师:同学们,大家好。请准备好今天的学习任务单,和老师一起开启今天的学习之旅。课程开始,咱们先来完成一个小任务。现在屏幕上展示的是一些大家生活中常见的物品,你们能将这些物品分类吗?若可以,能否说出分类依据呢?我想一定有同学和老师的分类方法一样,都是依据组成物品的材料来划分。比如水缸和水杯由玻璃制成,金戒指与金砖由金属制成,一次性杯子和塑料凳由塑料制成。在物理学中,我们把这些物品统称为物体,组成它们的材料则称为物质。在我们生活的世界里,大到星辰,小到尘埃,所有物体都是由物质组成。
大家进一步观察一下刚才提到的水杯和鱼缸,它们都由玻璃这种物质组成,那它们有什么区别呢?请同学们思考并说说想法。
生:……
师:同学们根据生活经验发现,鱼缸明显比水杯重,这是为什么呢?非常好,有同学想到了,鱼缸中所含的玻璃比水杯中的更多,也就是说物体由物质组成,但物体所含物质有多有少。为了描述物体中所含物质的多少,物理学中引入了质量这一概念。今天,我们就一起来学习质量的相关知识。
首先,质量的定义刚才已经说过,它是物体所含物质的多少。在物理学中,我们用小写字母m来表示质量。其实,质量在生活中并不陌生,我们经常能看到描述质量大小的标识。比如路面上车辆限重的标志,食品包装上的净含量以及营养成分表,这些都包含了质量的单位。
在物理学中,质量的基本单位是千克,常用单位还有吨、克以及毫克等。它们之间的换算关系是:1吨等于1000千克,1千克等于1000克,1克等于1000毫克。除了这些单位,生活中还有一些其他质量单位需要大家了解。比如购买蔬菜、水果时,会用到斤、两这样的单位;定制生日蛋糕时,会用到磅这个单位;在珠宝店称量宝石质量时,会使用克拉这个单位。大家要对它们和常用质量单位之间的换算有基本的了解。
同学们可能好奇,千克这个国际通用单位是如何规定的呢?请翻开学习任务单,预学习任务单上介绍了千克这个单位的来源,还提到了国际千克原器,它100多年来一直是质量单位的标准。但随着时间推移,科学家发现它的质量在逐渐变小。于是在2018年第26届计量大会上,国际千克原器正式退役,人们利用普朗克常数作为新的标准,重新定义了千克。接下来,我们通过一些图片了解生活中常见物质的质量大小。
一枚大头针的质量约为80毫克,一颗常吃的鸡蛋约50克重。超市里一瓶一升装的矿泉水,质量约为1千克。新生儿出生时,质量大概在2到4千克,长大成人后,质量会增加到40到90千克。而一头成年亚洲象,质量可达6吨。知道这些数据后,请同学们思考并判断下面这道估算题。
生:……
师:好,相信同学们已有判断。我们看a选项,一张A4纸的质量明显比不上一颗鸡蛋,所以a选项错误。一部智能手机的质量比一瓶一升装的矿泉水要轻很多,b选项也错误。小学生的质量远未接近成年人质量,c选项同样错误。刚才通过图片得知,一头成年大象质量可达6吨,小象质量达到3吨没问题,d选项正确。你判断对了吗?
实际上,质量是可以测量的。早在中国古代春秋战国时期,传闻鲁班发明了杆秤,现在有些街边小摊还能看到。生活中,我们还能看到其他秤,比如菜市场用案秤称量蔬菜、水果质量,回收站用测量范围更大的台秤测量质量等。但在实验室中,测量工具有所不同。中学阶段,实验室最常见的是托盘天平,专业实验室会使用物理天平或分析天平。随着技术发展,测量更精确、使用更便利的电子天平也逐渐成为选择。
了解这些测量工具后,我们一起来研究质量与哪些因素有关。实验前,我们选择小型电子秤。为知道它如何测量质量,先了解它的基本结构。大家看,这里有放置物体的托盘,下方依次是显示器、开关按钮、单位按钮以及去皮按钮。接下来,请同学们通过观看一段视频,简单了解它的使用方法。下面我简单介绍一下小型电子秤的结构及使用方法。使用前,需将电子秤放置在水平桌面上,按下开关按钮,待显示器出现数字后,继续摁下去皮或归零按钮,直至显示屏数字稳定在0克,就可以开始正式测量。将待测物体轻放在水平托盘上,待显示器示数稳定后,读出物体质量。比如此时这个小烧杯的质量为53.6克。测量结束后,将物体取下,再按下开关按钮关机即可。
初步了解小型电子秤使用方法后,我们看看质量和物体形状有没有关系。接下来分别演示改变橡皮泥的形状以及改变纸张的形状,过程中它们的质量是否会变化呢?请同学们观看这两段视频。
师:接下来研究物体质量和其形状的关系。这里有一块超轻黏土,先测出它的质量。将黏土放在托盘上,读出质量为5.1克。接着把超轻黏土揉成其他形状,再次放在托盘上测量,质量为5.0克。继续改变黏土形状并测量,质量还是5.0克。结合以上数据,在误差允许范围内,黏土的质量没有随形状变化而改变。
接下来继续研究物体质量与其形状的关系。这里有一张A4纸,放在托盘上,读出质量为3.8克。把纸撕成碎片,再将碎片放在托盘上,读出质量为3.9克。结合数据,在误差允许范围内,A4纸的质量也没有随形状变化而改变。
通过这两组实验,我们发现,橡皮泥和纸张形状改变了,但质量都没变化,这说明什么呢?这说明物体的质量不随形状的改变而改变。我们知道生活中的物体常处于固、液、气三种状态之一,那质量和物体的物质状态是否相关呢?接下来观察把碘从固态变成气态以及让石蜡化成液态这两个实验过程,请同学们仔细观察它们的质量是否发生变化。
