УРОК 1 Тема: Навколишній світ. Мікро- ,макро- і мегасвіт. Фізика як природнича наука. - Фізика 7 клас - Середня школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Середня школа » Фізика 7 клас

УРОК 1 Тема: Навколишній світ. Мікро- ,макро- і мегасвіт. Фізика як природнича наука.


УРОК 1
Тема:      Навколишній    світ.     Мікро-    ,макро-    і    мегасвіт.    Фізика    
як     природнича     наука.     Зв’язок      фізики     з      повсякденним      життям,      технікою     й      виробничими      технологіями.
Методичні рекомендації й матеріали
Предмет, завдання й методи фізики
Всі науки вивчають навколишній світ і процеси, що відбуваються
в ньому, тобто матерію і її рух. Оскільки світ поділяється на природу
й  суспільство,  то  й  науки  поділяються  на  природничі  й  суспільні.
Фізика належить до числа природничих наук.
Предметом фізики є вивчення найбільш загальних властивостей
матерії, тобто речовини й поля, і найбільш загальних закономірно-стей і форм її руху.
Нагадаємо, що рухом у філософському розумінні називають будь-які  зміни  взагалі.  Він  є  невід’ємною  властивістю  матерії,  формою
її існування. Подібно до того, як немає руху без матерії, так немає
й матерії без руху.
Фізика дає загальні закони, якими користуються всі інші при-родничі науки й техніка, застосовуючи їх для окремих випадків.
Різкої  межі  між  фізикою  й  іншими  природничими  науками
провести не можна. Останнім часом виник ряд наук, що спеціально
займаються  застосуванням  законів  фізики  в  тій  або  іншій  області:
фізична  хімія,  яка  вивчає  хімічні  процеси  фізичними  методами;
астрофізика, яка вивчає фізичні явища, що протікають у небесних
тілах; геофізика, яка досліджує фізичні процеси, що відбуваються
в земній корі, атмосфері тощо.
Зв’язок фізики з іншими природничими науками має двосторон-ній характер. У своєму розвитку фізика спирається на досягнення
інших наук про природу, а досягнення фізики використовують багато
природничих наук.
Велике значення для розвитку фізичних теорій має застосування
математики. Використовуючи математичний апарат, фізика у свою
чергу ставить перед математикою нові проблеми, без вирішення яких
неможливо теоретично обґрунтувати існуючі фізичні закономірності,
і тим самим впливає на її подальший розвиток.
Зв’язок з технікою також має двосторонній характер. Своїм існу-ванням техніка зобов’язана фізиці. Всі технічні дисципліни виросли
з відповідних розділів фізики. Але техніка висуває перед фізикою ті
питання, розв’язання яких вона потребує, і тим самим стимулює її
розвиток.
Так, наприклад, будування реактивних літаків викликало необ-хідність розв’язати ряд відповідних фізичних проблем, пов’язаних
з  вивченням  так  званого  «звукового  порога»  —  різкого  зростання
опору  повітряного  середовища  руху  літака  при  досягненні  ним
швидкості звуку. Здійснення передачі електричної енергії по дроту
на далеку відстань при напрузі в 400 000 В й вище потребувало від
фізиків розв’язання низки питань, пов’язаних із цим складним за-вданням: глибокого вивчення тихого розряду на дротах («корони»),
що викликає в деяких випадках значні втрати енергії; дослідження
електричної дуги й способів її гасіння у зв’язку з розробкою кому-таційної апаратури, і в першу чергу вимикачів, які повинні в десяті
частки секунди відключити колосальні потужності, тощо.
Техніка  також  постачає  фізиці  необхідні  для  неї  прилади
й   пристрої,  іноді  дуже  складні.  Досить  зазначити,  наприклад,  що
прискорювачі заряджених часток, які дають можливість відкрити
й досліджувати явища, котрі мають винятково важливе,   принципове,
значення  для  фізики  атомного  ядра  й  елементарних  часток,  —  це
колосальні інженерні споруди.
Перед фізикою стоять такі завдання:
1)   досліджувати  явища  природи  й  знайти  закони,  яким  вони
підкорюються;
2)   встановити причинно-наслідковий зв’язок між нововідкри -тими явищами і явищами, вивченими раніше;
3)   застосувати отримані знання для подальшого активного впли -ву на природу.
 Практичне здійснення останнього завдання зазвичай стоїть перед
технікою, але фізика повинна вказати шляхи можливого використан-ня явищ з метою розвитку народного господарства.
Методи фізичних досліджень такі:
а)   спостереження, тобто вивчення явищ у природних обстави -нах.  Наукове  спостереження  являє  собою  далеко  не  просте
завдання, оскільки потребує вміння згрупувати ряд спорід -нених  явищ,  відзначивши  їхні  характерні  риси,  подібності
й  відмінності,  з’ясування  факторів,  від  яких  залежить  до -
сліджуване явище, і встановлення впливу кожного фактора
окремо при збереженні незмінними всіх інших тощо;
б)   експеримент, тобто вивчення явища шляхом його відтворення
в штучній, лабораторній обстановці. Експеримент має ряд пе -реваг перед спостереженням. Він заощаджує час, прискорю -ючи можливість вивчення явища, оскільки вчений не чекає,
поки це явище відбудеться в природі, а штучно створює його
в потрібний момент у лабораторії. Експеримент дуже часто
розширює  діапазон  вивчення  явищ  (наприклад,  у  природі
відбувається коливання температур у дуже малому інтервалі,
у лабораторії ж можна створити температури як дуже високі,
так і дуже низькі, що наближаються до абсолютного нуля).
Експеримент  дозволяє  робити  дослідження  за  допомогою
більш  складних  стаціонарних  приладів,  тобто  отримувати
результати значно точніші, ніж у природних умовах;
в)   створення  гіпотез,  наукових  припущень,  які  висуваються
для пояснення явища. Якщо гіпотеза не вступає в протиріч -чя з жодним із досліджуваних факторів, то вона переходить
у теорію. Експеримент є кращим критерієм істини.
Перший  урок  фізики  має  бути  присвячений  з’ясуванню  таких
питань:  що  таке  фізика,  чим  вона  займається  і  для  чого  її  вивча-ють.  Визначення  змісту  й  завдань  фізики  до  ознайомлення  з  нею,
особливо для учнів 13–14 років, буде пов’язане з досить великими
труднощами. Навряд чи варто згадувати й розтлумачувати на пер-шому уроці поняття матерії. При подібних спробах школярі просто
бездумно  заучують  відповідні  вислови  й  демонструють  явно  пере-кручене  уявлення  про  цю  найважчу  філософську  категорію.  Так
само  і  ви значення  фізики  як  науки  про  ті  форми  руху  матерії,  які
найкраще  піддаються  точному  вимірюванню,  нічого  не  визначає
й  не пояснює,  коли  маємо  справу  із  семикласниками.  Всі  ці  важкі
поняття формуються поступово з засвоєнням шкільного курсу фізи-ки. Тому на  початку вивчення фізики, з огляду на реальний рівень
розвитку учнів, зручніше представити перед ними ряд картин, що
розкривають значення науки й техніки для життя суспільства, хоча
б шляхом елементарного зіставлення умов життя, праці в теперішній
час і в  минулому, на різних етапах розвитку людського суспільства.
Нижче  у  конспективній  формі  пропонується  той  навчальний
матеріал, який можна використати під час бесіди з учнями на пер-шому уроці.
Конспект навчального матеріалу
Знання  про  природу  люди  накопичували  поступово.  Спочатку
їх цікавили лише знання, що допомагають вижити в тих або інших
умовах. Люди вчилися добувати їжу, будувати житло, захищати себе
від грізних природних явищ. Знання про навколишній світ переда-валися з покоління в покоління.
Поступово люди навчилися розуміти й пояснювати багато явищ
природи, встановлювати закономірні зв’язки між ними. Це давало
можливість пророчити, передбачати багато явищ. Так почали зарод-жуватися наукові знання про навколишній світ.
Оточуючий нас світ  різноманітний і складний. Сучасне природоз-навство — це сукупність багатьох окремих наук про природу. Кожна
з них зв’язана лише з вузьким колом проблем природознавства, але
разом  ці  науки  дозволяють  сформувати  в  сучасної  людини  цілісну
природничо-наукову картину навколишнього світу.
 До основних природничих наук належать: фізика, хімія, біоло -гія, географія, астрономія.
Метою природознавства є пізнання навколишнього світу. У наш
час в області природознавства працюють цілі групи людей — учені.
Вивчення природи є предметом наукової діяльності вчених.
Природа існує й розвивається за певними законами незалежно
від того, знає ці закони людина чи ні.
Учені  узагальнюють  факти  та  явища,  які  існують  у  природі
й   сприймаються  нашими  органами  чуття,  шукають  і  пояснюють
закономірності,  що  спостерігаються  в  природі,  створюють  моделі
(тобто спрощені образи того, що є в реальній природі), установлюють
закони, які керують явищами природи. Таким чином вони поступо-во розгадують таємниці природи. Це приносить величезну користь
людям.
Для кожної науки характерні особливі методи досліджень. Учені
користуються певною термінологією й апаратурою (приладами).
У природознавстві широко застосовуються такі загальні методи
дослідження: спостереження, експеримент, вимірювання.
Знання, які добуває наука, служать всім людям. Окрім природ-ничих
існує безліч технічних наук. Ці науки націлені на використан -ня  наявних  наукових  знань  про  світ  (досягнень  природознавства)
для   створення  машин,  устаткування,  приладів,  препаратів,  які
слугують людині й використовуються нею у побуті.
 Чи існують остаточні знання? Ні, не існують. Будь-яке наукове
знання не може досягти меж, за якими уже не буде чого досліджувати.
Обсяг і точність знань про природу постійно збільшуються і будуть
збільшуватися надалі. У науці немає остаточних знань.
Як  знання,  добуті  вченими,  передаються  всім  людям?  Наука
в  будь-якому  суспільстві  —  це  складова  частина  культури  цього
суспільства.  У  сучасних  державах  наука  розвивається  в  науково-дослідних  інститутах,  лабораторіях,  вищих  навчальних  закладах.
Є система наукових періодичних, (тобто таких, що регулярно вихо-дять з друку) видань, журналів, збірників; видаються книги, в яких
учені публікують результати своїх досліджень. Учені регулярно об-говорюють результати своїх досліджень на семінарах, симпозіумах,
конференціях, конгресах.
Звичайно ж, не всі люди стають ученими. І не всі зобов’язані ними
ставати. Однак кожна людина, щоб жити й творити, щоб бути куль-турною людиною, бути успішною в житті, повинна хоча б у певному
обсязі опанувати те, що було досягнуте людьми в процесі розвитку
людського суспільства. Для того щоб самостійно, без допомоги інших,
навчитися  лише  орієнтуватися  в  наявному  океані  знань,  потрібно
було б не одне, а багато людських життів. Тому кожного з нас активно
навчають: вдома, у дитячому садку, у школі, на виробництві, в ін-ститутах і університетах. Однак де б не вчилася людина, вона завжди
вчиться  сама.  І  продовжує  вчитися  все  своє  життя  —  працюючи,
спілкуючись з людьми і навіть відпочиваючи.
Слово «фізика» у перекладі із грецької мови означає «природа».
Тому  досить  часто  можна  зустріти  таке  тлумачення:  фізика  —  це
наука про природу. Однак учні вже знають, який великий зміст несе
у собі поняття «природа», також знають, що існує безліч наук, які
вивчають природу. Запропонуйте школярам згадати назви цих наук
і що вони вивчають.
Яке ж місце серед наук про природу займає фізика?
Донедавна  фізики  у  всіх  своїх  галузях  вивчали  явища,  не  по-в’язані зі змінами речовини, тобто з порушенням цілісності молекул.
Наприклад, ми можемо на воду подіяти силою, змусивши її текти,
можемо помістити її у магнітне поле або освітити, можемо скип’ятити
або заморозити. У всіх цих випадках вода певним чином відреагує
на вплив, який справляють на неї наші дії, і особливості такого реа -гування становлять предмет інтересу фізиків. Однак будова молекул
води у всіх наведених випадках залишається незмінною. Даний при-
клад ілюструє, чому фізику й визначали як науку, що вивчає явища,
під час протікання яких не відбуваються ніякі зміни речовини.
Однако  фізика  своїм  розвитком  зробила  таке  визначення  за-старілим. На певному етапі фізики почали активно вивчати явища,
за  яких речовина зазнає змін, до того ж — найбільшою мірою — мова
йде про перетворення атомних ядер. Фізики дісталися до первісного
будівельного матеріалу речовини — елементарних часток: протонів,
нейтронів, електронів. У результаті одним з головних завдань фізи-ків стало вивчення елементарних часток, їхніх властивостей і  взає-модій.
До того ж сучасні фізики починають розуміти, що поведінка еле-ментарних часток підкорюється тим самим законам, що й поведінка
зірок  і  галактик.  Прикладів  такої  спільності  явищ  у  природі,  яку
зуміли  виявити  саме  фізики,  існує  величезна  кількість.  Головне
завдання фізики саме в тому і заключається, щоб пояснити явища,
що відбуваються в природі, у всій їхній різноманітності, але виходячи
з тих або інших загальних принципів. На базі вивчення найпростіших
властивостей,  найпростіших  об’єктів  фізика  встановлює  найбільш
загальні  властивості  оточуючого  нас  матеріального  світу.  Головне
завдання  фізики,  таким  чином,  —  виявити  й  пояснити  закони,
яким підкорюється природа у своєму розвитку. Прикладами таких
загальних фізичних законів є, приміром, закон всесвітнього тяжіння,
про який учні вже знають з курсу природознавства, а також закон
збереження й перетворення енергії, з яким вони мають ознайомитися
наприкінці цього розділу.
Все вище сказане свідчить про те, що фізика і її закони лежать
в основі всього природознавства. На основі уявлень фізики побудо-вана сучасна природничо-наукова картина світу.
Фізика є також основою сучасної техніки.
Примітка. У наведеному вище матеріалі не фігурують прізвища
видатних фізиків, яких прийнято називати творцями науки, не  від-битий  внесок  українських  учених  тощо.  Буде  більш  правильним,
якщо персоналії вчених, як і оцінка їхніх досягнень, виникнуть не  у
вступі до курсу фізики 7-го класу, а поступово, під час вивчення ма-теріалу, коли з’явиться природна потреба в такого роду інформації,
бо в іншому випадку ця інформація засвоюється чисто формально.
Програма передбачає ознайомлення учнів із просторово-часови-ми характеристиками Всесвіту. Можливий варіант викладу такого
матеріалу поданий нижче.
Всесвіт як об’єкт дослідження
  (мікросвіт, макросвіт, мегасвіт )
Охопити  весь  діапазон  розмірів  і  відстаней  у  нашому  Всесвіті
досить  складно.  Досліджуючи  мікросвіт,  людина  виявила  живі
клітини,  діаметр  яких  у  100 000  разів  менше  зросту  людини.  Ці
клітини складаються з молекул. Молекули у свою чергу складають-ся з  атомів, які у 100 000 разів менше клітин. Будова самого атома
така, що в  основному це «порожній» простір, електрони й, нарешті,
у центрі  — ядро, яке у 100 000 разів менше самого атома.
Якщо ми тепер звернемося до макросвіту, то виявимо, що від стані,
у 100  000 разів перевищуючі зріст людини, становлять не набагато
більше  100  км,  тобто  відстань,  про  яку  ми  маємо  деяке  інтуїтивне
уявлення.  Але  вже  множник  1 000  000  викликає  в  нашій  уяві  від-стань,  яка  приблизно  дорівнює  відстані  від  Землі  до  Сонця.  Від-стань  до  найближчої  зірки  від  нашої  Сонячної  системи  більше  ще
в 100  000  разів. Наше Сонце — усього лише одна із приблизно десяти
мільярдів зірок у спіральній галактиці, діаметр якої у 25 000 разів
перевищує відстань від Сонця до наступної найближчої зірки. Понад
мільярд таких галактик перебуває в межах, доступних вивченню. Ці
галактики простяглися до самих меж видимості й, можливо, до меж
Всесвіту  на  відстань,  яка  у  100 000  разів  перевищує  діаметр  нашої
власної Галактики.
Оскільки  ми  не  можемо  осягти  настільки  великі  відмінності
величин,  розглянемо  масштабні  моделі  окремих  частин  Всесвіту.
Уявімо  собі  пристрій,  який  міг  би  збільшити  дощову  краплю  до
розмірів нашої планети.
Атом у такій краплі води був би тоді розміром з людину, але його
ядро (у якому зосереджена майже вся маса атома) однаково було б
розміром з бактерію, тобто занадто малим, щоб можна було б розгля-дати його без допомоги сильного мікроскопа! Уявімо собі тепер, що
наш пристрій дозволяє одержувати зменшене зображення Галактики
(яка  являє  собою  дуже  малу  частину  всього  Всесвіту)  доти,  доки  її
зовнішня межа не укладеться в орбіту Землі навколо Сонця. У цьому
випадку  Земля  буде  мати  величину  голівки  шпильки,  а  люди,  що
живуть на ній, будуть мати розміри атомів.
На мал. 1.1 схематично проілюстрований діапазон розмірів і від-станей, що зустрічаються у Всесвіті.
За одиницю довжини узятий один метр. Шкала на малюнку —
логарифмічна,  тут  відкладені  ступені  десяти.  Це  дозволяє  уявити
на  одній  діаграмі  величезний  діапазон  величин.  Зверніть  увагу,
що  на  наведеній  шкалі  кожний  відрізок  відбиває  збільшення  або
зменшення довжини в десять разів, два  відрізки — зміни в сто  разів,
три  відрізки — у тисячу, шість  — в один мільйон, а дев’ять — в  один мі-льярд разів.
Зверніть увагу на місце, яке на цій схемі займають розміри лю-дей. Люди й всі живі істоти на Землі займають тільки дуже вузьку
 ділянку між дуже малими й дуже великими об’єктами. Найбільші
зі всіх живих істот за своєю довжиною не більше ніж у 20 разів пе-ревищують розміри людини. Найменші об’єкти, які ще за якимось
ознаками  можуть  бути  віднесені  до  живих  істот,  менше  людини
приблизно в  10 мільйонів разів.
Але Всесвіт далеко не вкладається у ці межі. Наше безпосереднє
сприйняття  Всесвіту  неймовірно  обмежене.  Неозброєним  оком  ми
можемо бачити предмети розміром не менше 1/10 мм (10
–4
 на  нашій
шкалі). Більш дрібні предмети ми можемо побачити тільки в мікро -скопи, які дозволяють спостерігати предмети, у 100 і навіть у 1000
разів менші. Що стосується більших об’єктів, то про їхні розміри ми
маємо трохи інтуїтивне уявлення. Це стосується тіл, розміри яких
перевершують наші власні аж у 105 разів.
Ядра
Довжина хвилі
видимого світла
Зріст
людини
1 кілометр
Земна
орбіта
Галактика
Бактерія
Найближча
зірка
Межі
видимості
Рис. 1.1.  Масштабне зображення Всесвіту. Діапазон розмірів і відста-ней, поданий у логарифмічному масштабі
Для оцінки розмірів, які не укладаються у звичайні людські уяв-лення, ми повинні користуватися приладами й інтерпретувати їхні
показання на базі відповідних, іноді дуже складних, теорій.
Зображення, видиме в мікроскоп, настільки близьке до звично-го зорового образу, що для його розуміння необхідна тільки теорія,
яка розкривала б саму ідею збільшення. Електронні мікроскопи теж
дають візуальне зображення звичного вигляду. Прилади, що викори-стовуються в наукових дослідженнях, варто розглядати як знаряддя,
що розширюють межі людського сприйняття дійсності.
Окрім  фантастичного  діапазону  розмірів  і  відстаней,  об’єкти
у Всесвіті  проявляють  незліченну  кількість  інших  вимірювальних
властивостей.
Спроби зрозуміти Всесвіт
Зіштовхуючись  у  процесі  вивчення  Всесвіту  з  системами,  які
його  утворюють,  з  нескінченною  розмаїтістю  розмірів  цих  систем,
з фантастичним спектром їхніх властивостей, з їхніми багатобічними
взаємодіями, люди намагаються відшукати якийсь порядок і вибра-тися з цього видимого хаосу на якийсь рівень розуміння. Механізм
годинника складний, якщо його розглядати як єдине ціле. Але якщо
годинник розібрати й розглянути окремо кожну з деталей, з яких він
складається, то виявиться, що будь-яка деталь доволі проста. Воче-видь, основне завдання полягає в тому, щоб дізнатися, як ці деталі
пов’язані між собою, тобто як вони взаємодіють!
Аналогічно  учений,  досліджуючи  складні  системи  або  явища,
найретельніше  вивчає  основ ні  компоненти  цих  систем  і  основні
взаємодії в них.
Найвищого успіху відносно пізнання навколишнього світу й зве -дення фактів спостережень до найпростіших понять ми  досягли  би,
якби змогли дати повний опис природи в термінах обмеженої кіль-кості  фундаментальних  часток  і  тих  типів  фундаментальних  взає-модій, у які вони можуть вступати.
Сьогодні  добре  відомо,  що  всі  виявлені  в  природі  речовини
являють  собою  хімічні  сполуки  елементів,  яких  налічується  десь
близько 100. Ці елементи побудовані з часток, які називають атома-ми; останні, таким чином, являють собою фундаментальні частки.
Однак відомо, що атоми складаються із взаємодіючих одна з одною
ще більш фундаментальних часток: електронів, протонів, нейтронів,
мезонів та інших.
Сучасний  рівень  нашого  незнання.  Незважаючи  на  те,  що  про
нескінченно малі основні елементи Всесвіту відомо досить багато, все
ж таки наука ще дуже далека від завершеного опису природи. Від-криваються нові субатомні частки, а багато таємниць, що стосуються
деталей їхньої поведінки, залишаються дотепер нерозгаданими.
Якщо ж звернутися до істотно більш складної системи, напри-клад, такої, як людський організм, то тут, як і слід було сподіватися,
коло  деталей,  яких  ми  не  розуміємо,  виявиться  ще  більшим.  Ми
знаємо тепер багато чого про загальні функції різних органів і тка -нин,  а  також  про  їхню  взаємодію.  Однак  спроби  описати  функ  ції
цих  органів  через  процеси  в  їхніх  клітинах  ще  дуже  далекі  від за -вершення.
На космічному рівні одержана неймовірна кількість детальних
відомостей про сполуки, рух і життєві цикли зірок, а також інших
небесних тіл. Люди безпосередньо досліджували поверхню Місяця,
а на найближчі планети закинули автоматичні дослідницькі станції.
Однак ми дотепер зовсім не впевнені в тому, чи існує життя за межами
нашої  Сонячної  системи,  нічого  не  знаємо  про  те,  яке  походження
Всесвіту і які його кордони, більше того, ми не маємо уявлення навіть
про сполуки й будову внутрішніх зон Землі.

Категорія: Фізика 7 клас | Додав: uthitel (03.09.2014)
Переглядів: 1179 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: