Способы исследования физического явления

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары

Методы исследования физических явлений. Наблюдение и эксперимент. Физические величины и их единицы

Представления о природе каждый человек (и первоначальная, и современная) получала и получает с помощью органов чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса.

Но для того, чтобы как следует разобраться в окружающем мире, нужно как-то систематизировать эти представления, найти связи между явлениями — только тогда появляются научные знания.

Физика — наука в первую очередь экспериментальная, она опирается на наблюдения и опыты.

Физика — наука экспериментальная. Опирается на наблюдения и опыты.

Ограничиться при изучении физических явлений только наблюдениями нельзя, даже если эти наблюдения проводятся систематически и целенаправленно.

Многие из вас не раз наблюдал молнию, но вряд ли кто-нибудь на основании одних наблюдений смог бы доказать, что молния — это гигантский электрический разряд. А при физических экспериментах (опытах) ученые сами воспроизводят явление при разных условиях, не дожидаясь, пока оно пройдет в природе. На основе полученных данных можно уже делать выводы о природе явления.

Демонстрируется электрический разряд с помощью электрофорной машины или высоковольтного преобразователя. Посмотрите: мы воспроизводим на учительском столе то же явление, что происходит в момент грозового разряда (в старших классах вы узнаете, что это явление называют искровым разрядом). Разумеется, масштабы другие: вместо ослепительной вспышки — искорки, а вместо оглушительных раскатов грома — потрескивание. Но при необходимости (а она иногда возникает) ученые могут воспроизвести это явление и в гораздо более впечатляющем виде. А если мы способны воспроизвести явление, значит, мы правильно разобрались в его причинах.

Итак, чем наблюдения отличаются от опытов?

Ответы учащихся обсуждаются и при необходимости дополняются.

Опыты проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану; во время опыта, как правило, осуществляют измерения.

На основании проведенных наблюдений и опытов ученые строят теорию, что позволяет объяснить полученные результаты. Если теория построена правильно, то она позволяет предусмотреть и результаты других экспериментов и наблюдений — даже таких, которые еще никто и никогда не проводил! Так ученым удалось «на кончике пера» открыть дальние планеты Солнечной системы (Нептун и Плутон). Они рассчитали: если направить телескоп на определенный участок звездного неба, то там окажется неизвестная ранее планета. И предвидение оправдалось! А вот попытки сформулировать законы природы, не опираясь на экспериментальные данные, только умозрительным путем, часто приводили к ошибкам. Одной из самых известных ошибок допустил крупный ученый античности Аристотель. Он считал очевидным, что тяжелые тела должны падать на Землю быстрее, чем легкие. Через две тысячи лет другой великий ученый, Галилео Галилей, доказал неправильность этого утверждения: пушечное ядро и мушкетная шар падали с наклонной Пизанской башни практически одновременно.

Демонстрируется опыт с падением книжки и бумаги.

Если их отпустить одновременно с одинаковой высоты, то книжка упадет быстрее. Если лист бумаги положить под книгу, то они упадут одновременно (желательно, чтобы размеры книги и листа были примерно одинаковыми).

Как вы думаете, что упадет быстрее, если лист бумаги положить на книжку?

Вероятнее всего, дети выразят две гипотезы:

1) книга упадет быстрее,

2) оба тела упадут одновременно.

На этом примере можно показать, как формируются знания о природе в науке. Результат эксперимента вызывает оживление в классе, потому что для большинства детей он вовсе не является очевидным. Объяснение будет дано позже.

Итак, всякая физическая теория строится на основе наблюдений и опытов, когда же теория построена, опыты и наблюдения позволяют проверить, насколько она верна.

Наблюдение — формулирование проблемы — выдвижение рабочей гипотезы — проведение научного эксперимента — создание теории — предсказание новых эффектов.

2. Сравнивая различные физические тела или явления, мы можем 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. Возможно, учащиеся вспомнят, что разные тела могут быть по-разному нагретые, иметь разный цвет и т.д..

Какие еще примеры физических величин вы можете привести?

Скорее всего, дети назовут площадь, массу, температуру и т.д..

На уроках в младших классах вы знакомились с некоторыми физическими величинами. Попробуем систематизировать свои знания, заполняя таблицу. Очень полезно эту таблицу начертить не в текущем конспекте, а в конце тетради. Это позволит по мере изучения новых физических величин продолжать заполнение таблицы (на следующих уроках мы планируем делать ссылки на таблицу при изучении новых величин).

Итак, мы записали с вами несколько физических величин. По мере изучения нового материала в курсе физики вы будете продолжать заполнения таблицы.

Особенностью физических величин является то, что их можно измерить.

Измерить какую-либо величину — значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Для каждой физической величины есть соответствующие единицы. Различных единиц достаточно много: например, длину можно измерить в мм, см, дм, м, км и так далее.

Основная единица длины — 1 м.

По международному соглашению используется Международная система единиц — СИ. В ней принято всего 7 основных единиц (среди них — метр, секунда, килограмм). Со всеми единицами СИ мы познакомимся на следующих уроках физики.

В процессе измерения физических величин с помощью приборов получают значения физических величин. Когда говорят о значении физической величины, то имеют в виду некоторое число (числовое значение величины) и единицу физической величины. Например, известно, что высота комнаты 2 м. В этом выражении число 2 — числовое значение, м — обозначение единицы длины, а сочетание 2 м — значение высоты. Записывается это так: h = 2 м.

Тема. Методы изучения физических явлений. Наблюдение и эксперимент. Физические величины и их единицы измерения.

Физика — наука экспериментальная. Опирается на наблюдения и опыты.

Опыты проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану; под

время опыта, как правило, осуществляют измерения.

выдвижение рабочей гипотезы

проведения научного эксперимента

предсказания новых эффектов

Физическая величина — количественная характеристика физического свойства объекта или явления.

Измерить какую-либо величину — значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Источник

Способы исследования физического явления

«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.

Методы изучения физических явлений:
1. наблюдение;
2. эксперимент;
3. 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

1. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. Физика 10. – М.: Просвещение, 2008.
2. Касьянов В.А. Физика 10. – М.: Дрофа, 2000.
3. 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

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

Источник

10 класс

Глава 1. Физика и естественно-научный метод познания природы

§ 1. Физика и объекты её изучения. Методы научного исследования в физике

Физика — фундаментальная наука о природе.

Не секрет, что энергетические ресурсы Земли (нефть, газ, каменный уголь, природный газ и др.), рудные месторождения быстро истощаются. Без развития «чистой» энергетики, использующей возобновляемые ресурсы, без создания новых материалов и открытия новых источников энергии человечество в скором будущем полностью истратит запасы ископаемого топлива. Другими словами, без фундаментальных научных изысканий, технических достижений человечеству не обойтись при решении этих и других жизненно важных задач. Поэтому так важно приобретать, развивать и передавать «по эстафете» будущим поколениям научные знания. Ведь новые открытия и изобретения совершаются, как правило, на основе уже накопленных знаний!

Развитие науки о природе позволило создать современную технику, и это, в конечном счёте, привело к преобразованию окружающего нас мира. Основополагающую роль в этом процессе сыграла и продолжает играть физика.

Физика изучает строение материи и разнообразные виды её движения во Вселенной, т. е. во всём существующем материальном мире.

Объектами изучения физики являются механические, тепловые, электромагнитные, квантовые явления, физические поля и элементарные частицы. Фактически цель физики сводится к следующему. Во-первых, установить наиболее общие (фундаментальные) законы природы; во-вторых, объяснить конкретные явления и процессы действием этих общих законов. Наиболее глубоко происходящие явления и процессы можно объяснить на основе системных представлений о строении различных веществ. Выявление строения вещества также составляет задачу физики.

Физика стала наукой в современном понимании лишь в эпоху Возрождения — она выделилась из натурфилософии в XVII в. Именно тогда люди начали описывать накопленный ранее фактологический материал (данные наблюдений различных явлений) на математическом языке, исследовать их закономерности на основе эксперимента. Тем самым, человечество вступило на путь научного познания природы, который оказался очень плодотворным.

Одним из первых эффективность нового пути осознал Леонардо да Винчи (1452—1519). Он писал: «Истолкователь ухищрений природы — опыт; он никого не обманывает; лишь наше суждение само себя иногда обманывает. Нужно руководствоваться показаниями опыта и разнообразить условия до тех пор, пока мы не извлечём из опыта общих законов, ибо лишь опыт открывает нам общие законы. »

Стимулом к развитию естествознания XVII в. стал призыв к экспериментальному изучению природы со стороны английского философа Фрэнсиса Бэкона (1561 —1626). Он пришёл к важному заключению: законы природы могут датъ неизмеримо больше, чем заключено в том опытном материале, на основе которого они получены.

Наука в современном понимании, по мнению физика-теоретика Виктора Вайскопфа (1908—2002), возникла тогда, когда вместо попыток получить ответы на глобальные вопросы люди начали интересоваться простыми, на первый взгляд, незначительными фактами. Например, падением камня, нагреванием воды, когда в неё бросают кусок раскалённого железа, и т. д. Эти факты можно описывать точно и количественно. Любой человек при желании мог убедиться в их справедливости, проверить их. Вместо того чтобы задавать общие вопросы и получать частные ответы, учёные начали задавать частные вопросы и получать общие ответы. Этот процесс продолжал развиваться: вопросы, на которые мог быть получен ответ, становились всё более общими. «Самый непостижимый факт, — как сказал однажды Альберт Эйнштейн (1879—1955), — заключается в том, что природа познаваема». В процессе познания законов природы отчётливо проявилась и продолжает проявляться справедливость мысли Бэкона о возможности нахождения общих законов на основе частных фактов, установленных в ходе точных экспериментов.

Физика — это наука, занимающаяся изучением самых общих свойств окружающего нас материального мира, поэтому физические понятия и законы широко используют в любом разделе естествознания, даже если при этом ограничиваются простым описанием предметов и явлений. Ведь при таком описании нельзя обойтись без физических представлений о размерах, длительности, массе, цвете и т. д.

К настоящему времени физика имеет многогранные связи с астрономией, геологией, химией, биологией и другими естественными науками. Она многое объясняет в этих науках, предоставляет им современные средства для исследования (радиотелескопы, электронные микроскопы, лазеры, рентгеновские установки и т. д.), а также физические методы исследования. Кроме того, физика является фундаментом техники. Строительная техника, гидротехника, теплотехника, электротехника и энергетика, радиотехника и другие технические дисциплины возникли па основе физики.

Методы научного исследования в физике.

На рубеже XVI-XVH вв. итальянский учёный Галилео Галилей (1564—1642), обобщая результаты исследований, создал естественно научный метод познания природы. Этот метод используется во всех естественных науках. В чём же он заключается?

Прежде всего, определяется объект исследования, составляется план работы и собирается экспериментальная установка для проведения опытов. Анализ результатов наблюдения и опытов позволяет сформулировать теоретическое предположение, называемое гипотезой. Она является обобщением опытных данных, но при этом включает и элементы нового знания. Из гипотезы можно получить следствия, предсказать новые факты, а затем проверить их на опыте. Экспериментальная проверка следствий подтверждает гипотезу, которая становится законом.

Таким образом, схема естественно-научного метода познания выглядит следующим образом: наблюдение → гипотеза → следствия → эксперимент. Он тесно связан с другими методами познания и включает в себя методы теоретического и экспериментального познания природы (наблюдение, моделирование, анализ, синтез, идеализация и др.).

Задачи, стоящие перед физикой, определяют особенности физических методов исследования. При изучении физики уже недостаточно карандаша и бумаги — привычных принадлежностей математика. Физика, в отличие от математики, — экспериментальная наука.

Физический эксперимент — важнейший метод исследования природы. Посредством эксперимента в лабораторных условиях можно воспроизвести природное явление, наблюдать за ним, осуществлять измерения.

Законы физики основаны на фактах, которые устанавливаются главным образом в результате планомерных наблюдений. Правда, бывают и случайные открытия, как, например, обнаружение радиоактивного распада урана или рентгеновского излучения.

Любое явление или процесс, свойства любого конкретного тела очень сложны, поэтому, приступая к исследованию физического явления, мы должны выделить то главное, от чего это явление зависит существенным образом, и отбросить второстепенные обстоятельства, которые в рассматриваемом явлении не играют существенной роли. Без такого упрощения исследование физических явлений невозможно — самые простые явления приводили бы к сложным, неразрешимым теоретически задачам. Такой метод научного исследования называют «моделировамие».

Например, из курса физики основной школы вам известна такая модель как материальная точка. Однако в физике это понятие рассматривается как некоторое приближение к действительности, которое справедливо только при определённых условиях. Каждый раз нужно выяснять, выполняются эти условия или нет. Так, при рассмотрении притяжения планет к Солнцу размеры планет и Солнца намного меньше расстояний между ними. Поэтому и планеты, и Солнце можно считать материальными точками. Такое упрощение позволяет установить характер движения планет. Но если расстояния между взаимодействующими телами не очень велики по сравнению с их размерами, то считать их материальными точками уже нельзя. Так, движение искусственных спутников и Луны заметно зависит от размеров и формы Земли.

Вопросы:

1. Что изучает физика?

2. Приведите примеры объектов изучения физики.

3. Назовите основные цели физики как науки.

4. Как физика связана с другими науками? Приведите примеры.

5. В чём состоит естественно-научный метод познания природы?

6. Какие методы научного исследования в физике вам известны?

Вопросы для обсуждения:

1. Среди объектов, перечисленных ниже, укажите физические модели:

б) материальная точка;

в) деревянный брусок;

г) математический маятник;

2. Пусть исследуемым объектом является металлический диск, подвешенный на упругой проволоке, длина которой намного больше размеров диска, а) Какими свойствами объекта можно пренебречь, если нас интересует вопрос о периоде колебаний диска, происходящих после того, как проволоку отклонили в вертикальной плоскости на некоторый угол (период — время, в течение которого диск возвращается в исходное положение)? б) Какими свойствами объекта можно пренебречь, изучая колебания диска вокруг проволоки как оси?

Источник