Ядро.

Компоненты:

• теор. законы отлич. от экспериментальных тем, что являются законами-обобщениями, для их установления эксперимент. установок не создавалось. Это системное обобщение всей предыдущей человеческой практики, включая и нек. эксперимент. факты.

• физические и фундаментальные константы

• законы сохранения (и принципы).

Принцип дополнительности и принцип соответствия.

- Все выводные законы.

Пример: структура классической механики.

Структура классичской механики.

1. основание

2. ядро

3. следствие

Основание

• идеализ. О – м.т.

• свойства:

- местоположение

- смещение

- быстрое смещение

- быстрота измерения скорости

- инертность

действие донного тела на другое

- передача мех. движения

движение (ОПД, РУД, РЗД, окр-ти)

РПД: x = ±x₀ +v_xt, x = ±x₀ ± v₀t ± at²/2.

• величины

- координата: х

- скалярная: путь

векторная: перемещения

- скорость: v

- ускорение: а

- масса: m

- сила: F

- импульс

энергия

Ядро

• I, II законы Ньютона

• закон всемирного тяготения

• фундаментальные константы G

• закон сохранения импульса и закон сохранения и превращения энергии

Принцип дополнительности и соответствия

Следствия.

• закономерности дв-я тела под действием неск. сил и определение его параметров

Это метод решения физ. задач: когда за неск. минут путём исп. матем. выкладок находится любой параметр О-а исследования.

• статистика – как частный случай фундаментальных взаимодействий

• космонавтика – мегамир движения планет и планетных систем.

Типы физических теорий.

{образованные по методу}

1. ПРИНЦИПОВ

(в ядро теории входят законы обобщения – принципы)▼

Принципы всегда справедливы; независимо от времени, они не могут измениться – в крайнем случае, лишь уточняются границы их применения.

Т.е., в ядре нах. добротные, научно обобщённые факты. ▼

• классическая механика

• термодинамика

2. МОДЕЛЬНЫХ ГИПОТЕЗ

(в ядре нах. модель – гипотеза об опред. идеализированном О-е и его св-вах, но эти гипотезы и идеи исходят и вытекают из некоторых косвенных опытных фактов, рассматриваемых в основании данной теории).

• МКТ

• классическая электронная теория проводимости металлов. ▼

данные теории могут со временем быть отброшены, если выяснится некорректность построенной модели гипотезы, либо они могут перейти в разряд 1го типа теорий, когда гипотеза подтверждается.

В любом случае. каждая теория явл. мощным средством добывания выводных физ. знаний, т.е. теор. метод познания явл. более экономичным и эффективным по сравнению с экспериментальным:

- по врмени

- по кол-ву добываемых занний

Рассмотрим дидактические возможности изучения теорий в ШКФ. Они вкл в себя научные преимущества в теории.

• изучая физ. теории, можно получить дост. большой выигрыш во времени. Пример: законы изопроцессов при традиционном подходе требуют 3 урока, а при теор. – 1.

• курс ШКФ освобождается от второстепенного и малозначительного материала, что обл. доп. преимуществом разгрузки учащихся. Учащийся понимает, что запоминать надо только фундаментальные сведения, а все остальные можно быстро вывести.

• Формируется такое качество знаний учащихся, как системность.

Системность предполагает осознание учащимися того факта, что наука – это не беспорядочный набор сведений, это целостное зание в виде соответствующих физ. теорий и они понимают ммето каждого элемента заний в структуре соответствующих теорий.

• Тем самым формируется тип соответствующего типа мышления современной цивилизации – теоретический.

• при изучении теорий дополнительно используется и вывод кибернетики о том, что сверхсимвол усваивается быстрее и прочнее, чем отдельные элементы.

Т.о., дидактические преимущества более широкие, чем научные преимущества физических теорий.

17. Методика изучения элементов классической электронной теории в современно шкф.

В классич. теории Фарадея-Максвелла понятие поля первично, все э/м явл-я объясняют процессами, происходящими в э/м поле, а заряду отведена роль вспомогательного понятия. роль заряда в объяснении св-в вещ-ва возвращена электронной теорией.

В 1900 г. П.Друде разработал теорию электропроводности металлов, кот. затем усовершенствовал Лоренц. Объяснение разл. св-в вещ-ва существованием и дв-ем в нём электронов сост. содержимое электронной теории Лоренца.

Классич. электронная теория исходит из след. положений:

1. дв-е электронов подчиняется законам классич. мех-ки;

2. электроны др. с др. не вз/дей-ют;

3. электроны взаимодействуют только с ионами крист-ой решётки, это вз/д-е сводится только к соударениям;

4. в промежутках между соударениями электроны движутся совершенно свободно;

5. электроны проводимости обр. электронный газ, подобный ид. газу; ид. газ подчиняется закону равномерного распред-я энергии по степеням свободы, этому же закону подчин. и электронный газ.

Классич. электронная теория хорошо объясняет существование сопротивления металлов, законы Ома и Джоуля-Ленца, позволяет выразить уд. проводимость через атомарные постоянные металла, объясняет(по крайней мере, качественно) зависимость проводимости от температуры и позволяет понять связь тепло- и электропроводности металлов. Эта теория объясняет и др. электр. и оопт. св-ва металлов. Но в нек. случаях клс. электронная теория приводит к выводам, противоречащим опытным данным. например, из теории получается, что уд. сопр-е с увелическнием темп-ры должно возрастать проп-но √Т. Опыт подтверждает прямую проп-ную зав-ть: ρ=ρ₀άТ. в класс. эл. теории теплоёмкость материалов и явл-е сверхпроводимости совершенно необъяснимы.

Трудности классич. эл. теории связаны с тем, что:

1. электроны пров-ти не подчиняются законам статики Максвелла-Больцмана;

2. не учитывается вз/д-е электронов др. с другом;

3. не учитывается, что электроны дв-ся в периодическом поле кристаллов решётки;

4. дв-е электронов описывается не законами классич. мех-ки, а законами квант. мех-ки.

На смену классич. электронной теории пришла квант. теория твёрдых тел, в кот. преодолены трудности классич. теории. Классич. теорию прим. и сейчас, т.к. она проста и наглядна, а при малых концентрациях носителей зарада и больших температурах квант. и классич. теории дают близкие рез-ты.

Осн. положения и эксперимент. основы класс. эл. теории по программе общеобраз. ср. школы изучают при рассм. эл. тока в разл. средах. В старших классах целесообразно выполнять простые расчёты, проводить важные для понимания мат-ла формулы, показывать порядок входящих в них величин и т.п.

При знакомстве шк-ков с классич. эл. теорией следует осветить след. моменты:

1. когда и зачем создана теория;

2. осн. положения и модельные представления терии;

3. опытное обоснование теории;

4. применение классич. эл. теории (какие явл-я и факты объясн-ся данной теорией) ?-ы;

5. трудности классич. эл. теории и причины их возн-я;

6. значения классич. эл. теории.

Э лектронная теория объясняет разл. св-ва вещ-ва сущестованием и дв-ем электронов в нём. По классич. представлениям, в металле есть ионная решётка и свободный «электронный газ». Электроны дв. хаотически. Ионы в узлах крист. решётки колеблются ок. положения равновесия. В процессе хаотич. дв-я электронов перемещения зарядов в проводнике в среднем нет. Наличие на концах проводника разности потенциалов, а внутри проводника эл. поля напряжённостью Е, приводит к возн. направленного дв-я электронов, или, иначе говоря, дрейфу электронов. Электронная проводимость металлов была доказана след. фундаментальными опытами:

1. опыт Рикке, 1901;

2. опыт Мандельштама и Папалекси, 1913;

3. опыт Толмена и Стюарта, 1916.

При объяснении опыта Рикке описывают его сущность по схеме: в течение года через составной проводник пропускали ток. За это время через него прошёл огромный заряд (3,5 10⁶ Кл), но никаких следов переноса вещ-ва не наблюдалось (масса каждого из цилиндров ост-сь неизменной, соприкасающиеся пов-ти цилиндрических проводников не изменили цвета) ►вывод: в металлах перенос заряда осущ-ся частицами, входящими в состав всех металлов. Полезно предложить шк-кам рассчитать, какое бы произошло изменение массы цилиндров, если бы ток не представлял собой дв-е ионов.

В опытах Манд-ма и Пап-кси, Толмена и Стюарта лежит одна и та же идея – регистрация инреционного дв-я электронов; рег-ю осущ-ли в 1ом опыте, доказывающем лишь наличие инерционного дв-я электронов с помошью телефона. Во 2 опыте определяли знак и удельный заряд электрона (здесь индикатором служил гальванометр). В связи с этим в школе дост-но рассм-ть один их опытов (лучше Толмена и Ст.), а о другом лишь кратко расскаать. Для объяснения идеи опытов целесообр-но продемонстрировать модель инерц-го дв-я электронов.

В ШКФ классич. эл. теорию применяют для объяснения природы сопротивления и вывода закона Ома для участка цепи. Анализ приводимых при этом ф-л позволяет показать границы применимости закона Ома, выявить связь удельного сопр-я (макроскоп. величину) с микропараметрами: m, n, e, v_t, λ, хар-щими эл. гза в данной среде, и установить завис-ть уд. сопр-я от темп-ры..

I = (ne²λS/ 2mv_TL)U; ρ = 2mv_T/ ne²λ

В указанные формулы вх. ск-ть тепл-го дв-я элктронов v_T. Но можно ещё говорить и о ск-ти распр-я эл. тока v, и о ск-ти упорядоченного дв-я эл-в v_др. В связи с этим до вывода закона Ома из классич. эл. теории вместе с учащимися выявляют различия в понятиях: ск-ти распр-я эл. тока, ск-ти упорядоч-го дв-я электронов, ск-ти тепл. дв-я.

Ск-ть распр-я эл. тока в проводниках – это ск-ть, с кот. распр. действие эл. поля на заряды в проводнике. Поле почти мгновенно (со ск-тью, близкой к ск-ти света) увлекает электроны в упорядоченное и очень медленное дв-е (~10^-4 А/с) Сред. ск-ть упорядоч-го дв-я электронов под действием э/м поля опр-ют в силу тока в проводнике: чем больше ск-ть упорядоч-го дв-я электронов v_др, тем большее число электронов пройдёт через поперечное сечение проводника S в ед-цу времени.

Т.к. заряд каждого электрона равен e, то через сечение проводника в единицу времени проходит заряд q = enSv_др.Но заряд, прошедший в ед-цу времени через сечение проводника, определяет силу тока: I = neSv_др. В кач-ве задачи полезно рассчитать среднюю ск-ть упоряд-го дв-я электронов в каком-то конкретном проводнике. Шк-ки должны чётко предст. себе различие между ск-тью тепл. хаотич. дв-я электронов и ск-ть дрейфа. Чтобы указать границы применимости классич. эл. теории, её трудности, надо прежде всего из анализа формулы ρ = 2mv_T/ ne²λ установить колич. завис-ть уд. сопр-я металлов (ρ) от темп-ры (Т). Из теории ρ ~ v_T (ρ ~ √T), а эксперимент даёт другую зав-ть: ρ ~ Т (ρ=ρ₀άТ). Данное затруднение подводит учащихся к пониманию ограниченности классич. теории. Особенно ярко её ограниченность видна в невозможности объяснить явл-е сверхпровод-ти, кот. может быть объясн. только в квант. физике. Изучение мат-ла о сверхпр-ти и др. трудностях классич. эл. теории способствует формированию научного мировоззрения учащихся, т.к. всё это даёт возм-ть установить границы применимости классич. эл. теории, показывает, что данная теория – лишь первое приближение в процессе познания мех-ма проводимости.

18. Методика изучения классической механики как целостной физической теории. Особенности изучения на I и II концентрах шкф.

В программе 11-летней школы механика представлена 4 подразделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны.

В кинематике изучают виды движения (равномерное, равноускоренное; прямолинейное, криволинейное) и их характеристики. Вводят понятия м.т., траектории, перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории, системы отсчёта, скорости и ускорения. При формировании понятий перемещения, скорости и ускорения большое внимание уделяют векторному характеру этих величин. В рамках ПД усвоение векторного характера скорости и ускорения затруднено (все векторы напр. вдоль одной прямой, и действия над ними можно проводить алгебраически). Завершается раскрытие векторного характера этих величин при рассмотрении криволинейного движения.

программа общеобраз. школы ориентирует на введение основных характеристик ускорения и скорости как общих характеристик, с помощью которых можно распознавать характер дв-я, предварительно обговорив систему отсчёта: v=0, a=0 – состояние покоя; v=const и а=0 – РПД; а=const и v увеличивается на одно и то же значение за единицу времени – РПД с возрастающей ск-тью; a=const и v уменьшается на одно и то же значение за единицу времени – РУД с уменьшающейся ск-тью и т.д.

В динамике сначала рассматривают 1 з. Ньютона, вводят осн. динамические характеристики движения – массу и силу; а затем – 2й з. Ньютона, в кот. представлена связь между силой, ускорением и массой. Чтобы записать 2 з.Н. для случая действия на тело нескольких сил, рассм-т сложение сил, после этого водят 2й з.Н. Законы Ньютона явл фундаментальными в механике, обобщающими, подтверждёнными практикой и экспериментом, поэтому вначале их формулируют, а затем иллюстрируют с помощью эксперимента.

В ходе изучения видов взаимодействия сил в механике (гравитац-х, упругости, сопр-я) выявляют из зависимость от взаимного расположения тел и от ск-ти дв-я одного тела отн. другого. После введения гравитационных сил изучают закон Всемирного тяготения, дают понятие о силе тяжести, центре тяжести и рассматривают движения, в кот. изменение ск-ти происх. в рез-те действия силы тяжести. подчёркивают роль нач. усл-ий, проводят расчёт 1й косм. ск-ти. Далее рассм. силы упругости и закон Гука. понятие веса только вводят как пример силы упругости. Завершают рассмотрение видов сил в механике изучением силы трения, коэффициента трения и изменения ск-ти дв-я тела в рез-те действия силы трения. показывают, что грав. силы и силы упругости явл. функцией расстояния между взаимодействующими телами, а сила трения – функцией относительно скорости.

При изучении видов механических сил, большое внимание уделяют практическим работам учащихся (Лабы).

Раздел «Статика» в прграмме шк. курса механики отсутствует, но элементы статики и понятие сложения сил, центра тяжести, включаемые в программу, позволяют сформировать общие условия равновесия.

Группировка материала вокруг законов сохранения импульсов и энергии вызвана определяющим значением законов сохранения в современном естествознании. Эти законы связаны со свойствами пространства и времени (закон сохр. энергии связан с однородностью времени, з. сохранения импульса – с однородностью пространства).

З-ы сохранения энергии и импульса справедливы в теории относительности, в квантовой механике и в макро- и микромире.

Идея относительности в механике проходит красной нитью через весь курс механики6 относительность механического дв-я и покоя, траектории координаты, перемещения, скорость, импульс тела, работа и кин. энергия, инвариантность времени, расстояния между взаимодействующими телами, ускорение, масса, сила и др. Показывают, что законы механики справделивы для инерциальных систем отсчёта, что РПД системы отсчёта не влияет на механические процессы, т.е раскрывают принцип относительности Галилея.

Кроме того, школьников знакомят с ещё одним видом мех. дв-я – мех. колебаниями и волнами (особым видом передачи энергии без переноса самого вещества), расширяют представления о периодических процессах. например, при изучении дв-я м.т по окр-ти, вводят понятия периода и частоты. При рассмотрении колебаний уточняют эти характеристики и выявляют общее и относительное для дв-я м.т. по окр-ти и мех. колебания.

Изучают свободные и вынужденные колебания, выд. осн. признаки этого дв-я (прямая пропорциональность силы смещению и противоположность направления смещения и действующей силы). При рассм. уравнения гармонического колебания понятие фазы не вводят. Программа 11-летней школы предполагает введение в фазы в электродинамике. Завершают изучение механики рассмотрением мех. волны, её осн. характеристик и примером мех. волны (звук и его хар-ки). Т.к. матем. подготовка 9-классников на этом этапе обучения не позволяет использовать производную и дифференциальные ур-я, то мех. колебания и волны нужно рассматривать, широко привлекая эксперимент. Предполагается, что при изучении электромагнитных колебаний в 11 классе будут повторены мех. колебания и сопоставлены эти виды колебаний.

Структура классической механики.

1. Основание.

идеализ. О. – м.т.

Св-ва м.т.	Соотв. физ. величины
-местоположение -смещение -быстрое смещение -быстрое изменение ск-ти	-координата (х) -путь и перемещение -скорость -ускорение

Кинематические величины:

• инертность (масса тела m)

• действие одного тела на другое – сила F

• передача мех. дв-я

• импульс и энергия

РПД, РУД, дв-е по окр-ти, РЗД

Уравнения:

x = ±x₀ +v_xt, x = ±x₀ ± v₀t ± at²/2. (РПД)

2. Ядро.

1. 1, 2, 3 законы Ньютона, закон всемирного тяготения

2. Гравитационная константа G

3. закон сохранение импульса и закон сохранения энергии

(Принцип дополнительности и соответствия)

3. Следствия.

1. закономерности дв-я тела под действием неск. сил и определение его параметров (метод реш-я физю задач, когда за неск. минут путём мат. выкладки, исп-я фунд. законы), нахождение любого параметра О-а исследования

2. Статика – как частный случай фундаментальных закономерностей.

3. Космонавтика.

4. Законы дв-я планет, планетарных систем, галактик.

<кинематика>

▼

<м.т.>

▼

<мех. дв-е>

▼

<относительность>

▼

<принцип относительности>

▼

<СО>

▼ ▼ ▼

тело отсчёта| система координат| часы

вдоль прямой |на плоскости |в пространстве

Способы нахождения координат.

▼ ▼ ▼

координатный|траекторный| радиус-векторный

<траектория>

▼ ▼

прямолинейная | криволинейная

<путь>

▼

<радиус-вектор>

▼

<перемещение>

▼ ▼

вдоль прямой: |под углом друг к другу:

-сонаправленно под углом 90º

-противоположно под любым углом

направленно

Сложение перемещений

▼

<виды движений>

▼ ▼

равномерное | неравномерное:

<скорость РПД> 1. переменное

- средняя 2. равнопеременное

- мгновенная - равнозамедленное

- относительная - равноускренное

Сложение скоростей ▼

ускорение

▼

скорость при равноускоренном движении

▼

перемещение при равноускоренном движении

▼

<свободное падение тел>

▼

<баллистическое движение>

▼ ▼ ▼

траектория скорость перемещение

▼

<криволинейное движение>

▼ ▼ ▼

перемещение скорость ускорение

▼ ▼

угл. скорость угл. ускорение

движение по окружности

▼ ▼ ▼

период частота фаза

Методика изучения мех. волн на 1 концентре ШКФ.

Изучение мех. волн нач. с формирования общих представлений о волновом движении Состояние колеб. дв-я передаётся от одного колеблющегося тела к другому при наличии связи между ними. Это демонстрируют сначала на «х вязанных маятниках, а затем на связанных между собой колебательных системах разной конструкции.

Природа вяз может быть различной. Д ля приведённых конструкций она явл. упругой – колебания передаются от одного аятника к др. благодаря силам упругости. школьникам их курса 7-8 кл. известно, что между частицами твёрдого тела жидкости, газа действуют силы упругости. распространение волн в среде д емонстрируют на цепочке шариков, связанных друг с другом пружинами, или цепочке маятников на бифилярных подвесах, также соединённых пружинами. На 1й модели удобнее демонстрировать распр-е продольных волн, на 2й – как продольных, так и поперечных. ребятам, показывают, что, если на 1й шарик подействовать периодической внешней силой, направленной вдоль цепочки, то в колебательное движение придут и все последующие шарики с той же частотой вдоль этой же прямой, но колебания кадого из них будут запаздывать по сравнению с предыдущими. Т.о. можно смоделировать распространение продольных упругих волн, при этом школьники наглядно видят, что распр-е продольной волны в среде сопровождается образованием сгущений и разрежений вдоль направления её распространения. Аналогично показ. образование опперечной волны на цепочке связанных нитяных маятников. Поперечные и продольные волны демонстрируют и с помощью волновой машины. Затем учащимся предлагают самим выделить характерные черты волнового дв-я – в пространстве происходит передача энергии, сами же колеблющиеся частицы не перемещаются, переноса вещества в волне не происходит. С помощью волновой ванны можно наглядно показать возникновение волн на воде, связанное с силами поверхностного натяжения и тяжести.

при изучении колебаний учащиеся узнали о периодичности во времени физ. величин, описывающих колеб. процесс, познакомились с графиком зависимости координаты колеблющейся точки от времени.

19. Методика изучения термодинамики как целостной физической теории на II концентре шкф.

Тепловые явления описывают 2 разные физ. теории с разлю понятийным аппаратом и разл. фундамент. законами, т.е.е одна теория пост роена по методу принципов, а другая по методу модельных гипотез ► методика их изучения должна быть существенно различной.

До наст. времени не существует общепринятой т.з. на структуру и послед-ть изучения раздела о тепловых явлениях. В разной учебной лит-ре исп. 3 разных методических подхода.

1. Термодинамика - ► МКТ (Л.И. Свитков)

Аргументация.

1. 1я теория исторически сложилась раньше, многие понятие зарождались внутри этой теории (температура)

2. Эта теория не требуя знания о внутреннем строении вещества и явл. для ученика более лёгкой и доступной. Характер т/д закономерностей более общий, более фундаментальный, и термодинамические методы применяются во многих разделах физики.

2. МКТ►т/д (термодинамика)

1. Позволяет объяснить процесс протекания тепловых явлений.

2. В наст. время степень общности МКТ-закономерностей (вероятностные подходы) нач. приобретать всё большее значение и современный стиль научного мышления становится ыероятностным.

3. Позволяет теоретически вывести законы всех изопроцессов, что даёт значительную экономию учебного времени.

3. Смешанное учение (МКТ►т/д►МКТ►т/д) – преобладает!!!

Авторы данного подходя считают, что здесь возможно одновременное использование преимуществ того и иного подходов. Т.к. современный стиль мышления – теоретический, уже на уроках природоведения (нач. школа) дети знакомятся с молекулярным строением вещества, чтобы ближе понять и объяснить мех-м и св-ва разл. состояний вещ-ва.

Поэтому, в завсис. от УМК, кот. изберёт учитель, он будет работать в русле одного из 3х подходов. В 3ем подходе возн. опасность, что учащиеся не смогут осознать ту или др. теорию именно как целостную совокупность понятий и законов соотв. методологией познания, поэтому здесь необходима специальная корректировочная работа по знакомству учащихся со структурой т/д и МКТ – это доп. материал, кот. в учебниках не представлено, поэтому данное задание необх. давать под запись.

Структура термодинамики.

1. Основание.

Идеализ. О. – ид. газ.

Первоначально под ид. газом понимался газ, подчиняющийся законам изопроцессов. Газ, взаимодействие между молекулами которого происх. только в момент соударения.

Параметры и св-ва ид. газа: объём, температура, масса, давление; законы изопроцессов, уравнение Менделеева-клайперона.

2. Ядро.

1, 2, 3 и нулевое начала т/д.

3 и 0 начала в ШКФ в явном виде не изучаются.

2 только начинает вводиться в учебниках и методика его изучения мало разработана.

Цикл ид. тепл. машины изучается без ссылки на данные законы.

3. Следствия.

Условия для макс. получения КПД тепл. машины.

Компоненты и принципы действия тепл. машины.

Невозможность создания вечных двигателей 1 и 2го рода.

примерное планирование может быть следующим.

1. Работа и теплообмен как способы изменения состояния системы.

2. 1 начало т/д.

3. Внутренняя энергия.

4. Решение задач.

5, 6 Условие работы тепл. двигателей.

7. Абсолютная температура. Формула Карно для КПД тепл. двигателя.

8. Технические применения т/д.

Методика изучения термодинамики как целостной физической теории на II концентре ШКФ.

1. при изучении т/д необх. обязательно подчеркнуть особый, практический хар-р причин возн. данной теории, необх. ознакомить учащихся с историей применения теплоты для нужд человека.

2. В зависимости от профиля обучающихся учитель представленный 2ой блок может либо кратко наметить, либо раскрыть более подробно разними вариантами: собственный рассказ, через микрорпоекты учащихся, кот. будут представлены на последних уроках.

3. При рассмотрении основополагающих понятий необх иметь ввиду, что как целостная физ. теория чаще всего т/д изучается на «м концентре ШКФ и пропедевтика данных понятий уже была, т.е., учащиеся уже знакомы с данными понятиями на ! концентре, здесь осн. метод. задача учителя уже в др. _ эти знания необх. актуализировать и главное, систематизировать, обобщить и обратить внимание учащихся на принципиальные особенности данным понятий.

При рассмотрении теплоты необх. обратить внимание учащихся, что формулы расчёта принципиальным образом зависят от вида процесса.

Теплота, работа выводятся как в учебнике, с подробным объяснением знаков работы. (работа газа, работа внешних сил).

необх. вместе с учащимися выяснить и док-ть, что работу можно опр-ть графически по площади фигуры, ограниченной графиком соотв-щего процесса и осью: -этот момент исп. при выяснении принципов действия ид. тепл. машины.

Понятие внутренней энергии было введено исторически раньше, чем создано МКТ. Это понятие теор., т.е. эта величина была введене в процессе попыток записи закона сохр. энергии применительно к тепл. процессам. Уже в это время был полученинтеграл, кот. обладал св-ми сохранения в тепл. процессах.

развитие матем. физики показало, что подобное выражение впоследствии может быть определительной формулой некой физ. величины, св-ва кот. хар-ет данная величина, определялось впоследствии дополнительно.

Но с развитием физики и МКТ потребовалось интерпретировать данное понятие с т.з. МКТ, и методика физики и МПФ в наст. время, изначально, начиная с 8го класса, использует именно МКТ-трактовку (онтодидактика).

В 8 классе внутренняя энергия трактуется как совокупность кинетической и потенциальной энергий молекул, входящих в тело. В 10 кл. это понятие углубляется и учащиеся изнают, что мол-лы могут вращаться, совершать колебания, двигаться в пр-ве.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ.

Термодинамика

(Практика чел. жизни)

▼ ▼

Q – способна совершать - A

150 л до н.э. ► ветряной шар Шерона

до VII в н.э. ► огнестрельное оружие

VII-XIII вв. ► паровые насосы (Северн,

(Папен, Нью-Камен)

▼

самодвижущиеся устройства

▼ ▼

пароходы паровозы

<Тепловые машины>

▼

<Изучение закономерностей превращения тепла в работу>

▼

<Исследование условий, при которых это превращение макc-но>

▼

<В процессе исследования нач. создаваться и структурироваться основополаг. т/д понятия: Q, A, ∆U и выясняются связи между этими понятиями, обнаружившаяся связь обобщилась в виде своеобразного закона сохранения для тепловых процессов и получила название 1 начала т/д.>

Основополагающие понятия.

▼ ▼ ▼

Q ∆U A

1.теплопроводность ∆U=i/2 m/M R ∆T A=p∆V

Q=cm(t2-t1) i – степень вободы

(при нагревании Q только изменение ∆U

отдаётся, при охлаж только ля ид. газа

дении приниается)

2. Q=λm (плавление,

кристаллизация0

3. Q=Lm, Q=rm

(испарение и конденс

ация соответственно)

Q=gm

20. Методика изучения термодинамически понятий «внутренняя энергия», «количество теплоты» и «работа» в шкф (на I и II концентрах).

Т.к. данные понятия изучаются в разделе т/д, , необх. подчеркунть практ. хар-р причин возн-я данной теории. Необх. ознакомить учащихся с историей применения теплоты для нужд человека. Пр рассм. основополаг. понятий нужно иметь ввиду, что учащиеся уже знакомы с ними. Осн. задача учителя в др.: знания учащихся необх. актуализировать, систематизировать, обощить и обратить внимание учащихся на применение особенностей данных понятий. При рассм. теплоты необх. обратить внимание учащихся, что ф-лы расчёта зависят от вида процесса. Вывод теплоты даётся как в учебнике с подробным объяснением знаком работы. Нужно вместе с учащимися выснить и док-ть, что работу можно графически и по фигуре ограничить графиком соот-щего процесса и осью p(V).

Внутр. энергия была вв. раньше, чем МКТ. Данное понятие – теор., т.е. эта величина была вв. в процессе попыток записи закона сохр-я энергии применительно к тепл. процессам. Уже в то время был получен интеграл, кот. обладал св-вом сохр-я в тепл. процессах. В 8 кл. энергия практ. как ∑Eп и Ек мол-л, вх. в состав тела. В 10 кл. это понятие углубляется и учащиеся узнают, что мол-лы могут сов-ть колебания и дв-ся в пр-ве, поэтому ∆U.

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПОНЯТИЯ.

Q	∆U	A
1. Теплопроводность Q=cm(t2-t1) Qотдаёт↔Qприниает нагрев охлаждение 2. Плаление Qплавление=λm – кристаллизация 3. Q=Lm Q испарение =rmконден. 4. Q=qm	∆U=i/2 m/M R *∆T Только ∆U Только для ид.г [∆]↔[газ]	A=p∆V «+» работа газа «-» работа внеш. сил

Исторически первая фор=кА была найдена в процессе становления и разработки понятия внутр. энергии. Было выяснено, что внутр энергия может изм. «я способами:

1. путём сообщ-я или отдачи теплоты

2. путём совершения работы.

Этот мат-л рассм. в 8 кл., но не обозн. как 1ое начало т/д. Методич. задача учителя – актуализировать данные знания и пойти дальше, записав данные положения в виде закона (начала). Данную формулировку необх. переписать в связи с тем, чтобы учащиеся представили, при каких условиях наибольшее колическтво теплоты превращается в работу. Получив ещё одно выражение, подчеркнуть, что сообщ-ая ид. газу теплота идёт на 2 процесса:

1. изм-е внутр. энергии,

2. сов. работы самим газом.

Теперь появ. возм-ть выяснить наиб. энерг. выгодные процессы при сов-ии работы, либо при сов. работы и при теплопередачи одновременно.

Обсуждается ? о мерах измерения внутр. энергии при любых процессах. Мерой изм-я внутр. энергии в процессе сов-я работы явл. работа, а мерой внутр. энергии в процессе теплопередачи – теплота. Здесь же повт. ? о знаках этих величин: Q>0, если сообщ-тся системой; Q<0, если отдана; А>0 – газ сжимается; A<0 – газ расширяется.

Рассм. ряд примеров, делают вывод: ∆Uсист. = ∑Q, перед. системой, и работе внешних сил под системой: ∆U = Q + A; Q = ∆U + A’.

Кол-во теплоты, сообщаемое системой, идёт на увеличение её внутр. энергии и на сов-е системой работы над внешними телами.

Методика изучения 1го начала

22. Методика изучения мкт как целостной физической теории в шкф. Особенности методики изучения на I и II концентрах.

Разделом «Молекулярная физика» начинается курс физики 10 класа. Из этого раздела имеет целью углубление знаний учащихся о строении и свойствах вещества и тепловых явлениях, первонач. сведения о кот. они получили в курсе физики 7 и 8 классов, и в курсе химии 9 класса. в задачу раздела вх. расширение знаний учащихся о мол-лах (особенности их дв-я и взаимодействия), углублённое изучение МКТ газов, объяснение свойств газов на осн. этой теории, изучение св-в конденсированных систем (вещ-ва в твёрдом, жидком и газообр. сост), объяснение этих св-в на осн. знаний о взаимодействии и движении мол-л и атомов, углубление знаний о переходе вещ-ва из одного агрегатного сост. в др.

Принцип. новым для учащихся здесь явл понятие о методах измерения массы, размеров и ск-ти движ-ся мол-л, понятие о кол-ве вещ-ва и единице его измерения.

Дальнейшее развитие в процессе изучения темы получают понятия внутренней энергии и температуры. На основе знаний основ МКТ, формирования осн. понятий и изучения колич. соотн-ий между величинами, характеризующими сост. ид. газа, рассматривается энерг. аспект молекулярной физики ид. газа. Рассм. этих ?-в играет важную роль в углублении знаний о законе сохранения и превоащения энергии, иллюстрируя его применения к тепловым механическим процессам.

в данном разделе учащиеся знкомятся с т/д, объясняющей тепл. явл-я на микроскоп. уровне, и с МКТ, объясняющей тепл. явл-я, строение и св-ва тел на осн. понятия о мол-лах, их взаимод-ии и дв-ии.

В связи с этим при изучении данного раздела представляется возможным дать учащимся общее понятие о научной теории и её структуре, выделить осн. теории, её ядро и следствия, показать роль теории в науке и практике, обратить внимание на то, что каждая теория имеет свою обл. явл-ий, кот. она объясняет, можно показать ограниченность теории. Нужно показать, что по мере развития науки на смену старым теориям приходят новые, более верно и полно объясняющие сущность явлений.

Изучение раздела имеет важное значение для формирования у учащихся диалектико-материалистического мировоззрения, что обусловлено тем, что содержание его убеждает учащихся в материальности окр. нас мира, в диалектическом характере познания, даёт конкретные иллюстрации закона перехода постепенных количеств. измерений в коренные качественные. Изучение св-в вещ-ва в разл. агрегатных состояниях, условий, при которых осущ. переход из одного сост. в другое, важно для политех. образования шк-ков, их подготовки и практич. деятельности в сфере матер. производства.

Рассм. раздел явл. одним из наиболее сложных в методическом отношении. До сих пор отсутствует единое мнение о его стр-ре, о послед-ти изучения тем. Нет конкретного мнения о стр-ре и содержательности тем, в задачу которых вх. ознакомление учащихся со строением св-ми вещ-ва в разл. агрегатных состояниях.

Структура раздела «Молекулярная физика»

1. Основы МКТ

2. Тепл. явл-я, газовые законы

3. МКТ ид. газа

4. 1. закон т/д

5. взаимное превращение жидкостей и газов. Св-ва паров.

6. Св-ва жид-тей и ТВ. тел. Взаимное превращение жид-тей и ТВ.

При изучении раздела нужно иметь ввиду, что со многими понятиями, формируемыми в процессе его изучения, уч-ся уже встречались ранее в курсах физики 7-8 классов и в курсе химии 8 класса. к ним относятся понятия молекулы, температуры, теплоты, удельной теплоёмкости вещ-ва, внутр. энергии тела, теплообмена и др. Поэтому учитель должен стремиться к тому, чтобы не дублировать то, что изучалось раньше, а развивать и углублять эти знания.

Опираясь на знания учащихся о строении мол-л и атомов, на первонач. понятие об элементарных частицах, вещество определяется как вид материи, сост. из частиц. Далее разъясняется, что мол-лы, атомы, ионы, ядра атомов, электроны, протоны, нейтроны – это разл. структурные формы вещ-ва. Необх. подчеркнуть ,что что именно «форма вещ-ва», т.к. у учащихся понятие вещ-ва часто ассоциируется только с мол-ми. Из курса физики 7-8 кл. уч-ся известно, что имеется ещё один вид материи – поле. Учащиеся уже получили первонач. сведения о том, что электр. поля связано с неподвиж. заряж. частицами, а магнитное поле – с подвижными заряж. частицами. Т.о., в 9 кл. важно подчеркнуть, что вещ-во явл. лишь одним из видов материи.

Далее необх. напомнить учащимся, что вещ-во может нах. в ТВ., жидком и газообра. сост-ях и в виде плазма-смеси «+» и «-» ионов, ядер, атомов и электронов. Отмечается, что изучение св-в вещ-ва имеет важное практическое значение, т.к. всё строится, конструируется, состоит из разл. вещ-в. Из вещ-ва сост. живые организмы. Изучение строения и св-в вещ-ва в разл состояниях важно для технологии производства. (важно знать, как будет вести себя вещ-во при разных усл-ях: температуре, давлении). Далее формулируются осн. положения МКТ:

1. вещ-во сост. из частиц (мол-л, атомов, ионов и т.д.)

2. эти частицы непрерывно хаотически дв-я (броуновское дв-е)

3. частицы взаимод-ют др. с др.

Затем учащимся предлагается вспомнить опытные док-ва каждого из положений, с кот. они уже познакомились в 7-8 классах, ткже следует привести современ. опытные данные. Вначале они лишь перечисляются, затем на последующих уроках раскрываются более детально.

Можно сообщить учащимся, что в конце XIX в. многие учёные сомневались в реальном существовании атомов и мол-л. Первым учёным, который установил 2 рода частиц - «корпускулы» (мол-лы) и «элементы» (атомы), - был Ломоносов.

Необх. уточнить понятие мол-лы. в курсе химии 8 кл. мол-лы опред. как мельчайшие частицы вещ-ва. В 10 кл. следует дать более строгое опр-е этого понятия. Далее нужно обсудить ? о модели мол-лы. Важно подчеркнуть, что мол-ла не обл. теми же св-ми, которыми обл. макроскопическая система как совокупность мол-л. Температура, давление, вязкость, теплопроводность и многие др. св-ва тел – это св-ва совокупности мол-л. Агрегатные состояния вещ-ва хар-ют сост. совокупности мол-л, но не отдельных (например, одно дерево не создаёт лес).

Структура раздела «Молек. физика» определяют 2 обст-ва: избранный метод изучения газовых законов (индукт. дедукт.) и метод введения понятия температуры.

при индуктивном изучении газовых законов в начале на качественном уровне рассм. осн. положения МКТ, затем нек. ?-ы т/д, газовые законы вводят эмпирически и объясняют с т.з. молек. представлений и на осн т/д-ого подхода. Методич. идея в этом случае закл. в совместном изучении тепл. явл-ий и молек. физики, в опытном изучении св-в вещ-в и их объяснении на осн. теории.

В этом случае раздел имеет след стр-ру: осн. положения МКТ – основы т/д (тепл. равновесие, параметры состояния, температура, газовые законы, абсолютная температура, 1 закон т/д) – МКТ ид. газа (осн. Ур-е МКТ ид. газов, температура – мера средней энергии мол-л) – св-ва газов, жидкостей и ТВ. тел и их взаимные превращения).

Эмпирический подход к изучению газовых законов вполне доступен для учащихся, при его исп-ии представления и понятия формир. на чувственно-конкретной основе, он не требует высокого уровня абстрактного мышления, соотв-ет истории открытия газовых законов и позволяет знакомит учащихся с путями развития физики. Недостатком этого подходя явл. то, чо что он не позв. полностью исп. МКТ для описания св-в ид. газа.

При дедуктивном подходе вначале изучается МКТ ид.газа: выводят осн. Ур-е МКТ газов: p=2/3 nEkср., постулируют или выводят из мысленных экспериментов связь температуры со средней кинетической ск-тью мол-л: Ekср = 3/2 kT, и устанавливают уравнения состояния ид. газа p=nkT или pV = m/M RT. Газ. законы рассматривают как следствия ур-я сост-я ид. газа и подтверждают экспериментально. Далее можно изучать законы т/д и рассматривать применение 1 закона т/д к изопроцессам.

Стр-ра раздела в этом случае может быть след.: основы МКТ (осн. положения МКТ, осн. ур-е МКТ газов) – температура (тепловое равновесие, температура, абсолютная тепература, температура – мера кинетической энергии средней мол-л) – ур-е сост-я ид. газа, газовые законы – 1 закон т/д – св-ва газов, жидкостей, ТВ. тел.

Достоинство этого подхода закл в соответствии его осн. идее современ. шк. курса – усилению роли науч. теорий. Он позволяет наглядно продемонстрировать тот факт, что фундаментал. законов в физике не так много, большинство же могут быть получены как частные случаи из более общих законов. Применение здесь дедуктивного метода играет здесь большую роль в формировании научного мировоззрения и развития мышления школьников. Он также позв. получить выигрыш во времени. С т.з. соответствия дидакт. принципам, следует признать, что дедуктив. изучение газ. законов в целом доступен 10-классникам, т.к. уровень абстрактного мышления у них дост. высок.

При дедукт. подходе к изучению газовых законов возм. и иная стр-ра раздела, при кот. шк-ков сначала знакомят с осн. понятиями и законами МКТ и т/д, а затем применяют в единстве аппарат этих теорий для изучения св-в макроскоп. систем. В этом случае раздел имеет след. стр-ру: осн. положения МКТ – основы т/д – стр-е и св-ва газов, жид-тей и ТВ. тел – агрегатные превращения.

Т.о., раздел «Молек. физика» можно построить по-разному в завис. от принятых исх. озиций (метод изучения газ. законов и введение понятия абс. температур).

В соотв. с программой 11-летней школы раздел «Молек. физика» вкл. 2 темы: «Основы МКТ» и «Основы т/д», т.е. изучение материала начинается с основ МКТ и их опытного обоснования. Изучение осн. положений МКТ сразу же позволяет установить связь рассм. мат-ла с тем, что уже известно учащимся из курса физики 7-8 классов. Тематическоепланирование уроков:

1. Вводный урок к курсу физики 9 класса «Механические и тепловые явления. Т/д и МКТ»

2. Основные положения МКТ и их опытные обоснования. Уточнение понятия «молекула»

3. Масса и размеры мол-л

4. Броуновское движение

5. Взаимодействие мол-л

В процессе изучения раздела учащиеся должны овладеть целым рядом умений и навыков практического хар-ра: научиться измерять температуру тел, давление газа (монометр), рассчитывать теплоту, читать и строить графики зав-ти между осн. параметрами, хар-щими сост. газа, решать задачи на расчёт давления, объёма и температуры ид. газа на осн. ур-ий сост-я газа.

23. Методика изучения понятий «масса» и «сила» на I и II концентрах шкф.

I. Масса – одно из фундаментальных св-в материи. В ср. школе учащимся прежде всего дают понятие о массе как мере гравитационных и инерционных св-в тела. Как меру грав-ых св-в массу тела опр-ют на основе закона всемирного тяготения Ньютона: F = γ m₁m₂/r², где γ – универс. грав. пост., m1 и m2 – массы тел, нах-щихся на расст. r др. о друга. Инертная масса в классич. мех-ке Ньютона вх. в осн. ур-е динамики: F = m dv/dt. Масса – это коли-ая хар-ка инерциальных и грав-ых св-в материи Массу измеряют в кг. Кг – это ед-ца массы = массе междунар-го прототипа 1 кг..

В 7 кл. учащимся сначала дают первонач. понятие об инертной массе на основе уравнения ск-ти 2х тел при их дв-ии, кот. для этого случая можно записать: m₁∆v₁ = m₂∆v₂. Если начальные ск-ти тел = 0, то ур-е в скалярной форме примет вид: m1v1=-m2v2, или по абс-ой величине: |m1/m2| = |v2/v1|, т.е. отн-е масс тел обратно проп-но изм-ю их ск-тей. В 7 кл. в соотв-ии с программой понятие о данном соотн-ии и, слд-но, о массе вводят из рассмотрения простейшего опыта по вз/д-ю 2х тел. Логическим переходом к новой, «динамической» теме от элементов кинематики, кот. изучалидо этого, может быть постановка ?-А: «Почему при неравномерном дв-ии изм. ск-ть тел?» Для этого рассм-ют и анализируют разные случаи неравномерного дв-я, затем делают вывод: если тело изменяет свою ск-ть, то всегда можно указать др. тело или неск. тел, действие кот-ых вызвало это изменение. После этого ставят новую задачу: «От чего зависит изм-е ск-ти тел при их вз/д-ии?» Для решения этой задачи ставят опыты, на осн. кот. можно было бы установить зав-ть изменения ск-ти тела от массы взаимод-щих тел: опыты по вз/д-ю тележек, шаров или цилиндров, между Кох нах. сжатая пружина. Недостаток этих опытов: приходится объяснять, что действует не пружина, а взаимодействуют тела. Поэтому лучше вначале показаьб «непосредственное» действие одного тела на другое без помощи пружин. Для этого можно взять небольшой резиновый мяч и тяжёлый пластмасс., деревян. или мет. шар. Мяч и шар крепко стягивают с помощью широкой тесьмы, концы кот. связывают нитью. Пережигают нить и обнаруживают, что за одно и то же время пластм. шар откатывается на меньшее расст-е, или проходит меньший путь, чем мяч. Делают вывод: шар дв-ся с меньшей ск-тью. Говорят, что шар массивнее мяча, имеет большую массу. Далее поясняют, что рассмотренные опыты по вз/д-ю тел позволяют сравнивать массы и измерять их, если одну из масс принять за эталон, единицу. После этого знакомят ученика с ед-цей измерения массы – килограммом (кг), говорят, что массу в 1 кг имеет 1 л воды. Сообщают, что учёные нашли различные способы измерения массы тел. Для закрепления решают задачи: «Имея длинную резиновую нить, опр-ть на опыте, какая из 2х игрушечных тележек имеет большую массу».

II. Воостанавиливают в памяти учащихся сведения из 7 класса при помощи тех же опытов. Демонстрации упругого взаимодействия тел в 9 классе доп-ют демонстрациями вз/д-я наэлектризованных тел и вз/д-я тел посредством магн. поля. При постановке опытов следует проанализировать, с какими телами вз/д-ют рассм-ые тела, в каких случаях действие др. тел не компенсируется, и как при этом изм. дв-е тел, их ск-ти. Т.о., ученик подготавливается к обобщению понятия «взаимодействие тел», получают первое представление о типаз взаимодействий. Затем на основе опытов устанавливают: 1. изм-е ск-тей тел ►их ускорения направлены в противополож. стороны; 2. модули величин ∆v1 и ∆v2►a1 b a2 могут принимать разл. зн-я; это качественно видно на глаз, но лучше это подтвердить и измерениями. Затем нужно показать, что отн-е абс-ых значений ускорений 2х тел есть величина постоянная, не зависящая от того, как вз/д-ют тела, это положение требует спец-го эксперимента, связ-го с измерением ускорений. Для прямых измерений ускорений необх. прибор – акселерометр, но возм-ны и косв. измерения ускорений вз/д-щих тел (в этих целях можно решить эксперимент-ые задачи). Одни тела, вз/д-яя с избранными, получают ускорения, больше в 2,3 и т.д. раз, другие – меньшие. О первых телах говорят, что они менее инертны, о вторых – что более инертны. Инертность – св-во, присущее всем телам. Сост. в том, что для изменения ск-ти тела на заданную величину нужно, чтобы действие на него опред-го др. тела длилось нек. время. Чем это время больше, тем инертнее тело. Из 2х вз/д-щих тел то тело более инертно, кот. медленнее набирает ск-ть, т.е. приобретает при вз/д-ии меньшее ускорение. Затем, для закрепления понятия об инертности тел, решают задачи. Инертность тел может быть разл., ►, её можно сравнивать и измерять как всякую физ. величину. Инертность выражается опред-ой величиной, получившей название «масса». Большей массой обладает более инертное тело. Решают задачи. Чтобы найти массу каждого отдельного тела, выбирают какое-нибудь тело в кач-ве эталона массы; массу его условно принимают за ед-цу. тогда с помощью опыта, в кот. тело, масса кот. опред-ся, вз/д-ет с эталоном массы, находят соотн-е: |a_эт|/|a_T| = m_T/m_эт ► m_T = |a_эт|/|a_T| ед-цу массы, обращают внимания уч-ся на то, что из данного выражения нельзя упускать слова «единица массы». В учебнике физики для 9 класса даётся след. определение массы: «Масса тела – это величина, выражающая его иертность. Она определяет отн-е усорения эталона массы к ускорению тела при их вз/д-ии.» Далее вв. понятие ед-цы массы: за ед-цу массы принята масса опред. образом выбранного тела. Таким телом явл. цилиндр, изг-ый из сплава платины с иридием и хранящимся в международном бюро мер и весов. Масса обл. св-вом аддитивности – общая масса неск-их тел = сумме их масс. Наконец, след-ет сказать о законе сохр-я масс.

I. Сила – одно из осн. понятий в физике. В 7 кл. понятие о силах форм-ся на примере действия сил тяжести, упругости, трения и сил вз/д-я между мол-ми. Осн. задача данного раздела закл. в форм-ии у шк-ков понятия о силе как физ.величине, хар-щей действие одного тела на другое. Это действие выражается в изм-ии ск-ти дв-я тел и приводит к деформациям. Следует иметь ввиду, что имеет место деформация и в неоднородном грав. поле. Например, под дейстивем грав. поля Луны и Солнца на Земле образуются приливы не толкьо воды, но и твёрдой массы планеты. При дв-ии вблизи пов-ти земли неоднородностью грав. поля пренебрегают и считают, что тело не деформируется.

Изм-е ск-ти дв-я тел при вз/д-ии показ. на ряде опытов. Например, тележка приводится в дв-е рукой и останавливается при вз/д-ии с брусокм, лежащим на её пути; пуля из детского ружья вылетает под действием силы упругости пружины; шарик отскакивает в сторону, ударившись о брусок, расп-ый под углом к первонач. напр-ю дв-я шарика. Анализ опытов такого рода позв. учащимся осмыслить выражение «изм-е ск-ти дв-я». След. группа опытов демонстрирует действие одного тела на др., в рез-те кот. заметно изм. размеры и форма тел: губка из поролона, резиновый жгут, стальная линейка или пружина. ► изм-е дв-я тела и его деформация могут служить признаками действия на данное тело каких-то др. сил или признаками действия на тело силы.

Из примеров видно, что в первых опытах исп-ли преимущ-но мускульную силу и силы, возн. при непосредств. вз/д-их тел (сила упругости). Далее в условиях расширения представления о силах и подготовки учащихся к изучению ? о силе тяжести, нужно показать вз/д-е тел без их непосредств. соприкосн-я. Для этого можно, напр., показать опыты с магнитом и железом, электростатическое притяжение. Не вводя пока в явном виде понятие о силе как векторной величине, при изобр. на рис-ах «действия» одного тела на др. показывают его в виде стрелок.

II. При форм-ии понятия силы неизбежно приходится считаться с тем, что оно находит самое широкое применение в повседнев. жизни и в изветсной мере знакомо учащимся до изучения физики. Прежде всего у учащихся это понятие связывается с понятием мускульной силы в толкании, тяге; весе; магнитной силы и т.п. в связи с этим в учебниках элементарной физики поясняется: «Все виды тяги и толчков назыв. силами.»

Ньютон разъясняет происх. сил аналог-ым образом: «Происх-е прилож-ой силы может быть разл.: от удара, от давления, от центрострем-ой силы.» Далее, обощая бытовые представления и конкретные примеры, следует показать, что сила – это краткое название действия одного тела на другое. Далее выясняют и определяют колич-но, в чём же именно проявл. это действие. На конкретных примерах в 7 кл. учащимся показывают, что сила – причина изм-я ск-ти дв-я. Но тело одно тела на другое можно сравнить, поскольку дв-е тела может изм-ся в большей или меньшей степени. Быстрота изм-я хар-ся ускорением, и было выяснено соотношение с инерией тела ► |a1| = m2/m1 |a2|, кот. в векторной форме имеет вид: a₁ = - m₂/m₁ a₂. Знак «-» показ., что первое и второе усорения имеют противоположные напр-я.

Из этой ф-лы видно, от каких величин зависит а1 тела массой m1, и как можно колич-но опр-ть действие на него 2го тела, как соотносятся роизв-я a1m1 и a2m2. Это произв-е по опред-ю назыв. силой ► a₁ = F/m₁ или F = m₁a₁. Сила F явл. внешней, по отн. к первому телу, т.к. опред. через величины M2 и а2, хар-щие 2е тело. Выражение F = ma выражает закон физ-го действия и противодействия ►сила в мех-ке – это величина, кот. можно опр-ть как колич. –ную меру действия тел др. на друга, в рез-те кот. тела получают усорения.

Далее следует повторить (восстановить) знания учащихся из 7 кл. о силах трения, упругости, тяжести и ихизмерении динамометрами. Говорят, что за ед-цу силы принят 1 Н (ньютон) ≈силе тяжести, действующей на тело массой 0,1 кг или, точнее, 1/9,8 кг.

говорят, что гири – эталоны не только массы, но и силы. Но вес гири имеет сущ-ый недостаток: он неодинаков в разл. частях земного шара. ► нужно исп-ть принцип-но более точные способы измерения и вычисления сил.

В памяти учащихся восст. след.: 1. сила- величина векторная (кроме численного значения, имеет направление); важно знать и точку приложения силы; 2. исходя из опред-я сил констатируют, что равные силы придают телам равные усорения независимо от природы этих сил; 3. равные по значению, но противоп. по напр-ю силы, действующие на одно тело, этому телу усорения не придадут никакого; 4. усорение избранного тела, возн. при его вз/д-ии с др. телом, может быть найдено по ф-ле:

|a₁| = m₂/m₁ |a₂|.

Т.о., в 9 кл. силы неразрывно связ. с усорением. В т.ч. поясяют, что сила упругости в конечном итоге предст. собой вз/д-е частей тела, кот. приводит их в усор-ое дв-е.

На примере растянутой пружины выясняют, что при её сокращении витки дв-ся с усорением. Значит, на все части растянутой пружины действует сила.

Исп. также полученные в 7 кл. представления о зав-ти упругой силы пружины только от деформации или «взаимного расп-я её частей».

с помощью растянутой пружины может быть создана нек. опред.сила. Вопросы об измерении этой силы или градуировке пружины пока не решают.

По сущ-ву, в неявном виде растянутая пружина выступает как некий эталон силы.

Т.о., взаимосвязанные величины ускорение, масса и сила могут в изветсной мере рассм-ся как опред-ые независимо др. от друга.

24. Методика изучения законов Ньютона в шкф.

Методика изучения законов Ньютона на 1 концентре ШКФ.

Т.к. законы Ньютона вх. в ядро классической механики и предст. собой теор. законы, методика их изучения прнцип-но отлич. от методики изучения экспериментальных законов. Наиболее рац. способом изучения эксперимент. законов явл. индуктивный способ: когда на экспериментальной установке, изменяя параметры и условия воздействия на О. исследования с помощью большого кол-ва опытов устан. связь между физ. величинами и формулируется закон этой взаимосвязи.

Т.о., эксперимент. законы изучаются либо на основе демонстрационного, либо фронтального экспериментов, и многочисленные опыты обобщаются, т.е. логика: от частных случаев к общему выводу.

Теор. же законы изучать таким способом категорически запрещается.

Для открытия теор. законов самой истории физики требовался выдающийся ум. Каждый теор. закон практически явл-ся причиной создания новой физ. теории ► законы Ньютона не могут изучаться на основе эксперимента как исходного материала, кот. затем предлагается учащимся обощить; они объективно обобщение такого рода сделать не в состоянии, поэтому здесь возможны только 2 метод. подхода:

1. догматический,

2. проблемное изложение, показывающее возн. физ. проблемы в науке и демонстрировавшее, т.о. возникшая проблема (противоречие) была решена и какими учёными.

Догм. способ рац. во времени, но также требует постановки эксперимента для подтверждения сообщённой в готовом виде учащимся в формулировке закона, т.е. логика иная: от формулировки (общего) к частному, иллюстрации выполнимости сообщённого утверждения.

Функция эксперимента здесь принцип-но иная – она иллюстрирующая. При исп.-иипроблемного метода - проблемного изложения – осн. внимание уделяется развитию учащихся, т.к. учитель, исп-я материал истории физики, орг-ет проблемную ситуацию, формулирует её, показывает условие истор. обстановки, в кот. она возникла и используя предложение учащихся, знакомит их с реальными способами разрешения этой проблемы в самой физике, данный метод изучения з-в Ньютона наиболее предпочтителен учителю, при этом необх. иметь ввиду, что довольно часто в метод. лит-ре и в самих учебниках по физике исп-ся методологически неправильный подход изучения законов Ньютона индуктив. способом, данных некорректностей необх. избегать. Особенно часто такая рекомендация исп. при изучении 2 з.Н.

Т.о., физ. эксперимент исп-ся при изучении любых теор. законов только в качестве иллюстрации утверждений, кот. в них содержатся.

Методика изучения законов Ньютона на 2 концентре ШКФ.

Решение осн. задачи механики – определение положения тел в любой момент врмени – требует знания их начальных координат, скорости и ускорения, кот. возн. при взаимодействии тел. Последнее явлю предметом изучения динамики.

Динамика сост. важную часть классической механики. Её главная задача – изучение взаимодействия тел, которыми объясняются, прежде всего, разл. изменения их дв-ий. В основе динамики лежат 3 закона. Впервые их в общем виде сформулировал гениальный физик И. Ньютон (1643-1727). теперь эти законы назыв. его именем. Открытие законов дв-я Ньютона было подготовлено многовековой человеческой практикой, трудами многих поколений учёных.

Законы мех. дв-я с их многочисл. и важными следствиями имеют огромное научное и мировоззренческое значение. Они позв. понять и объяснить многие явл-я и в космосе, и в микромире. Классич. мехакникой введены в науку важнейшие физ. понятия: масса, сила, импульс (количество дв-я), энергия и др. Законы сохранения энергии и импульса не знают искл-я в любых явл-ях макро- и микромира. Законы классич. механики сост. науч. основу техники многих отраслей народного хозяйства: строительства, машиностроения, транспорта и др. Поэтому изучение динамики следует в полной мере исп. в целях политех. обучения учащихся. Показывая науч. и практ. значимость законов механики, нужно вместе с тем в доступной форме дать учащимся 9 класса первонач. понятие и о границах её применения. Учителю следует помнить, что было время, когда законы классич. механики казались всеобъемлющими и способными объяснить и описать все явл-я природы. Наглядные образы, представления и понятия, подчёркнутые учащимися в окруж. жизни, и теперь наталкивают на «механическую» трактовку и «механичсекие» образы при изучении ?-ов физики, где они не применимы. Многие явл-я природы не могут быть сведены только к мех. взаимодействию тел уже потому, что материя в природе существует не только в виде поля. Явл-я, например, в э/м поле подчиняются законам Максвелла, а не законам Ньютона. Но и дв-я, с кот. мы связываем опред. физ. тела, не всегда могут быть объяснены законами Ньютона. Класс. мех-ка не может удовлетворительно описать дв-я мн-ва частиц- мол-л, объяснить законы, которым подчин. элементар. частицы, дв-е тел со скоростями, близкими с ск-ти света. Соответствующие законы устанавливаются статист. механикой, квантовой механикой и теорией относительности. Опред. сведение о данных разделах современ. физики учащиеся получают в 10 и 11 классах. Однако, первые первонач. представления о границах применимости законов класс. мех-ки ученики должны получить уже в 9 классе.

При этом учащиеся должны осознать, что успехи современ. науки вовсе не отриц. и не зачёркивают мех-ку Ньютона. Более того (согласно принципу соответствия), они утверждают незыблемость её законов для определённых предельных условий: класс. мех-ка – это мех-ка макротел, дв-ся со ск-ми, далёкими от ск-ти света. Данные усл-я вып. в огромной сфере практической и научной деятельности человека на Земле и в космосе. В этом и закл. непреходящее значение мех-ки Ньютона.

При изучении динамики в 9 классе следует принять вовнимание занания учащихся по механике, полученные в 7 классе, а также их жизненный опыт и представления.

Методика изучения 1го законаНьютона на 1 и 2 концентрах ШКФ.

Поскольку 1 закон Ньютона явл. теор., его методика имеет особенности изучения.

Т.о., наиб. рац-ым подходом при его изучении явл. метод проблемного изложения, и учащихся необх. ознакомить с той роблемой, кот. возникла в самой физике.

1. Существует несколько вариантов создания проблемной ситуации. Одна из них связана с оценкой 1 з.Н. учёными XX столетия.

2. Далее необх. предложить учащимся послушать 1 закон и определить, в чём его «безумие» (несоответствие, необычность формулировки; формулировка предлагается в усечённом варианте).

3. Далее необх. оговорить, что 1 з.Н. фактически отвечал на ?, кот. неправильно оценивался в теч. 20 столетий: 4 века до н.э. и 16 веков н.э., т.к. Ньютон жил и работал в XVII веке.

4. Необх. предложить учащимся оценить свою т.зр.: совпадает она с мнением Аристотеля или нет?

5. Т.зр. Аристотеля просуществовала вплоть до XVI века, до работ Галилея, кот. впервые в истории физики стал утверждать принцип-но противовполож. т.з. о том, что, чтобы тело двигалось, не нужно никакого воздействия. Данное утверждение он высказал на основе реального и мысленного эксперимента. Он предложил рассматривать дв-е тела, скатывающегося с накл. плоскости на горизонтальном участке пути с исп-ем разных поверхностей.

6. Новая проблема была связана с тем, что до XVI века не существовала принципа относительности. Он был сформулирован Галилеем на осн. мысленного эксперимента, являющегося продолжением реального. Он предлагал представить себя в каюте корабля, шторы в каюте задёрнуты и описывают обстановку и физ. явл-я в каюте.

Если теперь наружный наблюдатель видит, что корабль отходит от причала и дв-ся РПД, то человек не сможет никакими физ. явл-ми отличить РПД от покоя.

Тем не менее, Ньютон попытался найти, относительно какой системы отсчёта тело покоится. Поиски абсолют системы покоя продолжались вплоть до XX века, они были прекращены после опыта Макельсона Мори.

7. В XX столетии физиками было обнаружено наличие «х принцип-но разных систем отсчёта.

8. Именно поэтому в XX веке физики были вынуждены изменить формулировку 1го закона Ньютона: существуют такие системы отсчёта, отн. кот. тело покоится или дв. РПД…

9. Т.о., 1 з.Ньютона:

• разрешил истор. противоречие и ответил на ?, нужна ли причина для РПД;

• в последствии данный закон стал утверждать о существовании особого типа системы отсчёта- инерциальной.

1. З. Ньютона

<самый «безумный» закон физики xx века>

▼

{тело покоится либо движется РПД}

<научная проблема>

Почему тело движется?

Нужна ли для дв-я сила?

▼ ▼

IV в. до н.э. XVI в н.э.

(Аристотель) (Галилей)

<ДА> <НЕТ>

• дв-ся повозки, рабы, лошади

• чтобы летела стрела, необх.,

ч тобы на неё воздействовала

тетива лука

• сани, чтобы тянуть человека

• <Вывод: движение на бесконечно идеальной поверхности будет продолжаться бесконечно, с той же постоянной ск-тью>

______________________________________________________

▼

Противоречие

(разрешил Ньютон)

▼

Ввёл впервые понятие силы трения

▼

Изучил закономерности силы трения

▼

<решение противоречия>

Сила тяги нужна для компенсации силы трения.

v = const

▼

новая физическая проблема

▼

<понятие абсолют. системы отсчёта>

▼

<НЕТ>

<Типы систем отсчёта>

▼ ▼

Инерциальные Неинерциальные

выполняется не выполняется

- земля - самолёт, вертолёт

- озеро - столб дыма

- дерево - брошенный или

-стог сена подброшенный

камень

(взлетающие, садящиеся)

v = const v ≠ const

Методика изучения 2го закона Ньютона на 1 и 2 концентрах ШКФ.

Наиб. рац. методом при изучении 2го закона Ньютона явл. либо догм. изложение, либо метод проблемного обучения, но сама формулировка 2з.Н. не позволяет выявить противоречие в чистом виде, поэтому здесь уместен генетический метод изложения, интегрированный с элементами эвристической беседы, т.е. необх. показать учащимся историческую эпоху и те ?-ы, над кот. работала наука того времени. Именно поэтому первонач. необх. напомнить шк-кам ту задачу, кот. поставил перед собой Ньютон, разрабатывая новый теор. метод физ. познания. Как известно, Ньютон поставил перед собой задачу сделать физику наподобие геометрии, т.е. среди всех известных к тому времени законов выделить законы- аксиомы (принципы, являющиеся, явл. теор. методами обобщениями, не требующих рац. док-ва. Именно поэтому Ньютон положил в ядро класс. мех-ки закон, кот. не признавался почти 100 лет, открытый Галилеем; он определили значимость этот закона и объяснил кажущееся противоречие с бытовыми наблюдениями, введя силу трения. «й закон носит имя самого Ньютона, т.к. он целиком явл. рез-том его собств. обобщения.Являясь убеждённым христианином, и пытаясь с помощью научного языка описать Вселенную как рез-т божественного творения, он свои законы сформулировал в виде дословный повелений; так, дословный перевод с англ. языка 1 з.Н.: !Тела покоятся или двигаются РПД…»

Поскольку 1 з.Н. свид-л о том, что внешних усилий для того, чтобы тело двигалось РПД не надо, то оставался открытым ?: «Причиной чего же явл. действующая мех. сила?», и Ньютон нащёл ответ на этот ?. Сила вызывает изменение дв-я, т.е. прежнего мех. сост-я. В то время физ. законы не записывались через физ. формулы, т.к. первая формула с разнородными физ. величинами (v=s/t) появ. 2 века спустя, поэтому сам закон формулировался в виде утверждения, повеления: «Телам изменять своё дв-е пропорционально действующим на ним силам.» Но уже в XIX в. попытались данную формулировку записать в общепринятой для новой науке формуле: F=ma: сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

При попытке записать данный закон в формульном виде, возникла проблема: какую величину необходимо записать, выраженную словами «изменение движения». Появилось 2 лагеря учёных:1) считали, что это ускорение; 2) считали, что это – кол-во дв-я (импульс).

1. Именно 2я формулировка явл. для физики более значимой по многим причинам. Именно она в формульном виде записывает причинно-следственную связь: сила явл. причиной появления ускорения, т.е. не самого дв-я, а причиной изм-я прежнего мех. состояния.

2. Данная формулировка позволяет определить и рассчитать силу любой природы, даже не зная специальной формулы расчёта (это динамический способ расчёта силы).

3. Данная формула позволила ввести единицу силы при создании СИ. Кроме того, современная физика, физика XX века, позволила выявить фундаментальный хар-р понятия «импульс», понятие «ускорение» работает только в механике, а понятие импульса и закона сохранения работает и в физике элементарных частиц.

Именно поэтому формулировка 2го з.Н. через импульс явл. более фундаментальной и соответствующей теор. хар-ру акона, именно поэтому началось соотнесение между собой 1 и 2 формулировок. Действительно, 1ую формулировку можно переписать математически. В учебниках по физике все 3 вида формулировок 2 з.Н.; у Саенко, Касьянова 1 форма: a = F/m, но при этом она вводится методически некорректно, исходя из эксперимента. Учебник Кикоина – 2я форма: F = ma, а «Физика-Астрономия» Разумовского – через импульс, но в этом учебнике нарушается логика и методология введения кинематич. величины ускорения, она просто вводится из формулы 2го закона Ньютона, что не соответствует действительности. Первоначально было обнаружено особое св-во м.т.: быстро или медленно изменять свою ск-ть, и была найдена соот-щая определительная формула. Разная форма формулировки 2 з.Н. предполагает и разную стр-ру раздела «Динамика».

2 з.Н.

{изм-е дв-я тела проп-но действующей на тело силе и направлено вдоль направления действия этой силы}

▼ ▼

ускорение импульс

[a] [mv]

a = k*F F ~ ∆mv/∆t

k = 1/m m = const

a = F/m a = ∆v/∆t

F = ma

▼

F = ma

Методика изучения 3го закона Ньютона на 1 и 2 концентрах ШКФ.

Наиб. целесообразным явл. метод генетического изложения с элементами эвристической беседы.

№ з. Ньютона также носит имя Ньютона, т.к. именно Ньютон определил и возвёл в ранг фундаментального физ. закона базовые наблюдения чел-го общества, выраженные в разл. пословицах, поговорках, легендах и былинах. Особенность взаимного действия друг на друга, т.е. обязат. ответная реакция, была сформулирована Ньютоном на физ. языке.

Учащимся необх. обязат. подробно объяснить, почему силы не уравновешивают др. друга и почему тело всё же ост. в сост. покоя, ведь, по 2 з.Н., тело должно приобрести ускорение. Необх. обратить внимание учащихся, что одновременно с ньютоновской, на тело действует сила тяжести.

Т.к. 3 з.Н. фундаментальный, это озн., что он проявляется буквально на каждом шагу, особые ла. опыты не нужны.

3 з.Н.

<бытовые наблюдения>

наличие ответной реакции

{тела действ. др. на др. с силами, равными по модулю и противополож. по напр-ю}

1.

• «как аукнется, так и откликнется»

• «Легенда о Святогоре-богатыре»

• «Отольются кошке мышкины слёзы»

2. Экспериментальная иллюстрация:

- динамометр,

- система из связанных тележек,

- опыты с керамическими магнитами

- когда магнит парит в воздухе, равновесие весов не нарушается.

Особенности ньютоновских сил.

1. Силы одной природы (гравитационные)

2. Силы центральные, т.е. направлены вдоль одной прямой, соед-щей центры масс

3. Силы никогда др. др. НЕ уравновешивают! (уравновесить др. др. могут только силы, прожженные к одному и тому же телу). Пример: тело покоится на поверхности, при этом тело действует на поверхность силой своего давления (вес), а поверхность на тело – силой реакции опоры).

Проявления 3 з.Н.

1. Ускоренное дв-е по твёрдой поверхности

2. Движение в жидких средах

   1. движение вёсел в воде

   2. плавание в воде

3. Движение в газообразных средах: при объяснении необх. обратить вниание учащихся, что здесь иллюстрацией может быть только машущий полёт, т.к. авиация - наличие подъёмной силы – закон Бернулли, а машущий полёт – ДА!