Фирсова Наталия Анатольевна, учитель физики и информатики моу сош №27 урок

Вид материала

Урок

Содержание Теоретическая часть занятия. Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции. Опыты его по изучению движения тел. Галилео Галилей. Опыт → гипотеза → научный закон Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения и опыт Кавендиша. Исаак Ньютон. Роль фундаментальных опытов в становлении классической механики. Практическая часть занятия. Общий вывод Фундаментальные опыты в механике: Галилей, Ньютон.

Подобный материал:

• Урок геометрии и информатики. Тема урока по учебному плану: Построение правильных многоугольников, 131.04kb.
• Игровые технологии на уроках физики и внеклассных мероприятиях как средство развития, 155.58kb.
• Семенченко Ивана Даниловича для учащихся 5 -11 классов Автор: Гармс Елена Анатольевна,, 119.63kb.
• Тлесова Екатерина Ивановна, учитель физики моу "Дедуровская сош оренбургского района", 141.24kb.
• Рахматуллин Радик Акрамович, учитель физики моу «Александровская сош» Цель урок, 75.17kb.
• Использование икт на уроках физики, 132.31kb.
• Учитель информатики и физики моу сош с. Полетное района, 81.37kb.
• Матвеева Елена Анатольевна учитель информатики моу сош №24 конкурс, 597.96kb.
• Внеклассное мероприятие по физике «Солдаты невидимого фронта», 143.19kb.
• Самигуллина Лилия Равилевна учитель физики и информатики моу катмышской сош. Методическая, 32.14kb.

Фундаментальные опыты в механике: Галилей, Ньютон.


Занятие элективного курса «Фундаментальные эксперименты в физической науке» по физике в 10 классе.


Фирсова Наталия Анатольевна,

учитель физики и

информатики МОУ СОШ № 27


Урок сопровождается презентацией.


Цель – рассмотреть историю возникновения и развития физической науки как общественного явления, занимающего определенное место в жизни людей и выполняющего в ней определенную роль.


Задачи:

1. восстановить картину развития физики в области механики;
   
2. показать этот процесс как необходимо обусловленный; уяснить, почему так, а не иначе шло развитие физики;
   
3. показать внутреннюю логику развития науки.
   

Учитель – Урок состоит из двух частей: теоретической и практической. Работать будем по плану, написанному на доске.


План урока:

Теоретическая часть:

1. Зарождение экспериментального опыта в физике.
   
2. Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции. Опыты его по изучению движения тел.
   
3. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения и опыт Кавендиша (Демонстрация).
   
4. Роль фундаментальных опытов в становлении классической механики.
   

Практическая часть:

5. Проведение компьютерного эксперимента по изучению движения тел под действием силы тяжести.
   

Теоретическая часть занятия.


1. Зарождение экспериментального метода.

Учитель.

Человек не может вечно жить в замкнутом пространстве. Усиливается интерес человека к окружающему миру. Появляются географические открытия. Например, Земля – шарообразна. Так раздвигаются границы мира для людей.


Выступление ученика.

Еще в древности люди имели представление о физических явлениях. Однако их знания не были объединены какой-либо теорией и не составляли науки.

Впервые попытка научного обобщения этого была сделана в Греции. Однако она еще не привела к возникновению физической науки. Прошло немало времени, пока из науки древних начали выделяться естественные науки, в том числе и физика.

В XIII веке расширяются связи между государствами Европы и Востока. В Европу проникают сочинения арабских и древних мыслителей. Выделяются здесь сочинения Аристотеля – древнегреческого философа и мыслителя. Они содержат учения об основных принципах бытия. Церковь использовала его идеалистические эксперименты, учения. Аристотель был причислен к миру святых, и его учение считалось непреложной истиной: учения о стихиях, о движениях, о боязни природой пустоты. Следовательно, схоластика в то время ставила науку на службу религии. Единственным источником знаний для них являлись священные книги и сочинения Аристотеля.

Но в это время производство обогатилось важными достижениями. Носителями новых знаний были архитекторы, военные инженеры, мастера и ремесленники. Еще в XII веке появилась бумага, компас и колесные часы. А в XIII веке – стекольное дело, изобретены очки, огнестрельная артиллерия. В XV веке – первый печатный станок.

Для постройки всего этого нужны были знания математики и механики. Следовательно, техническая мысль все больше обращается к науке. Так из самой практики вызревают научные проблемы, связанные с точными науками. Назревает научная революция, начало которой относится к эпохе Возрождения.

Здесь выделяется ученый Леонардо да Винчи. Он опровергает противоположность земного и небесного. По его мнению, Земля – такое же небесное тело, как и другие светила, и не является центром Вселенной. Он сумел установить новые частные теории простейших случаев движения.

2. Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции. Опыты его по изучению движения тел.
   

Галилео Галилей.

Учитель.

Особая роль в становлении физики принадлежит Галилею. Поэтому речь сейчас пойдет об этом ученом.


Выступление ученика.

Галилео Галилей – итальянский ученый, в Пизанском университете изучал медицину, но затем занялся научными исследованиями по математике и механике. Он довольно рано стал противником учения Аристотеля о движении. 1612 г. «Рассуждения о телах, пребывающих в воде и движущихся в ней» - против механики Аристотеля. В 1609 году сконструировал первый телескоп, состоящий из двух линз: плосковыпуклой – объектива и плосковогнутой – окуляра. Телескоп давал увеличение в 3 раза, а затем – в 30 раз. Наблюдал за небом и сделал целый ряд открытий, касающихся Луны, планет. Его знаменитая книга «Диалог» посвящена обоснованию гелиоцентрической системы мира.


Галилей утверждает, что падение тел происходит под действием силы тяжести, а тело, движущееся прямолинейно по горизонтальной плоскости само по себе сохранит свою скорость и направление и только вмешательство других тел (трение о плоскость, сопротивление воздуха) изменяет скорость движения его.

Для обоснования этого положения Галилей рассматривает движение тела по наклонной плоскости. Если тело движется вверх по наклонной плоскости, то оно замедляет свое движение, если же оно движется вниз, то ускоряет свое движение. «А как будет двигаться тело по горизонтальной плоскости?» - спрашивает он сам себя. Если ничто не будет мешать телу, то оно будет двигаться равномерно вдоль горизонтальной плоскости.

Галилею оставалось сделать только один шаг, чтобы положение об инерции тела приобрело характер всеобщего закона – закона инерции. Однако он этого не сумел сделать. От святой инквизиции он получает приказ молчать.

Галилей выдвигает и другое основное положение классической механики – закон независимости действия сил. Но применяет его только к движению тел в поле силы тяжести Земли. Это положение было обобщено Ньютоном и вошло в его III закон.

Много мысленных экспериментов провел Галилей. Например, камень, брошенный вверх, рассуждает он, упадет на движущейся Земле на то же место, откуда его бросили. Это происходит потому, что он имеет горизонтальную скорость перед бросанием, равную скорости Земли и при полете, сохраняя ее, будет следовать за движением Земли в горизонтальном направлении.

Свои объяснения он подтверждает опытом: бросает камень с мачты движущегося корабля. Он показывает, что нельзя опровергать движение Земли и доказывает классический принцип относительности: любое механическое явление во всех инерциальных системах отсчета протекает одинаково при одинаковых начальных условиях. Исследования Галилея явились началом развития нового раздела физической науки – динамики.

Заслугой Галилея является также разработка им экспериментального метода изучения природы, где источником познания является только опыт. Так же он как бы отрывается от того ощущения, которое наблюдает в опыте и строит динамику на законах и положениях, которые являются научной абстракцией, т.е. такими законами и положениями, которые не даны в единичном факте. Таков, например, закон инерции: нельзя было непосредственно наблюдать, чтобы тело бесконечно долго двигалось с постоянной скоростью по прямой. Его научная абстракция выражается в форме гипотезы. И научная гипотеза становится руководящей идеей в дальнейшем научном исследовании. Проверка выводов из следствий превращает гипотезу в научный закон.

ОПЫТ → ГИПОТЕЗА → НАУЧНЫЙ ЗАКОН

Экспериментальный метод Галилея отчетливо просматривается при исследовании законов падения тел. Он предлагает, что тела падают с постоянным ускорением – это гипотеза. Затем он из нее выводит следствие: доказывает математически, что если скорость растет пропорционально времени, то S ~ t². Это он и собирается проверить. Но техника эксперимента не позволила это сделать. В то время еще не было обычных часов, измерять короткие интервалы времени не было возможным. Тогда он обращается к наклонной плоскости. Применяет устройство «капельницу», изготавливает ее из ведра и все это доказывает.

Таким образом, Галилей наметил основные черты количественного понимания природы. С Галилео Галилея начинается новый период, в который физика оформилась в самостоятельную науку – одну из областей естествознания.

2. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения и опыт Кавендиша.
   

Исаак Ньютон.

Учитель.

Ньютон сыграл исключительную роль в развитии физики. Он завершил период образования физики как самостоятельной науки. Обобщил в своих трудах все, что было достигнуто до него. Ньютон окончательно отделил физику от натур философии, определил на долгие годы ее метод и наметил программу ее развития для последующего периода.


Выступление ученика.

Исаак Ньютон родился в 1643 году в деревне Вульстрон в семье небогатого фермера Англии. Окончил Кембриджский университет со степенью бакалавра, затем стал магистром и в 1669 получил кафедру в этом же университете. В это время он больше занимается математикой: нашел метод приближенных рядов, правило превращения любой степени двучлена в такой ряд.

Но вскоре он восстанавливает теорию цветов. Первые научные работы Ньютона относятся к оптике. Он открыл дисперсию света, работал в области интерференции света. Против его учений выступали Гук, Гюйгенс. Но все его положения следовали из эксперимента.

В 1687 г. вышло в свет сочинение Ньютона «Математические начала натурфилософии», где излагаются основы классической механики и теория движения небесных тел. Эта работа вызвала острую полемику среди ученых и церкви.

Ньютон занимался химией, географией. Ему принадлежат исследования по истории и богословию.

Таким образом, Исаак Ньютон – человек с чрезвычайно широкими интересами, но в своих выступлениях он все-таки был замкнут и осторожен.

Один английский поэт пишет о нем так:

Природы строй, ее закон в извечной мгле таился,

И бог сказал: «явись Ньютон». И всюду свет разлился.

Главное применение механика Ньютона нашла в его теории движения небесных тел, основанной на законе всемирного тяготения.

В третьей книге «Начал» Ньютон анализирует движение небесных тел: планет, Луны, спутников Юпитера и устанавливает, что их движение происходит под действием центральных сил, обратно пропорциональных квадрату расстояния.

Далее Ньютон рассматривает движение Луны и сравнивает центростремительную силу, под действием которой движется Луна на орбите, с силой тяжести на Земле. Расчеты показывают, что центростремительное ускорение Луны на орбите равно 1/60². Учитывая, что Луна удалена на 60 Земных радиусов, Ньютон делает вывод, что центростремительная сила становится равной силе тяжести.

Затем он обобщает полученный результат и делает вывод, что все планеты тяготеют друг к другу и что F_тяг обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.



Дальнейший шаг заключается в том, что Ньютон высказал положение о том, что сила тяготения, действующая на тело, прямо пропорциональна заключающемуся в ней количеству материи.



Факт пропорциональности F_тяг и массы он подтверждает опытом с маятниками: он сравнивает природы колебаний одинаковых по длине и форме маятников, груз которых состоит из различных материалов. Эти периоды оказались равными.

Наконец, Ньютон обобщил выдвинутые положения и установил закон всемирного тяготения, согласно которому все тела, большие и маленькие, тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и прямо пропорционально их массам.

, где гравитационная постоянная.

С помощью этого закона Ньютон объясняет движение небесных тел, явление приливов и отливов.

Английский ученый Генри Кавендиш сконструировал крутильные весы и с их помощью подтвердил закон всемирного тяготения и определил значение гравитационной постоянной.

2. Роль фундаментальных опытов в становлении классической механики.
   

Учитель.

Мы прослушали подготовленные выступления. Теперь вместе попробуем ответить на четвертый вопрос нашего плана: «Какова же роль фундаментальных опытов в становлении классической механики?»

Ученик:

Происходит рост городов. Увеличиваются торговые связи между странами. Возрастает потребность в точных научных знаниях.

Ученик:

В XVII веке происходит бурное развитие науки в области математики и естествознания. Старые представления о мире сменились более достойными знаниями, благодаря деятельности ученых.

Ученик:

Галилей рассчитал путь для творцов классической и современной физики. Его бессмертное творение будут всегда служить примером того, как гениально он «всю жизнь читал открытую для всех великую книгу природы».

Ученик:

Галилей верил в силу человеческого разума, в бесконечность познания: «Кто возьмет на себя смелость поставить предел человеческому духу? Кто решиться утверждать, что мы знаем все, что может быть познано?» Благодаря ему, рождается новый метод исследования природы: сочетание опята и теории или, как раньше говорили, - практики и разума.

Ученик:

Можно сказать, что факел научного знания, зажженный Галилеем, подхватил Ньютон. Он и завершил период образования физики как самостоятельной науки и наметил программу ее дальнейшего развития.

Ученик:

Мне понравилось такое высказывание, которое я встретил, готовясь к занятию: «До XVII века не было никакой науки. Ньютон своим законом тяготения создал научную астрономию, разложением света – научную оптику, теоремой о биноме и теорией о бесконечности – научную математику и познанием сил природы – научную механику» (Ф. Энгельс в одном из своих сочинений)

Ученик:

Также мне хочется отметить, что в XII веке возникают идеи о праве человека на свободу, на развитие и проявление своих способностей. Так в 1633 Галилей вынужден был отречься от своего учения, но легенда говорит, что, встав с коленей, он воскликнул: «А все-таки она вертится!» Следовательно, задушить науку нельзя. Поэтому все больше идет развитие физики.


Учитель.

Подведем итог. Физика как наука возникла на определенной ступени развития общества и в XVII веке окончательно выделилась в самостоятельную область естествознания. Она имеет своим предметом изучение физических форм движения материи. Физика как наука заняла в жизни человечества определенное место и роль.


Практическая часть занятия.

Так как эксперимент играет важную роль в изучении различных явлений природы, мы сегодня будим исследовать (подобно Галилею) падение тел под действием силы тяжести, используя компьютерную программу «Открытая физика. Часть I».


Компьютерный эксперимент

Свободное падение тел


Цель – определить в компьютерном эксперименте, при каком угле бросания при начальной высоте y = 0 и при заданной начальной скорости дальность полета максимальна


Оборудование: диск «Открытая физика. Часть I, Физика в школе», компьютер.


Ход работы:

1. Запустить программу.
   
2. Раздел «Кинематика», параграф «Свободное падение тел»
   
3. Провести компьютерный эксперимент.
   

4. Сделать записи в тетради в виде таблицы:
   

   № опыта	Угол бросания, α0	Начальная высота, y, м	Начальная скорость, V0, м/с	Время полета, t, с	Дальность полета, х, м

5. Сформулируйте вывод о проделанном эксперименте.
   

Общий вывод:

Итак, сегодня на занятии мы рассмотрели вопросы, которые позволяют расширить представления об экспериментальном методе познания в физике, а компьютерное моделирование поможет вам постепенно сформировать умение выполнять исследования, даст представление о границах применимости компьютерного эксперимента и ряд других общеучебных умений.


РЕЦЕНЗИЯ

на проект занятия в 10 классе по теме

Фундаментальные опыты в механике: Галилей, Ньютон.


Элективный курс «Фундаментальные эксперименты в физической науке» является дополнением профильного курса и обеспечивает наиболее способным школьникам повышенный уровень изучения предмета.

Цели и задачи, поставленные на занятии, конкретны, доступны и понятны учащимся, четко выделены ведущие идеи по теме. Структура урока соответствует его целям и типу, этапы взаимосвязаны и логически последовательны.

Умело отобрано содержание урока, прослеживается его связь с интересами и потребностями учеников. Учащиеся, посещающие элективный курс, обладают самостоятельностью суждений, свободно владеют научной терминологией, умеют давать определение терминов своими словами, эффективно используют термины в предложениях, умеют самостоятельно приобретать знания, стремятся получить дополнительные сведения по предмету, выходящие за рамки школьного курса.

Уровень изложения материала учителем и выступающими учащимися соответствует уровню понимания содержания присутствующими учениками. Урок сопровождался компьютерной презентацией, которая дополняла урок наглядными материалами и повысила интерес учащихся к проводимому занятию.

Практическая часть занятия показывает знание всеми учащимися этапов информационной технологии решения задач, умение строить простейшие информационные модели и исследовать их на компьютере, готовность к сотрудничеству.

Само занятие и подготовка к нему способствуют формированию самостоятельного научного мышления, активной учебной деятельности, познавательных интересов учащихся, то есть развитию личности школьника.