Розвиток і зародження фізики як науки

Урок 01 Зародження й розвиток фізики як науки

Мета уроку:

Навчальна. Провести первинний інструктаж з БЖД під час уроків фізики; дати учням уявлення про зародження та розвиток фізики як науки, показати важливість фізичних знань в розвитку сучасного світу.

Розвивальна. Розвивати логічне мислення та пізнавальні навички учнів.

Виховна. Виховувати почуття патріотизму, бажання вивчати природничі науки.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Для чого потрібні людству фізика й інші природничі науки?

Учені не завжди про це замислюються – їм просто дуже цікаво розгадувати загадки природи. Але наука вимагає чималих коштів, і ці кошти знаходяться: їх виділяють і держави, і приватні компанії. Навіщо? Відповідь проста: наука приносить величезну користь!

Історія фізики – це історія відкриттів, кожне з яких поглиблює наше розуміння природи. І за будь-яким відкриттям стоїть людина, а частіше група людей, чиї зусилля пробивають стіну невідомості та незнання, підіймають науку на новий щабель розвитку. Саме про таких людей можна сказати: «Вони створювали фізику».

Хто ж ці люди, чиї імена нерозривно пов'язані з прогресом фізичної науки? Сьогодні ми назвемо лише декого, але, продовжуючи вивчення курсу фізики, ви дізнаєтеся про десятки уславлених дослідників природи й першовідкривачів невідомого.

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Фізики й астрономи Стародавньої Греції

Величезний вплив на встановлення фізичних понять і закономірностей здійснили мислителі Стародавньої Греції: Арістотель, Архімед, Аристарх Самоський, Демокрит, Левкіпп, Піфагор, Птолемей, Евклід.

Демокріт (бл. 460 – бл. 370 рр. до н. е.) Висунув ідею атомарної будови матерії. Експериментально цю ідею було підтверджено тільки на початку XX ст.

Арістотель (384 – 322 рр. до н. е.) Узагальнив та систематизував знання в галузі суспільних і природничих наук свого часу. Роботи Аристотеля до XVI ст. вважалися «безумовною істиною». Уявлення філософа про звукові хвилі збереглись і в сучасній фізиці.

Аристарх Самоський (бл. 310 – бл. 230 рр. до н. е). Висунув ідею геліоцентричної будови світу (від грец. helios – Сонце), відповідно до якої в центрі всесвіту розташоване нерухоме Сонце, а навколо нього обертаються планети.

Евклід (III ст. до н. е.) заклав основи геометричної оптики, сформулював закон прямолінійного поширення світла та закон відбиття світла (кут відбиття дорівнює куту падіння).

Архімед (бл. 287 – 212 рр. до н. е.) Запровадив поняття центра тяжіння, побудував теорію рівноваги важеля, дав означення моменту сил, експериментально визначив закони плавання тіл. Здобутки вченого в інженерії – основа для багатьох сучасних механізмів.

2. Початок нової ери у фізиці

Ґалілео Ґалілей (1564 – 1642) Засновник експериментальної фізики. Відкрив принцип відносності в механіці, обґрунтував геліоцентричну будову світу, створив телескоп, зробив відкриття в астрономії, винайшов термометр.

Ісаак Ньютон (1643 – 1727) Заклав основи сучасного природознавства; творець класичної механіки. У своїй книзі «Математичні начала натуральної філософії» Ньютон сформулював основні закони механіки, які визначили розвиток фізики на 300 років наперед.

3. Учення про теплові двигуни

Із XVIII ст. бурхливо розвивалася галузь фізики, пов’язана з використанням теплових двигунів. На її розвиток найбільше вплинули дві події:

1. винайдення англійським інженером Джеймсом Ваттом (1736 – 1819) теплової машини (у 1785 р. одна з таких машин була встановлена на пивоварному заводі в Лондоні й виконувала роботу 24 коней)
2. вихід роботи французького інженера та фізика Саді Карно (1796 – 1832) «Міркування про рушійну силу вогню та про машини, здатні розвивати цю силу». Учений проаналізував наявні на той час парові машини й вивів умови, за яких ККД машин сягає максимального значення (тоді їхній ККД не перевищував 2%, зараз може становити 60% у парогазових пристроях).

4. Учення про електрику й магнетизм

У створення сучасної науки про електричні та магнітні явища визначальний внесок здійснили французькі фізики Шарль Кулон (1736 – 1806) і Андре Марі Ампер (1775 – 1836), данський фізик Ганс Ерстед (1777 – 1851), британські фізики Майкл Фарадей (1791 – 1867) і Джеймс Максвелл (1831 – 1879).

Джеймс Максвелл (1831 – 1879) Створив теорію електромагнітного поля, яка стала теоретичною основою для сучасної електротехніки та радіозв’язку.

XX ст. стало часом тріумфального проникнення електромагнетизму в інженерну практику і зрештою – у життя суспільства. Електродвигуни, лампи, телебачення, комп’ютери, засоби зв’язку та багато іншого ввійшли в повсякденне життя людей.

5. Розвиток фізики у XX ст.

Ернест Резерфорд (1871 – 1937) Установив структуру атома як системи, що складається з малого за розмірами ядра, яке має позитивний заряд, та електронів, заряджених негативно. Е. Резерфорд вважається «батьком» ядерної фізики.

Нільс Бор (1885 – 1962) Творець квантової теорії планетарного атома, розроблював фізичні ідеї квантової механіки.

Альберт Ейнштейн (1879 – 1955) Один із засновників сучасної теоретичної фізики (створив загальну теорію відносності, яка стала фундаментом наукової космології); за словами самого вченого, справжня мета його досліджень «завжди полягала в тому, щоб домогтися спрощення теоретичної фізики та її об'єднання в цілісну систему».

Сучасні уявлення про Великий вибух, чорні діри, розширення Всесвіту із прискоренням, про темну енергію пов’язані з працями Е. Хаббла, Р. Оппенгеймера, Х. Снайдера, Дж. Уілера, С. Гокінґа та ін.

Едвін Хаббл (1889 – 1953) Виявив розширення Всесвіту й сформулював закон Габбла (за яким швидкість взаємного віддалення (розбігання) галактик є пропорційною відстані між ними), створив класифікацію галактик.

Стівен Вільям Гокінґ (1942 – 2018) Фізик-теоретик, відомий своїми дослідженнями в астрофізиці, зокрема теорії чорних дір, популяризатор наукових знань.

6. Сучасна фізика

Проблемне питання

• Які питання турбують сучасних фізиків?

Райнер Вайс, Баррі К. Баріш і Кіп С. Торн отримали Нобелівську премію 2017 року за відкриття гравітаційних хвиль, зафіксованих у LIGO – лазерно-інтерферометричній гравітаційно-хвильовій обсерваторії.

Нині в Європейській організації з ядерних досліджень (ЦЕРН) в Женеві активно проводять експерименти з дослідження процесів, що відбувалися під час зародження Всесвіту. Тож чекаємо на нові відкриття!

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Чим прославився Архімед як інженер? Які його винаходи зараз можна побачити навіть на дитячих майданчиках?

Архімед відкрив закони важеля, розробив методи визначення складу сплавів. Він винайшов гвинтовий насос (архімедів гвинт*), розробив систему важелів, блоків і гвинтів для піднімання вантажів, сконструював кілька військових метальних машин.

*Архімедів гвинт –  один із перших типів насосів, водопідйомна машина, вал із гвинтовою поверхнею, встановлений у похилій трубі, нижній кінець якої занурений у воду.

2. Уявіть, що ви SММ-менеджер* освітньої установи, та напишіть переконливий пост на тему «Чому дизайнерові (чи будь-якому іншому сучасному фахівцю) необхідно вивчати фізику».

* SMM менеджер – це фахівець, який працює в соціальних мережах з метою популяризації бренда, компанії або окремої персони. На просторах СНД цього спеціаліста наймають найчастіше саме з метою просування та популяризації компанії у соціальних мережах, у яких концентрується відповідна зацікавлена цільова аудиторія.

3. Унаслідок неправильного використання технологій загинули і ще можуть загинути тисячі людей, змінилися і можуть змінитися на гірше долі мільйонів. Наведіть приклади на підтвердження або спростування цієї тези. Проведіть із друзями дискусію на тему «Чи може науково-технічний прогрес довести людство до глобальної катастрофи». Сформулюйте та запишіть основні результати обговорення.

4. Чи стикалися ви з неправдивою інформацією в Інтернеті? Якщо так, то що саме допомогло вам з’ясувати, що інформація неправдива? Сформулюйте свої поради з цього приводу.

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Бесіда за питаннями

1. Які етапи розвитку пройшла фізика як наука?

2. Які ідеї розвивалися на кожному з етапів?

3. Якими проблемами опікується сучасна фізика?

4. Назвіть імена відомих вам учених-фізиків.

5. У якій галузі фізики вони працювали?

6. Відкриття в яких областях фізики дозволили створити побутові пристрої? Наведіть приклади.

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 1, Вправа № 1 (1 – 5 усно)