Введение. Физика в познании вещества, поля, пространства и времени. Понятие о физической картине мира. Физика и техника.

Лекция № 1.

Тема: Введение. Физика в познании вещества, поля, пространства и времени. Понятие о физической картине мира. Физика и техника.

Цели:

образовательная - сформировать на основе ранее изученного материала знания об

понятиях физика в познании вещества, поля, пространства и

времени, физическая картина мира, развить представление о связи развития техники и физики как науки.

развивающая – развить умения применять и обобщать ранее полученные знания при получении новых, развить мышление, воображение, запоминание;

воспитательная – развить чувство патриотизма, сформировать основы научного мировоззрения, развить познавательный интерес к физике как науке.

План занятия.

1. Организационный момент (7-10 мин.)

2. Объяснение нового материала в форме лекции (60-65 мин)

3. Закрепления в виде фронтального опроса (7-10 мин.)

4. Подведение итогов урока, задание домашнего задания (1-2 мин)

Ход занятия.

1. Проверка отсутствующих и общие организационные моменты.

2. Объяснение нового материала в форме лекции.

Физика — наука о природе. Величайший мыслитель древности Аристотель (384-322 до н.э.) в смысл слова «физика» (от греч. — природа) вкладывал сово­купность сведений о природе, т.е. все, что было известно о земных и небесных явлениях. В русский язык термин «физика» был введен великим ученым-энцик­лопедистом, основоположником материалистической философии в России М.В.Ломоносовым (1711-1765).

Долгое время физику называли натуральной философией (философией при­роды), и она фактически сливалась с естествознанием. По мере накопления экс­периментального материала, его научного обобщения и развития методов иссле­дования из натуральной философии как общего учения о природе выделились астрономия, химия, физика, биология и другие науки. Из этого следует, что рез­кую границу между физикой и другими естественными науками установить до­вольно сложно, чем и обусловлена органическая связь физики с другими есте­ственными науками.

Процесс длительного изучения явлений природы привел ученых к идее о материальности окружающего нас мира. Материя включает в себя все окру­жающее нас и нас самих. Учение о строении материи является одним из цент­ральных в физике. Оно охватывает два известных физике вида материи: веще­ство и поле. Всякое изменение, происходящее в окружающем нас мире, пред­ставляет собой движение материи. Движение есть способ существования ма­терии.

Все материальные объекты (тела) не остаются неизменными. С течением вре­мени изменяются их взаимное положение, форма, размеры, агрегатное состоя­ние, физические и химические свойства и т. д.

Движение охватывает все происходящие во Вселенной изменения и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением. Физика изучает наибо­лее общие формы движения материи и их взаимные превращения, такие, как ме­ханические, молекулярно-тепловые, электромагнитные, атомные и ядерные. По­добное деление на формы движения условно, однако физика в процессе изучения обычно представлена именно такими разделами.

| Материя существует в пространстве и во времени.

Пространство определяет взаимное расположение (одновременно существу­ющих) объектов относительно друг друга и их относительную величину (рассто­яние и ориентацию). Все явления природы происходят в определенной последо­вательности и имеют конечную продолжительность. Время определяет последо­вательность явлений природы и их относительную продолжительность. Следовательно, пространство и время не существуют сами по себе, в отрыве от материи, материя не существует вне пространства и времени.

Общей мерой различных форм движения материи является энергия. Качествен-то различные физические формы движения материи способны превращаться друг m друга, но сама материя неуничтожима и несотворима. К такому выводу пришли еще античные философы-материалисты. Итак,

физика — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и зако­ны ее движения.

Физика — основа естествознания. Физика относится к точным наукам и изу­чает количественные закономерности явлений. Она является наукой эксперимен­тальной. Многие ее законы базируются на фактах, установленных опытным пу­тем. Факты остаются, а истолкование их иногда меняется в ходе исторического развития науки, в процессе все более глубокого понимания основных законов природы.

Понятие о физической картине мира. По мере накопления эксперименталь­ных данных постепенно вырисовывалась и складывалась величественная и слож­ная картина окружающего нас мира и Вселенной в целом.

Научные поиски и исследования, проведенные на протяжении многих веков, позволили И. Ньютону (1643- 1727) открыть и сформулировать фундаменталь­ные законы механики — науки о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между ними. В то время законы Ньютона казались настолько всеобъемлющими, что легли в основу построения меха­нической картины мира, согласно которой все тела должны состоять из абсолют­но твердых частиц, находящихся в непрерывном движении. Взаимодействие между телами осуществляется с помощью сил тяготения (гравитационных сил). Все многообразие окружающего мира, по Ньютону, заключалось в различии движе­ния частиц.

Механическая картина мира господствовала до тех пор, пока Дж. Максвеллом в 1873 г. не были сформулированы уравнения, описывающие основные закономер­ности электромагнитных явлений. Эти закономерности не могли быть объясне­ны с точки зрения механики Ньютона. В отличие от классической механики, где предполагается, что взаимодействие между телами осуществляется мгновенно (теория дальнодействия), теория Максвелла утверждала, что взаимодействие происходит с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме, посредством электромагнитного поля (теория близкодействия). Создание специальной тео­рии относительности — нового учения о пространстве и времени — позволило полностью обосновать электромагнитную теорию.

В состав всех без исключения атомов входят электрически заряженные части­цы. С помощью электромагнитной теории можно объяснить природу сил, дей­ствующих внутри атомов, молекул и макроскопических тел. Это положение и легло в основу создания электромагнитной картины мира, согласно которой все происходящие в окружающем нас мире явления пытались объяснить с помощью законов электродинамики. Однако объяснить строение и движение материи толь­ко электромагнитными взаимодействиями не удалось.

Дальнейшее развитие физики показало, что кроме гравитационного и электро­магнитного существуют и другие типы взаимодействия. Первая половина XX в.

ознаменовалась интенсивными исследованиями строения электронных оболочек атомов и тех закономерностей, которые управляют движением электронов в ато­ме. Это привело к возникновению новой отрасли физики — квантовой механики. В квантовой механике используется понятие дуализма: движущаяся материя яв­ляется одновременно и веществом и полем, т.е. обладает одновременно корпус­кулярными и волновыми свойствами. В классической же физике материя всегда либо совокупность частиц, либо поток волн.

Развитие ядерной физики, открытие элементарных частиц, исследования их свойств и взаимопревращений привели к установлению еще двух типов взаимо­действий, названных сильными и слабыми. Таким образом, современная физичес­кая картина мира предполагает четыре типа взаимодействия: сильное (ядерное), электромагнитное, слабое и гравитационное. Сильное взаимодействие обеспечи­вает связь нуклонов в ядре. Слабое взаимодействие проявляется в основном при распаде элементарных частиц. Таким образом, учение о строении материи в на­стоящее время является атомистическим, квантовым, релятивистским, в нем при­меняются статистические представления.

Физика и техника. Техника — совокупность всех средств и устройств, создан­ных человеком, содействующая более высокой производительности труда, опи­рается на фундаментальные открытия всех наук, в частности естествознания. Когда физики открывали какое-нибудь явление и могли управлять им, сразу же появлялись специалисты, в задачу которых входило практическое использова­ние приобретенных сведений. Так появились отдельные отрасли техники (тепло­техника, электротехника, радиотехника, электроника, ядерная техника и др.).

Наиболее бурный прогресс техники, связанный с развитием физики, происхо­дит с конца XVIII в., когда на алтайских заводах гениальный русский механик И. И. Ползунов (1728-1766) построил пароатмосферную машину непрерывного действия. Универсальный паровой двигатель был создан английским изобрета­телем Д.Уаттом (1736-1819). Паровые машины работали на многих заводах и фабриках, приводили в движение колеса пароходов, создавались первые па­ровозы. Наступала эпоха пара. Из физики выделилась новая наука — термоди­намика.

Конец XVIII и начало XIX в. ознаменовались множеством открытий в облас­ти изучения электромагнитных явлений. Большое значение для развития техни­ки имело открытие итальянскими учеными Л. Гальвани (1737 -1798) и А. Вольта (1745-1827) электрического тока и создание гальванических батарей. В.В.Пет­ровым (1761-1834) была открыта и исследована электрическая дуга. В 1889 г. немецким физиком Г. Р. Герцем (1857-1894) экспериментально были обнаруже­ны электромагнитные волны, а в 1895 г. А. С. Попов (1859 -1906) впервые исполь­зовал электромагнитные волны для беспроволочной связи. Наступил век элект­ричества. Из физики выделились электротехника, радиотехника и другие науки.

Со второй четверти XX в. происходит дальнейшее революционное преобразо­вание физики, связанное с познанием структуры атомного ядра и происходящих в нем процессов. Важнейшим результатом этого этапа явилось открытие деления атомного ядра. В 1939-1945 гг. была впервые освобождена ядерная энергия с помощью цепной реакции деления ^U. В 1954 г. в СССР была построена первая атомная электростанция (г. Обнинск). В 1952 г. была осуществлена реакция тер­моядерного синтеза. В настоящее время созданы атомные ледоколы и подводные лодки, дают ток атомные электростанции.

Под руководством С. П. Королева (1906-1966) 4 октября 1957 г. был запущен первый искусственный спутник Земли, а 12 апреля 1961 г. Ю.А.Гагарин на ко­рабле «Восток» совершил первый в мире космический полет. Началась эпоха ос­воения космоса, человек вышел за пределы Земли.

Теории и методы физики широко используются в астрономии, химии, биоло­гии, геологии и других естественных науках. Теория относительности и кванто­вая механика объяснили ряд явлений во Вселенной. Метод меченых атомов при­меняется для изучения химических реакций. Молекулярная и атомная физика входит в различные области биологической науки и т.д. Широко применяются достижения физики в радиоэлектронике, ядерной энергетике, ракетной и полу­проводниковой технике, автоматике и телемеханике, вычислительной и конт­рольно-измерительной технике.

Физические понятия являются простейшими и в то же время основополагаю­щими и всеобщими в естествознании (пространство, время, движение, масса, ра­бота, энергия и др.). Физические законы (такие, например, как законы сохране­ния), выводы, следствия из физических теорий имеют глубокий философский смысл.

3. Фронтальный опрос:

1. Дайте определение физики.

2. Кто ввел термин «физика» в русский язык?

3. Какие науки относятся к естественным?

4. Какие виды взаимодействия существуют в современной физической картине мира?

5. Дайте характеристику механической картины мира.

6. Дайте характеристику электромагнитной картины мира.

7. Дайте характеристику атомной и ядерной картины мира.

8. Что такое техника?

9. Перечислите этапы развития техники.

10. Охарактеризуйте этапы развития техники во взаимосвязи с развитием физики как науки.

11. Сделайте выводы о современной картине мире.

3