Величины и их измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

План

1. Понятие величины, их свойства

2. Понятие измерения величины

3. Из истории развития системы единиц величин

4. Международная система единиц

5. Величины, с которыми знакомятся дошкольники, и их характеристики

1. Понятие величины, их свойства

Величина - одно из основных математических понятий, возникшее в древности и подвергшееся в процессе длительного развития ряду обобщений.

Первоначальное представление о величине связано с созданием чувственной основы, формированием представлений о размерах предметов: показать и назвать длину, ширину, высоту.

Под величиной понимаются особые свойства реальных объектов или явлений окружающего мира. Величина предмета - это его относительная характеристика, подчеркивающая протяженность отдельных частей и определяющая его место среди однородных.

Величины, характеризующиеся только числовым значением, называют скалярными (длина, масса, время, объем, площадь и др.). Кроме скалярных величин в математике рассматривают еще векторные величины, которые характеризуются не только числом, но и направлением (сила, ускорение, напряженность электрического поля и др.).

Скалярные величины могут быть однородными или разнородными. Однородные величины выражают одно и то же свойство объектов некоторого множества. Разнородные величины выражают различные свойства объектов (длина и площадь)

Свойства скалярных величин:

§ любые две величины одного рода сравнимы либо они равны, либо одна из них меньше (больше) другой: 4т5ц …4т 50кг 4т5ц=4т500кг 4т500кг>4т50кг, т.к. 500кг>50кг, значит 4т5ц >4т 50кг;

§ величины одного рода можно складывать, в результате получится величина того же рода:

2км921м+17км387м 2км921м=2921м, 17км387м=17387м 17387м+2921м=20308м; значит

2км921м+17км387м=20км308м

§ величину можно умножать на действительное число, в результате получится величина того же рода:

12м24см 9 12м24м=1224см, 1224см9=110м16см, значит

12м24см 9=110м16см;

§ величины одного рода можно вычитать, в результате получится величина того же рода:

4кг283г-2кг605г 4кг283г=4283г, 2кг605г=2605г 4283г-2605г=1678г, значит

4кг283г-2кг605г=1кг678г;

§ величины одного рода можно делить, в результате получится действительное число:

8ч25мин 5 8ч25мин=860мин+25мин=480мин+25мин=505мин, 505мин 5=101мин, 101мин=1ч41мин, значит 8ч25мин 5=1ч41мин.

Величина является свойством предмета, воспринимаемым разными анализаторами: зрительным, тактильным и двигательным. При этом чаще всего величина воспринимается одновременно несколькими анализаторами: зрительно-двигательным, тактильно-двигательным и т.д.

Восприятие величины зависит от:

§ расстояния, с которого предмет воспринимается;

§ величины предмета, с которым он сравнивается;

§ расположения его в пространстве.

Основные свойства величины:

§ Сравнимость - определение величины возможно только на основе сравнения (непосредственно или сопоставляя с неким образом).

§ Относительность - характеристика величины относительна и зависит от выбранных для сравнения объектов один и тот же предмет может быть определен нами как больший или меньший в зависимости от того, с каким по размерам предметом он сравнивается. Например, зайчик меньше медведя, но больше мышки.

§ Изменчивость - изменчивость величин характеризуется тем, что их можно складывать, вычитать, умножать на число.

§ Измеряемость - измерение дает возможность характеризовать величину к сравнению чисел.

2. Понятие измерения величины

Потребность в измерении всякого рода величин, так же как потребность в счете предметов, возникла в практической деятельности человека на заре человеческой цивилизации. Так же как для определения численности множеств, люди сравнивали различные множества, различные однородные величины, определяя прежде всего, какая из сравниваемых величин больше, как меньше. Эти сравнения еще не были измерениями. В дальнейшем процедура сравнения величин была усовершенствована. Одна какая-нибудь величина принималась за эталон, а другие величины того же рода сравнивались с эталоном. Когда же люди овладели знаниями о числах и их свойствах, величине - эталону приписывалось число 1 и этот эталон стал называться единицей измерения. Цель измерения стала более определенной - оценить. Сколько единиц содержится в измеряемой величине. результат измерения стал выражаться числом.

Сущность измерения состоит в количественном дроблении измеряемых объектов и установлении величины данного объекта по отношению к принятой мере. Посредством операции измерения устанавливается численное отношение объекта между измеряемой величиной и заранее выбранной единицей измерения, масштабом или эталоном.

Измерение включает в себя две логические операции:

первая - это процесс разделения, который позволяет ребенку понять, что целое можно раздробить на части;

вторая - это операция замещения, состоящая в соединения отдельных частей (представленных числом мерок).

Деятельность измерения довольно сложна. Она требует определенных знаний, специфических умений, знания общепринятой системы мер, применения измерительных приборов.

В процессе формирования измерительной деятельности у дошкольников по средствам условной мерки дети должны понять, что:

§ измерение дает точную количественную характеристику величине;

§ для измерения необходимо выбирать адекватную мерку;

§ число мерок зависит от измеряемой величины (чем больше величина, тем больше ее численное значение и наоборот);

§ результат измерения зависит от выбранной мерки (чем больше мерка, тем меньше численное значение и наоборот);

§ для сравнения величин необходимо их измерять одинаковыми мерками.

3. Из истории развития системы единиц величин

Человек давно осознал необходимость измерять разные величины, причем измерять как можно точнее. Основой точных измерений являются удобные, четко определенные единицы величин и точно воспроизводимые эталоны (образцы) этих единиц. В свою очередь, точность эталонов отражает уровень развития науки, техники и промышленности страны, говорит о ее научно-техническом потенциале.

В истории развития единиц величин можно выделить несколько периодов.

Самым древним является период, когда единицы длины отождествлялись с названием частей человеческого тела. Так, в качестве единиц длины применяли ладонь (ширина четырех пальцев без большого), локоть (длина локтя), фут (длина ступни), дюйм (длина сустава большого пальца) и др. В качестве единиц площади в этот период выступали: колодец (площадь, которую можно полить из одного колодца), соха или плуг (средняя площадь, обработанная за день сохой или плугом) и др.

В XIV--XVI вв. появляются в связи с развитием торговли так называемые объективные единицы измерения величин. В Англии, например, дюйм (длина трех приставленных друг к другу ячменных зерен), фут (ширина 64 ячменных зерен, положенных бок о бок).

В качестве единиц массы были введены гран (масса зерна) и карат (масса семени одного из видов бобов).

Следующий период в развитии единиц величин -- введение единиц, взаимосвязанных друг с другом. В России, например, такими были единицы длины миля, верста, сажень и аршин; 3 аршина составляли сажень, 500 саженей -- версту, 7 верст -- милю.

Однако связи между единицами величин были произвольными, свои меры длины, площади, массы использовали не только отдельные государства, но и отдельные области внутри одного и того же государства. Особый разнобой наблюдался во Франции, где каждый феодал имел право в пределах своих владений устанавливать свои меры. Такое разнообразие единиц величин тормозило развитие производства, мешало научному прогрессу и развитию торговых связей.

Новая система единиц, которая впоследствии явилась основой для международной системы, была создана во Франции в конце XVIII века, в эпоху Великой французской революции. В качестве основной единицы длины в этой системе принимался метр -- одна сорокамиллионная часть длины земного меридиана, проходящего через Париж.

Кроме метра, были установлены еще такие единицы:

§ ар -- площадь квадрата, длина стороны которого равна 10 м;

§ литр -- объем и вместимость жидкостей и сыпучих тел, равный объему куба с длиной ребра 0,1 м;

§ грамм -- масса чистой воды, занимающая объем куба с длиной ребра 0,01 м.

Были введены также десятичные кратные и дольные единицы, образуемые с помощью приставок: мириа (10⁴), кило (10³), гекто (10²), дека (10¹), деци (10 ^-1), санти (10 ^-2), милли (10 ^-3).

Единица массы килограмм был определен как масса 1 дм³ воды при температуре 4 °С.

Так как все единицы величин оказались тесно связанными с единицей длины метром, то новая система величин получила название метрической системы мер.

В соответствии с принятыми определениями были изготовлены платиновые эталоны метра и килограмма:

§ метр представляла линейка с нанесенными на ее концах штрихами;

§ килограмм -- цилиндрическая гиря.

Эти эталоны передали на хранение Национальному архиву Франции, в связи с чем они получили названия «архивный метр» и «архивный килограмм».

Создание метрической системы мер было большим научным достижением -- впервые в истории появились меры, образующие стройную систему, основанные на образце, взятом из природы, и тесно связанные с десятичной системой счисления.

Но уже скоро в эту систему пришлось вносить изменения.

Оказалось, что длина меридиана была определена недостаточно точно. Более того, стало ясно, что по мере развития науки и техники значение этой величины будет уточняться. Поэтому от единицы длины, взятой из природы, пришлось отказаться. Метром стали считать расстояние между штрихами, нанесенными на концах архивного метра, а килограммом -- массу эталона архивного килограмма.

В России метрическая система мер начала применяться наравне с русскими национальными мерами начиная с 1899 года, когда был принят специальный закон, проект которого был разработан выдающимся русским ученым Д. И. Менделеевым. Специальными постановлениями Советского государства был узаконен переход на метрическую систему мер сначала РСФСР (1918 г.), а затем и полностью СССР (1925 г.).

4. Международная система единиц

Международная система единиц (СИ) -- это единая универсальная практическая система единиц для всех отраслей науки, техники, народного хозяйства и преподавания. Так как потребность в такой системе единиц, являющейся единой для всего мира, была велика, то за короткое время она получила широкое международное признание и распространение во всем мире.

В этой системе семь основных единиц (метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела) и две дополнительные единицы (радиан и стерадиан).

Как известно, единица длины метр и единица массы килограмм входили и в метрическую систему мер. Какие изменения претерпели они, войдя в новую систему? Введено новое определение метра -- он рассматривается как расстояние, которое проходит в вакууме плоская электромагнитная волна за долей секунды. Переход на это определение метра вызван ростом требований к точности измерений, а также стремлением иметь такую единицу величины, которая существует в природе и остается неизменной при любых условиях.

Определение единицы массы килограмма не изменилось, по-прежнему килограмм -- это масса цилиндра из платиноиридиевого сплава, изготовленного в 1889 году. Хранится этот эталон в Международном бюро мер и весов в г. Севре (Франция).

Третьей основной единицей Международной системы является единица времени секунда. Она намного старше метра.

До 1960 года секунду определяли как часть солнечных суток, т. е. секунда определялась по вращению Земли вокруг своей оси. Это было сделано с таким расчетом, чтобы сохранить привычные отношения между различными единицами времени. При таком определении в сутках содержится 86 400 с, что составляет 1440 мин, или 24 ч.

В 1960 году Генеральная конференция мер и весов приняла решение о переходе к единице времени, основанной на движении Земли по орбите вокруг Солнца. Секунду определили как часть года. Новое определение учитывало непостоянство средних солнечных суток и значительно повысило точность ее воспроизведения. Однако и это определение не удовлетворило ученых. В 1967 году секунду определили следующим образом: «Секунда равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия- 133». В настоящее время имеется более точное определение секунды.

Вообще развитие науки и техники постоянно вносит свои коррективы в определения единиц величин.

Измерять на практике все длины в метрах, массы в килограммах, время в секундах неудобно. Поэтому из основных единиц образуют другие единицы -- кратные и дольные. Кратные единицы в 10, 10², 10³, 10⁶, 10⁹, 10¹², 10¹⁵, 10¹⁸ раз больше основной, а дольные составляют 10 ^-1, 10^-2, 10 ^-3, 10^-6, 10^-9, 10^-12, 10^-15, 10^-15 основной единицы. Названия новых (кратных и дольных) единиц образуются из названий «метр», «грамм», «секунда» и других с помощью приставок, указанных в таблице:

Например, километр -- это кратная единица, 1 км = 10³1 м = 1000 м; миллиметр -- это дольная единица, 1 мм=10^-3 1м = 0,001 м.

Вообще, для длины кратной единицей являются километр (км), а дольными -- сантиметр (см), миллиметр (мм), микрометр (мкм), нанометр (нм). Для массы кратной единицей является мегаграмм (Мг), а дольными -- грамм (г), миллиграмм (мг), микрограмм (мкг). Для времени кратной единицей является килосекунда (кс), а дольными -- миллисекунда (мс), микросекунда (мкс), наносекунда (не).

5. Величины, с которыми знакомятся дошкольники, и их характеристики

измерение величина размер дошкольник

Цель дошкольной подготовки -- познакомить детей со свойствами объектов, научить дифференцировать их, выделяя те свойства, которые принято называть величинами, познакомить с самой идеей измерения посредством промежуточных мер и с принципом измерения величин.

Длина -- это характеристика линейных размеров предмета. В дошкольной методике формирования элементарных математических представлений принято рассматривать «длину» и «ширину» как два разных качества предмета. Однако в школе оба линейных размера плоской фигуры чаще называют «длиной стороны», то же самое название используют при работе с объемным телом, имеющим три измерения.

Длины любых предметов можно сравнивать:

§ на глаз;

§ приложением или наложением (совмещением).

При этом всегда можно либо приблизительно, либо точно определить, «на сколько одна длина больше (меньше) другой».

Масса -- это физическое свойство предмета, измеряемое с помощью взвешивания. Следует различать массу и вес предмета. С понятием вес предмета дети знакомятся в 7 классе в курсе физики, поскольку вес -- это произведение массы на ускорение свободного падения. Терминологическая некорректность, которую позволяют себе взрослые в обиходе, часто путает ребенка, поскольку мы иногда, не задумываясь, говорим: «Вес предмета 4 кг». Само слово «взвешивание» подталкивает к употреблению в речи слова «вес». Однако в физике эти величины различаются: масса предмета всегда постоянна -- это свойство самого предмета, а вес его меняется в случае изменения силы притяжения (ускорения свободного падения).

Для того чтобы ребенок не усваивал неправильную терминологию, которая будет путать его в дальнейшем в начальной школе, следует всегда говорить: масса предмета.

Кроме взвешивания, массу можно приблизительно определить прикидкой на руке («барическое чувство»). Масса -- сложная с методической точки зрения категория для организации занятий с дошкольниками: ее нельзя сравнить на глаз, приложением или измерить промежуточной меркой. Однако «барическое чувство» есть у любого человека, и на его использовании можно построить некоторое количество полезных для ребенка заданий, подводящих его к пониманию смысла понятия массы.

Основная единица массы - килограмм. Из этой основной единицы образуются другие единицы массы: грамм, тонна и пр.

Площадь -- это количественная характеристика фигуры, указывающая на ее размеры на плоскости. Площадь принято определять у плоских замкнутых фигур. Для измерения площади в качестве промежуточной мерки можно использовать любую плоскую форму, плотно укладывающуюся в данную фигуру (без зазоров). В начальной школе детей знакомят с палеткой -- кусочком прозрачного пластика с нанесенной на него сеткой квадратов равной величины (обычно размером 1 см²). Накладывание палетки на плоскую фигуру дает возможность подсчитать примерное количество поместившихся в ней квадратов для определения ее площади.

В дошкольном возрасте дети сравнивают площади предметов, не называя этот термин, с помощью наложения предметов или визуально, путем сопоставления занимаемого ими места на столе, земле. Площадь -- удобная с методической точки зрения величина, поскольку позволяет организацию разнообразных продуктивных упражнений по сравнению и уравниванию площадей, определению площади путем укладывания промежуточных мер и через систему заданий на равносоставленность. Например:

1) сравнение площадей фигур методом наложения:

Площадь треугольника меньше площади круга, а площадь круга больше площади треугольника;

2) сравнение площадей фигур по количеству равных квадратов (или любых других мерок);

Площади всех фигур равны, так как фигуры состоят 4 равных квадратов.

При выполнении таких заданий дети в непрямой форме знакомятся с некоторыми свойствами площади:

§ Площадь фигуры не изменяется при изменении ее положения на плоскости.

§ Часть предмета всегда меньше целого.

§ Площадь целого равна сумме площадей составляющих его частей.

Эти задания также формируют у детей понятие о площади как о числе мер, содержащихся в геометрической фигуре.

Емкость -- это характеристика мер жидкости. В школе емкость рассматривают эпизодически на одном уроке в 1 классе. Знакомят детей с мерой емкости -- литром для того, чтобы в дальнейшем использовать наименование этой меры при решении задач. Традиция такова, что с понятием объем в начальной школе емкость не связывают.

Время -- это длительность протекания процессов. Понятие времени более сложное, чем понятие длины и массы. В обыденной жизни время -- это то, что отделяет одно событие от другого. В математике и физике время рассматривают как скалярную величину, потому что промежутки времени обладают свойствами, похожими на свойства длины, площади, массы:

§ Промежутки времени можно сравнивать. Например, на один и тот же путь пешеход затратит больше времени, чем велосипедист.

§ Промежутки времени можно складывать. Так, лекция в колледже длится столько же времени, сколько два урока в школе.

§ Промежутки времени можно вычитать, умножать на положительное действительное число.

§ Промежутки времени измеряют. Но процесс измерения времени отличается от измерения длины. Для измерения длины можно многократно использовать линейку, перемещая ее от точки к точке. Промежуток времени, принятый за единицу, может быть использован лишь один раз. Поэтому единицей времени должен быть регулярно повторяющийся процесс. Такой единицей в Международной системе единиц названа секунда. Наряду с секундой используются и другие единицы времени: минута, час, сутки, год, неделя, месяц, век.. Такие единицы, как год и сутки, были взяты из природы, а час, минута, секунда придуманы человеком.

Год -- это время обращения Земли вокруг Солнца. Сутки -- время обращения Земли вокруг своей оси. Год состоит приблизительно из 365 -- сут. Но год жизни людей складывается из целого числа суток. Поэтому вместо того, чтобы к каждому году прибавлять 6 ч, прибавляют целые сутки к каждому четвертому году. Этот год состоит из 366 дней и называется високосным.

Календарь с таким чередованием лет ввел в 46 году до н. э. римский император Юлий Цезарь в целях упорядочивания существующего в то время очень запутанного календаря. Поэтому новый календарь называется юлианским. Согласно ему новый год начинается с 1 января и состоит из 12 месяцев. Сохранилась в нем и такая мера времени, как неделя, придуманная еще вавилонскими астрономами.

Время смеет как физический, так и философский смысл. Поскольку ощущение времени субъективно, трудно полагаться на чувства в его оценках и сравнении, как это можно сделать в какой-то мере с другими величинами. В связи с этим в школе практически сразу дети начинают знакомиться с приборами, измеряющими время объективно, т. е. независимо от ощущений человека.

При знакомстве с понятием «время» на первых порах намного полезнее использовать песочные часы, чем часы со стрелками или электронные, поскольку ребенок видит, как сыплется песок и может наблюдать «течение времени». Песочные часы удобно также использовать в качестве промежуточной меры при измерении времени (собственно, именно для этого они и придуманы).

Работа с величиной «время» осложнена тем, что время -- это процесс, который не воспринимается сенсорикой ребенка непосредственно: в отличие от массы или длины, его нельзя потрогать или увидеть. Этот процесс воспринимается человеком опосредованно, по сравнению с длительностью других процессов. При этом привычные стереотипы сравнений: ход солнца по небу, движение стрелок в часах и т. п. -- как правило, чересчур длительны, чтобы ребенок этого возраста действительно мог их прослеживать.

В связи с этим «Время» -- одна из самых трудных тем как в дошкольном обучении математике, так и в начальной школе.

Первые представления о времени формируются в дошкольном возрасте: смена времен года, смена дня и ночи, дети знакомятся с последовательностью понятий: вчера, сегодня, завтра, послезавтра.

К началу школьного обучения у детей формируются представления о времени в результате практической деятельности, связанной с учетом длительности процессов: выполнение режимных моментов дня, ведение календаря погоды, знакомство с днями недели, их последовательностью, дети знакомятся с часами и ориентированием по ним в связи с посещением детского сада. Вполне возможно познакомить детей с такими единицами времени, как год, месяц, неделя, сутки, уточнить представление о часе и минуте и их длительности в сравнении с другими процессами. Инструментом измерения времени являются календарь и часы.

Скорость -- это путь, пройденный телом за единицу времени.

Скорость -- величина физическая, ее наименования содержат две величины -- единицы длины и единицы времени: 3 км/ч, 45 м/мин, 20 см/с, 8 м/с и т. п.

Очень трудно дать ребенку наглядное представление о скорости, поскольку это отношение пути ко времени, и ни изобразить его, ни увидеть невозможно. Поэтому при знакомстве со скоростью обычно обращаются к сравнению времени передвижения объектов на равное расстояние или расстояний, пройденных ими за одинаковое время.

Именованными числами называют числа с наименованиями единиц измерения величин. При решении задач в школе с ними приходится выполнять арифметические действия. Знакомство дошкольников с именованными числами предусмотрено в программах «Школа 2000» («Раз -- ступенька, два -- ступенька...») и «Радуга». В программе «Школа 2000» это задания вида: «Найди и исправь ошибки: 5 см + 2 см -- 4 см = 1 см, 7 кг + 1 кг - 5 кг = 4 кг». В программе «Радуга» -- это задания того же вида, но под «именованиями» там подразумевается любое наименование при численных значениях, а не только наименования мер величин, например: 2 коровы + 3 собаки + + 4 лошади = 9 животных.

Математически выполнить действие с именованными числами можно следующим способом: выполнить действия с численными компонентами именованных чисел, а при записи ответа добавить наименование. Такой способ требует соблюдения правила единого наименования в компонентах действия. Этот способ является универсальным. В начальной школе этим способом пользуются и при выполнении действий с составными именованными числами. Например, для сложения 2 м 30 см + 4 м 5 см дети заменяют составные именованные числа на числа одного наименования и выполняют действие: 230 см + 405 см = 635 см = 6 м 35 см либо складывают численные компоненты одних наименований: 2 м + 4 м = 6 м, 30 см + 5 см = 35 см, 6 м + 35 см = 6 м 35 см.

Эти способы используются при выполнении арифметических действий с числами любых наименований.

Единицы некоторых величин

Размещено на Allbest.ru