Конспект уроку на тему "Зародження та розвиток фізики як науки. Методи наукового пізнання"

Фізика – 10                                     Урок 1/1                        Дата ________________

Тема уроку. Зародження та розвиток фізики як науки. Методи наукового пізнання

Мета уроку: дати учням уявлення про зародження та розвиток фізи­ки як науки, а також про методи

                        наукового пізнання, розвивати уважність, виховувати кмітливість.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Періоди розвитку знань на різних етапах еволюції людства

а) Первісне суспільство

Людина здобувала знання про навколишній світ у суворій бо­ротьбі за існування. У цій боротьбі відокремилися від тваринного світу її далекі предки, розвинулися її моторика та інтелект. Від ви­падкових і неусвідомлених дій з палицями й камінням для захисту або добування їжі вона (людина) еволюціонувала до виготовлення знарядь. Спочатку це були грубо й примітивно оброблені шматки каменю. Потім знаряддя набувало більш досконалих форм: лук і стріли, рибальські снасті, мисливські пастки — перші програму­вальні пристрої. Найбільшим завоюванням людини було винайден­ня й використання вогню. У цій еволюції, яка тривала тисячі років, формувалася свідомість людини, розвивалася мова, накопичува­лися знання та уявлення про світ, виникали перші антропоморфні

пояснення навколишніх явищ, залишки яких збереглися й у нашій мові. Як і у первісної людини, у нас сонце «ходить», місяць «дивить­ся» і т. п. Іншого способу зрозуміти природу, окрім як уподібнення її до себе (живої істоти), наділення її почуттям і свідомістю, у первіс­ної людини не було. Саме це й стало джерелом розвитку і наукових знань, і релігійних уявлень. Поряд з цими фантастичними уявлен­нями про природу людина збагачувалася реальними знаннями про небесні світила, рослини й тварини, про рух і сили, метеорологічні явища і т. п. Накопичені знання та практичні навики, передаючись від покоління до покоління, утворювали первинний фон майбутньої науки. У процесі розвитку суспільства та суспільної праці накопичу­валися передумови для створення стійкої цивілізації.

б) Стародавні цивілізації Єгипту й Китаю

Піраміди Єгипту, які збереглися до наших днів, свідчать про те, що вже в III тисячолітті до н. е. держава могла організувати великі маси людей, вести облік матеріалів, робочої сили, витраче­ної праці, для чого потрібні були спеціальні люди — працівники розумової праці. Господарські записи в Єгипті вели писарі, яким належить заслуга у фіксуванні наукових знань свого часу. Відомі пам'ятники II тисячоліття — папірус Ринд, що зберігається в Бри­танському музеї, і Московський папірус — містять розв'язування різних задач, що зустрічаються в практиці математичних обчис­лень, обчислень площі та об'ємів. У Московському папірусі виведе­но формулу для обчислення об'єму усіченої піраміди. Площу кола єгиптяни обчислювали, підносячи в квадрат вісім дев'ятих діаме­тра, що давало дуже точне наближене значення — 3,14.

Визначення часу початку розливу Нілу вимагало ретельних астрономічних спостережень. Єгиптяни розробили календар, що складався з дванадцяти місяців по ЗО днів і п'яти додаткових днів у році. Місяць був поділений на три десятиденки, доба — на двадцять чотири години: дванадцять денних, дванадцять ніч­них. Оскільки тривалість дня й ночі змінювалася впродовж року, година була не постійною, а змінювалася відповідно до пори року.

Найбільш давнім періодом китайської цивілізації вважається епоха існування першої держави Шан-Інь, рабовласницької країни в долині річки Хуанхе. Мистецтво бронзового лиття дозволяло ви­готовляти різні посудини, прикрашені складними зображеннями.

Уже в епоху Шан було відкрито ідеографічну писемність, що шляхом тривалого вдосконалення перетворилася на ієрогліфіч­ну каліграфію, було складено місячний календар.

Рання імператорська епоха Давнього Китаю зробила внесок у розвиток світової культури та цивілізації такими відкриттями, як компас, спідометр і сейсмограф. Згодом було винайдено друкар­ство та порох. Саме в Китаї у сфері писемності й друкарства було створено папір і рухомий шрифт, а у військовій техніці — гармати й стремена; було також винайдено механічний годинник і вдоско­налено мистецтво шовкоткацтва.

Давні китайці були освіченими астрономами, саме вони склали одну з перших у світі зоряну карту.

Китайська медицина впродовж три тисячолітньої історії дося­гла значних результатів. У Давньому Китаї вперше була написана «Фармакологія», уперше почали проводити хірургічні операції із застосуванням наркотичних засобів, уперше застосували й опи­сали в літературі методи лікування голковколюванням, припікан­ням і масажем.

в) Фізика й астрономія в Давній Греції

Незважаючи на величезні заслуги Давнього Сходу перед на­укою, справжньою батьківщиною сучасної науки є Давня Греція. Саме тут виникла теоретична наука, що створила наукові уявлення про світ, які не зводяться лише до практичних рецептів; саме тут розвивався науковий метод.

Якщо єгипетський або вавилонський переписувач, формулю­ючи правило обчислення, писав: «роби так», не пояснюючи, чому слід «робити так», то грецький учений вимагав доказів. Засновник атомістики Демокріт висловився з цього приводу так: «Знаходжен­ня одного наукового доказу для мене означає більше, ніж оволодін­ня всім Перським Царством».

Сучасна наука добре запам'ятала, кому вона зобов'язана своїм народженням. Про це свідчать назви наук: математика, механіка, фізика, біологія, географія та ін.; наукові терміни грецького похо­дження (маса, атом, електрон, ізотоп тощо); уживання грецьких літер у формулах і, зрештою, імена грецьких учених: Фалеса, Пі­фагора, Демокріта, Арістотеля, Архімеда, Евкліда, Птолемея та ін­ших, що збереглися в науковій літературі.

2. Початок нової ери у фізиці

У середині XV ст. Європа змінює напрями розвитку в еконо­мічній, політичній та культурній сферах. Будівництво міст, відо­кремлення ремісничого (промислового) виробництва від сільського господарства — все це стало поштовхом до руйнації натурального

господарства, активного розвитку торгівлі, зростання значення грошей, появи нових суспільних сил: купці, банкіри, заможні ре­місники (буржуазія). Зацікавлена в підвищенні продуктивності праці, буржуазія заохочувала технічні й організаційні вдоскона­лення виробництва. З'явилися перші мануфактури, почали розви­ватися промисловість і торгівля.

Леонардо да Вінчі є попередником Галілея, Декарта, Кеплера, Ньютона та інших засновників сучасного природознавства. Він од­ним із перших проголосив основи нового методу й почав застосову­вати його під час розв'язування конкретних задач, зокрема під час вивчення руху. Леонардо писав: «Будь-який рух прямує до свого збереження, інакше кажучи: будь-яке тіло, що рухається, рухаєть­ся завжди, доки в ньому зберігається сила його двигуна».

Великий художник епохи Відродження Леонардо да Вінчі до­бре розумів, що наука має ґрунтуватися на досліді й математично­му розрахунку, і сам проводив експерименти, результати яких ви­переджали більш пізні висновки Галілея.

Досліди Галілея, власне кажучи, стали справжнім початком експериментальної науки. Галілей вивчав падіння тіл у лаборатор­них умовах, на похилій площині, на маятнику; шукав точне кіль­кісне співвідношення між швидкістю й часом падіння, пройденим шляхом і часом падіння тощо. Результати цих дослідів та їх тео­ретичний аналіз стали основою механіки, зробивши безсмертним ім'я Галілея як фундатора нового природознавства. Роботи Галілея з механіки, астрономії, опору матеріалів, акустики, оптики скла­даються в єдине ціле, підпорядковуються загальній меті — утвер­дженню нової науки й нового світогляду.

Досягнуті дослідним природознавством результати були за­вершені в роботах великого англійського вченого Ісака Ньютона. Найважливішим науковим досягненням Ньютона було створення теорії руху планет і пов'язане з цим відкриття закону всесвітнього тяжіння, покладеного в основу фізичного обґрунтування геліоцен­тричної системи. Три закони Ньютона завершують праці Галілея, Декарта, Гюйгенса та інших учених, які працювали над створен­ням класичної механіки, готуючи міцне підґрунтя для плідного її розвитку.

Водночас Ньютон довів, що білий колір є сумішшю семи ко­льорів. Учений досліджував також явище дифракції, досить точно описавши райдужні смуги на зовнішніх межах тіні волосини.

Наступний важливий етап у розвитку фізики пов'язаний з ученням про електричні й магнітні явища. У формуванні сучас­ної науки про ці явища активну участь узяли: Шарль Кулон, Ганс Християн Ерстед, Майкл Фарадей і Джеймс Максвелл.

Починаючи з XVIII ст. дуже бурхливо розвивалася галузь фі­зики, пов'язана з тепловими явищами. Дві події вплинули на роз­виток учення про електрику: перша — це винахід Ваттом теплової машини, а друга подія пов'язана з роботами інженера й фізика Саді Карно.

3. Дві революції у фізиці XX сторіччя

Початок XX ст. ознаменувався двома революціями у фізиці. Одна з них пов'язана з рухом з великими швидкостями. Стимулом для цієї революції послужили експерименти Майкельсона з вимі­рювання швидкості світла. Основний внесок у цю революцію зро­били Ейнштейн, Лоренц і Пуанкаре. У результаті до 1906-1910 pp. було створено спеціальну теорію відносності.

Друга революція пов'язана з рухом частинок малої маси (елек­тронів, протонів, нейтронів, атомів). Ця революція була здійснена в період від 1900 по 1930 pp. Вона стала результатом зусиль бага­тьох фізиків, серед яких були Планк, Бор, Шредінгер, Гейзенберг, Дірак, Борн, Паулі.

Такі наукові революції стали базою для реалізації цілої низки фізичних відкриттів. Особливість XX ст. полягає в тому, що бук­вально за кілька років ці відкриття набули широкого застосування.

Так, у 1896 р. російський фізик Олександр Степанович Попов продемонстрував перший радіоприймач, що відкрив можливість практичного використання електромагнітних хвиль з метою без­дротового зв'язку. Саме за допомогою електромагнітних хвиль пра­цюють радіо й телебачення, а також Інтернет.

У 1947 р. американські фізики Шоклі, Бардін, Браттейн від­крили транзистор, що став основним елементом усіх радіоприладів та інтегральних схем.

Відкриття лазерного випромінювання, зроблене Басовим, Про-хоровим і Таунсом, застосовуються в сучасній техніці й медицині.

У 1896 р. Беккерель відкрив радіоактивність Урану, а в 1938 р. Ганн і Штрассман відкрили поділ ядер Урану, що супроводжується виділенням величезної енергії. І незабаром, у 1942 p., Фермі запус­тив в експлуатацію перший ядерний реактор. У СРСР реактор та­кого типу запрацював під керівництвом Курчатова в 1946 р. Наразі

у світі експлуатується понад 400 реакторів, які виробляють близь­ко 6 % світової електроенергії.

4. Теорія та експеримент

Процес пізнання навколишнього світу є невід'ємною особли­вістю всіх живих істот. Особливе місце в процесі пізнання займає людина, яка навчилася не тільки ефективно здобувати нові знання та використовувати їх, а й накопичувати знання для передачі наступним поколінням. Існує два основні методи фізичних дослі­джень: теоретичний та експериментальний.

Фізичне дослідження — це цілеспрямоване вивчення того чи іншого явища способами фізики. Першим етапом фізичного дослідження є спостереження — сприйняття природи з метою отримання початкових даних для подальшого аналізу. Якщо ре­зультати спостережень повторюються, спостерігач природи робить висновок. Проте не завжди спостереження дають правильний ре­зультат. Звичайно, в основі всіх наук лежить спостереження, проте в 16-му столітті фізика виділилася серед інших наук тим, що пере­йшла від пасивного спостереження до експерименту. На відміну від спостереження, в експерименті досліджуваний об'єкт знаходиться в контрольованих умовах і підлягають активному впливу, що зна­чно збільшує можливість його дослідження.

 Експеримент — це дослідження фізичного явища в умовах, які знаходяться під контролем ученого, з метою більш поглибленого вивчення цього явища. Всі експерименти можна розділити умовно на          якісні  й кіль­кісні. Найпростіший експеримент — якісний, у якому встановлю­ється наявність або відсутність передбачуваного теорією явища. Кількісне порівняння характеристик називається виміром. Усі експерименти можна розділити й за об'єктами, з якими експери­мент виконується: натурний, модельний, уявний і комп'ютерний.

5. Фізичні величини. Вимірювання фізичних величин

Фізика виділяється систематичним використанням (для опи­су об'єктів, які вивчаються) таких характеристик, що допускають кількісний вираз. Саме ці характеристики називаються фізичними величинами.

-   Фізична величина — це кількісна характеристика об'єкта чи явища у фізиці або результат вимірювання.

Шлях, час, маса, густина, сила, температура, тиск, напруга — це далеко не всі приклади фізичних величин. Виміряти яку-небудь величину — це означає порівняти її з однорідною величиною, при­йнятою за одиницю.

Існує всього сім основних одиниць фізичних величин: метр, се­кунда, кілограм, кельвін, ампер, кандела, моль, а всі інші можна винайти з них.

Для того щоб виміряти фізичну величину, потрібно вміти ко­ристуватися вимірювальними приладами. Пристрої, за допомогою яких вимірюють фізичні величини, називають вимірювальни­ми приладами. Вимірювання однієї й тієї ж фізичної величини, як правило, можна зробити по-різному, використовуючи для цього різні прилади. Вимірювання розділяють на прямі та непрямі. Під час прямих вимірювань величину порівнюють з одиницею виміру безпосередньо або за допомогою вимірювального приладу, проградуйованого у відповідних одиницях.

У разі непрямих вимірювань шукану величину обчислюють за результатами прямих вимірювань інших величин, які пов'язані з вимірюваною величиною певної функціональної залежності.

Наприклад, для знайдення швидкості ми вимірюємо відстань, пройдену тілом, і час, за який цю відстань було пройдено. Після цього знаходимо швидкість шляхом ділення шляху на час.

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1. Назвіть імена відомих вам учених — фізиків. У якій галузі фізи­ки вони працювали?
2. Наведіть приклади використання знань фізики для створення предметів побуту, що оточують вас.
3. Для створення яких технічних пристроїв були використані фі­зичні відкриття?
4. Назвіть основні методи фізичних досліджень.
5. Наведіть приклади фізичних моделей.
6. Яка роль експерименту в пізнанні? Поясніть на прикладі.
7. Чому експеримент є критерієм правильності фізичної теорії?
8. Що означає «виміряти фізичну величину»?

Що ми дізналися на уроці

• Сучасну фізику створювало багато поколінь учених. Це були найрізноманітніші люди: заможні й бідні, високопоставлені й простолюдини. Комусь із них відкриття принесли славу й ви­знання ще за життя, а хтось так і пішов із життя, не побачив­ши, як майбутні покоління використовують їхні праці й від­криття. Дехто до кінця життя вірив, що відкриті ним закони принесуть користь людям, а хтось був гірко розчарований. Од­нак усіх їх єднали та єднають із сучасними вченими інтерес, жага знань, надзвичайне терпіння та працьовитість.
• Фізичне дослідження — це цілеспрямоване вивчення того чи ін­шого явища способами фізики.
• Експеримент — це дослідження фізичного явища в умовах, які знаходяться під контролем ученого, з метою поглибленого ви­вчення цього явища.
• Фізична величина — це кількісна характеристика об'єкта чи яви­ща у фізиці або результат вимірювання.
• Виміряти яку-небудь величину — це означає порівняти її з од­норідною величиною, прийнятою за одиницю.
• Пристрої, за допомогою яких вимірюють фізичні величини, на­зивають вимірювальними приладами. Вимірювання розділя­ють на прямі та непрямі.

Домашнє завдання

1. П.: Введення. § § 1, 2.
2. 36.:

р1)-1.1; 1.2;

р2)-1.19; 1.20;

р3)-1.31, 1.32; 1.33.