§ 14. Что необходимо знать, изучая физические явления? 53

Определения и обозначения

Физическое явление — изменение, происходящее с телами или веществами и доступное для наблюдения. Например, таяние льда или движение мяча можно увидеть и описать. Это понятие нужно, чтобы отличать изучаемые природные процессы от просто предметов.

Физическое тело — любой предмет, имеющий форму и объём. Стакан, карандаш, камень и капля воды являются физическими телами. Понятие помогает назвать отдельный предмет, а не материал, из которого он сделан.

Физическая величина — количественная характеристика тела или явления, которую можно измерить и выразить числом. К таким величинам относятся длина, масса, время, температура и объём. Они позволяют сравнивать тела и описывать явления точно, а не словами «больше» или «быстрее».

Измерение — сравнение физической величины с однородной величиной, принятой за единицу. Например, длину сравнивают с метром или сантиметром с помощью линейки. Измерение нужно, чтобы получить точный числовой результат и сообщить его другим людям.

Как это устроено

У одного примера можно увидеть сразу тело, вещество и явление. Например, стакан — это физическое тело, стекло — вещество, из которого он сделан, а нагревание воды в стакане — физическое явление. Такое различение нужно потому, что предмет отвечает на вопрос «что?», материал — «из чего?», а процесс — «что происходит?».

Наблюдение помогает заметить изменение: можно увидеть движение, услышать звук или почувствовать нагревание. Однако одних наблюдений часто недостаточно, чтобы узнать причину явления, потому что одновременно могут действовать разные условия. Например, вода в одном стакане остывает быстрее другого, но без проверки нельзя сразу сказать, повлияли ли материал, крышка или температура воздуха.

Опыт отличается от обычного наблюдения тем, что исследователь сам изменяет условия и заранее решает, что будет сравнивать. Затем он следит за результатом и старается измерять его одинаковым способом. Так можно проверить предположение: например, выяснить, влияет ли крышка на скорость остывания воды.

При изучении явления выделяют физические величины, потому что они делают описание точным. Длиной называют размер или расстояние, массой — количество вещества в теле, временем — продолжительность процесса, температурой — степень нагретости, а объёмом — занимаемое пространство. Изменяя или измеряя одну величину, можно заметить её связь с результатом явления.

Результат измерения должен включать число, единицу и прибор, которым пользовались. Запись «12 см» сообщает величину и её единицу, а фраза «измерено линейкой» показывает способ получения результата. Без единицы число непонятно, а без прибора трудно оценить, насколько надёжно выполнено измерение.

Основные физические величины и способы их измерения

Сначала определите, какую величину нужно узнать, затем выберите подходящую единицу и прибор. Проверьте, чтобы шкала прибора позволяла получить достаточно точный результат. После измерения запишите число вместе с единицей.

Разбор задач

Задача 1. Распределение примеров

Нужно распределить слова «лед», «вода», «таяние снега», «стакан» по группам. Сначала ищем предмет, затем материал и наконец изменение. Один пример может обозначать вещество в разных состояниях, но это не превращает его в тело.

1. Стакан имеет форму и объём, поэтому это физическое тело.
2. Лёд и вода обозначают одно вещество в разных состояниях.
3. Таяние снега описывает происходящее изменение, значит, это физическое явление.

Ответ: физическое тело — стакан; вещество — лёд и вода; физическое явление — таяние снега. При распределении нужно спрашивать себя: это предмет, материал или процесс?

Задача 2. Измерение карандаша

Нужно определить длину карандаша по линейке и правильно оформить результат. Важно не начинать отсчёт от края самой линейки, если нулевая отметка расположена не на её краю. Единицу выбирают по шкале прибора.

1. Положите карандаш вдоль шкалы линейки.
2. Совместите один его конец с отметкой 0 или запомните начальную отметку.
3. Посмотрите, у какой отметки находится второй конец, и вычтите начальное значение, если оно не равно нулю.
4. Запишите полученное число и единицу измерения.

Ответ: если концы карандаша совпали с отметками 0 и 14, его длина равна 14 см. Запись «14» без единицы является неполным результатом.

Задача 3. Опыт с остыванием воды

Нужно сравнить скорость остывания воды в открытом и закрытом стаканах. Чтобы проверить влияние крышки, остальные условия делают одинаковыми: берут одинаковые стаканы, равные объёмы воды и одну начальную температуру. Температуру измеряют через одинаковые промежутки времени.

1. Налейте одинаковое количество горячей воды в два одинаковых стакана.
2. Один стакан оставьте открытым, а другой накройте.
3. Измерьте температуру воды в обоих стаканах сразу и через равные промежутки времени.
4. Сравните, в каком стакане температура уменьшается быстрее.

Ответ: план опыта позволяет узнать, влияет ли открытое или закрытое состояние стакана на остывание. Изменяемое условие — наличие крышки, а измеряемый результат — температура воды во времени.

Типичные ошибки

Любое изменение называют физическим явлением. Так делают, потому что слово «изменение» кажется достаточным. Проверьте, связано ли оно с движением, формой, состоянием, температурой или другим физическим свойством и доступно ли наблюдению.

Тело путают с веществом. Стакан называют стеклом, хотя стакан — это предмет, а стекло — материал. Для проверки спросите: «У этого есть собственная форма и объём?» Если да, речь идёт о теле.

Результат записывают без единицы или с неподходящей единицей. Ошибка появляется, когда ученик смотрит только на число и забывает о шкале прибора. Сверьте единицу с измеряемой величиной: длину выражают метрами или сантиметрами, а время — секундами.

Наблюдение считают полноценным опытом. При наблюдении условия сами по себе не изменяют, поэтому причину явления можно установить не всегда. Проверьте, было ли запланированное изменение условий, одинаковые остальные условия и контрольный результат.

Связь с другими темами

До этой темы нужно уметь отличать тела от веществ, наблюдать объекты и сравнивать их свойства. Эти навыки помогают правильно выбрать, что именно изучать и измерять. Без них легко перепутать предмет с материалом или заметить изменение, но неправильно его описать.

Знания пригодятся при изучении движения, нагревания, плавления, испарения и других физических явлений. В каждой такой теме нужно определить, что изменяется, и выбрать подходящие величины. Например, движение связывают с расстоянием и временем, а нагревание — с температурой.

Измерения и постановка опытов необходимы на лабораторных и практических работах. Умение соблюдать одинаковые условия делает результат более надёжным. По измерениям можно сравнивать наблюдения и делать обоснованный вывод.

Что запомнить

• Физические явления — это изменения, происходящие с телами и веществами.
• Тело — предмет, вещество — материал, из которого он состоит.
• Наблюдение проводят без активного изменения условий, а опыт — с изменением и контролем условий.
• Физическую величину можно измерить и выразить числом.
• Результат измерения записывают вместе с единицей.
• Для разных величин используют соответствующие приборы и единицы измерения.