Физические знания и их формирование
Вы будете перенаправлены на Автор24
Формирование физических знаний
Физические явления окружающего мира издавна интересовали людей. Первые попытки объяснения происходящих явлений были сделан еще до формирования физики как науки.
Идеи об атомном строении вещества зародились еще период 6-2 вв. до н.э. В этот период становления физики была предложена геоцентрическая система мира, а также выявлены простейшие законы статики, законы прямолинейного распространения, закон отражения света. Кроме этого, были заложены начала гидростатики и выявленные простейшие проявление магнетизма и электричества.
Аристотель обобщил полученные знания. Физика Аристотеля включала в себя некоторые верные положения, однако некоторые прогрессивные идеи предшественников, например, атомная гипотеза, отсутствовали. Аристотель не считал опыт важным критерием, определяющим достоверность знания, предпочтение отдавалось умозрительным выводам. Это учение Аристотеля в эпоху Средневековья было канонизировано и на долгое время затормозило развитие физической науки.
В 16 веке Н. Коперником была выдвинута гелиоцентрическая система мира, что стало началом процесса освобождения естествознания от теологии.
Научные исследования стимулировались возрастающими потребностями производства, судоходства, артиллерии. Однако в 15-16 вв. экспериментальные исследования имели в основном случайный характер. Систематическое применение экспериментального метода началось лишь в 17 веке, в результате чего была сформулирована первая фундаментальная теория физики – классическая механика Ньютона
Становление физической науки
Формирование физики как науки в современном значении начинается со второй половины 17 века, с трудов Галилея. Галилей доказал, что воздействие окружающих тел на данное тело определяется не скоростью, как предполагалось в учении Аристотеля, а ускорением тела. Это предположение стало первой формулировкой закона инерции. Галилеем был открыт принцип относительности в механике. Заслугой Галилея является доказательство независимости ускорения свободного падения тел от их массы и плотности. Помимо этого, он дал обоснование гелиоцентрической теории Коперника, построил зрительную трубу с увеличением, изобрел первый термометр, что послужило началом изучения тепловых явлений.
Готовые работы на аналогичную тему
Первая половина 17 века ознаменовалась изучением газов. В этот период было установлено существование атмосферного давления и создан первый барометр. Р. Бойлем и Э. Мариоттом были сформулирован первый газовый закон, получивший название «закон Бойля-Мариотта».
Учеными Р. Декартом и В. Снеллиусом был открыты законы преломления света.
Создание первого микроскопа также относится к 17 веку.
Главным достижением физической науки 17 века является создание классической механики.
Механика Ньютона достигла огромных успехов в объяснении движения небесных тел. На основе законов движения планет Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, который позволил рассчитать точно движение Луны, планет Солнечной системы и комет, а также дать объяснения явлениям приливов и отливов в океане.
Ньютоном были сформулированы классические представления об абсолютном пространстве, представлявшем собой вместилище материи, не зависящем от ее свойств и движения, а также об абсолютном времени, текущем равномерно. Эти представления не менялись до создания теории относительности.
В это время началось развитие физической акустики, определена скорость звука в воздухе. Ньютон определил формулу для вычисления скорости звука.
Во второй половине 17 века были заложены основы оптики, проведены исследования дисперсии света. Это дало начало оптической спектроскопии.
Таким образом, 17 век примечателен тем, что в этот период была построена классическая механика и положены начала:
- акустики,
- оптики,
- учения об электрических явлениях.
В 18 веке развитие классической механики продолжалось. На основе механики была сформулирована механистическая картина мира, которая считала, что все многообразие мира является результатом различия в движении атомов, которые подчиняются законам Ньютона. Такое объяснение считалось полным и достоверным. Эта картина мира на протяжении многих лет оказывала влияние на развитие физики.
Классическая физика
В начале 19 века был сформулирован принцип корпускулярно-волнового дуализма света. Огромное влияние на развитие физики оказало открытие Л. Гальвано и А. Вольтом электрического тока. Создание гальванических батарей позволило обнаружить многообразные действия тока.
В 1831 году Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции. Это стало началом развития новой науки о свойствах и законах поведения электромагнитного поля.
Открытие закона сохранения энергии имело большое значение для физической науки и для всего естествознания. Одновременно с развитием термодинамики происходило развитие молекулярно-кинетической теории тепловых процессов.
К концу 19 века считалось, что изучение физики почти завершено. Считалось, что все физические явления объясняются механикой молекул и эфира. Эфир считался механической средой, в которой происходят электромагнитные явления. Необъяснимыми оставались два факта: отрицательный результат опыта Мейкельсона по обнаружению движения Земли относительно эфира и непонятная зависимость теплоемкости газов и температуры. Эти факты стали основанием для пересмотра представлений классической физики и создания теории относительности и квантовой механики.
Современная физика
В начале 20 века одновременно с физикой атомного ядра стала активно развиваться физика элементарных частиц. Первые успехи в этой области были достигнуты в процессе исследования космических лучей. В этот период были открыты мюоны, пи-мезоны, К-мезоны, гипероны.
Создание ускорителей заряженных частиц дало возможность планомерного изучения элементарных частиц, их свойств и взаимодействий. Благодаря этому было обнаружено существование двух типов нейтрино, выявлено существование большого количества элементарных частиц, включая резонансы. Было обнаружено, что элементарные частицы имеют сложную структуру, которую предстоит изучить. Таким образом, квантовая теория поля еще далека от завершения и современной физике еще предстоит совершить множество открытий.
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
