Систематизация знаний учащихся в СИ, перевод единиц измерения физических величин
методическая разработка по физике (7, 8, 9, 10, 11 класс) на тему

Министерство образования и науки Республики Хакасия

Муниципальное образование Аскизский район

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Катановская средняя общеобразовательная школа

Методическая разработка по физике

Систематизация знаний учащихся в СИ,

перевод единиц измерения физических величин

А. Н. Габова — учитель физики

Анализируя материалы по подготовке к единому государственному экзамену (ЕГЭ), заметила, что тестовые задания ЕГЭ включают в себя много задач на знание единиц измерения физических величин и их перевода из одной системы измерения в другую. Общий анализ результатов выполнения ЕГЭ по физике проводил Орлов В.А., он отметил: «Много ошибок связано с плохим усвоением единиц физических величин. Причина, по - видимому заключается  в том, что в школе учащиеся знакомятся с единицами измерения физических величин постепенно, по мере изучения соответствующего раздела курса физики. Учащиеся допускают ошибки при выборе ответа на следующий вопрос: «Какая единица СИ является основной?». По- видимому, они считают, что основными являются наиболее часто употребляемые единицы, что, конечно, неверно. Допускают ошибки при переводе единиц измерения из произвольной системы в систему СИ, ошибаются при переводе размерностей измерения физических величин».

Чтобы избежать указанных выше ошибок, необходимо при подготовке к выпускному ЕГЭ систематизировать и обобщить знания выпускников, чтобы они имели четкое представление о том, что такое физическая величина, её единица, что такое система единиц и какова её структура, математические операции над единицами измерения. Рассмотрим основные этапы этой работы, которую провожу с выпускниками. При формировании основных понятий, всю нужную информацию рассматриваю из большого физического энциклопедического словаря.

Рассмотрим алгоритм формирования понятия «физическая величина» и её характеристики.

1. Физическая величина
2. Размер физической величины
3. Единица физической величины
4. Значение физической величины

Физическая величина—это характеристика одного из свойств физического объекта, общая в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальная для каждого объекта, которую можно измерить.    (Пример: расстояние от Земли до Луны и длина комариного носа одинаковы в качественном отношении, но в количественном отношении различна).

Размер физической величины — это количественное содержание в данном объекте определённой физической величины.    (Пример: длина дороги равна 5м, 25м и т.п.)

Единица физической величины — это физическая величина, фиксирована по размеру и принята в качестве основы для количественной оценки конкретных физических величин, которым по определению присвоены числовые значения, равные единицы.   ( Пример: длина дороги 1м,    1503м ).

Значение физической величины — это количественное  содержание в объекте конкретной физической величины, выраженное в виде некоторого числа принятых для неё единиц. (Пример. Путь машины равен  десяти метрам:    S = 10 м. Где S -обозначение физической величины, 10 - числовое значение физической величины,  м -единица измерения этой величины).

При формировании понятия системы единиц физических величин придерживаюсь следующего алгоритма.

Системой физических величин называется совокупность взаимосвязанных физических величин.

Основная физическая величина — это физическая величина, принята за независимую и используемая для определения других величин  (время, масса, длина и т.п.).

Производная физическая величина — это физическая величина, определяемая через основные величины системы с помощью уравнений, выражающих связь между величинами (сила, работа и т.п.).

Системой единиц физических величин - называется совокупность единиц физических величин, образованная в соответствии с принятыми принципами для некоторой системы физических величин.

Основными называют единицы, выбранные произвольно при построении системы и являются единицами основных физических величин (метр, килограмм, секунда и т.п.).

Произвольными называются единицы, которые образуются по определяющим их уравнениям связи из других единиц системы и являются единицами произвольных физических величин (Ньютон, Джоуль и т.п.).

На следующем этапе обобщаю знания о международной системе единиц СИ.

SI (СИ)

1 Основные единицы

2 Дополнительные единицы

3 Производные единицы

Международная система единиц имеет сокращенное наименование СИ - SI, что означает «Sistem International» — « система интернациональная».

Основными единицами СИ являются следующие семь единиц: единица длины -— метр (м), единица массы — килограмм (кг), единица времени — секунда (с), единица силы электрического тока — Ампер (А), единица термодинамической температуры — Кельвин (К), единица силы света — кандела (кд), единица количества вещества — моль (моль).

Дополнительными единицами СИ являются две единицы, единица плоского угла — радиан (рад), единица телесного угла — стерадиан (ср).

Производные единицы СИ—единицы всех остальных физических величин. Они образуются с помощью определённых уравнений из основных и дополнительных единиц.

Очень часто в задачах приходится сталкиваться с внесистемными единицами измерения физических величин, дольными и кратными.

Внесистемными единицами измерения физических величин называются единицы, не входящие ни в одну из общепринятых систем единиц ( час — 1ч = 3600с, литр—1л=10-3м3 и т.п.)

Дольной называется единица, которая в целое число раз меньше системной или внесистемной единицы ( 1мм = 10-3м,   ImkA=IO-6 A и т.п.).

Кратной называется единица, которая в целое число раз больше системной или внесистемной единицы (1км = 10 3 м, 1мин = 60с и т.п.).

Кратные и дольные единицы от единиц СИ не   являются единицами СИ.

Прежде, чем приступить к решению задач, уже с седьмого класса, формирую навыки работы с единицами измерения физических величин. Считаю, что учащиеся должны хорошо запомнить, знать и понимать физические законы, формулы физических величин и единиц их измерения. Нельзя изменять сочетание физических величин входящих в закономерности и формулы, поскольку они представляют собой законы природы записанные математически и проверенные многократными экспериментами. Формулы физических величин можно восстановить по их единицам измерения. Формулы и единицы измерения физических величин—это инструменты без которых задачи «не вскрыть».

При решении задач,  все физические величины переводим в систему СИ (конечно, не обязательно переводить все величины в эту систему, можно воспользоваться другой произвольной системой). Существует много рекомендаций  по проверке и работе с единицами измерения физических величин. Рассмотрим примеры, в которых учащиеся чаще всего испытывают затруднения, через   различные способы перевода единиц измерения физических величин.

Алгоритм №1        . «Пропорция»

Задача 1.    Площадь квадрата 4см 2  перевести в метры квадратные.

Шаги:                          1м  =  100см

S = a2        1м2  =   10000см2   =  104 см2

                    Sx  =  4см2

        Ответ: Sx=   4 * 10-4м2

Задача 2.      Объём сосуда 5см3 перевести в м3.

Шаги:                                                1м  =  100см

S = a2                1м2 =  10000см2  = 104см2

V = a3                      1м3 = 1000000 см3= 106см3

Vx = 5см3

        Ответ: Vx = 5 * 10-6мз

Алгоритм №2. «Перевод дольных и кратных единиц измерения в СИ»

Задача 3.    Площадь квадрата 4см2   перевести в метры квадратные.

Шаги:   Sx=  4см2  =  4* (с*м)2 = 4* (10-2 м)2   = 4 * 10-4 м2

Задача 4.   Объём сосуда 5см3   перевести в м3 .

Шаги:   Vx   = 5см3 =  5* (с*м)3 = 5* (10-2 м)3 = 5 .10-6 м3

Задача 5.    Силу ЗГН перевести в СИ.

 Шаги:   F =ЗГН= 3*Г*Н= 3 * 109Н

Алгоритм №3 «Приставки с разных точек зрения»

С точки зрения русского языка, приставки со словом пишутся слитно, но с точки зрения физики напишем их раздельно и расставим знаки умножения между ними с точки зрения математики.

Задача 6. Объем сосуда 5л перевести в СИ.

Шаги: V = 5л  = 5 дм3 = 5 * (д * м)3 = 5 * (10-1 .м)3 = 5 * 10-3 м3

Задача 7. Время 7мс перевести в СИ.

Шаги: t = 7мс = 7 * (м * с) = 7 * ( 10-3*с) = 7*10-3с

Алгоритм №4 «Перевод внесистемных единиц измерения»

Задача 8. Скороrсть 36 км/ч перевести в СИ.

Шаги:                

Задача 9. Скорость 60 об/мин перевести в СИ.

Шаги:          

        Задача 10. Давление 3 атм перевести в  СИ.

Шаги:         Р = 3 атм = 3*105Па

Ежедневная работа, по развитию умений перевода единиц измерения физических величин,  доводит  эти навыки до автоматизма. Мои выпускники разбираются в основных понятиях: «физическая величина», «числовое значение физической величины», « система единиц физических величин», «размерности». Приобретенные навыки применяют при решении задач. Знание выше описанных алгоритмов действий при переводе единиц измерения в СИ   исключает необходимость механического их запоминания и облегчает процесс решения задач и в целом обучение.

Адаптируясь к новым требованиям образовательных стандартов с точки зрения ФГОС, представленная деятельность формирует  логические общеучебные УУД.