Основные положения физической картины мира

Автор: Козлова Ирина Александровна

Дата публикации: 26.03.2016

Номер материала: 1391

Конспекты
Физика
10 Класс

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УЛЬЯНОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ

КОНСПЕКТ УРОКА ПО ФИЗИКЕ  НА ТЕМУ:

Физика как наука. Основные элементы физической картины мира.

Преподаватель: Козлова Ирина Александровна

Ульяновск, 2015г

Дата «_3_» _сентября_ _2015_ года
Тема занятия: Физика как наука. Основные элементы физической картины мира.

Цели: Сформировать у обучающихся целостную физическую картину окружающего мира, добиться освоения основ физики, развивать умение логически мыслить, рассуждать, устанавливать причинно-следственные связи. 
Задачи: Освоение знаний о фундаментальных физических законах и принципах, лежащих в основе современной физической картины мира, ознакомление с основными физическими явлениями, их механизмами, закономерностями, практическими приложениями и методами физических исследований. Создание у студентов основ достаточно широкой теоретической подготовки в области физики, позволяющей будущим инженерам ориентироваться в потоке научной и технической информации и обеспечивающей им возможность использования новых физических принципов в тех областях техники, в которых они специализируются. Развитие умения логически мыслить, рассуждать, устанавливать причинно-следственные связи, проводить эксперимент. Воспитание у учащихся интереса и внимания к окружающему их миру.
Продолжительность занятия: 2 урока по 45 минут.

Материально-техническое оснащение: Компьютерная презентация; иллюстрации; карточки с заданиями.

Для проведения опытов на второй 45-минутке требуется: банка, лед, противень, стаканы, вода, монета, лист бумаги, спирт, денежная купюра, воздушный шарик, пластиковый стаканчик, лак для ногтей, вареное яйцо, бутылка, банка, рулетка, плоское зеркало.

Ход занятия:

Этапы занятия

Методы и приемы

Деятельность преподавателя

Деятельность обучающихся

Примерное время

Организационный момент.

Беседа, диспут

     Здравствуйте! Самолеты и автомобили, еда и одежда, телефоны и компьютеры – все сделано из материалов.  Вкус, непромокаемость, прочность, плотность, красота, надежность и другие свойства зависят от параметров материалов, а так же от конструкторов и технологов. Основа мышления любого конструктора – это существующие материалы и новейшие технологии. Конструирование, технология, материаловедение – все они связаны с физикой.  Рада приветствовать Вас на первом занятии по физике. Вы выбрали замечательную техническую специальность. Знание физики убережет Вас от множества ошибок.

Приветствие

3 мин

Изучение нового материала:

Заняв места в этой аудитории вы разделились на четыре подгруппы.  У меня есть задание для каждой. С помощью жребия вы выбираете название темы и «жизненную позицию», с которой необходимо рассказать о значимости изучения физической темы. Задача убедить противника в важности и значимости изучения темы.

Предлагаемые темы (одна для примера):

  1. Механика (Например: Равноускоренное движение, Реактивное движение, Закон сохранения энергии).
  2. Молекулярная физика (Например: Агрегатное состояние вещества, Влажность воздуха, Поверхностное натяжение жидкости, Теплопроводность).
  3. Электродинамика (Например: Магнитное поле, Электрический ток).
  4. Оптика (Например: Закон отражения света, Поляризация)
  5. Физика атомного ядра (Например: Радиоактивность, Изотопы, Атомная или водородная бомба, Открытие элементарных частиц).

Предлагаемые роли (одна для примера):

  1. «Оратор» За 1 минуту убедите своего собеседника в том, что изучение этой темы просто необходимо.
  2. «Автор» Если бы вы были автором учебника, как бы вы объяснили ученикам необходимость изучения этой темы?
  3. «Фантазёр» Назовите 5 способов применения знаний, умений и навыков по этой теме в жизни.
  4. «Кумир» Пофантазируйте, каким образом президент или известный певец (например, Тимати)  доказали вам необходимость изучения этой темы?
  5. «Профи» Исходя из будущей профессии, зачем нужно изучение этой темы?

После 3 минутного обсуждения просим команды по очереди выступить перед аудиторией со своим монологом.

Спасибо!

Новые материалы и способы их обработки создаются очень стремительно в век нанотехнологий. Объекты и процессы  связанны с законами физики. Знание законов позволяет решать поставленные задачи. Нормального человека при взгляде на физику охватывает ужас – десятки тысяч книг, которые не то что понять, прочесть не возможно, а у некоторых не понимает даже названия. Но ведь в этом и самое удивительное – найти новое и неизвестное, что-то, что можно познать. Простым тестом для определения склонности к физическому мышлению могут  являться задачи:

  1. С какой скоростью должна бежать собака, чтобы не слышать звона сковородки, привязанной к ее хвосту?  
  2. Что не имеет длины, глубины, ширины, высоты, а можно измерить?
  3. Сколько пикселей за окном?
  4. Что является примером Массовой культуры и быта в начале 21 века?

Физика едина во Вселенной, а вот курс физики как науки на разных планетах будет выглядеть по-разному. Степень развития разделов зависит от мира, в котором живут те, кто эту физику развивает. В мире с высокой температурой не будет ферромагнетизма (меди, керамики, стекла), электротехника будет другой. Как выглядит физика дельфинов и летучих мышей? Что происходит со скатами и угрями на дне океана? Какие дома на Юпитере? Можно много рассуждать об уместности физических законов, даже придумать новые понятия или поменять что-то в уже существующих. Но только при условии, что они пригодятся.

             А сейчас считаю важным зачитать фрагмент из книги Ричарда Фейнмана "Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!"

«В Инженером институте я читал курс "Математические методы в физике", в котором старался научить студентов решать задачи методом проб и ошибок. Этого обычно не знают, и я начал с простых арифметических примеров. Я был удивлен, когда из восьмидесяти с лишним студентов только восемь сдали первое задание. Я произнес настоящую речь о том, что надо пробовать самим, а не просто сидеть и смотреть, как я решаю. 

            После лекции ко мне подошла небольшая делегация. Мне объяснили, что я недооцениваю их подготовку, что они могут учиться, и не решая задач, что арифметику они давно уже прошли и что заниматься такими простыми вещами ниже их достоинства. 

        Мы продолжали заниматься, и, независимо от того, насколько сложным становился материал, они никогда не сдавали ни одной работы. Конечно, я понимал отчего: они не могли ничего решить. Еще одного я не мог от них добиться - вопросов. В конце концов, один студент объяснил мне: "Если я задам Вам вопрос во время лекции, потом все будут говорить: "Зачем ты отнимаешь у нас время на занятиях? Мы стараемся что-то узнать. А ты прерываешь лекцию, задавая вопросы". Это было какое-то непостижимое высокомерие, так как никто ничего не понимал в происходящем, и  все только делали вид, что понимают. Они притворялись, что им все ясно. И если кто-то задавал вопрос, признавая тем самым, что ему не все понятно, на него смотрели сверху вниз и говорили, что он отнимает время. 

        В конце учебного года студенты попросили меня сделать доклад о моем преподавании в Бразилии. На докладе должны были присутствовать не только студенты, но и профессора и правительственные чиновники, так что я взял с 
них обещание, что я смогу говорить все, что захочу. Мне сказали: "О чем речь! Конечно. Это свободная страна". 

        И вот я пришел, захватив элементарный учебник физики, по которому учились на первом курсе колледжа. Эта книга считалась особенно хорошей, так как в ней использовались разные шрифты. 
Самые важные для запоминания вещи печатались жирным черным шрифтом, менее важные - побледнее и т. д.

        Зал был полон. Я начал с определения науки. Наука - это понимание законов природы. Потом я спросил: "Зачем развивать науку? Конечно, ни одна страна не может считаться цивилизованной, если она не … и т.д. и т.п." Все сидели и кивали, потому что, я знал, так именно они и думали. Тогда я сказал: "Это, конечно, абсурдно. Почему мы должны стремиться подражать другой стране? Для занятия наукой должна быть другая, веская, разумная, причина; нельзя развивать науку просто потому, что так делают в других странах". Потом я отметил практическую пользу научных исследований, вклад науки в улучшение условий жизни человека, и все таксе - я их немного подразнил. 
    Потом я сказал: "Основная цель моего доклада - показать, что в Бразилии нет научной подготовки".  Смотрю: они заволновались: "Как? Нет науки? Чушь какая-то! У нас учится столько студентов!" Тут я рассказал им, что, приехав в Бразилию, я был поражен, как много в книжных магазинах младших школьников, покупающих книги по физике. В Бразилии очень много детей занимаются физикой, причем начинают гораздо раньше, чем дети в Соединенных Штатах. Поэтому удивительно, что мы не видим в Бразилии большого числа физиков. Отчего? Столько детей трудится изо всех сил, но все  впустую. 

          И я привел такую аналогию: ученый занимается греческим языком и любит его. В его стране не много детей, изучающих греческий язык. Но вот он приезжает в другую страну и с радостью видит, что все учат греческий, даже самые маленькие дети в начальных школах. Он приходит на выпускной экзамен и спрашивает студента, будущего специалиста по греческому языку: "Как Сократ понимал взаимоотношение Истины и Красоты?" Студент не может ответить. Тогда ученый спрашивает: "Что Сократ сказал Платону в Третьей беседе?" Студент сияет и начинает: "Тр-р-р…" - и на прекрасном греческом языке повторяет слово в слово все, что сказал Сократ. Но в Третьей беседе Сократ как раз и говорил о взаимоотношении Истины и Красоты. Наш ученый обнаружил, что в этой стране греческий язык учат так: сначала учатся произносить звуки, потом слова, а потом предложения и целые абзацы. Студенты могли повторять наизусть, слово за словом, что сказал Сократ, не отдавая себе отчета в том, что все эти слова действительно что-то значат. Для них все это только звуки. Никто никогда не переводил их на понятный студентам язык. Я сказал: "Вот как я представляю себе обучение детей "науке" здесь». Потом я поднял учебник, которым они пользовались: "В этой книге в одном единственном месте упоминаются экспериментальные результаты. Я имею в виду описание опыта с шариком, катящимся по наклонной плоскости. Сообщается, как далеко он укатится через одну секунду, две секунды три секунды и т. д. Эти числа содержат "ошибки", т.е. на первый взгляд кажется, что видишь 
экспериментальные данные. Все числа немного ниже или выше теоретических оценок. В книге даже говорится о необходимости учитывать экспериментальные ошибки - очень хорошо. Беда в том, что 
 если вы станете вычислять величину ускорения свободного падения при помощи этих чисел, то получите правильный ответ. Но если шарик действительно катится по наклонной плоскости, он непременно крутится, и, если вы на самом деле ставите такой опыт, это дает пять седьмых правильного ответа, так как часть энергии расходуется на вращение шарика. Так что эти единственные в книге "экспериментальные данные" - фальсификация. Никто не запускал шарика, иначе невозможно было бы получить такие результаты.

        Я обнаружил кое-что еще, - продолжал я. - Наугад листая страницы останавливаясь в любом произвольно выбранном месте, я могу показать вам, почему это не наука, а заучивание во всех случаях, 
без исключения. Я рискну прямо сейчас, в этой аудитории перелистать страницы, остановиться в произвольном месте, прочитать и показать вам. 

          Так я и сделал. Тррррр-ап - мой палец остановился на какой-то странице, и я начал читать: "Триболюминесценция. Триболюминесценция - это излучение света раздробленными кристаллами…". Я сказал: "Вот, пожалуйста. Есть здесь наука? Нет! Здесь есть только толкование одного слова при помощи других слов. Здесь ни слова не сказано о природе: какие кристаллы испускают свет, если их раздробить? Почему они испускают свет? Вы можете представить, чтобы хоть один студент пошел домой и попробовал это проверить? Они не могут. Но если бы вместо этого вы написали: "Если взять кусок сахара и в темноте расколоть его щипцами, вы увидите голубоватую вспышку. То же самое происходит и с некоторыми другими кристаллами. Никто не знает, почему. Это явление называется триболюминесценцией". Тогда кто-нибудь проделал бы это дома, и это было бы изучением природы. Я использовал для доказательства этот пример, но мог взять и любой другой, - вся книга была такая. Наконец, я сказал, что не понимаю, как можно получить образование при такой саморазвивающейся системе, когда одни сдают экзамены и учат других сдавать экзамены, но никто ничего не знает».

       Мы с Вами будем стараться изучать физику с практической стороны, применимо к нашей повседневной жизни и вашей будущей профессии. Решение задач из задачников приводит к развитию мозгов, а решение серьезных физических задач приводит к развитию самой физики.

       Рассуждения о достижении предельных параметров полезны не только для развития фантазии и тренировки мозгов. Во-первых, сегодня у нас есть определенный материал, а завтра будет лучший – как мы его применим? Полезно знать это заранее. Во-вторых, если мы знаем как его применим, то полезно потратить силы на разработку этого материала. В-третьих, такие рассуждения полезны для физики.

Современная физическая картина мира состоит из системы недоступных наблюдению уравнений, она не является больше «картиной». Материальная действительность стала абсолютно абстрактным понятием. Представление о мире и его процессах сначала основывалось на механике атома (атомизм), затем на механике сил (динамизм),  в наши дня на неразрывности пространства и времени, силы и материи, что привело к потери наглядности.

Множество фантастических книг об освоении космоса, создании робототехники, движения со сверхскоростями на магнитных подушках превратились в жизнь. Поэтому рекомендую Вам к самостоятельному прочтению для общего развития следующие книги: Евгений и Любовь Лукины «Миссионеры», «Благие намерения»; Иван Ефремов «Сердце змеи»; Борис Штерн «прорыв за край мира» и т.д. В них попытки создать альтернативную физику фантастичны, но не исключены.

Каждая подгруппа выдергивает одну тему и одну «роль». После обсуждения в командах происходит выступление от каждой группы по очереди. И выставляется оценка «убедили» или «не убедили».

1. ОТВЕТ: Эта задача в компании сразу выявляет физика: физик сразу отвечает, что ей нужно бежать со сверхзвуковой скоростью. Разумеется, собаке достаточно стоять на месте.

2. ОТВЕТ: (Время, температура, давление)

3. Ответ: Пиксель – это самый маленький элемент изображения. По-русски, точка. Параметр пиксель используется для оценки разрешающей способности монитора. Чем больше пикселей может отображать ваш монитор - тем лучше. За окном их гораздо больше, чем в телефоне или планшете.

 4. Ответ: сотовый телефон, компьютерные игрушки, электромобили и т.п.

Обсуждение физики ультразвука, жизни под высоким давлением и на газовом гиганте.

Написание конспекта о современной физической картине мира.

15 мин

17 мин

10 мин

Игровая часть занятия. Викторина

Соревнование

А теперь предлагаю физическую  викторину, состоящую из 6 туров, включающих как аналитические, так и практические задания.

В первом туре каждой команде достаются по жребию аналитические задачи по физике. На обсуждение дается 1 минута. Правильный ответ оценивается в 2 балла. В случае неверного ответа, у первой поднявшей руку команды есть шанс ответить правильно и заработать 1 балл.

  1. Можно ли получить от непрозрачного предмета четыре полутени без тени?
  2. Как изменится расстояние между предметом и изображение, если зеркало переместить в то место, где было изображение?
  3. Попробуйте проделать такой фокус: наполните чистый стакан доверху водой и поспорьте с гостями, что в стакане есть еще очень много свободного места. Вам, конечно, не поверят, но вы начнете осторожно, не касаясь воды, но и без всплесков опускать в стакан одну за другой монетки. И вода при этом из стакана не будет выливаться - вы докажите, что в ней еще есть место! Почему же так получается?
  4. Стаканы на бумаге. На столе на некотором расстоянии друг от друга (15-20см) стоят 2 стакана. Есть лист (А4), который нужно положить на эти 2 стакана и сверху на него поставить третий стакан (между двумя) так, что бы лист не прогнулся до стола).
  5. Когда надо налить сок из жестяной банки через отверстие в крышке, то делают еще одно отверстие. Только тогда идет хорошая струя. Почему?
  6. В высокий цилиндрический сосуд диаметром 5 см упал мяч диаметром 4 см. Сможете ли вы достать мяч, не поворачивая сосуда?
  7. Почему грязный, покрытый копотью снег тает быстрее, чем чистый?
  8.  Почему после снегопада становится тихо?
  9. Проделаем опыт.  Почему бы не попробовать сделать облако? Для этого нужно будет в трехлитровую банку примерно на три сантиметра налить горячей воды, закрыть сверху противнем, на котором будет лежать лед. Вот тут и начнет создаваться облако.

Во втором туре каждой команде раздается одинаковый набор карточек с пропусками в формулах. Необходимо верно подставить недостающий элемент. За каждую верную формулу выставляется 1 балл.

; ; ;  Недостающие элементы: R, t, ν, G.

В третьем туре нужно по прочитанному определению назвать физическую величину. Отвечает команда первая поднявшая руку. Верный ответ оценивается в 1 балл.

  1. Быстрота изменения скорости? (ускорение)
  2. Единица измерения силы. (Ньютон)
  3. Механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. (Упругие волны).
  4. Движение тела под действием силы тяжести. (Свободное падение)
  5. Устройство. Предназначенное для осуществления управляемой ядерной реакцией (Ядерный реактор).

Четвертый тур - Опытный. Каждая команда может получить  по 4 балла за объяснение физической сути эксперимента.

  1. Деньги не горят. Опыт иллюстрирует, как вода в растворе со спиртом, не дает сгореть купюрам в пламени от сгораемого спирта. Смешиваем спирт и воду в соотношении 1:1. Помещаем в полученный раствор денежные купюры. Поджигаем купюры.
  2. Стаканы прилипли. Стаканчики прилипают к воздушному шарику в процессе увеличения его объема. Прикрепляем шарик к шлангу от насоса и начинаем качать. По мере накачивания шарика плотно прислоняем к нему пластиковые стаканчики так, что бы воздух внутрь стаканчиков не просачивался.
  3. Рисунки лаком. Капли лака для ногтей на воде создают причудливые узоры, которые потом можно перенести на твердый предмет. Наливаем холодную воду в сосуд с большой площадью поверхности. Капаем лак для ногтей на поверхность воды. Капаем лак другого цвета, далее другого и так далее. Зубочисткой рисуем рисунок. Опускаем в воду предмет, которые хотим покрасить.
  4. Яйцо из бутылки. Опыт иллюстрирует, как при помощи огня можно протолкнуть яйцо в бутылку и достать его обратно, не повредив яйцо. Чистим вареное яйцо. Поджигаем бумажный кораблик. Бросаем кораблик в бутылку. Накрываем горлышко бутылки яйцом. Яйцо внутри. Берем трехлитровую банку. Горлышка для герметизации уплотняем пластилином. Поджигаем бумажный самолетик. Бросаем самолетик в банку. Накрываем банку бутылкой с яйцом, горлышком вниз. Яйцо оказывается в банке.

Пятый тур – капитанский. Капитанам ваших команд предлагается вывести из закона, представленного формулой, искомый параметр. Время выполнения 1 минута. Верное самостоятельное решение принесет команде 2 балла. Решение с подсказкой от команды оценивается в 1 балл.

; ;

В шестом туре командам выдается одинаковый набор карточек с ребусами, которые нужно разгадать. Время выполнения задания 3 минуты. За каждый верно разгаданный ребус выставляется 1 балл.

1. 2.

3. 4.       5. 6.

Подводя итоги можно сказать, что в процессе викторины мы вспомнили некоторые определения и законы физики. За 6 туров вы могли набрать 31 балл.

  1. Да, подсвечивая с 4 сторон.
  2. Увеличится.
  3. С помощью поверхностного натяжения.
  4. Сложить лист гармошкой.
  5. Создается давление.
  6. Да, подливая воду.
  7. Темный свет поглощает энергию.
  8. Между снежинками есть воздух, что поглощает звук, как шумоизоляционный материал.
  9. Пар поднимется кверху, под действием льда будет охлаждаться, конденсироваться, и создастся, таким образом, небольшая тучка

; ; ;

1. Вода не горит. Именно это и не дает сгореть деньгам. Дело в том, что пламя образуется от сгорания спирта в приготовленном нами растворе, а вода, пропитав купюры, не дает им сгореть.

2.Если мы к слабо надутому шарику прислоним стакан, то внутри стакана образуется замкнутый объем. Но по мере надувания шара, объем внутри стакана немного увеличится, что создаст разность давления внутри стакана и снаружи. Тем самым, создается эффект присоски. 

3. Плотность лака и воды различная, поэтому чтобы смешать их нужно приложить усилия.

4. Что бы протолкнуть яйцо в бутылку нужно уменьшить давление внутри нее. Из-за сжигания кислорода в бутылке давление уменьшилось, а снаружи осталось прежним. Поэтому давление сверху и вдавило яйцо внутрь. Что бы достать яйцо из бутылки, нужно уменьшить давление снаружи нее. 

  1. РЕЗОНАНС
  2. ТЕПЛОЕМКОСТЬ
  3. ЭНЕРГИЯ
  4. АНОД
  5. ГРАДУС
  6. НЬЮТОН

35 мин

Задание на дом.

  1. Найти способ определения высоты дерева, если вы располагаете лишь плоским зеркалом и рулеткой.
  2. Чем отличается квантово-полевая картина мира от электромагнитной?
  3. Как сложилась современная физическая картина мира?

Записи в тетрадях

3 мин

Подвести итоги занятия.

Поощрение

Хотелось бы поблагодарить за активное участие и проявленный интерес к сегодняшнему занятию по физике. Но у меня осталось два открытых вопроса: Что случится, если вы как специалист в своей области не будете знать физику?

И напишите пять предложений на тему: «Чего не случится в моей жизни, если я буду знать физику?» или Чего не случится в моей жизни, если я не буду знать физику?

Записи в тетрадях

7 мин

Список используемой литературы:

  1. Ричарда Фейнмана "Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!", 2015
  2. Физика- материалы, параметры, альтернативное. Л.Ашкинази //Квант. – 2015. - №2. – с. 2-6
  3. Современная физическая картина мира. - Электронный ресурс удаленного доступа. – Режим доступа: http://bibliofond.ru/
  4.   Савельев И. В.  Курс общей физики. М.: Наука 1977 т. I
  5. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики, т.т. 1-2. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000.