны описать было про сто, а вот планеты двигались по причудливым траекториям, опи сывая порой странные петли. В 16-м веке польский астроном Николай Коперник обнару жил, что описать положение планет можно тоже просто, если считать, что они вместе с Землёй движутся вокруг Солнца по орбитам, близким к круговым. Такую систему мира назвали ге лиоцентрической 2). Схематически эту систему иллюстрирует ри сунок 7.4, на котором не соблюдён один и тот же масштаб для Солнца, планет и их орбит, потому что в одном масштабе Солнце и все планеты не удалось бы изобразить на одном рисунке. Н. Коперник Рис. 7.4 (1473—1543) 1) От греческого «ге» — Земля. 2) От греческого «гелиос» — Солнце. 58 Механическое движение
7 Рис. 7.5 Развивая идеи Коперника, итальянский учёный и поэт Джордано Бруно предположил, что Солнце тоже не является центром Вселенной! Бруно первым догадался, что звёзды — это очень далёкие «солнца», вокруг которых движутся планеты, населённые, как считал Бруно, разумными существами, подобными людям. Так что именно Бруно — первый научный фантаст! Учение Бруно противоречило Библии, поэтому служители церкви поставили его перед выбором: отказаться от своего учения или быть сожжённым на костре (рис. 7.5). Бруно мужественно взошёл на костёр, шагнув при этом в бессмертие. Галилео Галилей посвятил обоснованию и развитию учения Коперника многие годы жизни. Его за это не сожгли на костре, но последние годы жизни великому учёному пришлось провести под домашним арестом. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Механическое движение — это изменение со временем положения тела в пространстве относительно других тел. Механическое движение и покой относительны. • Линия, которую описывает тело в пространстве при своём движении, называется траекторией движения. • Длину траектории называют путём, пройденным телом. • Представление о том, что в центре Вселенной находится Земля, называют геоцентрической системой мира. Пред ставление о Вселенной, согласно которому Земля и дру гие планеты движутся вокруг Солнца, называют гелио центрической системой мира. 59 III Движение и взаимодействие тел ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 13. Приведите свои примеры, иллюстрирующие относитель ность движения и покоя. 14. Движутся ли самолёты друг относительно друга (рис. 7.6)? 15. Изобразите примерные траек тории движения нескольких тел по вашему выбору. 16. Будет ли замкнутой траек тория корабля, совершивше го кругосветное путешествие, Рис. 7.6 если рассматривать движение корабля относительно Земли? Повышенный уровень 17. Велосипедисты едут друг за другом с одинаковой постоянной скоростью по дороге, имеющей форму окружности. Движутся ли велосипедисты друг относительно друга? 18. Будет ли замкнутой траектория корабля, совершившего кругосветное путешествие за полгода, если рассматривать движение корабля: а) относительно Земли; б) относительно Солнца? 19. Человек вышел из дома и через некоторое время вернулся домой. Будет ли замкнутой его траектория, если рассматри вать его движение: а) относительно дома? б) относительно самолёта, который за это время пролетел от Москвы до Астрахани? 20. Нарисуйте в тетради примерную траекторию точки, находя щейся на конце лопасти винта поднимающегося вертикально вверх вертолёта: относительно кабины пилота; относительно лопасти винта вертолёта; относительно земли. 21. Школьник отметил красной краской точку на шине колеса велосипеда и поехал на нём по прямой дороге. Изобразите примерную траекторию красной точки относительно: а) школьника; б) велосипедного колеса, на котором отмечена точка; в) земли. 60 Механическое движение
7 22. Сколько времени должно длиться кругосветное путешествие корабля, чтобы его траектория была замкнутой не только от носительно Земли, но и относительно Солнца? 23. Из Иркутска до Улан-Удэ один из двух друзей летел самолётом, который двигался по прямолиней ной траектории, а другой ехал по железной дороге в объезд Байкала (рис. 7.7). Что будет одинаковым для этих друзей: траектория, путь или перемещение? 24. Автобус совершил рейс по прямой дороге из посёлка А в посёлок Б, вернулся обратно в А и закон чил маршрут в посёлке В, нахо дящемся точно посередине между А и Б. Пройденный им путь ока зался равным 50 км. Чему равно Рис. 7.7 расстояние между А и Б? 25. Туристическая группа прошла 4 км на юг, повернула под прямым углом налево и прошла ещё 3 км. Начертите на ли сте в клетку траекторию движения группы в удобном мас штабе. Найдите, чему равны пройденный путь и модуль пе ремещения туристов. Высокий уровень 26. Вдоль минутной стрелки часов длиной 6 см равномерно пол зёт божья коровка. Она начала движение от конца стрелки ровно в 3 часа дня и доползла до оси стрелки к 4 часам того же дня. Нарисуйте в тетради примерный вид траек тории её движения относительно циферблата часов в мас штабе 1:1. Чему равен путь, пройденный божьей коровкой относительно минутной стрелки? 27. Пираты ищут клад по следующему описанию: «От одинокой сосны пройти на юг 10 шагов, повернуть направо и пройти 20 шагов, повернуть ещё раз направо и пройти 25 шагов, повернуть налево и пройти 5 шагов, повернуть ещё раз нале во и пройти 30 шагов; копать здесь». Начертите траекторию поиска клада, выбрав подходящий масштаб. Используя этот чертёж, определите: чему равны путь, который надо пройти от сосны до клада, и расстояние от сосны до клада? Длина шага пирата равна 80 см. 61 III Движение и взаимодействие тел 28. Саша везёт тачку с двумя колёсами и поворачивает налево под прямым углом. Какое колесо (левое или правое) прошло во время поворота больший путь? Насколько больший? Рас стояние между колёсами тачки 40 см. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 29. Поставьте остриё мягкого карандаша на лежащий на гладком столе чистый лист бумаги. Держа карандаш неподвижно, по пробуйте двигать лист бумаги так, чтобы карандаш нарисовал окружность. Какова при этом траектория острия карандаша относительно стола? относительно листа бумаги? Если вам понадобится помощь, обратитесь к кому-либо из своих одно классников или одноклассниц.
8. Прямолинейное равномерное движение 1. Скорость прямолинейного равномерного движения Прямолинейное движение, при котором тело за любые рав ные промежутки времени проходит равные пути, называют прямолинейным равномерным движением. На рисунке 8.1 схематически изображено прямолинейное равномерное движение легкового автомобиля: показаны положе ния автомобиля через равные промежутки времени. Рис. 8.1 Скоростью v прямолинейного равномерного движения назы вают отношение пути l, пройденного телом за промежуток времени t, к этому промежутку времени: l v= t 62 Прямолинейное равномерное движение
8 ⎛м⎞ Единицей скорости в СИ является метр в секунду ⎜ ⎟ Что ⎝с⎠ бы представить себе эту скорость, пройдитесь, делая каждую секунду большой шаг длиной около метра. 1. Собака бежит прямолинейно и равномерно. За 1 мин она про бегает 180 м. Чему равна её скорость в единицах СИ? Скорость характеризуется не только числовым значением, но и направлением, то есть она является векторной величиной 1). Например, скорость автомобиля на рисунке 8.1 направлена вправо. Векторную величину обозначают буквой со стрелкой над ней (рис. 8.1). На чертежах скорость тела изображают стрелкой, расположенной рядом с этим телом. Направление стрелки указывает направление скорости, а длина стрелки пропорциональна значению скорости. Скорость транспортных средств часто задают в километрах ⎛ км ⎞ в час ⎜ ⎟ Например, в пределах города автомобили могут дви ⎝ ч ⎠ км гаться со скоростью, не превышающей 60 ч 2. Автомобиль движется с востока на запад со скоростью 20 м/с. Изобразите графически скорость автомобиля в масштабе: 10 м/с соответствует 1 см. Научимся переводить значение скорости из одних единиц в другие. 3. Чему равна скорость человека в километрах в час, если он идёт со скоростью 1 м/с? 4. Трактор движется со скоростью 10 м/с. Чему равна его ско рость в километрах в час? 5. Выразите в километрах в час скорости: 15 м/с, 20 м/с, 30 м/с. 6. Такси едет со скоростью 72 км/ч. Чему равна его скорость в метрах в секунду? 7. Какова скорость поезда в километрах в час, если каждую ми нуту мимо окна вагона «пробегает» очередной километровый столб? 8. Выразите в метрах в секунду следующие скорости: 7,2 км/ч; 18 км/ч; 90 км/ч. 1) Напомним, что векторными называют величины, характеризующиеся число вым значением и направлением. 63 III Движение и взаимодействие тел 2. Как физические формулы позволяют ставить и решать задачи l Мы встретились в этом учебнике с первой формулой: v t Она связывает три величины: путь l, время движения t и ско рость тела v. Значит, используя эту формулу, можно найти лю бую из этих трёх величин, если остальные две известны. Обратите внимание: при решении задач по физике обозначе ния всех величин не зависят от того, заданы эти величины или их надо найти. Например, скорость всегда обозначают v. Этим задачи по физике отличаются от задач по математике, где неизвестную величину часто обозначают x. Поэтому привы кайте в любой физической формуле «видеть» уравнение, неизвест ным в котором может быть любая из входящих в эту формулу величин. l 9. Используя формулу v , выразите путь l через скорость v t и время движения t. l 10. Используя формулу v , выразите время движения t через t путь l и скорость v. l 11. Используя формулу v , составьте и решите три задачи: t а) на нахождение пути, пройденного пешеходом; б) на нахождение времени движения велосипедиста; в) на нахождение скорости автомобиля. Подберите числовые данные так, чтобы ответы в этих задачах были следующими: 8 км; 2 ч; 60 км/ч. Покажем пример оформления решения задачи. Маша прошла 3 км за 40 мин. Выразите скорость Маши в метрах в секунду. Дано: СИ: Решение: t 40 мин 2400 с Скорость при равномерном движении l 3 км 3000 м l v ; v–? t 3000 м м v 1,25 2400 c с м Ответ: v 1,25 с 64 Прямолинейное равномерное движение
8 Ставим и решаем задачи Чтобы решать задачи, надо научиться ставить задачи, по тому что для решения более или менее трудной задачи обыч но надо поставить несколько вспомогательных, более простых задач — и решить их. В каждой задаче есть две части: 1) условие, в котором описа на некоторая ситуация, и 2) вопрос по этой ситуации. Чтобы вы поняли, как рождаются задачи, мы часто будем к одной и той же ситуации ставить несколько вопросов. Следуя этим примерам, вы тоже скоро научитесь ставить задачи и убеди тесь, что решать свои задачи намного интереснее, чем уже поставленные. 12. Из посёлка одновременно по одной прямой дороге в од ном направлении выехали трактор со скоростью 40 км/ч и мотоциклист со скоростью 60 км/ч. а) Какое расстояние проедет каждый из них за 1 ч? б) Чему будет равно расстояние между трактором и мото циклом через 1 ч после выезда? в) Чему равна скорость мотоциклиста относительно трак тора? 13. Изменим условие предыдущей задачи: трактор и мотоцикл выехали одновременно с теми же скоростями, но в про тивоположных направлениях. а) Какое расстояние проедет каждый из них за 1 ч? б) Чему будет равно расстояние между трактором и мо тоциклом через 1 ч после выезда? в) Чему равна скорость мотоциклиста относительно трак тора? 14. По прямой дороге едут в одном направлении трактор со скоростью 40 км/ч и мотоцикл со скоростью 60 км/ч. а) Может ли расстояние между ними уменьшаться со временем? б) Может ли расстояние между ними увеличиваться со временем? Похожая задача 15. Из города одновременно по прямой дороге в противоположных направлениях выехали два автомобиля: один со скоростью 80 км/ч, другой — со скоростью 100 км/ч. Какое расстояние будет между ними через 2 ч? 65 III Движение и взаимодействие тел 16. Из двух городов одновременно навстречу друг другу по пря мой дороге выехали два автомобиля: один со скоростью 80 км/ч, другой — со скоростью 100 км/ч. Через какое вре мя после выезда они встретились, если расстояние между го родами 270 км? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Рекорды скорости Самый быстрый зверь — гепард (рис. 8.2, а): он может бе жать со скоростью до 30 м/с. 17. Чему равна максимальная скорость гепарда в километрах в час? 18. За какое наименьшее время гепард промчится вдоль класса длиной 12 м? Самая быстрая птица — сокол-сапсан (рис. 8.2, б): когда он летит вниз, увидев добычу, его скорость достигает 300 км/ч. 19. Чему равна максимальная скорость сапсана в метрах в се кунду? 20. Найдите в Интернете рекорд скорости гоночного автомобиля. Выразите значение этой скорости в километрах в час и в метрах в секунду. Сравните её со скоростью звука в воздухе (значение этой скорости можно найти в Интернете). а б Рис. 8.2 66 Прямолинейное равномерное движение
8 ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Прямолинейное движение, при котором тело за любые равные промежутки времени проходит равные пути, на зывают прямолинейным равномерным движением. l • Скорость прямолинейного равномерного движения v t , где l — пройденный путь, t — промежуток времени, в течение которого пройден этот путь. м • Единицей скорости в СИ является с Часто используют км также единицу скорости ч ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 21. Велосипедист проехал по прямой дороге за первый час 10 км, а за два последующих часа 15 км. Могло ли его движение быть прямолинейным равномерным на всём пути? на каждом из участков? 22. Шмель летит на север со скоростью 3 км/ч. Изобразите гра фически скорость шмеля с указанием сторон света. Масштаб выберите сами и укажите его на чертеже. 23. Тягач проехал за некоторое время 40 км, а легковой автомо биль за такое же время — 120 км. Во сколько раз скорость легкового автомобиля больше скорости тягача? 24. Расскажите об известных вам единицах скорости. Срав ните их. 25. По данным, представленным в таблице, составьте задачи и решите их. № п/п Тело Скорость Время Путь 1 Гепард 108 км/ч 1 мин ? 2 Автомобиль 20 м/с ? 24 км 3 ? ? 10 с 0,1 км 67 III Движение и взаимодействие тел 26. Ученик прошёл 40 мин со скоростью 6 км/ч, а потом про ехал на автобусе 30 км. Автобус ехал со скоростью 50 км/ч. Какой путь (в километрах) ученик прошёл пешком? Сколько времени (в минутах) он ехал? 27. Саша пробежал полчаса со скоростью 7 м/с, Миша — 20 мин со скоростью 12 км/ч, а Костя — 6 км со скоростью 11 км/ч. Кто из мальчиков бежал быстрее всех? медленнее всех? доль ше всех? 28. Велосипедист, двигаясь равномерно и прямолинейно, за 30 мин проехал 10 км. За какое время велосипедист проедет 40 км, двигаясь с той же скоростью? Повышенный уровень 29. За 5 ч 30 мин велосипедист проехал 99 км. С какой скоро стью двигался велосипедист? 30. Спортсмен шёл в течение 2 ч 20 мин со скоростью 6 км/ч. Чему равен пройденный им путь? 31. За какое время автомобиль, движущийся со скоростью 25 м/с, проедет 360 км? 32. Самолёт пролетел 700 км за 1 ч, а на обратном пути его скорость была равна 200 м/с. Когда скорость самолёта была больше? 33. Первый автомобиль, двигаясь со скоростью 30 м/с, за 10 с проехал такой же путь, какой второй автомобиль проехал за 20 с. Чему равна скорость второго автомобиля в километрах в час? 34. По ситуации, изображённой на рисунке 8.3, поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 8.3 68
8 35. По ситуации, изображённой на рисунке 8.4, поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 8.4 36. Стрекоза летит со скоростью 30 км/ч, а велосипедист едет со скоростью 5 м/с. Чья скорость больше и во сколько раз? 37. Из двух городов, находящихся на расстоянии 200 км друг от друга, одновременно навстречу друг другу выехали грузовик со скоростью 40 км/ч и такси со скоростью 60 км/ч. Через какой промежуток времени после выезда расстояние между автомобилями будет равно 100 км? 38. Миша вышел из посёлка и пошёл по прямой дороге со ско ростью 5 км/ч. Через час после Миши из того же посёлка в том же направлении выехал на велосипеде Саша и поехал со скоростью 15 км/ч. Поставьте два вопроса по этой ситуации и найдите ответы на них. 39. За какой промежуток времени искусственный спутник Земли, двигаясь со скоростью 8 км/с, пройдёт путь, равный расстоя нию от Москвы до Кемерово (3600 км)? Во сколько раз этот промежуток времени меньше времени полёта самолёта, кото рый проделывает тот же путь за 4 ч? 40. За какое время человек смог бы обойти Землю вдоль эквато ра, если бы он шёл круглосуточно со скоростью 4,6 км/ч? Высокий уровень 41. От въезда локомотива поезда на мост до съезда с моста по следнего вагона поезда прошла 1 мин. Чему равна скорость поезда, если длина моста 440 м, а длина поезда 280 м? 42. Поезд проходит станцию без остановки. Найдите длину и ско рость поезда, если он проходит мимо дежурного по станции за 1 мин 40 с, а вдоль всего перрона длиной 400 м — за 2,5 мин. 69 III Движение и взаимодействие тел 43. Мальчик проплывает в реке от одного пляжа до соседнего за 4 мин, а обратный путь занимает у него 12 мин. Скорость мальчика относительно воды оставалась постоянной. Во сколь ко раз эта скорость больше скорости течения? 44. По шоссе со скоростью 75 км/ч движется автомобиль. Парал лельно шоссе в том же направлении по железной дороге со скоростью 45 км/ч движется товарный поезд длиной 500 м. Сколько времени понадобится автомобилю, чтобы проехать вдоль всего состава туда и обратно? Примите, что временем разворота автомобиля можно пренебречь. 45. От пристани А одновременно в одном направлении отплы вают моторная лодка и плот. Через 2 ч после отправления лодка достигает пристани В, сразу разворачивается и плывёт в обратном направлении. Через какой промежуток времени после разворота лодка встретит плот? Скорость лодки отно сительно воды остаётся постоянной. ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 46. Найдите среднюю длину своего шага. Для этого измерьте ру леткой определённое расстояние (например, длину комнаты или коридора) и подсчитайте число шагов, которые вы сде лаете, проходя это расстояние. 47. Пройдите от дома до ближайшего магазина или другого за данного места, считая свои шаги и заметив время ходьбы в секундах. Используя результат предыдущего задания, найдите скорость своей ходьбы.
9. Графики прямолинейного равномерного движения 1. График зависимости пути от времени С помощью графика можно нагляднее представить зависи мость одной величины от другой, чем с помощью формулы. Рассмотрим пример. Велосипедист едет прямолинейно и равномерно со скоростью 2 м/с. Построим график зависимости пути l от времени t для велосипедиста в течение первых трёх секунд движения. 70 Графики прямолинейного равномерного движения
9 Используя формулу зависимости пути от времени l vt, найдём и запишем в таблицу значения пути, пройденного велосипедистом за 1 с, за 2 с и за 3 с: t, с 0 1 2 3 l, м 0 2 4 6 Выяснив, в каких пределах изменяется путь за время наблюдения, выберем удобный масштаб, начертим координатные оси t и l, отметим на них единицы пути и времени, а также значения этих величин. Используя таблицу, нанесём на координатную плоскость четыре точки: (0; 0), (1; 2), (2; 4) и (3; 6) (рис. 9.1, а). Все они принадлежат графику зависимости пути от времени. Заметим, что все эти точки лежат на одной прямой, проходящей через начало координат (рис. 9.1, б) Это легко понять: при равномерном движении путь прямо пропорционален времени движения, а графиком прямой пропорциональности является отрезок прямой. Рис. 9.1 71 III Движение и взаимодействие тел Итак, при прямолинейном равномерном движении график зависи мости пути от времени — отрезок прямой. Чтобы построить такой график, достаточно знать положение любых двух его точек. Одна из них нам уже известна: это начало координат. Значит, для построения графика за висимости пути от времени достаточ но, используя формулу l vt, найти значение пути l для одного момента времени, отличного от нуля. 1. Грузовик в течение 3 ч едет со скоростью 50 км/ч. Постройте график зависимости пути от вре мени и найдите с его помощью пути, пройденные грузовиком за 1,5 ч; за 2,5 ч. Сравним теперь графики зави симости пути от времени для тел, Рис. 9.2 движущихся с разной скоростью. 2. На рисунке 9.2 изображены графики зависимости пути от времени для велосипедиста и автомобиля. Какой график соот ветствует автомобилю? На этом примере мы видим, что чем больше скорость тела, тем больше угол между графиком зави симости пути от времени и осью времени. 3. На рисунке 9.3 изображены гра фики зависимости пути от вре мени для трёх тел. Чему равны отношения скоростей этих тел? Рис. 9.3 2. График зависимости скорости от времени Построим графики зависимости скорости от времени для автомобиля и велосипедиста, которые движутся со скоростями 60 км/ч и 20 км/ч соответственно. 72 Графики прямолинейного равномерного движения
9 Строить эти графики очень просто: ведь при прямолинейном равномерном движении скорость остаётся постоянной. Поэтому каждый график зависимости скорости от времени — отрезок прямой, параллельный оси времени (рис. 9.4). Рис. 9.4 4. На рисунке 9.4 изображены графики зависимости скорости от времени для автомобиля и велосипедиста. Какой график соот ветствует автомобилю? Чем различаются эти графики? ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Графики зависимости пути от времени для тел, которые начали двигаться не одновременно Ставим и решаем задачи 5. На рисунке 9.5 изображены графики зависимости пути от времени для двух автомобилей, выехавших из одного города в одном направлении по прямой дороге. Рис. 9.5 73 III Движение и взаимодействие тел а) Какой автомобиль начал двигаться раньше? Насколько раньше? б) Чему равна скорость каждого автомобиля? в) Чему соответствует точка пересечения графиков? Что означают её координаты? ЧТО МЫ УЗНАЛИ • При прямолинейном равномерном движении график за висимости пути от времени — отрезок прямой, один из концов которого совпадает с началом координат. • Чем больше скорость тела, тем больше угол между гра фиком зависимости пути от времени и осью времени. • При прямолинейном равномерном движении график зави симости модуля скорости от времени — отрезок прямой, параллельный оси времени. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 6. Расскажите о графике зависи мости пути от времени для тела, движущегося прямоли нейно и равномерно. 7. Постройте на одном чертеже графики зависимости пути от времени для двух грузовиков, одновременно выехавших из гаража. Скорость первого гру зовика 40 км/ч, скорость вто рого — 60 км/ч. Что общего у этих графиков и чем они раз личаются? 8. На рисунке 9.6 изображены Рис. 9.6 графики зависимости пути от времени для пешехода и грузовика. Какой график соответст вует пешеходу? Чему равно отношение скоростей грузовика и пешехода? 74 Графики прямолинейного равномерного движения
9 9. Найдите все различия гра фиков зависимости пути от времени для автомобиля и велосипедиста, приведённых на рисунках 9.7 и 9.2. 10. Расскажите о графике зави симости скорости от времени для тела, движущегося пря молинейно и равномерно. Повышенный уровень 11. Саша и Вася отправились из своего дома по одной дороге. Саша вышел на 1 ч раньше, чем Вася, кото рый поехал на велосипеде. Рис. 9.7 Постройте на одном черте же графики зависимости пути от времени для каждого из мальчиков, если скорость Саши 5 км/ч, а скорость Васи — 15 км/ч. Определите по графику: а) через какое время после выезда Вася догонит Сашу; б) на каком расстоянии от их дома это произойдёт. 12. Используя графики зависимости пути от времени для авто мобиля и велосипедиста (рис. 9.7), постройте соответствующие графики зависимости скорости от времени. 13. Скорость грузовика в 2 раза больше скорости велосипедиста и в 2 раза меньше скорости легкового автомобиля. Выбери те сами значения этих ско ростей и постройте на одном чертеже графики зависимости пути от времени для всех трёх тел. Высокий уровень 14. На рисунке 9.8 изображены графики зависимости скоро сти от времени для велоси педиста и пешехода. а) Какой график соответству ет пешеходу? б) Постройте соответствую щие графики зависимости пути от времени. Рис. 9.8 75 III Движение и взаимодействие тел в) Какой путь пройдёт пешеход за 30 мин? г) Какой путь проедет велосипедист за 1 ч? 15. В 10 часов утра Саша выехал на велосипеде из дома и по ехал по прямой дороге со скоростью 15 км/ч. В 11 часов его старший брат Игорь выехал на автомобиле по той же дороге и через 20 мин догнал Сашу. С какой скоростью ехал Игорь и на каком расстоянии от дома они встретились? Задачу ре шите графически, выбрав удобный масштаб. 16. Из аэропорта по одной и той же прямой дороге выехали два автомобиля со скоростями 60 км/ч и 90 км/ч соответственно. Второй автомобиль выехал через час после первого. Через ка кое время после выезда второго автомобиля расстояние между автомобилями равнялось 45 км? 17. Составьте задачу о прямолинейном равномерном движении автомобиля, которую надо решить графически. Ответ задачи должен быть «График проходит через точку (4 ч; 120 км)». ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 18. Постройте примерный график зависимости пути от времени для вашего движения от школы до дома (или до ближайшего магазина). Для отсчёта времени можно использовать секундо мер в часах или в телефоне. Отсчёт времени удобно делать че рез каждые 100 шагов. Значение средней длины своего шага вы уже знаете (см. одно из заданий «Домашней лаборатории» к предыдущему параграфу). 76 Неравномерное движение
10. Неравномерное движение 1. Неравномерное движение Движение, при котором тело за равные промежутки времени проходит разные пути, называют неравномерным. На рисунке 10.1 изображены положения автомобиля и автобуса через равные промежутки времени. Оба тела движутся неравномерно. Рис. 10.1 1. Скорость какого из изображённых на рисунке 10.1 тел уве личивается, а какого — уменьшается? 2. Мотоциклист за 5 мин проехал 5 км, а за следующие 20 мин — 30 км. Могло ли его движение быть равномерным на всём участке? 2. Средняя скорость Пусть о некотором автомобиле нам известно только то, что он проехал 120 км за 3 ч. При этом не известно, двигался ли он всё время с постоянной скоростью, стоял ли на светофорах или в пробках. Однако одну физическую величину для движения этого автомобиля мы указать всё-таки можем: это его средняя скорость. Чтобы найти среднюю скорость тела за данный промежу ток времени, надо разделить пройденный телом путь на этот промежуток времени: l vср = t 77 III Движение и взаимодействие тел 3. Чему равна средняя скорость автомобиля в приведённом выше примере? Формула для средней скорости похожа на формулу, определя ющую скорость равномерного движения. И действительно, сред няя скорость неравномерного движения равна скорости такого равномерного движения, при котором тело прошло бы такой же путь за такое же время. Рассмотрим это на примере. Ставим и решаем задачи 4. На рисунке 10.2 изображены графики зависимости пути от времени для двух автомобилей. а) Какой автомобиль двигался неравномерно? Чему равна его скорость в течение перво го часа? второго? Чему рав на его средняя скорость за 2 ч? б) Чему равна скорость автомо биля, который двигался рав номерно? Рис. 10.2 В рассмотренном примере средняя скорость неравномерного движения автомобиля оказалась равной среднему арифметиче скому его скоростей на двух участках пути. Но всегда ли это справедливо? Чтобы найти ответ на этот вопрос, рассмотрим сле дующий пример. Ставим и решаем задачи 5. Саша проехал по прямой дороге на велосипеде 30 мин со скоростью 20 км/ч, после чего он шёл, ведя велосипед, в течение часа со скоростью 5 км/ч. а) Какое расстояние Саша проехал на велосипеде? б) Какое расстояние Саша прошёл пешком? в) Какое расстояние преодолел Саша за всё время дви жения? г) Чему равно всё время движения Саши? д) Чему равна средняя скорость Саши? е) Чему равно среднее арифметическое скоростей Саши на двух участках? 78 Неравномерное движение
10 На этом примере мы видим, что при движении тела на двух участках с разными скоростями средняя скорость не обязательно равна среднему арифметическому скоростей на этих участках! Похожие задачи 6. Самосвал первые 4 км пути проехал за 12 мин, следующие 12 км — за 18 мин, а последние 14 км пути за 30 мин. Чему равна средняя скорость самосвала на всём пути? 7. Вася выехал из дома на велосипеде, проехал 1 ч, потом 1 ч отдыхал, а потом ехал ещё 1 ч. Чему равна его средняя ско рость за 3 ч, если ехал он со скоростью 15 км/ч? 8. На рисунке 10.3 изображён график зависимости пути от вре мени для автомобиля. Поставьте четыре вопроса по этому гра фику и найдите ответы на них. Рис. 10.3 ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Неодинаковые «одинаковые» задачи Объединим две кажущиеся одинаковыми, а на самом деле различные задачи на нахождение средней скорости в одну задачу. Ставим и решаем задачи В субботу и воскресенье Саша любит кататься на велоси педе по лесопарку и ходить пешком, ведя велосипед рядом и слушая пение птиц. 79 III Движение и взаимодействие тел 9. На велосипеде Саша едет со скоростью 15 км/ч, а пеш ком идёт со скоростью 5 км/ч. В субботу Саша ехал час на велосипеде и потом такое же время шёл пешком. А в воскресенье Саша сначала проехал 15 км и потом прошёл пешком такое же расстояние. а) Чему равен путь, проделанный Сашей в субботу? б) Чему равна продолжительность Сашиной субботней про гулки? в) Чему равна средняя скорость Сашиной субботней про гулки? г) Чему равен путь, проделанный Сашей в воскресенье? д) Чему равна продолжительность Сашиной воскресной прогулки? е) Чему равна средняя скорость Сашиной воскресной про гулки? ж) Почему в воскресенье средняя скорость Саши оказалась меньшей, чем в субботу? Похожая задача 10. Саша проехал на велосипеде вверх по склону, а потом вер нулся по тому же пути обратно. Вверх он ехал со скоростью 10 км/ч, а спускался обратно — со скоростью 20 км/ч. а) Обозначьте длину склона l, а скорости движения Саши вверх и вниз по склону v1 и v2 соответственно. Запишите выражения для соответствующих времён движения t1 и t2. б) Выразите среднюю скорость движения Саши вверх и вниз через v1 и v2. в) Найдите значение средней скорости Саши за всё время движения. ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Движение, при котором за равные промежутки времени тело проходит разные пути, называют неравномерным. • Средней скоростью vср за данный промежуток времени t называют отношение пути l, пройденного телом за про l межуток времени t, к этому промежутку времени: vср t • Средняя скорость неравномерного движения равна ско рости такого равномерного движения, при котором тело проходит тот же путь за то же время. 80 Неравномерное движение
10 ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 11. Чем неравномерное движение тела отличается от равномерно го? Приведите несколько примеров неравномерного движения. 12. Спортивный автомобиль проехал первые 60 км за полчаса, а затем за 1,5 ч он проехал 240 км. Чему равна средняя ско рость автомобиля? 13. По графику зависимости пути Миши от времени (рис. 10.4) поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 10.4 14. На пути от города А к городу В электричка останавливалась на каждой станции, а на обратном пути шла без остановок. Скорость электрички при её движении между остановками была одной и той же. Объясните, почему средняя скорость электрички при движении от А до В меньше её скорости на обратном пути. 15. Турист прошёл 2,5 км за 30 мин, затем сделал получасовой привал, а потом прошёл ещё 1,5 км за 0,5 ч. Чему равна средняя скорость туриста за всё время? Чему она была бы равна, если бы турист не делал привала? Повышенный уровень 16. На первом участке пути автомобиль ехал со скоростью 60 км/ч, а на втором — со скоростью 90 км/ч. Что можно сказать о средней скорости автомобиля на всём пути? 17. Спортивный автомобиль после старта проехал 60 км за 0,5 ч, затем за 1,5 ч он проехал 270 км, а за последний час про ехал 210 км. Чему равна средняя скорость автомобиля? 81 III Движение и взаимодействие тел 18. Маша проехала на велосипеде расстояние между двумя посёл ками за 2 ч без остановок, а Вася ехал по тому же маршруту с той же скоростью, но в середине пути сделал остановку на 1 ч. Во сколько раз средняя скорость Васи меньше, чем скорость Маши? 19. Саша полчаса ехал со скоростью 12 км/ч, а потом ещё час шёл со скоростью 6 км/ч. Какова средняя скорость Саши на всём пути? Высокий уровень 20. По графику зависимости скорости тела от времени (рис. 10.5) найдите его среднюю скорость на всём пути. Рис. 10.5 21. По графику зависимости скорости грузовика от времени (рис. 10.6) поставьте как можно больше вопросов и найдите ответы на них. Рис. 10.6 82 Закон инерции. Масса тела
11 22. Автомобиль двигался на подъёме со скоростью 60 км/ч, а на спуске — со скоростью 100 км/ч. Чему равна средняя ско рость автомобиля, если спуск в 2 раза длиннее подъёма? 23. Одну треть всего времени движения от школы до дома Саша шёл со скоростью 5 км/ч, а оставшееся время бежал со ско ростью 8 км/ч. Какова была средняя скорость Саши? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 24. Возьмите игрушечную заводную машинку и исследуйте — равномерно ли она движется? С этой целью сравните пути, проходимые ею за равные промежутки времени. Для изме рения пути воспользуйтесь рулеткой. Время можно измерять секундомером в часах или в мобильном телефоне.
11. Закон инерции. Масса тела 1. Закон инерции В древности люди считали многие движущиеся предметы живыми: так рождались красивые сказки о богах ветра, огня, солнца, океана и т. п. При этом думали, что неживой предмет может двигаться только при условии, что его кто-то движет. На это указывали многочисленные наблюдения: например, телега едет, пока её тянет лошадь, листья трепещут, пока дует ветер (его считали дыханием бога ветра). Сама по себе телега по горизонтальной поверхности не поедет, а листья при безветрии неподвижны. В 16-м веке представление о том, что для движения тела необходима какая-то причина, поставил под сомнение уже известный вам Галилео Галилей. Он решил проверить это с помощью опытов. Повторим один из Галилео Галилей его опытов. (1564—1642) 83 III Движение и взаимодействие тел Поставим опыт Толкнём шар, находящийся на ровной горизонтальной по верхности, посыпанной песком. Очень скоро шар остановится (рис. 11.1). Сметём песок и покроем поверхность тканью. Если сообщить шару ту же начальную скорость, он будет теперь катиться дольше. Основываясь на этих наблюдениях, мы можем высказать ги потезу, что песок и ткань тормозят шар. Чтобы уменьшить сопротивление движению шара, пустим его катиться по глад кой стеклянной поверхности. И мы увидим, что наша гипо теза подтвердилась: теперь шар катится с почти постоянной скоростью. Рис. 11.1 Из своих опытов учёный сделал вывод: если на тело не действуют другие тела или действия на него других тел скомпенсированы, то оно либо находится в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Это утверждение называют законом инерции. Явление инерции Сохранение скорости тела, на которое не действуют другие тела или их действия скомпенсированы, называют явлением инер ции. Его широко используют в быту, в технике и в спорте. 1. Почему с мокрого зонта слетают капли, когда его встряхи вают? 2. Почему можно долго ехать на велосипеде по горизонтальному шоссе, не крутя педали? Следующее задание показывает, что явление инерции может быть не только полезным, но и вредным, а иногда даже опасным! 84 Закон инерции. Масса тела
11 3. Почему опасно резко тормозить при быстрой езде на велоси педе? 4. Почему при резком торможении автобуса пассажиры откло няются вперёд, а при разгоне — назад? 5. Приведите свои примеры явления инерции. 2. Масса тела Сообщить одну и ту же скорость футбольному мячу труднее, чем теннисному мячику: футбольный мяч обладает большей инертностью, чем теннисный мячик. Мерой инертности является масса: чем больше инертность тела, тем больше его масса. Например, масса футбольного мяча больше, чем масса теннисного мячика. Единицей массы в СИ является килограмм (кг). Такую примерно массу имеет один литр воды (исходя из этого и выбрали единицу массы). Эталоном килограмма является металлический цилиндр, хранящийся во Франции в Международном бюро мер и весов. Копия этого эталона есть в России. 6. Как связаны с килограммом такие единицы массы, как грамм (г) и тонна (т)? 7. Чему равна ваша масса? 8. Найдите в Интернете: какое жи вотное имеет наибольшую массу? А наименьшую? Чему равно отно шение их масс? Измерение массы взвешиванием Опыты показывают, что чем больше масса тела, тем с большей силой его притягивает Земля. На этом основан самый простой и распространённый способ измерения массы — взвешивание тела (рис. 11.2). Далее мы обоснуем этот способ измерения массы. 9. По рисунку 11.2 определите массу чемодана. Рис. 11.2 85 III Движение и взаимодействие тел ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Закон инерции: если на тело не действуют другие тела или их действия скомпенсированы, то оно либо находит ся в покое, либо движется прямолинейно и равномерно. Закон инерции открыл Галилей. • Явление инерции состоит в том, что тело сохраняет свою скорость неизменной, если на него не действуют другие тела или их действия скомпенсированы. • Масса является мерой инертности тела: чем больше мас са тела, тем меньше изменяется скорость тела при одном и том же воздействии на него. • Единицей массы в СИ является килограмм (кг). • Массу тела можно измерить взвешиванием. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 10. При каком условии тело находится в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно? Приведите примеры, иллюстрирующие ваш ответ. 11. Куда отклонятся пассажиры автобуса, если он повернёт нале во? направо? Почему это происходит? 12. Что произойдёт с велосипедистом, если он слишком резко затормозит? 13. Почему велосипед продолжает катиться, даже если перестать крутить педали? Почему через некоторое время велосипед всё таки останавливается? 14. Саша бежал, споткнулся о камень и упал. Объясните, почему он упал вперёд. Повышенный уровень 15. При выполнении циркового номера один атлет бьёт тяжёлым молотом по массивной каменной плите, лежащей на груди другого атлета. Опасен ли этот номер? Обоснуйте свой ответ. 16. Если встряхивать мокрую одежду, то с неё слетают капли воды. Объясните это явление. 86 Плотность вещества
12 Высокий уровень 17. Во время езды в трамвае Саша задремал на сидении и прос нулся оттого, что на его левое плечо начал давить корпус вагона. Открыв глаза, Саша обнаружил, что трамвай совер шает поворот. В какую сторону поворачивал трамвай: влево или вправо? Обоснуйте ваш ответ. 18. На нити висит тяжёлый шар (рис. 11.3). Такая же точно нить привязана к шару снизу. Как надо потянуть за нижнюю нить — плавно или рывком, чтобы порва лась: а) верхняя нить? б) нижняя нить? ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ 19. Положите ластик на лежащий на столе лист бумаги и медленно потяните лист. По вторите опыт, резко дёрнув лист. Опишите и объясните наблюдаемые явления. 20. Поставьте стакан на стол. Накройте его не большим куском гладкого картона. Сверху положите монету. Попробуйте, не перевора чивая картон, добиться того, чтобы монета попала в стакан. Опишите и объясните ваш опыт. Рис. 11.3
12. Плотность вещества 1. Плотность вещества Рассмотрим два тела разной массы, состоящие из одного и того же вещества. Выясним: какая физическая величина является общей для этих тел? Поставим опыт Возьмём два одинаковых бруска пластилина (рис. 12.1, а) и слепим их вместе (рис. 12.1, б). Масса получившегося бруска в 2 раза больше массы каждого из взятых брусков, а его объём — в 2 раза больше объёма каждого из этих брусков. 87 III Движение и взаимодействие тел Следовательно, отношение массы к объёму для получивше гося бруска такое же, как и для первоначальных брусков. Рис. 12.1 Отношение массы m однородного тела к его объёму V назы вают плотностью U 1) вещества, из которого состоит это тело: m ρ= V Обратите внимание: плотность характеризует не тело, а ве щество.1) 1. Используя формулу в определении плотности, докажите, что кг единицей плотности в СИ является 3 м кг Плотность, равная 1 3 , по нашим «человеческим» меркам м мала — она меньше даже плотности окружающего нас воздуха. Значения плотности некоторых веществ (твёрдых тел, жидко стей и газов при нормальном атмосферном давлении) приведены в справочных данных на форзаце учебника (под обложкой). За кг помнить надо только плотность воды, 1000 3 , потому что при м решении многих задач она предполагается известной. Примерно такова же средняя плотность человеческого тела (поэтому человек может плавать и даже лежать на поверхности воды). m Мы встретились с новой формулой: ρ = А каждая новая V формула — источник новых задач и помощник при их решении. 1) Эта греческая буква читается «ро». 88 Плотность вещества
12 m 2. Используя формулу ρ = , выразите массу тела m через плот V ность U и объём V. 3. Чему равна масса одного кубического метра воды? Этот пример помогает понять физический смысл плотности: она численно равна массе единицы объёма вещества (в СИ — массе 1 м3 вещества). m 4. Используя формулу ρ = , выразите объём тела V через мас V су m и плотность U. Используя полученную формулу и спра вочные данные, поставьте и решите задачу о нахождении объёма тела, сделанного из выбранного вами вещества. 5. Будут ли отличаться результаты измерений плотности меди, если для первого измерения взяли медный куб с длиной ре бра 3 см, а для второго — с длиной ребра 9 см? 6. Масса первой чугунной гири в 2 раза больше, чем второй. Чему равно отношение объёмов этих гирь? г 7. Иногда используют единицу плотности Как связана эта см3 единица плотности с единицей плотности в СИ? 8. Запишите в порядке возрастания значения плотности: 1,6 г/см3, 900 кг/м3, 13,6 г/см3, 2700 кг/м3. 2. Измерение, сравнение и вычисление плотности твёрдых тел, жидкостей и газов Измерить плотность вещества, из которого изготовлено твёрдое тело, довольно просто: надо измерить массу тела и его объём. А чтобы измерить плотность жидкости или газа, надо придумать, как измерить их массы. 9. Придумайте, как можно измерить плотность жидкости или газа. 10. Масса пустого измерительного цилиндра равна 100 г. Когда в него налили 100 мл неизвестной жидкости, масса цилин дра с жидкостью стала равной 180 г. Чему равна плотность жидкости? 11. Опыты показывают, что в 1 м3 различных газов при одной и той же температуре и одном и том же давлении содержится одинаковое число молекул, хотя значения плотности этих га зов различны. Какой вывод можно сделать из этих опытов? 89 III Движение и взаимодействие тел 12. С помощью справочных данных сравните значения плотно сти газов со значениями плотности жидкостей и твёрдых тел. Почему значения плотности газов намного меньше значений плотности жидкостей и твёрдых тел? 13. Три шара — из латуни, стекла и алюминия — имеют оди наковый объём. У какого шара масса: а) наибольшая; б) наименьшая? Поясните свой ответ. 14. Почти для всех веществ плотность в твёрдом состоянии боль ше, чем в жидком. Используя справочные данные, найдите вещество, для которого это не так. m 15. Используя формулу ρ = , составьте и решите задачи: V а) на нахождение массы стеклянного шара; б) на нахождение плотности металлической детали; в) на нахождение объёма медного куба. Подберите численные данные так, чтобы ответы были следу ющими: 500 г; 7 800 кг/м3; 64 см3. 16. Кубик с ребром, равным 1 см, имеет массу 0,9 г. Из какого вещества может быть изготовлен кубик? 17. Чему равна масса медного бруска объёмом 10 см3? 18. Чему равна длина ребра соснового куба массой 400 г? 19. На чашах весов находятся шары одинакового объёма — свин цовый и чугунный (рис. 12.2). На какой чаше находится свинцовый шар? Обоснуйте свой ответ. Рис. 12.2 90 Плотность вещества
12 ХОЧЕШЬ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ? 3. Плотность сплавов В некоторых задачах рассматриваются тела, изготовленные из сплавов. Обычно предполагают, что объём сплава равен сумме объёмов веществ, взятых для изготовления сплава 1). Ставим и решаем задачи 20. Для изготовления сплава взяли 100 г меди и 30 г цинка. а) Чему равна масса сплава? б) Чему равен объём меди? в) Чему равен объём цинка? г) Чему равен объём сплава? д) Чему равна плотность сплава в г/см3? е) Чему равна плотность сплава в единицах СИ? Похожая задача 21. Из 11 см3 меди и 30 г олова изготовили бронзу. Поставьте вопросы по этой ситуации и дайте ответы на них. 4. Нахождение объёма полости В некоторых задачах рассматриваются тела, содержащие полости (пустоты). Ставим и решаем задачи 22. Полый стеклянный куб массой 250 г имеет объём 300 см3. а) Чему равен объём стекла? б) Чему равен объём полости в кубе? Похожая задача 23. Масса полого медного шара объёмом 150 см3 равна 890 г. Чему равен объём полости в шаре? 5. Из-за чего разрушаются горы? Вода — одно из самых распространённых веществ на Земле, однако некоторые её свойства являются исключительными. Например, плотность большинства веществ в твёрдом состоянии больше, чем в жидком. А плотность льда меньше плотности воды, вследствие чего объём воды при замерзании увеличивается. Эта особенность воды является одной из причин разрушения гор: попавшая в трещины скал вода замерзает и, превратившись в более объёмный лёд, расширяет трещины. 1) На самом деле это не всегда справедливо. 91 III Движение и взаимодействие тел ЧТО МЫ УЗНАЛИ • Плотность вещества равна отношению массы однород ного тела, состоящего из этого вещества, к объёму тела: m ρ= V • Плотность характеризует вещество, из которого состоит тело. • Плотность твёрдых тел и жидкостей намного больше плотности газов, потому что в жидкостях и твёрдых те лах молекулы (или атомы) расположены вплотную друг к другу, а в газах расстояния между молекулами суще ственно больше самих молекул. ? ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ Базовый уровень 24. Объясните, почему масса характеризует тело, а плотность — вещество. 25. Используя справочные данные, выпишите пять веществ с ука занием их плотности в порядке увеличения плотности. 26. Во сколько раз масса свинцового куба больше массы алюми ниевого куба с той же длиной ребра? 27. Массы алюминиевого и латунного цилиндров одинаковы. Объём какого цилиндра больше? Во сколько раз? 28. Металлические шары равных радиусов имеют практически равные массы, хотя эти шары изготовлены из различных ме таллов. Из каких металлов они могут быть изготовлены? 29. В бутыль объёмом 2 л и массой 1,2 кг доверху налит керо син. Чему равна масса бутыли с керосином? 30. Может ли кольцо объёмом 0,5 см3 быть изготовленным из чистого золота, если масса кольца равна 8 г? 31. В одной из двух одинаковых закрытых банок находится мёд, а в другой — варенье. Банки заполнены доверху. Как опре делить, плотность чего больше — мёда или варенья? Повышенный уровень 32. Объём некоторой жидкости массой 100 кг равен 125 л. Какая это может быть жидкость? 92 Плотность вещества

End of preview. Expand in Data Studio

README.md exists but content is empty.

Downloads last month: 1

Size of downloaded dataset files:

3.27 MB

Size of the auto-converted Parquet files:

3.27 MB

Number of rows:

742

Models trained or fine-tuned on RomanNeobutov/PhysicsSchoolbooks

RomanNeobutov/PhysicsOnBooks

Text Generation • 2B • Updated May 10, 2025 • 86 • 1

mradermacher/PhysicsOnBooks-GGUF

Text Generation • 2B • Updated Jul 11, 2025 • 1