Конспект урока в 10 классе "Что изучает физика"

Что изучает физика.

 

Цель урока: Наблюдать    и  описывать физические явления; переводить значения величин из одних единиц в другие; систематизировать информацию и представлять ее в виде таблицы

 

 

Ход урока.

I.                         ИНМ

Вы уже знаете, что физика является важнейшим источником знаний об окружающем мире. Эта наука исследует наиболее общие свойства и формы движения материи. Она ищет ответы на вопросы: как устроен окружающий мир, каким законам подчиняются происходящие в нём явления и процессы.

 

По словам французского писателя Жозефа Эрнеста Ренана (1823-1892), «каж­дый школьник знаком теперь с истинами, за которые Архимед отдал бы жизнь». За последние 400 лет человеческая цивилизация прошла путь познания, неизмеримо больший, чем за всю свою предшествующую историю. За эти годы люди освоили географию и недра Земли, покорили океан. Человек создал устройства, позволив­шие ему летать и передвигаться по земле с огромной скоростью, общаться с жите­лями других континентов, не выходя из собственного жилища, и видеть происхо­дящее в иных краях. Он освоил источники энергии, решил проблемы обеспечения пищей, научился предотвращать эпидемии самых страшных болезней.

 

Эти достижения - плоды научного подхода к познанию природы. Научный дух зародился в Древней Греции. На смену мифам пришли натурфилософские представления о материи, пространстве и времени. Стало возможным от наблю­дений перейти к размышлениям об устройстве мира, причинах и первоосновах происходящего на Земле. Именно «древнегреческому чуду» люди обязаны зарождением физики - науки, преобразовавшей жизнь человека за сотые доли исторического пути цивилизации.

 

Важнейшие физические открытия не только продвигали вперед науку: пере­трачивая мировоззрение людей, они не раз меняли судьбы мира.

 

Система Коперника и теория относительности сформировали облик современного человечества в не меньшей мере, чем войны и революции.

 

Благодаря итальянцу Галилео Галилею (1564-1642 гг.) в естествознание вошло число, от наблюдений ученые перешли к измерениям и расчетам. Это позволило «спрессовать» и упорядочить огромный массив фактов, переведя их на язык формул.

 

Физика – наука о наиболее общих и фундаментальных закономерностях, определяющих структуру и эволюцию материального мира.

 

Физика, как и любая другая наука, основывается на количественных наблюдениях.

 

Галилею также было ясно, что все тела, находящиеся на вращающейся Земле, участвуют в ее движении, подобно тому, как пуля, привязанная или не привязанная к ядру, участвует в одном с ним движении. Камень, падающий с вершины мачты, будет участвовать в движении корабля после отрыва от нее в такой же степени, в какой участвовал в нем, находясь на ее вершине. Значит, камень, бро­шенный с вершины башни, которая стоит на земле неподвижно, упадет к подно­жию независимо от того, движется планета или покоится. В конечном счете, экс­перименты, как реальные, так и воображаемые, позволили Галилею отвести выдвигавшиеся ранее физические возражения против движения Земли.

 

Физические законы выражаются в виде математических соотношений между физическими величинами. Физическая величина - это измеряемая характеристика (свойство) физических объектов (предметов, состояний, процессов). Только одного численного значения недостаточно для характеристики физической величины. Поэтому никогда нельзя опускать соответствующую единицу измерения.

 

В физике применяются следующие семь основных физических величин: Длина, Время, Масса, Температура, Сила тока, Количество вещества, Сила света.

 

С помощью основных величин можно получить другие величины либо используя выражения для законов природы, либо путем целесообразного определения через умножение или деление основных величин.

 

Рассмотрим способы измерения физических величин.

 

Практически, любой опыт, любое наблюдение в физике сопровождается измерением физических величин. Физические величины измеряют с помощью специальных приборов. Многие из этих приборов вам уже известны. Например, линейкой можно измерить линейные размеры тел: длину, высоту и ширину; часами или секундомером – время; с помощью рычажных весов определяют массу тела, сравнивая ее с массой гири, принятой за единицу массы. Мензурка позволяет измерять объемы жидких или сыпучих тел (веществ).

 

Обычно прибор имеет шкалу со штрихами. Расстояния между двумя штрихами, около которых написаны значения физической величины, могут быть дополнительно разделены на несколько делений, не обозначенных числами. Деления (промежутки между штрихами) и числа – это и есть шкала прибора. На шкале прибора, как правило, проставлена единица величины (наименование), в которой выражается измеряемая физическая величина. В случае, когда числа стоят не против каждого штриха, возникает вопрос: как узнать числовое значение измеряемой величины, если его нельзя прочитать по шкале? Для этого нужно знать цену деления шкалы прибора – значение наименьшего деления шкалы измерительного прибора.

 

 

	С = С2 – С1       n

 

 

 

 

C₁ – первое значение величины, С₂ – второе значение величины,

n – число промежутков между ними.

 

Отбирая приборы для проведения измерений, важно учитывать пределы измерений. Чаще всего встречаются приборы только с одним – верхним пределом измерений. Иногда встречаются двухпредельные приборы. У таких приборов нулевое деление находится внутри шкалы.

 

Представим себе, что едем в автомобиле, и стрелка его спидометра остановилась против деления «70». Можно ли быть уверенными в том, что скорость автомобиля равна точно 70 км/ч? Нет, так как спидометр имеет погрешность. Можно, конечно, сказать, что скорость автомобиля равна приблизительно 70 км/ч, но этого бывает недостаточно. Например, тормозной путь автомобиля зависит от скорости, и ее «приблизительность» может привести к аварии. Поэтому на заводе-изготовителе определяют наибольшую погрешность спидометра и указывает ее в паспорте этого прибора. Значение погрешности спидометра позволяет определить, в каких пределах находится истинное значение скорости автомобиля.

 

Пусть погрешность спидометра, указанная в паспорте, равна 5 км/ч. Найдем в нашем примере разность и сумму показания спидометра и его погрешности:

70 км/ч – 5 км/ч = 65км/ч.

70 км/ч + 5 км/ч = 75 км/ч.

Не зная истинного значения скорости, мы может быть уверены, что скорость автомобиля не меньше 65 км/ч и не более 75 км/ч. Этот результат можно записать с использованием знаков «<» (меньше или равно) и «>» (больше или равно): 65 км/ч < скорости автомобиля < 75 км/ч.

 

То, что при показании спидометра 70 км/ч истинная скорость может оказаться равной 75 км/ч, надо обязательно учитывать. Например, исследования показали, что если легковой автомобиль движется по мокрому асфальту со скоростью 70 км/ч, его тормозной путь не превосходит 46 м, а при скорости 75 км/ч тормозной путь возрастает до 53 м.

 

Приведенный пример позволяет сделать следующий вывод: все приборы имеют погрешность, в результате измерения нельзя получить истинное значение измеряемой величины. Можно лишь указать интервал в виде неравенства, которому принадлежит неизвестное значение физической величины. Для прохождения границ этого неравенства необходимо знать погрешность прибора.

 

Познакомимся с погрешностями.

 

Погрешность прибора будем  обозначать греческой буквой «D» (дельта) с указанием прибора. Например, погрешность спидометра запишем так:

D_сп = 5 км/ч.

Результат измерения всегда записывается в таком виде:

Х –D_х < х < Х + D_х.

Величина D_х называется границей абсолютной погрешности измерения (слово «граница» мы будем часто опускать). Она выражается в единицах измеряемой величины.
Пусть D_пр – основная погрешность прибора, Х – его показание, совпадающее со штрихом шкалы. Тогда погрешность измерения D_х равна погрешности прибора, и истинное значение х измеряемой величины находится в интервале:

Х –D_пр < х < Х + D_пр.

Погрешность измерения D_х никогда не бывает меньше погрешности прибора D_пр.
Часто указатель прибора не совпадает со штрихом шкалы. Тогда определить расстояние от штриха до указателя очень трудно. Вот другая причина возникновения погрешности, называемой погрешностью отсчета. Эта погрешность отсчета, например, для спидометра, не превосходит половины цены деления.

 

Без сравнения с измеряемой величиной абсолютная погрешность ничего не говорит о качестве измерения. Одна и та же погрешность в 1 мм при измерении длины комнаты не играет роли, при измерении длины тетради уже может быть существенна, а при измерении диаметра проволоки совершенно недопустима.

 

Поэтому вводят относительную погрешность, показывающую, какую часть абсолютная погрешность составляет от истинного значения измеряемой величины. Относительная погрешность представляет собой отно­шение абсолютной погрешности к истинному значению измеряемой величины:

 

 

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, пустое пространство, где пребывают они и где двигаться могут различно».

§  XVIII – XIX вв. – сформирована механическая картина мира.

§  Вторая половина XIX в. – начало XX в. – электромагнитная природа.

§  Середина ХХ в. – современная физическая картина мира, включающая теорию относительности и квантовую теории.

 

Свершились все мечты, что были так далёки.

Победный ум прошёл за годы сотни миль.

Про электричество пишу я эти строки,

А у ворот, гудя, стоит автомобиль.

В. Я. Брюсов.

 

Огромную роль в развитии техники играли фундаментальные открытия. Назову лишь некоторые из них.

 

А) Возникновение электротехники как результат исследований многих учёных в области электромагнетизма. Создание телеграфа, электрических осветителей, телефона, радио, электродвигателей, открытие линий метрополитена – триумфальное шествие изобретений XIX века.

 

Б) Развитие электроники как результат открытия электрона и создание квантовой теории. Вакуумная полупроводниковая микроэлектроника приводит к созданию совершенных систем радиосвязи, развивается телевидение, совершенствуется ЭВМ, появляются персональные компьютеры, создаётся лазер, т. е. всё, что так привычно для современного человека.

 

В) Исследования в области ядерной физики позволили решить энергетические проблемы, родилась ядерная энергетика.

 

Каждый человек должен представлять, как устроен мир, в котором он живёт, беречь и преобразовывать его для последующих поколений. Поэтому он должен понимать, по каким законам происходят процессы в природе, и уважать их.

 

Во всём подслушать жизнь стремясь,

Спешат явленья обездушить,

Забыв, что если в них нарушить

Одушевляющую связь,

То больше нечего и слушать.

Гёте.

 

Физика должна способствовать формированию нового типа мышления учащихся, учить видеть глобальные проблемы современного мира, вырабатывать адекватное отношение к окружающему миру.

 

Рассмотрим, как добывается научная истина.

 

В основе науки физики лежит понятие материи. Из курса физики 7 класса вы знаете, что материя - это все то, что существует во Вселенной, независимо от нашего сознания. Материя в нашем мире существует в виде вещества и поля

 

Есть два основных метода изучения физики – эксперимент и теория, которые удачно дополняют друг друга.

 

                          О, сколько нам открытий чудных

                          Готовят просвещенья дух

                          И опыт, сын ошибок трудных,

                          И гений, парадоксов друг,

                          И случай, бог изобретатель.

                                                                  А.С. Пушкин

Удивительно точно подметил великий поэт характер научной деятельности. Что опыт – «сын ошибок трудных», вы можете почувствовать, выполняя лабораторные работы, что гений – «парадоксов друг» - об этом вы узнаете, решая задачи. А случай? Есть и он! Настойчивым и внимательным всегда везёт. И это – хорошо.

 

Рассмотрим, как происходила эволюция физики как науки.         

 

РЭШ. Ф10. Урок 1

https://resh.edu.ru/subject/lesson/5894/main/90075/

 

Физику называют экспериментальной наукой. Дело в том, что опыт имеет в этой науке очень важное значение. Многие законы физики открыты благодаря наблюдениям за явлениями природы или специально поставленным опытам.

 

С чего начинается работа физика?

 

Проводя опыт (эксперимент), физик как бы вопрошает природу. А для того, чтобы ее ответ был ясным и четким, требуется особое искусство: вопрос природе нужно задавать так, чтобы исключить различные толкования ответа, т. е. он дол­жен быть однозначным и доказательным. Этот ответ природа дает в виде показа­ний приборов. В прошлом приборы были простыми. Считалось, что тот, кто не способен собрать нужный ему прибор из подручных материалов, имеющихся в любой лаборатории, - стеклянных трубок, обрезков резиновых шлангов, пало­чек, сургуча и т. п. - недостоин звания физика.

 

Со временем вопросы, которые физики задавали природе, стали более изощ­ренными, касались все более тонких и сложных явлений, и приборы соответствен­но стали сложнее.

 

Результаты физической теории передаются в какой-то момент инженерам, которые воплощают их в новые технические приборы, инструменты, позволяю­щие задавать новые вопросы природе. Цикл повторяется сначала, но не по замк­нутому кругу, а по развертывающейся - с каждым разом все шире - спирали. Процесс познания бесконечен.

 

Остановимся подробнее на методах изучения физики.

 

1. Моделирование.

 

Модель как приближение к реальной действительности характеризует лишь отдельные её стороны и имеет определённые границы применяемости: (Модель материальной точки, Модель идеального газа, модель структурного строения вещества, модель физических полей и т. д.)

 

2. Экспериментальный метод.

 

§  выдвижение гипотез 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.

 

Все бесконечное разнообразие физических процессов, происходящих в нашем мире, можно объяснить существованием в природе очень малого количества фундаментальных взаимодействий. Рассмотрим эти взаимодействия (15-18).

III. Домашнее задание

§ 1-3. Эссе «Физика – наука о природе»

 

Скачано с www.znanio.ru