План-конспект по физике на тему «Физика — фундаментальная наука о природе»
В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов , открытия в термодинамике позволили создать автомобиль , развитие электроники привело к появлению компьютеров .
3. Определение целей занятия
Сообщает цели занятия
4. Этап усвоения новых знаний
Системно излагает новый материал
1. Физика наука о природе
Физика – (от др.-греч. φύσις — природа) это наука о природе, которая изучает материю (вещество и поле), общие формы движения материи, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.
Материя есть объективная реальность, существующая помимо нашего сознания и данная нам в ощущении. Материя существует в двух видах: вещества и поля.
Вещество – вид материи, состоящей из совокупности атомов, молекул, их соединений и обладающих массой покоя.
Примеры. Вещество: дерево, железо, стекло, вода, воздух и др.
Поле — особая форма материи, посредством которой происходит взаимодействие между частицами вещества.
Поля: гравитационное, электрическое, магнитное, электромагнитное.
Материя находится в вечном движении и мерой движения материи является энергия.
Закон сохранения материи : материя ниоткуда не берётся, никуда не исчезает, а только видоизменяется.
Физику называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики. Например: химия изучает атомы, образованные из них вещества и превращение одного вещества в другое. Химические свойства однозначно определяются физическими свойствами атомов и молекул, описываемыми в таких разделах физики как термодинамика, электромагнетизм и квантовая физика.
Физика – это в первую очередь, возможность человека как можно более глубже познать окружающий мир, упорядочить систему мировосприятия и осознать себя неотъемлемой частью.
Фи́зика — область естествознания. Естествозна́ние — совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах. Естествознание возникло до образования отдельных естественных наук. Оно активно развивалось в XVII—XIX веках. Учёных, занимавшихся естествознанием или накоплением первичных знаний о природе, называли естествоиспытателями .
Физика — одна из самых старых академических дисциплин, возможно, самая древняя благодаря астрономии. Люди пытались понять и объяснить многие явления: почему тела падают на землю, почему разные вещества имеют различные свойства и т. д. Интересовали людей также вопрос о строении мира, о природе Солнца и Луны. Сначала ответы на эти вопросы пытались искать в философии. В основном философские теории, которые пытались дать ответы на такие вопросы, не проверялись на практике. Однако, несмотря на то, что нередко философские теории неправильно описывали наблюдения, ещё в древние времена человечество добилось значительных успехов в астрономии, а великий греческий учёный Архимед даже сумел дать точные количественные формулировки многих законов механики и гидростатики.
Некоторые теории древних мыслителей, как, например, идеи об атомах , которые были сформулированы в древних Греции и Индии, опережали время. Постепенно от общей философии начало отделяться естествознание , важнейшей составной частью которого стала физика. Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля , жившего в IV веке до нашей эры. Несмотря на ряд неправильных утверждений, физика Аристотеля на протяжении веков оставалась основой знаний о природе.
В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым , издавшим первый в России учебник физики — свой перевод с немецкого языка учебника « Вольфианская экспериментальная физика » Х. Вольфа ( 1746 ). Первым оригинальным учебником физики на русском языке стал курс «Краткое начертание физики» ( 1810 ), написанный П. И. Страховым .
2. Пути развития физики
В основе физических исследований лежат наблюдения. Обобщение наблюдений позволяет физикам формулировать гипотезы о совместных общих чертах этих явлений, по которым велись наблюдения. Гипотезы проверяются с помощью продуманного эксперимента, в котором явление проявлялось бы в как можно более чистом виде и не осложнялось бы другими явлениями. Анализ данных совокупности экспериментов позволяет сформулировать закономерность. На первых этапах исследований закономерности носят преимущественно эмпирический, феноменологический характер, то есть явление описывается количественно с помощью определённых параметров, характерных для исследуемых тел и веществ. Анализируя закономерности и параметры, физики строят физические теории, которые позволяют объяснить изучаемые явления на основе представлений о строении тел и веществ и взаимодействие между их составными частями. Физические теории, в свою очередь, создают предпосылки для постановки точных экспериментов, в ходе которых в основном определяются рамки их применения. Общие физические теории позволяют формулировки физических законов, которые считаются общими истинами, пока накопления новых экспериментальных результатов не потребует их уточнения.
Наблюдение гипотеза эксперимент опыт теория или закон
Наблюдение представляет собой целенаправленный процесс восприятия предметов действительности, в ходе которого человек получает первичную информацию об окружающем мире. Наблюдения проводятся непосредственно и с помощью технических средств. Результаты наблюдений фиксируются в описании.
Научная гипотеза (греч. hypothesis – основание, предположение) – предсказанное утверждение, предположение или догадка. Гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений. Гипотезу впоследствии или доказывают, превращая её в установленный факт, или же опровергают с помощью ряда экспериментов или опытов.
Эксперимент или опыт (от лат. experimentum — проба, опыт), – представляет собой целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующийся объект или явления для изучения его различных сторон, связей и отношений. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы , установления причинных связей между феноменами .
Эксперимент позволяет увидеть объект или процесс в чистом виде, исключает воздействие посторонних факторов. Основная задача эксперимента заключается в проверке гипотез и выводов теории, имеющих фундаментальное и прикладное значение.
· исследователь сам вызывает изучаемое явление, а не ждёт, когда оно произойдет;
· может изменять условия протекания изучаемого процесса;
· в эксперименте можно попеременно исключать отдельные условия с целью установить закономерные связи;
· эксперимент позволяет варьировать количественное соотношение условий и осуществлять математическую обработку данных.
Благодаря наблюдениям или поставленным опытам были открыты законы. Теория подводит итог всему сказанному и рисует перспективы для дальнейшего исследования.
Теория – система знаний, обладающая предсказательной силой в отношении какого-либо явления. Теории формулируются, разрабатываются и проверяются в соответствии с научным методом.
Закон — вербальное или математически сформулированное утверждение, которое описывает соотношения, связи между различными научными понятиями.
Физика тесно связана с математикой: математика представляет аппарат, с помощью которого физические законы могут быть точно сформулированы. Физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причем используются более сложные разделы математики, чем обычно в других науках. И наоборот, развитие многих областей математики стимулировалось потребностями физических теорий.
В основе своей физика — экспериментальная наука: все её законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Однако зачастую именно новые теории являются причиной проведения экспериментов и, как результат, лежат в основе новых открытий. Поэтому принято различать экспериментальную и теоретическую физику.
Экспериментальная физика исследует явления природы в заранее подготовленных условиях. В её задачи входит обнаружение ранее неизвестных явлений, подтверждение или опровержение физических теорий. Многие достижения в физике были сделаны благодаря экспериментальному обнаружению явлений, не описываемых существующими теориями.
В задачи теоретической физики входит формулирование общих законов природы и объяснение на основе этих законов различных явлений, а также предсказание до сих пор неизвестных явлений. При изучении любого явления экспериментальные и теоретические аспекты одинаково важны.
3. Понятие о величине и измерении
Физика — количественная наука. Физический эксперимент опирается на измерения, то есть сравнение характеристик исследуемых явлений с определенными эталонами. С этой целью физика развила совокупность физических единиц и измерительных приборов.
Измерение – это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта с помощью специальных технических устройств.
Всё, что можно измерить, называется величиной.
Все физические величины с их основными единицами измерения составляют Международную систему единиц СИ, которая состоит из основных и производных величин.
Основные: длина, масса, время, температура, сила тока, сила света, молярная масса.
Производными величинами являются все остальные; например: площадь, скорость, сила, давление и т.д.
Единица измерения производной величины выражается через основные.
Измерение бывает прямым и косвенным.
При прямом измерении значении физической величины определяется непосредственным сравнением с её единицей измерения.
При косвенном измерении значении величины определяется по формуле.
Несмотря на то, что на современном этапе развития науки стандартом является Международная система СИ , но большинство теоретиков по-прежнему предпочитает пользоваться Гауссовой системой единиц .
Международная система единиц, СИ ( фр. Le Système International d’Unités, SI) — система единиц физических величин, современный вариант метрической системы . СИ является наиболее широко используемой системой единиц в мире, как в повседневной жизни, так и в науке и технике . В настоящее время СИ принята в качестве основной системы единиц большинством стран мира и почти всегда используется в области техники, даже в тех странах, в которых в повседневной жизни используются традиционные единицы. В этих немногих странах (например, в США ) определения традиционных единиц были изменены таким образом, чтобы связать их фиксированными коэффициентами с соответствующими единицами СИ.
Полное официальное описание СИ вместе с её толкованием содержится в действующей редакции Брошюры СИ ( фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure) и Дополнении к ней, опубликованных Международным бюро мер и весов (МБМВ) и представленных на сайте МБМВ [1] [2] . Брошюра СИ издаётся с 1970 года, с 1985 года выходит на французском и английском языках, переведена также на ряд других языков, однако официальным считается текст только на французском языке.
Физика также имеет широкие междисциплинарные связи. На границе физики, химии и инженерных наук возникла и быстро развивается такая отрасль науки как материаловедение. Методы и инструменты используются химией, что привело к становлению двух направлений исследований: физической химии и химической физики. Все мощнее становится биофизика — область исследований на границе между биологией и физикой, в которой биологические процессы изучаются исходя из атомарной структуры органических веществ. Геофизика изучает физическую природу геологических явлений. Медицина использует методы, такие как рентгеновские и ультразвуковые исследования, ядерный магнитный резонанс — для диагностики, лазеры — для лечения болезней глаз, ядерное облучение — в онкологии, и тому подобное.
5. Этап закрепления изучаемого материала
3. С какими дисциплинами связана физика?
6. Подведение итогов занятия. Комментарий оценок
Подводит итоги занятия, отмечает работу группы в целом и выступающих студентов, выставляет оценки наиболее отличившимся студентам.
7. Этап выдачи домашнего задания
Называет объём материала для домашнего задания : конспект занятия, доклады: «Зарождение физики, как науки», «Система СИ», «Связь физики с другими науками».
Источник