Физика 7 класс 2023 Перышкин PDF

# Введение Физика и её роль в познании окружающего мира ## § 1 Что изучает физика **Михаил Васильевич Ломоносов** (1711 - 1765) - Выдающийся русский учёный. - Внёс огромный вклад в развитие естественных наук, в частности в теорию строения вещества. Человечество хранит в своей памяти имена велики...

# Введение Физика и её роль в познании окружающего мира ## § 1 Что изучает физика **Михаил Васильевич Ломоносов** (1711 - 1765) - Выдающийся русский учёный. - Внёс огромный вклад в развитие естественных наук, в частности в теорию строения вещества. Человечество хранит в своей памяти имена великих писателей, художников, музыкантов, архитекторов, конструкторов, полководцев, учёных. Это люди, которые создавали и развивали культуру и науку. Среди имён, вошедших в историю, заметную часть составляют люди, заложившие основы физики (от греч. фюзис - природа). Первым исследователем, который обобщил труды своих предшественников в области физики и создал единую научную систему, был Аристотель (384 - 322 до н. э.). В русский язык слово «физика» ввёл в XVIII в. Михаил Васильевич Ломоносов. Он же создал первую русскую физическую терминологию. Физика - одна из наук, изучающих природу и происходящие в ней изменения. Изменения, происходящие в природе, называют явлениями. День сменяется ночью (рис. 1), дует ветер, сходят снежные лавины, опадают листья, тает снег, едет автомобиль - это лишь некоторые примеры явлений. Посмотрите вокруг, и вы сможете привести ещё много других примеров. Различают биологические, физические, химические и другие явления. С биологическими явлениями - изменениями, которые происходят с телами живой природы, т. е. организмами, - вы знакомы из курса биологии. Горение свечи, образование из молока простокваши, возникновение ржавчины на железной детали - это примеры химических явлений; в них происходит изменение вещества. Физические явления очень разнообразны. Различают механические, тепловые, световые, звуковые, электрические, магнитные и другие явления. Например, движение шарика по столу - изменение его положения на столе с течением времени - это пример механического явления; замерзание воды - теплового, радуга светового, притяжение магнитом железных предметов - магнитного. Явления природы сложны, обычно в одном природном явлении можно выделить сразу несколько физических явлений. Нагревание воды - повышение её температуры - тепловое явление. Однако, наблюдая за водой в чайнике, обнаружим, что в нагревающейся воде начинается движение пузырьков - механическое явление, возникает шум - звуковое явление. Физические явления подчиняются определённым правилам, закономерностям, которые называют **законами физики**. Физика изучает наиболее общие свойства окружающего нас мира, поэтому её законами пользуются все науки о природе: биология, химия, география, астрономия и др. Например, устройство и принцип действия микроскопа основаны на законах физики. В географии законы физики используют для объяснения извилистого русла рек, схода ледников, образования ветров и др. Много вопросов возникает у вас, если вы интересуетесь миром, в котором живёте, и хотите понять его. Почему небо голубое? Почему вечером над рекой стелется туман? Почему один из полюсов магнитной стрелки указывает на север? Задача физики заключается в том, чтобы находить объяснения физическим явлениям, выявлять их общие свойства, открывать физические законы. Понять, как связаны между собой различные явления, познакомиться с жизнью учёных, открывших важнейшие законы, научиться ставить опыты и решать самые разные задачи - вы сможете на уроках физики. ## § 2 Некоторые физические термины Вы, наверное, уже знаете, что каждая наука имеет свой язык. При описании физических явлений используют специальные слова - **физические термины**. Оглянитесь вокруг - какое разнообразие предметов нас окружает: люди, дома, автомобили, деревья. В вашем портфеле лежат ручки, карандаши, книги. Всё даже невозможно перечислить! В физике любой из окружающих нас предметов (рис. 2) называют **физическим телом** или просто **телом**. Чем различаются тела? Если из куска пластилина слепить, например, слоника, получится предмет того же объёма, но другой формы (рис. 3). Значит, тела могут различаться формой! В каждом доме найдутся тела одинаковой формы, но разного объёма (рис. 4). А могут быть тела одинаковой формы и одинакового объёма, но при этом сделанные из разных материалов. То, из чего состоят тела, физики называют **веществом**. Так, алюминиевая ложка - это тело, а алюминий - вещество; капля воды - тело, вода - вещество. Но не всё в природе можно назвать веществом. Так, свет, идущий от Солнца, не является веществом. Кроме веществ в природе существуют **поля**: магнитное, электрическое и др. Поля не всегда можно опознать с помощью органов чувств, но легко обнаружить с помощью приборов. Например, стрелка компаса реагирует на магнитное поле. **Вещество** и **поле** - разные виды **материи**. **Материя** - это всё то, что существует в природе независимо от нашего сознания. Материальны планеты, деревья, здания, солнечный свет, радиоволны и др., и существование всего этого можно обнаружить экспериментально. Весь окружающий мир представляет собой материю в её разнообразных формах. И это не только все наблюдаемые и регистрируемые сегодня тела и объекты, но и те, что будут обнаружены в будущем с помощью усовершенствованных средств наблюдения. ## § 3 Научные методы изучения природы Изучая явления природы, человек установил, что всякое изменение в природе происходит закономерно, т. е. существует причина, по которой это явление протекает. Цель любой естественной науки, одной из которых является физика, - описание, объяснение наблюдаемых явлений, установление законов природы, которые могут объяснить известные и предсказать новые явления. Объединяет все естественные науки объект исследования - **природа**. Общими для этих наук являются и методы, которыми проводятся научные исследования. Изучение физических явлений начинают с наблюдения. Как узнать о том, что все тела падают на землю, не наблюдая падения тел? Как понять, что такое молния, не наблюдая её? Наблюдение осуществляется с помощью органов чувств человека или приборов. Однако для понимания и объяснения физических явлений только наблюдений недостаточно. Поэтому учёные воспроизводят явления в лаборатории и исследуют их в специально созданных условиях - **проводят опыты**, или, как говорят физики, **ставят эксперимент**. При проведении опытов выполняют измерения. На основе результатов наблюдений и опытов учёные выдвигают **гипотезы** (предположения) о закономерностях, свойственных изучаемому явлению, или его причинах. Проверяют гипотезы также опытами. Проводя опыты, физики как бы задают вопросы природе, а затем пытаются истолковать её «ответы». Обратимся к примеру. Из наблюдений и жизненного опыта вы знаете, что с одинаковой высоты разные тела падают на поверхность Земли за разное время. Так, стальной шарик достигает земли быстрее, чем пёрышко. Можно предположить, что причиной разного времени падения является разница в массе тел, и выдвинуть гипотезу: более тяжёлое тело всегда падает быстрее лёгкого. Как это проверить? Надо спланировать и провести опыты, которые могли бы подтвердить данную гипотезу или опровергнуть её. Если гипотеза верна, то тела одинаковой массы должны достигать земли одновременно. Проверим это на опыте. Возьмём два одинаковых листа бумаги, один из которых сомнём в комок, и одновременно с одинаковой высоты выпустим их из рук. Первым на пол упадёт скомканный лист. Значит, разное время падения обусловлено не разницей в массе тел, а другой причиной. Гипотеза не подтвердилась, хотя казалась такой очевидной. Результат опыта опроверг исходную гипотезу, но он позволит нам высказать новую. Возможно, что-то мешает падению бумаги. Может быть, окружающий воздух существенно замедляет падение расправленного листа, а на скомканный лист влияет слабее? К выводу о том, что именно влияние воздуха является причиной разного времени падения тел, пришёл в ХVI в. **Галилео Галилей**, которого по праву считают основателем экспериментальной физики. Галилей понял, что, изучая природу, нельзя ограничиваться наблюдениями, нужно придумывать и проводить опыты. Согласно легенде, учёный ронял с Пизанской башни (рис. 5) металлические шары, существенно различающиеся по массе, демонстрируя, что они достигают земли почти одновременно. Как вы, наверное, догадались, тяжёлые шары были выбраны для того, чтобы воздух как можно меньше искажал картину падения. Важнейшей заслугой Галилея является то, что в своих исследованиях он начал широко использовать математику. Так, изучая падение тел, Галилей выдвинул гипотезу, что в отсутствие сопротивления воздуха скорость тела растёт прямо пропорционально времени. Из этой гипотезы он математически вывел, что пройденный телом путь должен быть прямо пропорционален квадрату времени, а затем на опытах убедился в справедливости своего вывода. Сегодня любая научная статья по физике наполнена разнообразными математическими символами. Дело в том, что законы физики формулируются на математическом языке с помощью формул. Физики получают «ответы природы» в виде показаний приборов и пытаются уловить в этих данных математические закономерности. При этом объекты реального мира они заменяют моделями идеализированными объектами, отражающими только те свойства реальности, которые наиболее существенны в изучаемом вопросе. Например, физическое тело в некоторых случаях рассматривают как точку, пучок света как лучит. д. Из найденных закономерностей логически выводят следствия, которые также проверяют экспериментом. На основе установленных законов создаётся **физическая теория**, способная объяснить широкий круг явлений. Так, теория тяготения, созданная в ХVII в. английским физиком **Исааком Ньютоном**, объясняет не только падение тел на землю, но и движение Луны вокруг Земли, планет вокруг Солнца и многое другое. Однако теория не только объясняет известные явления, но и обладает **предсказательной силой**. Так, теория Ньютона позволила предсказать появление в 1758 г. кометы Галлея, которую до этого наблюдали в 1682 г. В 1846 г. благодаря предварительным расчётам, выполненным на основании теории тяготения, была обнаружена восьмая планета Солнечной системы **Нептун**. Путь от наблюдения явления до создания научной теории зачастую очень непрост и долог. Не одно поколение учёных движется в познании мира в соответствии с **циклом научного познания**: наблюдение явления, постановка опыта, выдвижение гипотезы, проверка гипотезы опытом, построение теории, проверка теории опытом. Когда предсказания теории не подтверждаются опытом, теорию уточняют, затем делают новые предсказания и т. д. Цикл повторяется, но не по кругу, а по развёртывающейся спирали, ведя к всё более полному познанию явлений природы. ## § 4 Физические величины. Измерение физических величин Приходилось ли вам что-либо измерять? Если вы скажете «нет», то ошибётесь. У каждого человека возникает необходимость взглянуть на часы, которые измеряют время, измерить температуру тела или воздуха, узнать массу покупаемого товара и т. п. Время, температура, масса являются **физическими величинами**. **Физической величиной** называют количественную характеристику свойств тела или физического явления. Например, **время** характеризует длительность процесса, **температура** - степень нагретости тела. Для того чтобы определить значение физической величины, её нужно **измерить**. **Измерить физическую величину** - это значит сравнить её с однородной величиной, принятой за **единицу**. Предположим, с помощью рулетки (рис. 6, а) определили, что длина стола составляет два метра. Это означает, что в длине стола укладывается два отрезка длиной в один метр. В этом случае длину стола сравнили с метром. Или другой пример: измеряя длину отрезка, вы прикладываете линейку (рис. 6, б) и определяете, сколько миллиметров укладывается между началом и концом отрезка. Вы сравниваете длину отрезка с одним миллиметром и получаете значение длины в миллиметрах. Для символического обозначения физических величин используют буквы латинского и греческого алфавитов. Например, то, что длина стола составляет два метра, записывают так: 1 = 2 м. В этой записи 1 - обозначение физической величины «длина», 2 числовое значение длины, м - обозначение единицы длины (метра), а сочетание 2 м - значение длины. Таким образом, значение физической величины это не просто число, а число (числовое значение) и единица величины. В разные времена разными народами использовались различные меры (единицы) длины. Кочующие монголы определяли расстояния в верблюжьих и лошадиных переходах. Небольшие расстояния измерялись шагами. Русский народ долгое время использовал в качестве меры длины **локоть**. Но локоть и шаг у различных людей разные, а развитие торговли и ремёсел требовало единых мер. Поэтому, когда в конце ХVIII в. стали активно развиваться международные торговые связи, для удобства и точности была введена единая система мер. С развитием науки усовершенствовалась и система мер. В 1960 г. была принята **Международная система единиц СИ** (SI - сокращение от фр. Système international d'unités), которая и сейчас используется в большинстве стран мира, в том числе в России. Эта система построена на базе семи единиц физических величин, которые называют основными. Основными единицами являются **метр (м)** - единица длины, **секунда (с)** - единица времени, **килограмм (кг)** - единица массы и некоторые другие. Все остальные единицы, кроме семи основных, называют **производными**, они выражаются через основные единицы. Например, производной единицей является **квадратный метр (м2)** - единица площади. Часто бывает, что значение измеряемой величины гораздо меньше единицы величины. В таких случаях применяют **дольные единицы**, которые в 10, 100 и т. д. раз меньше принятых. Названия дольных единиц образуются с помощью известных вам приставок (табл. 1). Для записи больших значений физических величин пользуются **кратными единицами**, которые больше принятых в 10, 100 и т. д. раз. Их названия также образуются с помощью приставок (см. табл. 1). Для измерения физических величин служат **измерительные приборы**. Хорошо известными вам измерительными приборами являются **линейка** (см. рис. 6, б), **измерительный цилиндр** (рис. 7), **секундомер** (рис. 8), **термометр**, **весы**. Выполняя лабораторные работы, вы познакомитесь с другими приборами (рис. 9, 10), узнаете их принцип действия и научитесь снимать показания. Измерительные приборы бывают **цифровые и шкальные** (рис. 11, 12). Линейка, как и большинство измерительных приборов, снабжена **шкалой**. Шкала представляет собой совокупность штрихов и чисел, соответствующих различным значениям измеряемой величины. Из курса математики вам известно, что **промежуток между двумя ближайшими штрихами называют делением шкалы**. Определим, какому значению величины соответствует деление шкалы, на примере линейки. Шкала линейки (см. рис. 6, б) имеет штрихи, обозначенные числами, расстояние между которыми разделено на 10 частей штрихами, около которых числа не написаны. Числовые значение нанесены в сантиметрах, значит, деление шкалы соответствует десятой части сантиметра - одному миллиметру. **Значение измеряемой величины, соответствующее одному делению шкалы, называют **ценой деления**. Кроме линейки, для измерения длины существуют такие приборы, как **рулетка, штангенциркуль, микрометр** и др. Прежде чем выполнять измерение физической величины, нужно определить **цену деления** шкалы измерительного прибора. Чтобы определить цену деления шкалы **измерительного цилиндра** (см. рис. 7), выберем два соседних обозначенных штриха, например 40 . и 50 мл. Между ними имеется два деления. Таким образом, цена деления шкалы будет равна 50 мл - 40 мл = 5 мл. Ещё одна важная характеристика, которую можно узнать по шкале прибора, - **пределы измерения**. **Пределы измерения** - наименьшее и наибольшее значения физической величины, которые могут быть измерены с помощью этого прибора. Так, нижний предел измерительного цилиндра на рисунке 7 равен 10 мл, верхний -100 мл. Если физическая величина измеряется непосредственно путём снятия данных со шкалы прибора, такое измерение называют **прямым**. Прямым измерением определяются, например, размеры (длина а, ширина в, высота с) книги линейкой. А вот для того чтобы рассчитать её объём, нужно полученные значения перемножить: V = abc. В этом случае говорят, что объём книги определён путём **косвенных измерений**.