Урок физики в 7 классе "Физический эксперимент. Физическая теория"

Тема: Физический эксперимент. Физическая теория.

Цели урока:

Образовательная

- Понимать суть физической теории и эксперимента, уметь их различать.

Развивающая

- Развивать речь и логическое мышление.

Воспитывающая

- Воспитывать внимательность, дисциплинированность.

Тип урока: комбинированный.

1. Орг. момент (2-3 мин)

2. Фронтальный опрос домашнего задания (8-10 мин)

3. Объяснение новой темы (20-22 мин)

4. Закрепление новой темы ( 3-5 мин)

5. Домашнее задание (2-3 мин)

6. Итоги урока (1-2 мин)

Ход урока.

1. Орг. момент.

II. Фронтальный опрос домашнего задания (карточки с вопросами).

III. Эксперимент позволяет проверять на опыте физические явления, научные гипотезы и теории. Эксперимент позволяет также открывать новые физические законы. В этом вы убеди­тесь в процессе изучения физики. Например, описываемые в дан­ном учебнике законы Гука, Архимеда и другие были открыты экспериментальным методом. Словом, эксперимент является одним из главных методов исследования в физике.

И в изучении самой физики, и в проведении лабораторных работ эксперимент играет самую важную роль. Поэтому прида­ется исключительно большое значение усвоению приемов и мето­дов проведения эксперимента с самого начала изучения физики.

В этой связи следует обратить пристальное внимание на объективное представление используемых приборов в виде схем и результатов исследования в виде таблица графиков. Ниже мы покажем часто допускаемые учениками типичные ошибки при представлении пружинных динамометров, широко исполь­зуемых при проверке законов Гука, Архимеда и других.

При выполнении письменной записи результатов эксперимен­та следует придерживаться определенного порядка и последо­вательности изложения информации.

Экспериментальный метод и приемы его изложения. Под­робный отчет о последовательных действиях по проведению эксперимента должен быть написан в прошедшем времени. Он должен содержать достаточно сведений для того, чтобы другой человек, не знакомый с экспериментом, прочитав его, мог ус­пешно повторить проведенный эксперимент. Все меры предос­торожности или дополнительные действия по улучшению рабо­ты прибора должны быть включены в описание метода. Таким образом, письменная запись должна быть точным, хронологи­чески последовательным отчетом о том, что было сделано и как это было сделано.

Вычисления в эксперименте. Математические вычисления должны быть полностью представлены в вашей лабораторной тетради, предпочтительно вместе с таблицей результатов или вблизи нее так, чтобы работа могла быть проверена учителем. В физике почти все величины имеют свои единицы измерения, и весьма распространенной ошибкой являются случаи, когда их опускают при подсчетах. Соответствующая единица измерения всегда должна присутствовать в конечном результате.

Графическое представление результатов эксперимента. График позволяет решить проблему эксперимента, т. е. уста­новить закономерную связь между величинами. Для того чтобы найти графическую связь между двумя ве­личинами, используют координатную систему из двух перпен­дикулярно расположенных осей х и у. На оси коор­динат откладывают только числовые значения исследуемой ве­личины, название и единицы измерения которой вынесены на соответствующую ось вместе с обозначениями вели­чины. Важным моментом при построении графика является разумный выбор масштаба.

Заключение эксперимента. Результаты эксперимента, позволяют сфор­мулировать зависимость между величинами.

Изучая природные явления, люди, в основном, ищут ответы на три вопроса: какое явление происходит? как оно происхо­дит? почему это так происходит? Чтобы ответить на первый вопрос, проводят наблюдение. При ответе на второй вопрос воз­растает роль эксперимента. А ответ на последний вопрос может дать только физическая теория. Таким образом, основная за­дача физической теории - объяснение явления.

Система знаний, объясняющая физические явления в их взаимосвязи, называется физической теорией. В физичес­кую теорию входят описание явления, результаты эксперимен­та, понятия, основные идеи, модели, гипотезы, закономернос­ти, методы исследования (в том числе и математические). В ос­нове теоретических методов исследования лежат логические вы­воды человека.

В зависимости от характера физических явлений физические теории бывают разными. Однако, несмотря на многообразие яв­лений, все физические закономерности и отдельные теории груп­пируются вокруг нескольких фундаментальных теорий.

Так, например, явления, связанные с механическим движе­нием больших (макроскопических) тел, объясняет теория клас­сической механики Ньютона.

Все вопросы, связанные с тепловыми явлениями, объясняют термодинамика и теория молекулярной физики. Эта теория отвечает на такие вопросы: почему при нагревании тела увели­чиваются? почему нагревается ложка, опущенная в стакан с го­рячим чаем? почему одни тела хорошо проводят тепло, а дру­гие - нет?

Электрические и магнитные явления, в том числе получение и распространение радиоволн, а также свойства электромагнита и возникновение электрического тока, находят объяснение в теории электродинамики.

Явления, связанные с элементарными, невидимыми глазу частицами, движущимися с большой скоростью, объясняет теория квантовой механики.

Одной из главных особенностей теоретических методов, от­личающей их от других, является возможность делать эвристи­ческие (предсказательные) прогнозы. Истинные научные теории не ограничиваются объяснением явления, они дают возможность прогнозировать, как эти явления будут протекать в будущем, порождая новые явления.

В качестве примера исторического развития физической теории можно привести становление молекулярно-кинетиче­ской теории строения вещества. Более глубоко эта теория бу­дет изучаться в старших классах.

С древнейших времен люди задумывались над переходом ве­щества из одного состояния в другое. Например, почему вода мри охлаждении превращается в лед, а при нагревании - в пар? Металлы при нагревании плавятся, а жидкости при охлаждении отвердевают. Могут ли металлы испаряться? Ответы на такие вопросы были получены в процессе исторического развития теории о строении вещества.

Идея о том, что все тела состоят из мельчайших частиц, ста­ла формироваться в Древней Греции. Основателем этой идеи яв­ляется древнегреческий философ Демокрит (V век до н. э.). Он (читал, что существует предел деления любого тела, в конце концов, можно получить далее неделимые мельчайшие частицы - ато­мы (в переводе с греческого атомос - неделимый). Он также полагал, что атомы находятся в постоянном движении, у раз­личных тел они отличаются друг от друга размером и формой.

Идею Демокрита далее развил Эпикур. Он тоже, как и Де­мокрит, утверждал, что атомы различаются по размерам, фор­ме, объему и весу.

Эти их выводы о строении вещества являлись только смелы­ми предположениями, еще не нашедшими экспериментального подтверждения. Поэтому учение об атомном строении вещества долгое время не находило применения. Даже великий Аристо­тель не разделял взглядов Демокрита. А в Европе в эпоху Воз­рождения сторонникам учения об атомном строении вещества выносили смертный приговор. Итальянский ученый Джордано Бруно, за свои научные взгляды сожженный на костре, не со­мневался в правильности атомного учения. К концу эпохи Воз­рождения учение об атомном строении вещества одержало пол­ную победу. Это стало возможным благодаря трудам и науч­ным открытиям многих великих ученых, в частности, определение давления газа, исследование зависимости давления газов от их объема и температуры.

Позже М. В. Ломоносов сформулировал основные положе­ния молекулярно - кинетической теории строения вещества:

1. Все тела состоят из мельчайших частиц - молекул и атомов (по Ломоносову - из «корпускул»).

2. Молекулы и атомы находятся в непрерывном хаоти­ческом движении.

3. Молекулы и атомы взаимодействуют друг с другом.

4. Экспериментальные исследова­ния, проведенные в XIX веке, пока­зали справедливость всех положений молекулярно-кинетической теории о строении вещества.

Например, в 1827 году англий­ский ботаник Р. Броун (1773-1858), рассматривая под микроскопом пыльцу растений, находившуюся во взвешенном состоянии в воде, заме­тил, что частицы непрерывно хао­тично движутся. В дальнейшем, ис­пользуя молекулярную теорию, уче­ные доказали, что частицы пыльцы движутся под действием ударов мо­лекул воды.

Действительно, молекулы жид­кости, находящиеся в хаотическом движении, наталкиваясь на пыльцу, беспорядочно толкают ее в разные стороны. Поскольку их столкновение происходит непрерывно и в различ­ном направлении, пыльца непроиз­вольно совершает хаотическое не­прерывное движение.

Беспорядочное движение мелких частиц (пыльца, пылинки и т. д.), находящихся в воздухе или жид­кости, называют броуновским движением. Броуновское движение частиц является следствием непре­рывного и хаотического движения молекул и атомов.

В настоящее время созданы электронные микроскопы и ионные проекторы, с помощью которых можно рассмотреть в увеличенном виде молекулы и атомы.

Значение научной теории не ограничивается объяснением явлений. Прогнозируя новые явления, она позволяет предвидеть качественно новые свойства веществ. И в самом деле, на основе молекулярно-кинетической теории появилась возможность по­лучать новые материалы с заданными свойствами. Например, на­чали выращивать искусственные алмазы, ничем не уступающие природным (граненый алмаз называют бриллиантом).

Алмаз и уголь (графит) состоят из атомов углерода. В зави­симости от порядка расположения атомов углерода получают совершенно не похожие друг на друга графит или ал­маз. Температуру и давление в процессе получения алмаза можно рассчитать теоретически. При высокой температуре, создав боль­шое давление, атомы углерода можно расположить как к природном алмазе. Так из очень мягкого графита можно получить самое твердое в природе вещество - алмаз, а из алмаза - сверкающий, притяги­вающий взор бриллиант. Алмазы ис­пользуются при бурении и шлифова­нии особо твердых материалов, реза­нии стекла и в других целях.

Таким путем получают и другие драгоценные камни, которые являют­ся кристаллами. Теория помогает предвидеть их механические, оптичес­кие, электрические и другие свойства заранее.

В настоящее время получают мно­жество разных искусственных мате­риалов с заданными свойствами. Сре­ди них есть соединения металлов и пластмасс. Металлопласты обладают особыми качествами. Так, обыкновенная пластмасса не проводит электрический ток, а металлопласты являются хорошими проводника­ми тока. Кроме того, они, по сравнению с металлами, являются легкими и прочными.

Таким образом, теория молекулярно-кинетического строе­ния вещества, получив экспериментальное подтверждение на практике, находит широкое применение в науке, производстве и в быту.

Точно так же и другие фундаментальные теории физики внесли огромный вклад в развитие цивилизации и научно-тех­нического прогресса.

IV.

1. Какова основная функция эксперимента?

2. Какова основная функция физической теории?

3. Какие экспериментальные исследования, подтверждающие основ­ные положения молекулярно-кинетической теории, вы знаете?

V. Домашнее задание § 8, 9.

VI. Итоги урока.