Урок фізики 10 клас з теми «Механіка від Аристотеля до Ейнштейна»

Тема. «Механіка від Аристотеля до Ейнштейна»

Підсумковий урок  з теми «Механіка» у 10 класі (профільний рівень)

 

Просуваючись вперед, наука

 невпинно перекреслює сама себе.

Віктор Марі Гюго

 

Мета: узагальнити та поглибити знання учнів з вивченої теми; сформувати в учнів усвідомлення пізнаваності світу; формувати в учнів уявлення про роль науки в житті суспільства, значення громадської позиції вченого; вміння працювати з додатковою літературою. Розвиток соціальної та комунікативної компетентності, критичного мислення, вміння аргументовано дискутувати. Виховання толерантного ставлення до думок опонента.

 

Тип уроку: урок узагальнення і систематизації теоретичних знань, урок-суперечка.

 

Обладнання: портрети Аристотеля, Г. Галілея, І. Ньютона, А. Ейнштейна, листи оцінювання, картки із завданнями, мультимедійна презентація.

 

ХІД УРОКУ

І. Організація класу.

Учні об’єднані у 4 «домашні» групи: «учні Аристотеля», «учні Галілея», «учні Ньютона» та «учні Ейнштейна».

Кожна група має Лист оцінювання.(Додаток 1)

 

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Вступне слово вчителя.

• Доброго дня шановні учні. Саме шановні, бо крім мене при підготовці до сьогоднішнього уроку вас віртуально навчали такі великі вчені, як Аристотель, Галілей, Ньютон та Ейнштейн. Ці різнобічно розвинені особистості стали вашими вчителями не тільки в силу свого авторитету. Що ж їх об’єднує?

 

• Дякую. Сьогодні ми закінчуємо вивчення теми «Механіка». Тема нашого уроку «Механіка від Аристотеля до Ейнштейна». Працювати ви будете в групах, які ми сформували ще на минулому уроці. Працюючи в групах вам знадобляться такі якості, як:

1. Активність
2. Толерантність
3. Вміння слухати
4. Вміння робити висновки та доводити свою точку зору.

Кожна група, готуючись до уроку, максимально занурилась у історичну епоху «свого вчителя». У вас є нагода довести своїм товаришам, що відкриття «вашого вчителя» є найважливішим, найреволюційнішим, а постать «вчителя» найвагоміша та найвидатніша у механіці.

 

ІІІ. Вправа «Впізнай вислів вчителя»

Задача - з 4 висловів на картках «впізнати» та пояснити вислів «вашого вчителя». (Додаток 2)

1	Наука не являється і ніколи не буде являтися закінченою книгою.	Альберт Ейнштейн
2	Фізика написана у великій книзі, яка завжди відкрита у нас перед очима, - я маю на увазі Всесвіт…	Галілео Галілей
3	Приклади корисніші від правил.	Ісак Ньютон
4	Початок є більш ніж половина всього.	Аристотель

 

Молодці. Кожна група впізнала афоризм.

А тепер доведіть мудрість афоризму за схемою:

1. Вчений сказав…
2. Я згоден з ним, тому що…
3. Отже, ….

Групи відповідають

• Ускладнюємо завдання. Кожен з вчених мав свою точку зору про рух, як основу механіки.

Визначте, кому належить той чи інший постулат, або закон. (Додаток 3)

1	У двох рухомих відносно один одного інерційних системах відліку закони природи мають один і той же вид	Альберт Ейнштейн
2	Тіло або знаходиться в стані спокою, або рухається, не змінюючи напрямку і швидкості свого руху, якщо на нього не проводиться будь-якого зовнішнього впливу	Галілео Галілей
3	Існують такі системи відліку, відносно яких тіла, які рухаються поступально, зберігають свою швидкість незмінною, якщо на них не діють інші тіла, або дія інших тіл скомпенсована	Ісак Ньютон
4	Тіло рухається тільки при наявності зовнішнього на нього впливу, і якщо це дія припиняється, тіло зупиняється	Аристотель

Молодці. Кожна група впізнала закон.

А тепер знайдіть відмінності між законом «вашого вчителя» і його попередника або наступника.

Групи відповідають парами (Аристотель – Галілей, Ньютон - Ейнштейн)

 

ІV. Захист проектів:

• Дякую, ви всі достойні учні своїх «вчителів». Ви добре їх знаєте та розумієте. Зараз кожна команда проведе невеличку історичну екскурсію до часів «свого вчителя». Головна задача –  протягом 3 хвилин пояснити, чому відкриття та напрацювання вчених того часу є фундаментальними для науки, як ці знання змінили світ, внесок «вашого вчителя» не тільки в механіку, а й у розвиток суспільства в цілому.  (Додаток 4) Групи в цей час заповнюють схему. (Додаток 5, формат А-3). Відповідаючи на запитання про кожного вченого:
  • Що зробив для розвитку механіки?
  • Що змінив у науці?
  • Основні висновки теорії / постулати

Для заповнення схеми використовуєте надану інформацію та додаткові матеріали. (Додаток 6)

 

Виступ «Учнів Аристотеля»

 

Виступ «Учнів Галілея»

 

Виступ «Учнів Ньютона»

 

Виступ «Учнів Ейнштейна»

 

ІV. Відкрита суперечка / аргументація.

Команди аргументують, чому можна вважати, що саме їх вчений зробив найвагоміший внесок у розвиток «Механіки».

Здайте Листи оцінювання. В них оціню роботу групи в цілому та найактивніших учнів особисто.

 

V. Висновок.

- Який же висновок ми можемо зробити за підсумками нашого уроку? Чи можливо уявити, що якісь з перелічених теорій не з’явились у свій час? Чи з’явились раніше?

- Так, звичайно. Кожна с теорій, кожен закон або постулат є лише складовою фізичної картини світу.

 Як ви пам’ятаєте, епіграфом сьогоднішнього уроку були слова Гюго «Просуваючись вперед, наука  невпинно перекреслює сама себе». Як ви розумієте ці слова? Так, звичайно, відкриття можливі лише там, де виникають проблеми, суперечки.  Нові, революційні рішення розвивають науку, роблять наше життя більш комфортним та цікавим. Тож нехай наша сьогоднішня суперечка викарбується у вашій пам’яті, як цікава подорож до історичного минулого, завдяки якому ми маємо майбутнє.

 

VІ. Домашнє завдання

• Скласти лист-подяку «Своєму вчителю». Зазначити в ньому ті фізичні теорії та знання, без яких неможливо уявити ваше сьогодення. Подякувати за користь та надати рекомендації, щодо удосконалення теорії.
• Скласти «шпаргалку» до розділу «Релятивістська механіка».

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 1

 

Лист оцінювання

Учні Аристотеля

Конкурс	Впізнати автора 1	Довести афоризм	Впізнати автора 2	Відмінності  теорій	Захист проектів	Відкрита суперечка	Всього
Мах	1 б	3 б	1 б	3 б	4 б	4 б	16
Оцінка

 

Особистий внесок членів команди (відзначити «+»)

 

№	ПІБ	Захист афоризму	Знаходження відмінностей теорій	Захист проекту	Участь у відкритій суперечці	Всього
1
2
3
4
5
6
7
8

 

 

 

 

 

Додаток 2

 

1	Наука не являється і ніколи не буде являтися закінченою книгою.
2	Фізика написана у великій книзі, яка завжди відкрита у нас перед очима, - я маю на увазі Всесвіт…
3	Приклади корисніші від правил.
4	Початок є більш ніж половина всього.

 

А	Альберт Ейнштейн
Б	Аристотель
В	Ісак Ньютон
Г	Галілео Галілей

 

Доведіть мудрість афоризму схемою:

1. Вчений сказав…
2. Я згоден з ним, тому що…
3. Отже, ….

 

 

 

Додаток 3

 

Визначте, кому належить той чи інший постулат, або закон.

1	У двох рухомих відносно один одного інерційних системах відліку закони природи мають один і той же вид
2	Тіло або знаходиться в стані спокою, або рухається, не змінюючи напрямку і швидкості свого руху, якщо на нього не проводиться будь-якого зовнішнього впливу
3	Існують такі системи відліку, відносно яких тіла, які рухаються поступально, зберігають свою швидкість незмінною, якщо на них не діють інші тіла, або дія інших тіл скомпенсована
4	Тіло рухається тільки при наявності зовнішнього на нього впливу, і якщо це дія припиняється, тіло зупиняється

 

А	Аристотель
Б	Альберт Ейнштейн
В	Галілео Галілей
Г	Ісак Ньютон

 

Знайдіть відмінності між законом «вашого вчителя» і його попередника (або наступника) парами (Аристотель – Галілей, Ньютон - Ейнштейн)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток 4

Матеріали до виступів:

«Учні Аристотеля»:

Аристотель вважає, що суть буття речі – її форма. Він підкреслює, що формою називає суть буття кожної речі і першу сутність. Ключем розуміння форми Аристотеля є ототожнення її із суттю речі. У Аристотеля форма як суть буття речі – це той чи інший вид певного роду. Саме видове – головне, вирішальне начало буття і знання. Форма – не якість, не кількість, не відношення, а те, що становить сутність речі, без чого її немає. Форм стільки, скільки нижчих видів, які надалі не розпадаються ні на які інші види. Види Аристотеля – це вічні і незмінні сутності. Вони не створені Богом – форму ніхто не творить і не виробляє. Але все ж таки вони існують самі по собі і, будучи внесеними в матерію, начебто творять речі. До того ж в матерію їх, у кінцевому підсумку, вносить Бог. Тому кожна чуттєва сутність або окреме є дещо складове: вона складається з активної форми і пасивної матерії – наступниці форми. При цьому під матерією Аристотель розуміє: по-перше, неозначену і безформну речовину; по-друге, це те, з чого річ складається, і те, з чого річ виникає. Аристотелівська матерія пасивна, нежива, нездатна сама по собі з себе нічого народити.

   Матерія у Аристотеля вічна, при цьому вона не поступається формі. Матерія і форма – два співвічні начала. Все, що існує в природі, складається з матерії і форми. Матерія є чиста можливість або потенціал речі, а форма – реалізація цього потенціалу. Форма робить матерію дійсністю, тобто втіленням у конкретну річ.

 

«Учні Галілея»:

Фізика як наука бере свій початок від Галілея. Глибокі роздуми над видами руху привели Галілея до принципу відносності. Наприклад, мандрівник, який перебуває у каюті корабля, що пливе, може вважати, що книжка, яка лежить на його столі, перебуває у стані спокою. Проте людина на березі бачить, що корабель пливе, тому можна вважати, що книжка рухається з тією самою швидкістю, що й корабель.

На запитання, чи рухається книжка насправді, чи перебуває у стані спокою, однозначно відповісти не можна. Відповідь залежить від того, що ми візьмемо за тіло відліку. Якщо прийняти точку зору мандрівника, то книжка перебуває у стані спокою. Якщо розглядати ситуацію з погляду людини, яка стоїть на березі, то книжка рухається.

Зміст принципу відносності Галілея полягає в тому, що жодними механічними дослідами не можна встановити, перебуває ІСВ в стані спокою чи рухається рівномірно і прямолінійно.

Відносними також є швидкість і переміщення.

 

 «Учні Ньютона»:

І. Ньютон узагальнив відкриття Галілея у вигляді першого закону — закону інерції, додав другий та перший закони механіки, закон всесвітнього тяжіння.

На основі цих законів була створена всеосяжна система поглядів на світ. Закони пояснювали рух планет, припливів і відпливів і навіть ледь помітну прецесію земної осі з періодом 26000 років.

Закони Ньютона не можна розглядати поза простором і часом. У класичній механіці вважається, що час тече однаково в усіх ІСВ, просторові масштаби і маси тіл в усіх ІСВ однакові. Тобто простір, час, маса — абсолютні поняття, які не залежать від вибору ІСВ.

Ця фундаментальна теорія впродовж двох століть визначала розвиток фізичної науки.

 

«Учні Ейнштейна»:

Щоб узгодити теорію і результати експериментів, було створено нову механіку для швидкостей, наближених до швидкостей світла у вакуумі, яку назвали релятивістською механікою. Ця механіка не спростовувала класичної механіки, але встановлювала межі її застосування. В основу були покладені постулати Ейнштейна.

• Принцип відносності. Усі процеси природи протікають однаково в усіх інерційних системах відліку.

• Принцип сталості швидкості світла. Швидкість світла у вакуумі однакова для всіх ІСВ, вона не залежить ні від швидкості джерела, ні від швидкості приймача світлового сигналу.

Додаток 5

 

Аристотель Що зробив для розвитку механіки? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Що змінив у науці? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Основні постулати _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

Галілео Галілей Що зробив для розвитку механіки? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Що змінив у науці? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Основні постулати _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

Ісаак Ньютон Що зробив для розвитку механіки? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Що змінив у науці? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Основні постулати _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

Альберт Ейнштейн Що зробив для розвитку механіки? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Що змінив у науці? _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ Основні постулати _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________

 

 

 

Додаток 6

 

До Галілея загальноприйнятим в науці вважалося розуміння руху, вироблене Аристотелем і яке зводилося до наступного принципу: тіло рухається тільки при наявності зовнішнього на нього впливу, і якщо це дія припиняється, тіло зупиняється. Галілей показав, що цей принцип Аристотеля (хоча і погоджується з нашим повсякденним досвідом) є помилковим. Замість нього Галілей сформулював зовсім інший принцип, що отримав згодом назву принципу інерції: тіло або знаходиться в стані спокою, або рухається, не змінюючи напрямку і швидкості свого руху, якщо на нього не проводиться будь-якого зовнішнього впливу.

Велике значення для становлення механіки як науки мало дослідження Галілеєм вільного падіння тіл. Він встановив, що швидкість вільного падіння тіл не залежить від їх маси (як думав Аристотель), а пройдений падаючим тілом шлях пропорційний квадрату часу падіння.

Він справив послідовне узагальнення принципу відносності Галілея і прийшов до спеціального принципу відносності Ейнштейна: «У двох рухомих відносно один одного інерційних системах відліку закони природи мають один і той же вид».

Якщо порівняти це формулювання з виразом принципу відносності Галілея, виявляється то велика різниця, що принцип відносності Галілея відноситься тільки до механіки, тоді як ейнштейнівської принцип охоплює всю фізику (виключаючи лише гравітацію).

У теорії Ньютона абсолютна час відігравало роль абсолютного стандарту для всього світу, що знаходило своє відображення в рівняннях фізики в тому, що час був самостійним параметром. Навпаки, ейнштейнівська релятивізація часу і його об'єднання з простором призвели до рівноправності простору і часу. Надалі обидва поняття повинні були фігурувати в законах природи симетричним чином.

Альберт Ейнштейн стверджував, що законом природи є цілковита рівноправність усіх інерціальних систем відліку щодо не лише механічних, але й електромагнітних процесів. Немає жодних відмінностей між станом спокою й рівномірного прямолінійного руху.

Ейнштейн узяв установлені на досліді факти як основні положення теорії, названої згодом спеціальною теорією відносності.

Ці положення називають постулатами теорії відносності:

1) усі фізичні явища протікають однаково в усіх інерціальних системах відліку;

2) швидкість світла у вакуумі однакова в усіх інерціальних системах відліку.

Перший постулат назвали принципом відносності Ейнштейна. Другий постулат стверджує сталість швидкості світла в усіх інерціальних системах відліку.

Головний внесок Ейнштейна в пізнання законів природи полягав навіть не у відкритті нових формул, а в радикальній зміні основних фундаментальних уявлень про простір, час, речовину і рух.

Поширення принципу відносності Галілея на всі закони природи означає, що закон додавання швидкостей справедливий для опису поширення всіх видів взаємодії, зокрема електромагнітної.