10 класс. Урок 1. Введение

Урок 1 *

Тема урока: Введение.

Цели урока:

• раскрыть значение физической теории, познакомить с научным методом познания;

• познакомить учащихся с применимостью физи­ческих законов и теорий, с современной физи­ческой картиной мира.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Требования к урокам физики.

3. Изучение нового материала.

Учитель: «Закройте глаза, освободите уши, напрягите слух, и от неж­нейшего дуновения до самого дикого шума, от простейшего звука до высочайшей гармонии, от самого мощного страстного крика до самых кротких слов разума — все это речь природы, которая обна­руживает свое бытие, свою силу, свою жизнь...

Она дает дивное зрелище; видит ли она сама, мы не знаем, но она его дает для нас, а мы, незамеченные, смотрим из-за угла... Каждому является она в особенном виде. Она скрывается под тыся­чей имен и названий, и все равно одна и та же. Она ввела меня в жизнь, она и уведет. Я доверяю ей. Пусть она делает со мной что хочет...» — так писал о природе немецкий поэт, мыслитель и есте­ствоиспытатель Иоганн Вольфганг Гёте.

Физика — наука о природе. А человек — дитя природы. И он должен уметь с ней разговаривать. Но как? На каком языке? Французский поэт Шарль Бодлер писал:

Природа — это храм, где камни говорят,

Хоть часто их язык бывает непонятен.

Вокруг — лес символов, тревожен, необъятен,

И символы на нас с усмешкою глядят.

Пытливый ум человека не делит мир на части непроницаемой перегородкой: это «лирика», а это «физика». В мозгу человека все сплетено в живой и неделимый клубок мыслей и чувств.

Зачем надевают кольцо золотое

На палец, когда обручаются двое? —

Меня любопытная леди спросила.

Не став пред вопросом в тупик,

Ответил я так собеседнице милой:

Владеет любовь электрической силой,

А золото — проводник!

Роберт Берне

Что такое научный метод познания? Пытаясь понять окру­жающий мир, человек ищет закономерности в различных и много­образных явлениях. На основании того, что ему уже известно из наблюдений и опытов, человек пытается угадать новую закономер­ность. Такая догадка называется гипотезой.

Любоваться природой можно и не зная физики. Но понять ее и увидеть то, что скрыто за внешними образами явлений, можно лишь с помощью точной науки. Только она позволяет заметить, что «в явлениях природы есть формы и ритмы, недоступные глазу со­зерцателя, но открытые глазу аналитика. Эти формы и ритмы мы называем физическими законами» (Р. Фейман).

Научная гипотеза — это не любая догадка, а только такая, ко­торая может быть проверена на опыте. Поэтому после того, как до­гадка высказана, ученые ставят многочисленные опыты с целью подтвердить или опровергнуть эту догадку. Но далеко не все гипо­тезы подтверждаются! И тогда начинают рождаться новые гипотезы. А для их проверки ставятся новые эксперименты. Этот процесс — процесс научного познания мира — имел начало, но конца ему не видно.

Нам тайны нераскрытые раскрыть пора —

Лежат без пользы тайны, как в копилке, —

Мы тайны эти с корнем вырвем у ядра —

На волю пустим джина из бутылки!

Владимир Высоцкий

Что и как изучает физика? «Ученый изучает природу не по­
тому, что это полезно; он исследует ее потому, что это доставляет
ему наслаждение, а это дает ему наслаждение потому, что природа
прекрасна. Если бы природа не была прекрасна, она не стоила бы
того, чтобы быть познанной; жизнь не стоила бы того, чтобы быть
прожитой.

Я не говорю: наука полезна потому, что она научает нас созда­вать машины; я говорю: машины полезны потому, что, работая для нас, они некогда оставят нам больше времени для научных заня­тий...» (Анри Пуанкаре).

Есть два основных метода изучения физики — эксперимент и теория, которые удачно дополняют друг друга.

О, сколько нам открытий чудных

Готовят просвещенья дух

И опыт, сын ошибок трудных,

И гений, парадоксов друг,

И случай, бог изобретатель.

А. С. Пушкин

Удивительно точно подметил великий поэт характер научной деятельности. Что опыт — «сын ошибок трудных», вы можете по­чувствовать, выполняя лабораторные работы, что гений — «пара­доксов друг» — об этом вы узнаете, решая задачи (парадокс — не­ожиданная, непривычная мысль, казалось бы, противоречащая опыту). А случай? Есть и он! Настойчивым и внимательным всегда везет. И это — хорошо.

Границы применимости физических законов и теорий. Любая теория и любой закон являются некоторым приближением к реаль­ности. Результаты теории постоянно проверяются экспериментом, являющимся критерием правильности теории. Даже временное совпадение теории с экспериментом не означает ее абсолютной пра­вильности. Границы применимости теории определяются физиче­скими упрощающими предположениями, сделанными при поста­новке задачи и в процессе вывода соотношений.

Например, классическая механика, основанная на трех законах Ньютона, справедлива только при движении тел со скоростями, намного меньшими скорости света. Если же скорости тел становят­ся сравнимыми со скоростью света (например, удаленные от нас космические объекты или элементарные частицы в ускорителях), предсказания классической механики становятся неправильными. Тут в «игру» вступает теория относительности, созданная в начале ХХ-го века Эйнштейном.

Второй пример: поведение мельчайших частиц вещества — так называемых элементарных частиц, а также строение атома не мо­гут быть поняты в рамках классической механики: оказалось, что явления, происходящие на очень малых расстояниях и в очень ко­роткие промежутки времени, находятся вне границ ее применимо­сти. И в начале ХХ-го века для объяснения атомных явлений тру­дами нескольких ученых была создана квантовая механика.

Появление новой физической теории не отменяет прежнюю, бо­лее упрощенную теорию, а уточняет и дополняет ее. Одним из важнейших требований при создании новых физических теорий яв­ляется принцип соответствия, согласно которому предсказания новой теории должны совпадать с предсказаниями прежней теории в границах ее применимости. Принцип соответствия сформулиро­вал в начале ХХ-го века датский физик Бор — один из создателей квантовой механики.

Современная физическая картина мира. Единство мира не
исчерпывается единством строения материи. Оно проявляется и в
законах движения частиц, и в законах их взаимодействия. В тече­ние двухсот лет законы механики, открытые Ньютоном, считались
единственными фундаментальными законами природы (фундамен­тальные взаимодействия — взаимодействия, которые не могут быть
сведены к другим, более простым видам взаимодействия), и потому
все явления природы старались свести к механическим процессам.
Однако последующие открытия показали невозможность сведения
всех явлений природы только лишь к механическим. Благодаря
труду многих ученых XIX — XX вв. были открыты новые законы
природы, являющиеся не менее фундаментальными, а иногда даже
и более общими, чем законы механики Ньютона. Были созданы
электродинамика, теория относительности и другие теории.

Современная физическая картина мира основана на представле­нии о том, что вещество состоит из мельчайших частиц, между которыми существует несколько типов фундаментальных взаимодействий — так называемые сильные взаимодействия, электромагнитные, слабые и гравитационные. Во второй половине 20-го века электромагнитные взаимодействия были объединены со слабыми в «электрослабое» взаимодействие. Сегодня продолжаются интенсивные попытки построения «великого объединения» — тео­рии, которая позволила бы объединить все известные типы взаимо­действий.

Где используются физические знания и методы. И сегодня,
как много лет назад, законы физики продолжают играть важней­шую роль в практической деятельности людей. Например, ручной
труд все более вытесняется различными механизмами и машинами.

Объяснение и предсказание явлений необходимо для того, чтобы можно было управлять ими. Именно благодаря тому, что человек научился управлять явлениями, он стал «великаном»: например, создал машины, в миллионы раз превосходящие своей мощью силу человеческих рук, и объединил весь мир надежной системой связи. Все чудеса современной техники обязаны своим происхождением прежде всего физике: без знания физических законов невозможно проектировать и использовать машины, механизмы, приборы, кос­мические аппараты и т.д.

По мере накопления знаний об окружающей действительности люди стали более осознанно смотреть на вещи, пытаясь объяснить мир из него самого, не прибегая к сверхъестественным силам. Так, уже в пятом веке до нашей эры древнегреческий философ Гераклит писал: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим…».

Знание физики важно для понимания окружающего мира, а это нужно не только ученым и инженерам – это необходимо любому культурному человеку, даже далекому от науки и техники.

Физические знания и методы рождают новые науки, например биофизику, геофизику, астрофизику.

Основоположники науки о движении тел. Научные основы современной механики были заложены выдающимся итальянским ученым Галилео Галилеем (1554 – 1642). Важной заслугой Галилея является введение в физику научного эксперимента. Галилей считал, что «тот, кто болтает о природе, вместо того чтобы наблюдать ее и с помощью экспериментов заставить говорить, никогда не познает ее; но если кто-то добьется успеха и природа заговорит с ним, она заговорит на языке математики».

По словам известного французского ученого XIX века Ж. Лангранжа, Галилей «открыл новую и безграничную область для развития механики… Нужен исключительный гений, чтобы установить законы природы на явлениях, которые всегда были у всех перед глазами и тем не менее ускользали от внимания философов».

В середине века мир представлялся людям как грандиозный спектакль, главным героем которого был человек. После Ньютона человек перестал быть центром Вселенной. Людям открыл мир, не подчиняющийся их воле и развивающийся по объективным законам, не зависящим от человеческого сознания. Лангранж писал: «Ньютон был величайшим гением из всех, когда-либо существующих, и самый счастливый, ибо только однажды дано человеку открыть систему мира». В течение двухсот лет законы механики, открытые Ньютоном, считались единственными фундаментальными законами природы, и потому все явления природы старались свести к механическим процессам.

Последующие открытия показали невозможность сведения всех явлений природы только лишь к механическим. Были созданы электродинамика, теория относительности и другие теории. Вместе с тем, как писал Эйнштейн, «пусть никто не думает, что великое создание Ньютона может быть ниспровергнуто теорией относительности или какой-нибудь другой теорией. Ясные и широкие идеи Ньютона навечно сохранят свое значение фундамента, на котором построены наши современные физические представления».

1. Закрепление изученного материала.

• Пословица гласит: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». А почему народ так решил?

• Какие закономерности вы уже подметили в природе? Вы уверены, что это — закономерности? Почему? Учитываете ли вы эти закономерности в повседневной жизни? Как учитываете?

• Какие опасности угрожают нашей планете? Кто же подвергает Землю опасности? Можете ли вы лично принять участие в спасении Земли? Что для этого делают люди?

• Верите ли вы в чудеса? А что такое — чудо? Вы видели хотя бы одно чудо? Какие «чудеса» подарила людям наука?

1. Подведение итогов урока.

2. Домашнее задание.

1. Устно: стр. 4 – 8 учебника.

2. Письменно: русский поэт И. Северянин в одном из своих стихотворений писал:

Мы живем, словно в сне неразгаданном,

На одной из удобных планет...

Много здесь, чего вовсе не надо нам,

А того, что нам хочется — нет...

Чего же нам хочется? Ответьте на этот вопрос письменно прозой и сочините свое стихотворение.