Способы исследования физических явлений

«Физика» является по происхождению греческим словом со значением «природа», но надо понимать, что физика изучает неживую природу.

Физика – это наука, изучающая наиболее общие свойства тел и явлений неживой природы.

наблюдение;
эксперимент;
моделирование.

Наблюдение – самый старый способ изучения. До средних веков учёные всего мира изучали физические явления в основном при помощи наблюдений. Считается, что первым человеком, который проявил себя в наблюдении, был Аристотель (см. Рис. 1), древнегреческий философ и учёный.

Рис. 1. Аристотель (384–322 до н. э.) (Источник)

Примерно в Средние века начинает развиваться второй способ исследования физики – эксперимент. Одним из самых известных экспериментаторов того времени является Галилео Галилей, итальянский физик, астроном и философ (см. Рис. 2).

Рис. 2. Галилео Галилей (1564-1642) (Источник)

Физический эксперимент – воспроизведение природных или создание новых физических явлений и процессов в определённых условиях с целью исследования, испытания.

На основе наблюдений и физических экспериментов можно строить различные догадки, гипотезы, придумывать объяснения – модели, использовать доступную математику и компьютерное моделирование для описания изучаемых явлений. Моделирование в физике является основой понимания сути явлений и процессов окружающего мира.

Если модель построена правильно, то она позволяет предусмотреть и результаты других экспериментов и наблюдений – даже таких, которые еще никто и никогда не проводил.

Сравнивая различные физические тела или явления, можно заметить, что они всегда имеют некоторые отличия: тела могут быть выше или ниже, легкими или тяжелыми, вытеснять при погружении более или менее воды из сосуда. Явления могут протекать быстрее или медленнее.

Физическая величина – количественная характеристика физического свойства объекта или явления. Указанные различия тел и явлений описывающие такие физические величины, как высота, вес, объем, время.

Механика

Механическое движение тел изучается в разделе физики, который называется механикой.

Слово «механика» греческое и переводится на русский язык как искусство построения машин.

Главная задача механики – это определение местоположения тела в любой момент времени.

Движение – это изменение положения тела в пространстве с течением времени относительно других тел. Для того чтобы охарактеризовать движение, необходимо ввести такие важные понятия, как система отсчёта, которая состоит из системы координат, счётчика времени, и обязательно тело отсчёта, относительно которого мы определяем движение. Также необходимо ввести характеристики движения. Это, в первую очередь, пройденный путь, перемещение, скорость, ускорение.

Одна из основных частей механики, которая называется кинематикой, рассматривает движение тел без выяснения причин этого движения. Кинематика отвечает на вопрос: как движется тело? Другой важной частью механики является динамика, которая рассматривает действие одних тел на другие как причину движения. Динамика отвечает на вопрос: почему тело движется именно так, а не иначе?

Список литературы

Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
Касьянов В.А. Физика 10. – М.: Дрофа, 2000.
М.М. Балашов, А.И. Гомонова, А.Б. Долицкий и др. Физика: Механика 10. – М.: Дрофа, 2004.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

Какова главная задача механики?
Какие методы изучения физических явлений вы знаете?
Вопросы в конце параграфов 1–5. Касьянов В.А. Физика 10 (см. список рекомендованной литературы) (Источник)

Источник

Предмет и структура физики, методы изучения физических явлений

п.1. Предмет и объект изучения физики

Физика – это наука о природе в самом общем смысле. Сам термин «фюзис» — в переводе с древнегреческого «природа» — впервые появляется в работах Аристотеля (IV век до н.э.). При этом «природа» в понимании философа – это не просто окружающая среда, а сущность составляющих её вещей и событий в ней, а познание «природы» — это наблюдение, понимание и объяснение событий.

Примеры наблюдений и объяснений:

Корабли скрываются за линией горизонта

День сменяет ночь

Земля вращается вокруг своей оси, подставляя одну сторону под солнечные лучи

Многократное эхо слышно в просторном помещении или в горах

Звуковые волны отражаются от препятствия (стены или скалы)

Механические, молекулярные, тепловые, электромагнитные, внутриатомные и внутриядерные явления, которые изучает физика, — это наиболее простые и наиболее общие формы движения материи. Они присутствуют в более сложных формах, изучением которых занимаются химия, биология, астрономия, география и другие науки.

Мы воспринимаем окружающий мир с помощью ощущений (зрение, обоняние, осязание, вкус). Построенные нами приборы дополняют наши органы чувств, но и от них мы воспринимаем информацию в основном через зрение.

п.2. Место физики среди других наук

Физика является естественной наукой, поскольку изучает природу. Наряду с физикой к естественным наукам относятся химия, биология, астрономия, география.

Физика является точной наукой, поскольку исследует количественно точные закономерности и использует строгие методы проверки гипотез, основанные на воспроизводимых экспериментах и строгих логических рассуждениях. К точным наукам также относят математику, химию, информатику и некоторые разделы биологии.

Физика является фундаментальной наукой, поскольку включает в себя как теоретические, так и экспериментальные исследования материальных систем, и является основой для остальных естественных наук. Её понятия, законы, теории, методы и средства используются во всех областях науки и техники.

Физика является прикладной наукой в значительной части своих разделов и направлений (акустика, баллистика, гидродинамика, оптика, материаловедение и т.п.), где изучаются конкретные технологические и технические применения полученных знаний в приборах, установках, машинах и механизмах.

п.3. Физические явления

Окружающий нас мир заполнен твёрдыми, жидкими и газообразными физическими телами.

Примеры физических тел:

Песчинка

Пружина

Воздушный шар

Ракета

Планета

Любое физическое тело из чего-то состоит или из чего-то изготовлено.

Сегодня нам известны десятки миллионов веществ. Многие из них можно найти в природе, но гораздо больше создается и применяется человеком.

Источник

Методы исследования в физике

План-конспект урока по теме «Методы исследования в физике»

Тема: «Методы исследования в физике»

Образовательная : Обеспечить и сформировать осознанное усвоение знаний о методах исследования в физике;

Развивающая : совершенствовать интеллектуальные умения (наблюдать, сравнивать, размышлять, применять знания, делать выводы), вызвать интерес и желание изучать новый предмет; развивать познавательный интерес;

Воспитательная : прививать культуру умственного труда, аккуратность, учить видеть практическую пользу знаний, продолжить формирование коммуникативных умений, воспитывать внимательность, наблюдательность.

Тип урока: урок усвоения новых знаний

Оборудование и источники информации:

Исаченкова, Л. А. Физика : учеб. для 7 кл. учреждений общ. сред. образования с рус. яз. обучения / Л. А. Исаченкова, Г. В. Пальчик, А. А. Сокольский ; под ред. А. А. Сокольского. Минск : Народная асвета, 2017

Организационный момент(3 мин)

Актуализация опорных знаний(5 мин)

Изучение нового материала (18 мин)

Закрепление знаний (15 мин)

Итоги урока(5 мин)

Здравствуйте, садитесь! (Проверка присутствующих). Сегодня на уроке мы должны разобраться с методами научного познания окружающего мира . А это значит, что Тема урока : Методы исследования в физике .

Актуализация опорных знаний

За многие тысячелетия своего существования человечество накопило огромные научные знания об окружающем мире. Например, научно доказано, что Земля вращается вокруг оси; что свет в большинстве случаев распространяется прямолинейно; что гроза есть электрический разряд и т. д. Но в результате чего и как появились эти и другие знания? Каков метод научного познания окружающего мира?

Изучение нового материала

Метод научного познания окружающего мира включает несколько этапов. Первый из них — это наблюдение явлений.

Наблюдение осуществляется с помощью органов чувств человека, а также с помощью приборов. Например, в результате повседневных наблюдений установлено, что непрозрачные тела в солнечный день дают тень (рис. 12). На основе дальнейших наблюдений были накоплены факты (результаты наблюдений), говорящие о том, что размеры тени изменяются в течение дня (рис. 13). Ее длина самая большая утром и вечером, а самая малая — в полдень. Как объяснить данные факты? Для этого выдвигается гипотеза (предположение, догадка). Если гипотеза верна, то из нее вытекают полезные следствия.

Гипотез может быть несколько. В рассмотренном примере гипотеза состоит в том, что свет распространяется прямолинейно. Гипотеза иногда может быть и ошибочной, неверной. Тогда выдвигается новая гипотеза.

Гипотеза объясняет известные факты и предсказывает новые , еще неизвестные. Например, что могут образовываться тень и полутень, если источников света несколько или источник один, но он большой (его размеры сравнимы с расстоянием до непрозрачного предмета, дающего тень). Далее следует заключительный этап научного познания — опыт, или экспериментальная проверка гипотезы . Опыты ставятся в лаборатории.

Опыты, проводимые с двумя источниками света (рис. 14) и с одним источником больших размеров (рис. 15), показали, что размеры тени, а также наличие тени и полутени полностью подтверждают гипотезу о прямолинейном распространении света.

Если гипотеза подтвердилась, то она становится законом. Гипотеза существует до тех пор, пока не появляются новые факты, которые ей противоречат. Схематически научный путь познания можно представить так, как показано на рисунке 16.

Каковы источники наших знаний о физических явлениях? Приведите примеры.

Что является основанием для выдвижения гипотезы? Может ли гипотеза быть ошибочной? Приведите примеры, известные вам из других наук.

Какова роль опыта в научном познании?

Почему астрологию нельзя считать наукой?

Итак, подведем итоги.

Познание природы начинается с наблюдений и накопления фактов.

Для объяснения фактов выдвигается гипотеза.

Результаты экспериментальной проверки гипотезы позволяют установить закон.

Появление новых фактов, противоречащих данной гипотезе, приводит к выдвижению новой гипотезы.

Организация домашнего задания

Сегодня на уроке я узнал…

Знания, которые я получил на уроке, пригодятся

Оформление классной доски

Методы исследования в физике

Методы исследования в физике

Гипотеза объясняет известные факты и предсказывает новые, еще неизвестные.

Источник

Физика. 10 класс

Конспект урока

Физика, 10 класс

Урок 1. Физика и естественнонаучный метод познания природы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

предмет изучения физики;

роль и место физики в формировании современной научной картины мира;

понятия: физическая величина, физический закон, физическая теория, эксперимент, моделирование;

методы исследования физических явлений и процессов;

распознавание и распределение конкретных физических понятий по структурным элементам логической цепочки: наблюдение – гипотеза – эксперимент — вывод.

Глоссарий по теме

Моделирование – это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.

Модель – упрощенная версия реального объекта, процесса или явления, сохраняющая их основные свойства.

Научный факт – утверждение, которое можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.

Научная гипотеза – предположение, недоказанное утверждение, выдвигаемое для объяснения каких-нибудь явлений.

Постулат – исходное положение, допущение, принимаемое без доказательств.

Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.

Физическая величина – свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.

Физический закон – основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состоянием тел и других материальных объектов в окружающем мире.

Физический эксперимент – способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях.

Измерение — нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения. Способы измерения: прямой и косвенный

Список обязательной литературы:

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 5 – 9.

1. В.А.Касьянов. Физика.10. Учебник для общеобразовательных учреждений: профильный уровень.

М.: Дрофа, 2005. С. 3-16.

2. Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2012.

Основное содержание урока

Физика тесно связна с астрономией, химией, биологией, геологией и другими естественными науками. Физическими методами исследования пользуются ученые всех областей науки. За последние четыре столетия люди освоили географию, проникли в недра Земли, покорили океан. Человек создал устройства, благодаря которым он может передвигаться по земле и летать, общаться с жителями других континентов, не покидая собственного жилища. Люди научились использовать источники энергии, предотвращать эпидемии смертоносных болезней. Эти и другие достижения – результат научного подхода к познанию природы

Физика – фундаментальная наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.

Физика основывается на количественных наблюдениях. Основателем количественного подхода является Галилео Галилей.

Материя – объективная реальность, существующая независимо от нас и нашего знания о нем. Материя существует в виде вещества и поля.

Формы материи: пространство, время. Движение – способ существования материи.

Все физические процессы и явления, происходящие в природе можно объяснить типами фундаментальных взаимодействий:

Естественнонаучное познание происходит по этапам: Наблюдение – Гипотеза – Теория – Эксперимент. Именно эксперимент является критерием правильности теории.

Особенности научного наблюдения: целенаправлено; сознательно организовано; методически обдумано; результаты можно записать, измерить, оценить; наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.

Эксперимент, как исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования, следует различать на мысленный и реальный.

Примерный план проведения эксперимента

1.Формулировка цели опыта

2.Формулировка гипотезы, которую можно было положить в основу опыта.

3.Определение условий, необходимых для проверки гипотезы, установления причинно-следственной связи.

4. Подбор оборудования и материалов, необходимых для опытов.

5. Практическая реализация опыта, сопровождаемая фиксированием результатов измерений и наблюдений выбранными способами.

6. Математическая обработка полученных данных.

Структура физической теории: основание (фундамент) – ядро – выводы (следствие) – применение. Особенностью фундаментальных физических теории является их преемственность.

Принцип соответствия — утверждение, что любая новая научная теория должна включать старую теорию и её результаты как частный случай.

Гипотеза (от греч. hypóthesis — основание, предположение) — предположение, выдвигаемое перед началом наблюдения или эксперимента, которое должно быть проверено в результате их проведения.

Стандартная формулировка гипотез: «Если …. (факт, следствие), то (значит, при условии) . (причина).

Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. В ходе эксперимента гипотезу доказывают, превращая её в установленный факт (теорию, теорему, закон), ИЛИ же опровергают.

Примерный план изучения физических законов:

1. Связь между какими явлениями (или величинами) выражает закон

2. Формулировка и формула закона.

3. Каким образом был открыт закон: на основе анализа опытных данных или теоретически (как следствие из теории)

4. Опыты, подтверждающие справедливость закона.

5. Примеры использования и учета действия закона на практике.

6. Границы применимости закона.

Одним из важнейших методов исследования является моделирование. Модель – это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление. Примеры физических моделей: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, др.

Для того, чтобы понять и описать эксперимент вводятся физические величины.

С развитием научных знаний появилась необходимость в развитии единой системы единиц измерений.

На Генеральной конференции мер и весов в 1968 г. достигнуто соглашение о международной системе единиц — «единиц измерения СИ», согласно которому базовыми единицами измерения являются семь следующих : метр, килограмм, секунда, ампер, кельвин, кандела, моль (грамм-моль).

Измерить величину — это значит сравнить ее с эталоном, с единицей измерения. Прямое измерение — определение значения физической величины непосредственно средствами измерения. Косвенное измерение – определение значения физической величины по формуле, связывающей её с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.

При обработке результатов измерений нужно оценивать, с какой точностью проводится измерение, какую ошибку допускает ваш прибор, то есть определить погрешность измерений и как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.

Объективность получаемых данных обеспечивают различные физические приборы. Следует различать: приборы наблюдения (микроскоп, телескоп, бинокль и др.) и приборы измерения (термометр, барометр, линейка, весы и др.).

Примеры и разбор тренировочных заданий

Вопросы к кроссворду:

Эксперимент, возможность проведения которого зависит от наличия соответствующей материально-технической и финансовой обеспеченности.
Процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
Вид наблюдения, в котором информация получается при помощи приборов.
Наблюдение за тем, что происходит вокруг, без определенной цели.
Единица измерения, с которой сравнивают измеряемую величину.

2. Подчеркните слова, обозначающие приборы для измерения, одной чертой; приборы для наблюдения – двумя: термометр, бинокль, секундомер, микроскоп, транспортир.

Правильный вариант: Одной чертой: термометр, секундомер, транспортир. Двумя чертами: бинокль, микроскоп.

Источник