Эксперимент и теория в естественнонаучном познании

(2 ч)

Цикл естественнонаучного познания. Теоретиче­ский и экспериментальный уровни познания. Теорети­ческие и экспериментальные методы познания, их место в цикле познания, связь между ними.

Роль эксперимента в познании. Виды исторических физических опытов. Фундаментальные опыты по физи­ке, их роль в науке и место в процессе естественнонауч­ного познания.

Фундаментальные опыты в механике

(4 ч)

Зарождение экспериментального метода в физике. Роль фундаментальных опытов в становлении классиче­ской механики.

Опыты Галилея по изучению движения тел. Мыслен­ный эксперимент Галилея и закон инерции. Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения и опыт Кавен-диша. Опыты Гюйгенса по изучению колебательного движения. Эмпирический базис как структурный эле­мент физической теории.

Фундаментальные опыты в молекулярной физике

(8 ч)

Возникновение атомарной гипотезы строения веще­ства. Опыты Броуна по изучению теплового движения молекул. Опыт Релея по измерению размеров молекул. Опыты Перрена по измерению массы молекул и опреде­лению постоянной Авогадро. Опыт Штерна по измере­нию скорости движения молекул. Экспериментально и теоретически полученное распределение молекул по скоростям. Победа молекулярно-кинетической теории строения вещества.

Опыты по исследованию свойств газов. Опыты Бой-ля. Опыты Румфорда. Опыты Джоуля по доказательству эквивалентности теплоты и работы.

Фундаментальные опыты как основа научных обоб­щений.

 

44

45

Фундаментальные опыты в электродинамике

(6 ч)

Опыты Кулона по электростатическому взаимодейст­вию. Опыты Рикке, Иоффе, Милликена, Мандельшта­ма, Папалекси, Толмена, Стюарта, лежащие в основе электронной теории проводимости. Опыты Ома, позво­лившие установить закон постоянного тока. Различие между ролью фундаментальных опытов в науке и в про­цессе изучения основ наук.

Опыты Ампера, Эрстеда и Фарадея по электромагне­тизму. Опыты Герца по излучению и приему электромаг­нитных волн. Фундаментальные опыты как подтвержде­ние следствий теории в структуре физической теории.

Фундаментальные опыты в оптике

(6 ч)

Краткая история развития учения о свете. Опыты, по­служившие основой возникновения волновой теории света. Опыты Ньютона по дисперсии света. Опыты Ньютона по интерференции света. Опыты Юнга. Опыты по поляризации света.

Проблема скорости света в физической науке. Астро­номические наблюдения и лабораторные опыты по из­мерению скорости света.

Фундаментальные опыты в квантовой физике

(6 ч)

Зарождение квантовой теории. Экспериментальное изучение теплового излучения. Опыты Столетова и Гер­ца по изучению явления и законов фотоэффекта. Опыты Лебедева по измерению давления света.

Опыты Резерфорда по зондированию вещества и мо­дель строения атома. Опыты Франка и Герца и модель атома Бора.

Фундаментальные опыты и формирование нового стиля научного мышления.

Демонстрации

Различные виды механического движения.

Свободное падение (трубка Ньютона).

Колебательное движение маятников.

Модель броуновского движения.

Модель опыта Штерна.

Электризация тел.

Взаимодействие электрических зарядов.

Взаимодействие проводников с током (опыт Ампера).

Взаимодействие проводника с током и магнита (опыт Эрстеда).

Явление электромагнитной индукции (опыты Фа­радея).

Дисперсия света.

Опыты по интерференции и дифракции света.

Поляризация света.

Явление фотоэффекта и законы фотоэффекта.

Лабораторные работы

1. Исследование закономерностей броуновского дви­
жения с использованием компьютерной модели.

2. Измерение размеров молекул (опыт Рэлея).

3. Исследование взаимодействия электрических за­
рядов (опыт Кулона) с использованием компьютерной
модели.

4. Исследование явления электромагнитной индук­
ции (опыты Фарадея) с использованием физических
приборов и компьютерной модели.

5. Измерение скорости света с использованием
компьютерного моделирования. Изучение явления дис­
персии (с использованием физических приборов и
компьютерного моделирования).

6. Исследование явления интерференции с использо­
ванием компьютерного моделирования.

7. Исследование явления дифракции с использовани­
ем компьютерного моделирования.

8. Исследование явления фотоэффекта с использова­
нием компьютерного моделирования.

 

46

47

9. Изучение строения атома с использованием компьютерного моделирования опытов Резерфорда. Примерные темы докладов и рефератов

1. Моделирование в физике.

2. Галилей — основоположник экспериментального
метода исследования в физике.

3. Фундаментальные опыты и эволюция физической
картины мира.

4. Фундаментальные опыты и развитие электродина­
мики.

5. Фундаментальные опыты и развитие взглядов на
природу света.

6. Фундаментальные опыты в структуре физической
теории.

7. Ньютон и Гук: противостояние гениев.

8. Мифы и реальность из жизни Галилея.

Резерв времени

(2 ч)

Литература

1. Боголюбов А. N. Механика в истории человечест­
ва. М.: Наука, 1978.

2. Вавилов С. И. Исаак Ньютон: 1643—1727. М.:
Наука, 1989.

3. Гиндикин С. Г. Рассказы о физиках и математи­
ках. М.: Наука, 1985.

4. Голин Г. М., Филонович С. Р. Классики физи­
ческой науки (с древнейших времен до начала XX в.). М.:
Высшая школа, 1989.

5. Дягилев Ф. М. Из истории физики и жизни ее
творцов. М.: Просвещение, 1986.

6. Иоффе А. Ф. О физике и физиках: Статьи, вы­
ступления, письма. Л.: Наука, 1985.

7. Каганов М. И., Френкель В. Я. Вехи истории
физики твердого тела. М.: Знание, 1981.

8. Кляус Е. М. Поиски и открытия: Т. Юнг, О. Фре­
нель, Дж. К. Максвелл, Г. Герц, П. Н. Лебедев,
М. Планк, А. Эйнштейн. М.: Наука, 1986.

9. Кошманов В. В. Георг Ом. М.: Просвещение,

1980.

10. Погребысская Е. И. Оптика Ньютона. М.: Нау­
ка, 1981.

11. Собесяк Р. Шеренга великих физиков. Краков:
Наша ксенгарня, 1973.

12. Томилин А. Н. Мир электричества. М.: Дрофа,
2004.

13. Филонович С. Р. Кавендиш, Кулон и электроста­
тика. М.: Знание, 1989.

14. Филонович С. Р. Шарль Кулон. М.: Просвеще­
ние, 1988.

15. Храмов Ю. А. Физики: Биографический спра­
вочник. М.: Наука, 1983.

16. Хрестоматия по физике / Под ред. Б. И. Спасско­
го. М.: Просвещение, 1982.

17. Чернощекова Т. М. Абрам Федорович Иоффе.
М.: Просвещение, 1983.

18. Энциклопедический словарь юного физика /
Сост. В. А. Чуянов. М.: Педагогика, 1991.

 

48

4 Физика 9—11 кл.

Программа элективного курса

«Равновесная и неравновесная

термодинамика»

(35 часов)

Авторы: В. Л. Орлов, Г. Г. Никифоров

Пояснительная записка

Элективный курс разработан для удовлетворения ин­дивидуальных интересов учащихся 10 классов к физике и ее практических приложений на основе углубленного изучения термодинамики.

Основные цели курса:

развитие представлений о физической картине мира на основе знакомства с фундаментальной физической теорией — термодинамикой;

реализация внутрипредметных и межпредметных связей, так как при изучении термодинамики актуализи­руются не только знания из разных разделов физики, но и из других наук: прежде всего химии и биологии;

развитие познавательных интересов, интеллектуаль­ных и творческих способностей на основе ознакомления учащихся с современными достижениями науки и тех­ники, связанными с изучением и применением законов термодинамики, в процессе решения физических задач и самостоятельного приобретения новых знаний, вы­полнения экспериментальных исследований, подготов­ки докладов, рефератов и других творческих работ.

Свое название термодинамика получила от двух гре­ческих слов: «терме» и «динамис». Первое означает «теп­лота», второе — «сила» или «работа». В настоящее время трудно назвать область физики, в которой бы не исполь­зовались методы термодинамики. Как бы сложно ни бы-

ло изучаемое явление, к какой бы отрасли познания оно ни относилось: к любому ли разделу физики — от астро­физики до теплофизики или электроники, к любой ли отрасли химии — от технической химии до сложнейших биохимических процессов — всюду и всегда наиболее важным, существенным, основным будет переход, пре­вращение одного вида энергии в другой вид.

Путем строгих логических заключений, методами ма­тематических выводов термодинамика устанавливает связь между самыми разнообразными свойствами веще­ства, позволяет на основании изучения одних, легко из­меряемых величин, вычислять другие, важные и необхо­димые, но трудно измеримые или даже недоступные не­посредственному измерению. Термодинамика, конечно, может быть по праву отнесена к физическим наукам, но в ней существуют разделы: химическая термодинамика и техническая термодинамика.

Основным методом изложения теоретического мате­риала курса является активный диалог учителя с учащи­мися, предполагающий постановку проблемы с после­дующим обсуждением вариантов ее разрешения. Жела­тельно проводить занятия на сдвоенных уроках.

Использование лекционной формы целесообразно лишь при изучении наиболее сложных теоретических разделов курса. Основной же формой занятий должны стать семинары и экспериментальные исследования, способствующие развитию умений самостоятельно при­обретать знания, критически оценивать полученную ин­формацию, излагать свою точку зрения по обсуждаемо­му вопросу, выслушивать другие мнения и конструктив­но обсуждать их.

Темы предстоящих семинаров целесообразно объяв­лять заранее и предоставлять каждому учащемуся воз­можность выступить с основным сообщением на одном из занятий. Кроме основного докладчика выступает один или несколько содокладчиков или оппонентов, от­стаивающих альтернативную точку зрения. При такой организации семинара становится возможной дискуссия

 

50

51

по обсуждаемой проблеме, в которой могут принять участие все учащиеся.

Удачными для организации дискуссии могут слу­жить, например, такие темы, как «Два метода изучения свойств вещества. Достоинства и недостатки каждого метода», «Теплоемкости газов в классической и совре­менной физике», «Энтропия — это тень энергии или ца­рица мира? », «Энтропия и информатика, кибернетика и генетика».

Практическое знакомство учащихся с эксперимен­тальным методом изучения природы наиболее продук­тивно в форме проведения самостоятельных экспери­ментальных исследований (как классных, так и домаш­них).

Большое внимание уделяется решению задач по тер­модинамике, поиску необходимой информации в лите­ратуре, Интернете и др.

Научный уровень предлагаемого курса достаточно высок. Но поскольку это элективный курс, от каждого ученика не требуется воспроизведение всех изучаемых тем курса: кто-то интересуется теоретическими вопроса­ми и с удовольствием будет готовить рефераты и делать доклады, а кому-то более интересно решать задачи или выполнять экспериментальные исследования. Важно, чтобы достижения каждого ученика стали достоянием всех учащихся.

В качестве основной формы оценки учащихся пред­полагается использовать результаты выступлений на се­минарах, подготовленные доклады и рефераты, выпол­ненные экспериментальные исследования. Решение за­дач в данном курсе не является решающим фактором оценки успешности деятельности школьника. Вместе с тем многие задачи, представленные в учебном и мето­дическом пособиях, позволяют глубже усвоить теорети­ческий материал элективного курса, а также лучше под­готовиться к сдаче единого государственного экзамена, поступлению в вуз, продолжению образования.

Содержание курса

10 класс

Два метода изучения свойств вещества: статистический и термодинамический

(2 ч)

Объяснение нагревания газа при быстром сжатии с точки зрения статистического и термодинамического методов. Взаимопроникновение этих методов в молеку­лярной физике.

Тепловое равновесие. Нулевой закон (начало) термодинамики

(2 ч)

Классификации систем макроскопических тел. Обра­тимые и необратимые процессы. Равновесные и нерав­новесные состояния системы. Температура — функция состояния. Тепловое равновесие. Нулевое начало (за­кон) термодинамики.

Исследование

Наблюдение процесса установления термодинамиче­ского равновесия. Оборудование: калориметр, термо­метр, небольшой сосуд с теплой водой.

Закон сохранения энергии — основа термодинамического метода

(2 ч)

Модели в термодинамике. Открытие закона сохране­ния энергии Гельмгольцем, Джоулем и Майером. Урав­нение теплового баланса.

Исследование

Построение графика зависимости температуры воды от времени при ее нагревании электрическим нагревате­лем известной мощности. Оценка удельной теплоемкос-

 

52

53

ти воды. Оборудование: измерительный цилиндр с водой, калориметр, термометр, часы, источник тока, электрический нагреватель (спираль).

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: