Урок по теме « Физика и познание мира. Экспериментальный характер физики. Классическая механика Ньютона»
Цель урока: выяснить роль физики в современном мире; сформулировать понятие о научном методе познания природы, обосновать необходимость введения физических моделей и физических величин, дать представление о классической механике Ньютона и границах ее применимости.
Ход урока
1. Изучение нового материала
Роль физики в современном мире.
А. Физика как важнейший источник знаний об окружающем мире. Физика исследует наиболее общие свойства и формы движения материи. Она ищет ответы на вопросы: как устроен окружающий мир, каким законам подчиняются происходящие в нем явления и процессы.
Основные этапы познания «первоначала вещей»:
• 50 г. до н.э. Лукреций Кар: мир — это атомы, движущиеся в пустоте. «Всю, самоё по себе, составляют природу две вещи: это, во-первых, тела, во-вторых же, пустое пространство, где пребывают они и где двигаться могут различно».
Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает
В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,
Множество маленьких тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,
Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света.
Можешь из этого ты уяснить себе, как неустанно
Первоначало вещей в пустоте необъятной метутся.
Так о великих вещах помогают составить понятие
Малые вещи, пути намечая для их постиженья.
Кроме того, потому обратить тебе надо вниманье
На суматоху в телах, мелькающих в солнечном свете,
Что из нее познаешь ты материи также движенье,
Происходящее в ней потаенно и скрыто от взора.
Ибо увидишь ты сам, как много пылинок меняют
Путь свойств скрытых толчков и опять отлетают обратно,
Вечно туда и суда разбегаясь во всех направлениях
«О природе вещей движения пылинок в солнечном свете»
• ХУIII — ХIХ вв. — сформирована механическая картина мира
. • Вторая половина ХIХ в. — начало ХХ в. — электромагнитная картина.
• Середина ХХ в. - современная физическая картина мира, включающая теорию относительности и квантовую теорию. Возникли
новые научные дисциплины:
Химическая физика квантовая химия исследует электронное строение фотохимия
атомов и молекул, физическую плазмохимия
природу химических связей радиационная химия
Астрофизика физика Солнца
изучает многообразие физических физика звезд
Явлений во Вселенной физика межзвездной
среды
космология
Биофизика биоэнергетика
изучает физико-химические фотобиология
явления в живых организмах радиобиология
Геофизика физика твердой земли
исследует внутренне строение физика моря
Земли физика атмосферы
Агрофизика изучает физические процессы в почве
Петрофизика исследует связь физических свойств горных пород с их структурой.
Б. Физика как основа научно-технического прогресса.
Свершились все мечты, что были так далеки.
Победный ум прошел за годы сотни миль.
Про электричество пишу я эти строки,
А у ворот, гудя, стоит автомобиль.
(1912 г. В.Я Брюсов)
Какую роль играли фундаментальные исследования в развитии техники?
А) Возникновение электротехники как результат исследований многих ученых в области электромагнетизма. Создание телеграфа, электрических осветителей, телефона, радио, электродвигателей, открытие линий метрополитена — триумфальное шествие изобретений ХIХ века.
Б) Развитие электроники как результат открытия электрона и создание квантовой теории. Вакуумная полупроводниковая микроэлектроника приводит к созданию современных систем радиосвязи, развивается телевидение, совершенствуется ЭВМ, появляются персональные компьютеры, совершенствуются лазерные технологии, т.е. все то, что так привычно для современного человека.
В) Исследования в области ядерной физики позволили решить энергетические проблемы, родилась ядерная энергетика.
В. Физика как важнейший компонент общечеловеческой культуры.
Каждый человек должен представлять, как устроен мир, в котором он живет, беречь и преобразовывать его для последующих поколений. Поэтому он должен понимать, по каким законам происходят процессы в природе, и уважать их.
Во всем подслушать жизнь стремясь,
Спешат явленья обездушить,
Забыв, что если в них нарушить
Одушевляющую связь,
То больше нечего и слушать.
(Гете. Фауст)
Физика должна способствовать формированию нового типа мышления учащихся, учить видеть глобальные проблемы современного мира, вырабатывать адекватное отношение к окружающему миру.
Научный метод познания.
А. Моделирование .
Модель как приближение к реальной действительности характеризует лишь отдельные ее стороны и имеет определённые границы применяемости
• модель материальной точки,
• модель идеального газа;
• модель структурного строения вещества;
• модель электронного газа;
• модель физических полей и др.
Б. Экспериментальный метод:
• выдвижение гипотезы на основе имеющихся знаний, наблюдений, подлежащих экспериментальной проверке;
• планирование эксперимента, отбор оборудования;
• проведение опытов;
• анализ результатов, выяснение количественной связи между физическими величинами, выявление частных закономерностей, развитие теории явления. В. При изучении школьного курса физики особое значение имеют физические величины, которые вводятся для описания происходящих явлений и позволяют пользоваться математическими методами и операциями:
• определение средних величин;
• составление уравнений, неравенств;
• исследование зависимостей между физическими величинами, прямая и обратная пропорциональность;
•графическое изображение результатов измерения;
• формулировка законов в количественной форме.
Научный метод познания позволяет находить законы явлений, которые приводят к построению теории явления, дает возможность предвидеть новые неизвестные особенности явления, требующие новой экспериментальной проверки. Человек получает возможность управлять явлениями природы и использовать их во благо человека. Но многие явления достаточно сложны, так как в них переплетаются различные процессы.
Например, явление грозы - это следующие процессы:
а) тепловые (испарение и конденсация воздушного пара);
б) электрические (возникновение электрических зарядов и электрического напряжения между грозовыми облаками);
; в) оптические (молния, возникновение электрического разряда);
г) акустические (гром);
д) механические (падение капель, ветер, движение облаков, образование вихрей).
Беседа по вопросам:
Приведите примеры физических явлений
Перечислите процессы, которыми сопровождаются физические явления .
Практически любые явления природы сопровождаются механическими процессами.
Курс физики 10 класса начинается с изучения механических явлений как наиболее простых, и знание законов механики окажет существенную помощь при изучении других физических явлений.
З. Что изучает механика?
Механика — от греческого слова «механэ» (машина, приспособление). Еще в древности египтяне, греки и римляне применяли различные машины в военных целях (метательное орудие), в строительстве, где использовали движение колес, рычагов, канатов.
Нет и не может быть абсолютно неподвижных тел. Движутся люди на улицах сел и городов, животные и птицы, средства транспорта, Земля, планеты, кометы, космические корабли, электроны в линиях электропередач, кровь в кровеносных сосудах, молекулы, атомы, свет. Могут двигаться и нематериальные тела: солнечный зайчик, тень.
Механическое движение — изменение положения тела в пространстве относительно других тел с течением времени.
Любое движение, а также покой тела относительны.
Кажется нам, что корабль, на котором плывем, неподвижен,
Тот же, который стоит причаленный, мимо проходит.
Кажется, будто к корме убегают холмы и долины,
Мимо которых идет наш корабль, паруса распустивши...
Так физически точно описал относительность движения Тит Лукреций Кар.
II. Классическая механика Ньютона и границы ее применимости.
Исторические сведения о жизни и деятельности И. Ньютона.
Новые явления, не подчиняющиеся законам механики: электромагнитные, движение микроскопических частиц, движение тел со скоростями, близкими к скорости света.
Классическая механика Ньютона — механика, основанная на законах Ньютона.
III . Повторение основных понятий кинематики.
Кинематика — часть механики, изучающая способы описания движений без исследования причин, вызывающих эти движения.
Способы описания движения тела:
I способ: описание движения некоторой точки движущегося тела.
П способ: описание движения тела с помощью модели материальной точки.
Обсуждение вопросов.
— Что называется материальной точкой?
— При каких условиях реальное тело можно мысленно заменить материальной точкой?
— Можно ли принять за материальную точку снаряд:
а) при расчете дальности полета снаряда?
б) при расчете формы снаряда, обеспечивающей уменьшение сопротивления воздуха?
в) Вычисляют давление трактора на грунт.
г) Определяют высоту взлета ракеты.
д) Рассчитывают работу, совершенную при поднятии в горизонтальном положении плиты перекрытия известной массы на заданную высоту.
е) Определяют объем стального шарика, пользуясь измерительным цилиндром (мензуркой).
ж) Рассчитывают путь, пройденный железнодорожным составом длиной около 1 км за несколько секунд.
з) Определяют скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца.
4. Определение положения точки в пространстве.
Обсуждение вопросов:
— Почему для описания движения тела необходимо выделить особое тело — тело отсчета?
— Можно ли тело отсчета выбрать произвольно?
— Изменится ли положение тела в пространстве, если заменить одно тело отсчета на другое?
— Какие системы координат вам знакомы?
— Что называют системой отсчета?
5. Решение упражнений.
Изобразите положение точки a и b на
плоскости, если ее координаты равны:
х1 = 2м; y1 = 4м, координаты точки В равны
х2= -Зм; у2= -2м.
2. Изобразите положение точки a в пространстве, если ее координаты равны:
х1=2м; у1=Зм; z1= 4м.
[pic]
IV. Итоги урока.
V. На дом: §1,2. *
