हाई स्कूल भौतिकी के दौरान पदार्थों के घनत्व का अध्ययन शुरू होता है। भौतिकी और रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रमों में आणविक गतिज सिद्धांत की नींव की आगे की प्रस्तुति में इस अवधारणा को मौलिक माना जाता है। पदार्थ की संरचना, अनुसंधान विधियों के अध्ययन का उद्देश्य विश्व के बारे में वैज्ञानिक विचारों का निर्माण माना जा सकता है।
दुनिया के किसी एक चित्र के बारे में प्रारंभिक विचार भौतिकी द्वारा दिए गए हैं। ग्रेड 7 अनुसंधान विधियों के बारे में सरलतम विचारों, भौतिक अवधारणाओं और सूत्रों के व्यावहारिक अनुप्रयोग के आधार पर पदार्थ के घनत्व का अध्ययन करता है।
शारीरिक शोध के तरीके
जैसा कि आप जानते हैं, प्राकृतिक घटनाओं के अध्ययन के तरीकों में अवलोकन और प्रयोग प्रतिष्ठित हैं। प्राथमिक विद्यालय में प्राकृतिक घटनाओं के अवलोकन सिखाए जाते हैं: सरल माप लिए जाते हैं, अक्सर वे "प्रकृति का कैलेंडर" रखते हैं। सीखने के ये रूप बच्चे को दुनिया का पता लगाने, देखी गई घटनाओं की तुलना करने, कारण और प्रभाव संबंधों की पहचान करने की आवश्यकता की ओर ले जा सकते हैं।
हालांकि, केवल एक पूरी तरह से किया गया प्रयोग ही युवा शोधकर्ता को प्रकृति के रहस्यों को उजागर करने के लिए उपकरण देगा।प्रयोगात्मक, अनुसंधान कौशल का विकास व्यावहारिक कक्षाओं में और प्रयोगशाला कार्य के दौरान किया जाता है।
भौतिकी के पाठ्यक्रम में एक प्रयोग लंबाई, क्षेत्रफल, आयतन जैसी भौतिक राशियों की परिभाषा के साथ शुरू होता है। साथ ही, गणितीय (बच्चे के लिए काफी सारगर्भित) और भौतिक ज्ञान के बीच एक संबंध स्थापित होता है। बच्चे के अनुभव के लिए अपील, वैज्ञानिक दृष्टिकोण से लंबे समय से ज्ञात तथ्यों पर विचार करना उसमें आवश्यक क्षमता के निर्माण में योगदान देता है। इस मामले में सीखने का उद्देश्य स्वतंत्र रूप से नए को समझने की इच्छा है।
अध्ययन घनत्व
समस्याग्रस्त शिक्षण पद्धति के अनुसार, पाठ की शुरुआत में, आप एक प्रसिद्ध पहेली से पूछ सकते हैं: "कौन सा भारी है: एक किलोग्राम फुलाना या एक किलोग्राम कच्चा लोहा?" बेशक, 11-12 साल के बच्चे आसानी से उस सवाल का जवाब दे सकते हैं जिसे वे जानते हैं। लेकिन मुद्दे के सार को संबोधित करते हुए, इसकी ख़ासियत को प्रकट करने की क्षमता, घनत्व की अवधारणा की ओर ले जाती है।
किसी पदार्थ का घनत्व उसके आयतन की इकाई का द्रव्यमान होता है। पदार्थों की घनत्व तालिका, आमतौर पर पाठ्यपुस्तकों या संदर्भ पुस्तकों में दी जाती है, जिससे आप पदार्थों के साथ-साथ किसी पदार्थ की समग्र अवस्थाओं के बीच अंतर का मूल्यांकन कर सकते हैं। ठोस, तरल और गैसों के भौतिक गुणों में अंतर का एक संकेत, जिसकी पहले चर्चा की गई थी, इस अंतर की व्याख्या न केवल कणों की संरचना और पारस्परिक व्यवस्था में, बल्कि किसी पदार्थ की विशेषताओं की गणितीय अभिव्यक्ति में भी होती है। एक अलग स्तर पर भौतिकी का अध्ययन।
तालिका आपको अध्ययन की जा रही अवधारणा के भौतिक अर्थ के बारे में ज्ञान को समेकित करने की अनुमति देती हैपदार्थ घनत्व। बच्चा, प्रश्न का उत्तर देते हुए: "किसी निश्चित पदार्थ के घनत्व के मूल्य का क्या अर्थ है?", समझता है कि यह 1 सेमी 3 (या 1 मीटर) का द्रव्यमान है 3) पदार्थ।
घनत्व इकाइयों का मुद्दा इस स्तर पर पहले ही उठाया जा सकता है। माप की इकाइयों को विभिन्न संदर्भ प्रणालियों में परिवर्तित करने के तरीकों पर विचार करना आवश्यक है। इससे स्थिर सोच से छुटकारा पाना संभव हो जाता है, अन्य मामलों में भी पथरी की अन्य प्रणालियों को स्वीकार करना संभव हो जाता है।
घनत्व का निर्धारण
स्वाभाविक रूप से, समस्याओं को हल किए बिना भौतिकी का अध्ययन पूरा नहीं हो सकता। इस स्तर पर, गणना सूत्र दर्ज किए जाते हैं। ग्रेड 7 भौतिकी में घनत्व सूत्र शायद बच्चों के लिए मात्राओं का पहला भौतिक अनुपात है। न केवल घनत्व की अवधारणाओं के अध्ययन के कारण, बल्कि समस्याओं को हल करने के लिए शिक्षण विधियों के तथ्य के कारण भी इस पर विशेष ध्यान दिया जाता है।
यह इस स्तर पर है कि एक भौतिक कम्प्यूटेशनल समस्या को हल करने के लिए एल्गोरिदम, बुनियादी सूत्रों, परिभाषाओं, पैटर्न को लागू करने की विचारधारा रखी गई है। शिक्षक समस्या का विश्लेषण, अज्ञात की खोज का तरीका, भौतिकी में घनत्व सूत्र के रूप में इस तरह के अनुपात का उपयोग करके माप की इकाइयों का उपयोग करने की ख़ासियत सिखाने की कोशिश कर रहा है।
समस्या समाधान का उदाहरण
उदाहरण 1
निर्धारित करें कि 540 ग्राम द्रव्यमान का घन और 0.2 डीएम का आयतन किस पदार्थ से बना है3।
ρ -? मी=540 ग्राम, वी=0.2 डीएम3 =200 सेमी3
विश्लेषण
समस्या के प्रश्न के आधार पर, हम समझते हैं कि यह हमें उस सामग्री को निर्धारित करने में मदद करेगा जिससे घन बनाया गया हैठोस पदार्थों के लिए घनत्व तालिका।
नतीजतन, आइए पदार्थ का घनत्व ज्ञात करें। तालिकाओं में यह मान g/cm3 में दिया गया है, इसलिए dm3 से वॉल्यूम cm3 में अनुवादित है.
निर्णय
परिभाषा के अनुसार:=m: V.
हमें दिया गया है: आयतन, द्रव्यमान। पदार्थ के घनत्व की गणना की जा सकती है:
ρ=540g: 200cm3=2.7g/cm3, जो एल्युमीनियम से मेल खाता है।
उत्तर: क्यूब एल्युमिनियम का बना होता है।
अन्य मात्राओं का निर्धारण
घनत्व गणना सूत्र का उपयोग करने से आप अन्य भौतिक मात्राओं का निर्धारण कर सकते हैं। आयतन से जुड़े पिंडों के द्रव्यमान, आयतन, रैखिक आयामों की गणना कार्यों में आसानी से की जाती है। ज्यामितीय आकृतियों के क्षेत्रफल और आयतन के निर्धारण के लिए गणितीय सूत्रों के ज्ञान का उपयोग कार्यों में किया जाता है, जिससे गणित के अध्ययन की आवश्यकता की व्याख्या करना संभव हो जाता है।
उदाहरण 2
तांबे की परत की मोटाई निर्धारित करें जो 500 सेमी के सतह क्षेत्र के साथ एक हिस्से को कवर करती है2 यदि यह ज्ञात हो कि कोटिंग के लिए 5 ग्राम तांबे का उपयोग किया गया था.
एच - ? S=500cm2, m=5g, ρ=8.92g/cm3।
विश्लेषण
पदार्थों की घनत्व तालिका आपको तांबे के घनत्व को निर्धारित करने की अनुमति देती है।
आइए घनत्व गणना सूत्र का उपयोग करें। इस सूत्र में किसी पदार्थ का आयतन होता है, जिसके आधार पर रेखीय विमाएँ ज्ञात की जा सकती हैं।
निर्णय
परिभाषा के अनुसार:=m: V, लेकिन इस सूत्र में कोई वांछित मान नहीं है, इसलिए हम इसका उपयोग करते हैं:
वी=एस एक्स एच।
मुख्य सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:=m: Sh, कहाँ से:
एच=एम: एस एक्स.
गणना करें: h=5 g: (500 cm2 x 8, 92 g/cm3)=0.0011 सेमी=11 माइक्रोन।
उत्तर: तांबे की परत की मोटाई 11 माइक्रोन होती है।
घनत्व का प्रायोगिक निर्धारण
भौतिक विज्ञान की प्रायोगिक प्रकृति प्रयोगशाला प्रयोगों के दौरान प्रदर्शित होती है। इस स्तर पर, प्रयोग करने, उसके परिणामों की व्याख्या करने का कौशल हासिल किया जाता है।
पदार्थ के घनत्व को निर्धारित करने के लिए व्यावहारिक कार्य में शामिल हैं:
- किसी द्रव का घनत्व ज्ञात करना। इस स्तर पर, जो लोग पहले से ही एक स्नातक सिलेंडर का उपयोग कर चुके हैं, वे आसानी से सूत्र का उपयोग करके तरल के घनत्व को आसानी से निर्धारित कर सकते हैं।
- नियमित आकार के ठोस पिंड का घनत्व ज्ञात करना। यह कार्य भी संदेह से परे है, क्योंकि इसी तरह की कम्प्यूटेशनल समस्याओं पर पहले ही विचार किया जा चुका है और निकायों के रैखिक आयामों द्वारा वॉल्यूम मापने में अनुभव प्राप्त किया गया है।
- अनियमित आकार के ठोस पिंड का घनत्व ज्ञात करना। इस कार्य को करते समय, हम एक बीकर का उपयोग करके अनियमित आकार के पिंड का आयतन निर्धारित करने की विधि का उपयोग करते हैं। इस पद्धति की विशेषताओं को एक बार फिर याद करना उपयोगी है: एक ठोस शरीर की तरल को विस्थापित करने की क्षमता जिसका आयतन शरीर के आयतन के बराबर है। इसके अलावा, कार्य को मानक तरीके से हल किया जाता है।
बढ़ी हुई जटिलता के प्रश्न
आप लोगों को उस पदार्थ का निर्धारण करने के लिए आमंत्रित करके कार्य को जटिल बना सकते हैं जिससे शरीर बना है। इस मामले में प्रयुक्त पदार्थों की घनत्व तालिका आपको काम करने में सक्षम होने की आवश्यकता पर ध्यान देने की अनुमति देती हैपृष्ठभूमि की जानकारी।
प्रयोगात्मक समस्याओं को हल करते समय, छात्रों को भौतिक उपकरणों का उपयोग करने और माप की इकाइयों को परिवर्तित करने के क्षेत्र में आवश्यक मात्रा में ज्ञान होना चाहिए। अक्सर यही सबसे बड़ी संख्या में त्रुटियों और कमियों का कारण बनता है। शायद भौतिकी के अध्ययन के इस चरण को अधिक समय दिया जाना चाहिए, यह आपको शोध के ज्ञान और अनुभव की तुलना करने की अनुमति देता है।
थोक घनत्व
शुद्ध पदार्थ का अध्ययन बेशक दिलचस्प है, लेकिन शुद्ध पदार्थ कितनी बार मिलते हैं? रोजमर्रा की जिंदगी में, हम मिश्रण और मिश्र धातुओं का सामना करते हैं। इस मामले में कैसे रहें? थोक घनत्व की अवधारणा छात्रों को पदार्थों के औसत घनत्व मूल्यों का उपयोग करने की विशिष्ट गलती करने से रोकेगी।
इस मुद्दे को स्पष्ट करना अत्यंत आवश्यक है, देखने का अवसर देना, किसी पदार्थ के घनत्व और थोक घनत्व के बीच अंतर को महसूस करना प्रारंभिक अवस्था में है। भौतिकी के आगे के अध्ययन में इस अंतर को समझना आवश्यक है।
थोक सामग्री के मामले में यह अंतर बेहद दिलचस्प है। प्रारंभिक शोध गतिविधि के दौरान सामग्री के संघनन, व्यक्तिगत कणों (बजरी, रेत, आदि) के आकार के आधार पर बच्चे को थोक घनत्व का अध्ययन करने की अनुमति देना संभव है।
पदार्थों का आपेक्षिक घनत्व
विभिन्न पदार्थों के गुणों की तुलना सापेक्ष मूल्यों के आधार पर काफी दिलचस्प है। पदार्थ का आपेक्षिक घनत्व इन्हीं राशियों में से एक है।
आमतौर पर, किसी पदार्थ का आपेक्षिक घनत्व किसके द्वारा निर्धारित किया जाता हैआसुत जल की ओर। किसी दिए गए पदार्थ के घनत्व के मानक के घनत्व के अनुपात के रूप में, यह मान एक पाइकोनोमीटर का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। लेकिन प्राकृतिक विज्ञान के स्कूली पाठ्यक्रम में इस जानकारी का उपयोग नहीं किया जाता है, यह गहन अध्ययन के लिए दिलचस्प है (अक्सर वैकल्पिक)।
भौतिकी और रसायन विज्ञान के अध्ययन का ओलंपियाड स्तर "हाइड्रोजन के संबंध में किसी पदार्थ के सापेक्ष घनत्व" की अवधारणा से भी प्रभावित हो सकता है। यह आमतौर पर गैसों पर लागू होता है। किसी गैस का आपेक्षिक घनत्व ज्ञात करने के लिए अध्ययनाधीन गैस के मोलर द्रव्यमान का हाइड्रोजन के मोलर द्रव्यमान से अनुपात पाया जाता है। सापेक्ष आणविक भार के उपयोग को बाहर नहीं किया गया है।
