Поурочные планы по физике в 7 классе

Урок № 1. Природа и человек. Физика — наука о природе.

Цель: объяснить, какие явления называются природными; рассказать, что такое физика.

Тип урока: урок объяснение нового материала

Оборудование и материалы: компьютер, проектор, презентация

Ход урока.

1. Организационный момент: приветствие, отметка отсутствующих

2. Объяснение нового материала

Слово «физика» образовано от греческого слова фюзис — природа. Великий греческий мыслитель Аристотель в своих трактатах говорит о физике как науке о природе. Учение Ари­стотеля обогатил и расширил наш соотечественник Абу Наср аль-Фараби. Признательные потомки называют Аристотеля «Первым учителем», а аль-Фараби - «Вторым учителем». В рус­ский язык слово «физика» твердо вошло благодаря научным трудам великого ученого М. В. Ломоносова.

Эти ученые отличались универсальными знаниями. Они внесли значительный вклад почти во все отрасли науки своего времени, включая и физику, и астрономию. Дополнительные сведения о трудах великих мыслителей вы можете найти в ли­тературных источниках, приведенных в конце учебника.

Основная цель физики - исследование различных физи­ческих явлений, происходящих в природе, открытие законов, устанавливающих связь между этими явлениями. Напри­мер, было установлено, что падение различных предметов на землю обусловлено силой ее притяжения. Смена времен года (зима, весна, лето, осень) объясняется дви­жением Земли вокруг Солнца. Нами здесь названы четыре явления природы: паде­ние тела, притяжение Земли, смена времен года, движение Земли вокруг Солнца. Иссле­дование связей между этими и подобными им явлениями в физике способствовало открытию законов Ньютона, а в астрономии — законов Кеплера. Таким образом, в процессе познания и установления связей между явлениями при­роды открываются законы физики. С этими законами вы будете знакомиться постепенно, в процессе дальнейшего обучения.

Домашнее задание: §

Урок № 2. Физические термины и понятия. Физика и техника. Физика в современном мире.

Цель: объяснить учащимся, что такое физические термины и понятия; дать определение понятию материя, тело вещество; рассказать о самых крупных научно-технических достижениях XX в.

Тип урока: стандартный урок

Оборудование: компьютер, проектор, презентация

Ход урока.

1. Организационный момент

2. Опрос домашнего задания:

1. Что означает слово природа?

2. Какие явления называются природными?

3. Какие природные явления относятся к физическим? Какие физи­ческие явления вы знаете?

4. Что означает слово «физика»? Благодаря трудам каких великих ученых физика состоялась как наука?

5. Какова цель физики?

Новая тема

Специальные опорные слова, применяе­мые для усвоения научного языка физики и изучения ее законов, называют физическими терминами. Например, такие опорные слова, как путь, скорость, сила, являются наиболее часто применяемыми терминами. Термины, более основательно раскрывающие смысл фи­зических явлений и закономерностей, назы­ваются физическими понятиями. Например, в физике имеют глубокий смысл такие поня­тия, как материя, тело и вещество.

Материей называется все то, что име­ется во Вселенной. К материи, например, от­носятся растения и животные, Луна и Солн­це, звезды и их излучение.

Отдельный предмет определенной фор­мы, занимающий в пространстве конкрет­ный объем, называется телом. Например, Луна, ложка, ластик, стол, капля воды явля­ются телами.

Вид материи, который определяет при­роду тела и характеризует его отличи­тельные свойства, называется веществом. Например, серебро, вода, воздух являются веществом. Стол является телом, а дерево, из которого он сделан, - веществом. Подкова или гвоздь - тело, а железо, из которого они изготовлены, - вещество. И дерево, и железо имеют свои отличительные свойства, харак­теризующие качество тела.

Тело может быть образовано из одного и того же вещества. Например, вода и ее пар, а также лед - все это одно и то же ве­щество, находящееся в различных состоя­ниях. Однако каплю воды или кусок льда можно рассматривать и в качестве тела. А пар и любые газообразные соединения яв­ляются только веществом, так как они не имеют конкретного объема и формы. Если все тела обязаны обладать конкретным зри­мым объемом, то на вещества подобные ограничения не распространяются.

XX в. называют веком научно-тех­нической революции. В отличие от про­шлых веков для него характерны две особенности.

Во-первых, в XX в. наука и техни­ка развивались высокими темпами. Во- вторых, новые научные открытия быстро внедрялись в производство, использова­лись на благо людей.

Физика вносит огромный вклад в раз­витие техники, являясь ее основой. Мож­но привести множество примеров, свиде­тельствующих о том, как использование знаний законов физики способствовало техническому прогрессу.

Только люди, знающие физику, могли создать сложные электротехнические си­стемы и электронно-вычислительную тех­нику. Сложнейшие электронные и лазер­ные приборы, которые находят широкое применение в повседневной жизни, также были созданы учеными-физиками.

С физикой и техникой связаны четы­ре величайшие достижения XX в.

1. Открытие атомной энергии. По прогнозам ученых, органического топли­ва (уголь, нефть, газ, торф, древесина) в лучшем случае хватит только на один век. Поэтому открытие физиками новых источников огромных запасов энергии, содержащейся в ядрах атомов, в 30-40-е гг. XX в. явилось очень важным событием. На основе новых источников энергии создавались гигантские атомные ледоколы, подводные лодки, атомные электростанции (АЭС) и другие установки.

2. Освоение космоса. Первый искусственный спутник Земли был запущен 1957 г. с космодрома Байконыр, который находится на территории нашей страны. Первый в мире космонавт - Юрий Гагарин также полетел в космос с космодрома Байконыр (1961). Совершив один оборот вокруг Земли за 108 мин, он благополучно приземлился. Пример мужества, необычайной находчивости и мастерства в управлении сложнейшей космической техникой показали наши соотечественники-космонавты Тохтар Аубакиров и Талгат Мусабаев.

Эти космонавты - высококвалифицированные летчики-испытатели многих типов современных самолетов, высококлассные профессионалы, в совершенстве владеющие основами современной физики и техники. Так, например, Тохтар Аубакиров еще до полета в космос был удостоен звания
Героя Советского Союза за смелость и находчивость, позволившие ему посадить свой сверхзвуковой самолет на палубу авианосца в сложных погодных условиях.

Космос хранит в себе огромные возможности. Космические открытия, осуществленные в XX в., — это только начало освоения космического пространства и путешествия к небесным телам. В этой связи имеет огромное значение охрана родной планеты и космоса от загрязнения.

3. Создание лазера. В 1964 г. двум ученым-физикам из России - Н. Г. Басову и А. М. Прохорову и физику из США Ч. X. Таунсу была присуждена Нобелевская премия за работы в области квантовой электроники, приведшие к созданию ге­нераторов и усилителей нового типа - мазеров и лазеров.

Лазерная техника и лазерные технологии находят самое широкое применение как в науке, так и производстве. На­пример, одна лишь замена скальпеля стерильным и острей­шим лазерным лучом, позволившим хирургам проводить бес­кровное рассечение и бесшовное соединение тканей «световым скальпелем», является революционным событием в медицине. Сегодня, не прибегая к грубому хирургическому вмешатель­ству, быстро и практически безболезненно врачи излечивают глазные заболевания (катаракту, глаукому), осуществляют замену поврежденных хрусталиков и приваривают отслоив­шуюся сетчатку глаза.

4. Возникновение кибернетики и связанной с ней электронно-вычислителъной техники. Открытия в области кибернетики и информационных технологий очень впечатляют. Так, например, уровень самостоятельного мышления современных суперкомпьютеров и роботов, называемых «искусственным интеллектом», достиг уровня мышления человека. Уже сейчас роботы заменяют людей на опасных участках, освободив их от тяжелой и вредной работы, например при ликвидации последствий аварий на атомных электростанциях.

Домашнее задание §

Урок № 3. Астрономия — наука о небесных телах.

Цель: рассказать, что такое астрономия

Тип урока: стандартный урок.

Оборудование:

1. Организационный момент

2. Опрос домашнего задания

1. Что называют физическими терминами и понятиями?

2. Каким физическим понятиям вы можете дать определения?

3. Какое из перечисленных понятий имеет, на ваш взгляд, более глубокий смысл: материя, тело, вещество?

4. Какова особенность научно-технических достижений современной эпохи?

5. Назовите самые крупные научно-технические достижения XX в.

3. Новая тема

Астрономия - греческое слово, астро означает звезда, а номос - закон. Как и физика, астрономия - древняя наука о природе. Ее развитие было вызвано жизненной потребностью людей. У них в те времена отсутствовали приборы и средства для определения времени и ориентирования в пространстве. Поэтому, чтобы продолжить движение в степи или открытом море, определить продолжительность года или время суток, люди вели наблюдения за звездами и другими небесными телами.

Современная астрономия, расширив рамки своих исследований, превратилась в науку, состоящую из многих разделов. Основная цель астрономии заключается в установлении законов движения и развития небесных тел. Астрономия изучает явления, происходящие в телах или в системе тел, находящихся в космическом пространстве. К космическим телам относятся звезды, планеты и их спутники, а также астероиды (малые планеты), кометы, метеориты, межзвездное вещество (газ и пыль) и др.

Итальянский ученый Галилео Галилей впервые использовал специальный прибор - увеличительную оптическую трубу для исследования небесных тел. Узнав, что в Голландии изобретен бинокль (1608), он решил использовать его для наблюдения ночного неба. Г. Галилей является и первым изобретателем простого прототипа современного мощного телескопа.

Его телескоп состоял из двух оптических труб. Короткая оптическая труба давала 3-кратное увеличение объекта, а длинная 32-кратное. В конце 1609 г. он начал первый обзор неба и при помощи самого простого телескопа стал автором многих выдающихся астрономических открытий. В свой телескоп Г.Галилей разглядел лунный пейзаж. Поверхность Луны не была гладкой, как «хрустальный шар». Так же, как и на Земле, на ней были кратеры, горы и низменности. Он доказал, что Венера является не звездой, а планетой, вращающейся, как и Земля, вокруг Солнца.

Г. Галилей установил, что Млечный Путь состоит из огромного количества звезд, а также открыл темные пятна на Солнце. Наблюдая, что эти пятна постоянно смещаются, он пришел к выводу о враще­нии Солнца вокруг своей оси. В 1610 г. он открыл четыре спут­ника Юпитера. Г. Галилей научно обосновал, что Луна является естественным спутником Земли. Его многочисленные наблюде­ния при помощи телескопа подтвердили, что планеты со своими спутниками, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца.

Открытия Г. Галилея противоречили принятому церковью учению о том, что центром Вселенной является Земля, а не­бесные тела вращаются вокруг нее. Он продолжал доказывать правильность научных взглядов Джордано Бруно и Николая Коперника о строении Солнечной системы. Однако подобные за­явления жестоко карались. Так, например, в 1600 г. в Риме был обвинен инквизицией в ереси и сожжен на костре Джордано Бруно. И Галилей в преклонном возрасте в 1633 г. был подверг­нут суду инквизиции. Конец жизни он провел под домашним арестом, хотя перед судом инквизиции «отрекся» от учения Н. Коперника.

Взаимодействие физики и астрономии помогает глуб­же понять тайны явлений природы. В результате объедине­ния усилий этих наук стало очевидным, что все явления во Вселенной имеют единую природу. Например, падение тел на Землю и движение планет вокруг Солнца объясняются влия­нием одной и той же силы, одним и тем же законом. Этот закон был открыт И. Ньютоном и называется Законом все­мирного тяготения.

Многие открытия в области физики непосредственно связаны с исследованиями астрономических объектов. Например, газ гелий первоначально был обнаружен на Солнце с помощью физического метода, называемого спектральным анализом. Поскольку впервые этот газ был найден в составе атмосферы Солнца, его назвали гелием (от греч. гелиос - Солнце). Позже гелий нашли и в составе воздуха Земли. Раздел науки, где астрономические объекты изучаются на основе физических методов, называется астрофизикой.

Космическое пространство и его тела являются для фи­зиков уникальной лабораторией. Так, получение безвоздушного пространства (глубокого вакуума) или доведение температуры тела до миллионов градусов в условиях Земли — трудноосуще­ствимая задача. А в космосе для этого существуют идеальные условия. Например, на Луне нет воздуха, поэтому там можно проводить научные исследования без сложных установок, по­зволяющих получать глубокий вакуум.

Луна - естественный спутник Земли. Она является небес­ным телом, расположенным ближе всех к нашей планете. Впер­вые нога человека ступила на Луну в 1969 г. Амери­канские астронавты Н. Армстронг и Э. Олдрин были первыми, кто побывал на Луне.

После того как Ю. А. Гагарин 12 апреля 1961 г. совершил первый полет в космос, стал быстро развиваться новый раздел астрономии - космонавтика. Космонавтика изучает движение искусственно созданных аппаратов в космическом пространстве. Современная астрономия охватывает и ряд других сфер.

Раздел астрономии, изучающий происхождение и развитие космических тел и их систем, называется космогонией (дословно с греческого — происхождение мира или рождение Вселенной).

Космогония отвечает на вопросы: когда и как возникли галак­тики, звезды и планеты, как они изменяются и развиваются.

Учение о Вселенной, ее общих свойствах, представления о мироздании называют космологией.

В ходе развития вышеуказанных отраслей науки сложился новый взгляд на Вселенную. Он освещает основные представле­ния о мироздании: когда и как образовалась Вселенная, каково ее строение и т. д. Ниже мы дадим краткие ответы на эти во­просы.

Исследования небесных тел как наземными, так и космическими телескопами способствовали ускоренному развитию астрономии. На основе комплексных астрономических исследований удалось накопить богатый научный материал о происхождении, строении, развитии и гибели небесных тел. К таким научным материалам относит­ся открытие миллиардов галактик, которые являются основ­ными строительными каркасами Вселенной.

Галактикой называют гигантскую систему из бесчислен­ного множества (сотни миллиардов) звезд, которые вращают­ся вокруг единого для всех центра. Около 6 тыс. видимых невооруженным глазом звезд в ночном небе обоих полушарий относятся лишь к одной нашей Галакти­ке под названием Млечный Путь. Наша Галактика содержит около 200 млрд звезд. Солнце, отстоящее от Земли на 150 млн км, является одной из относительно небольших звезд Галактики. А самая большая звезда Галактики - Мю Цефея - в 2400 раз больше Солнца. Световая волна от Солнца со скоростью 300 тыс. км/с достигает поверхности Земли за 8 мин. А от Проксимы Центавра, являющейся самой близкой к Солнечной системе звездой, свет доходит до нас за 4,2 све­товых года. От края до края нашей Галактики свет пробегает за 100 тыс. световых лет. Из этих данных можно представить колоссальные масштабы нашей Галактики.

Но Вселенная не ограничивается одной нашей Галакти­кой. Она содержит еще несколько миллиардов таких галактик, как наша. В соответствии с исследованиями аме­риканского астронома Э. Хаббла (1929) Вселенная расширя­ется во все стороны и процесс возникновения новых галактик продолжается. Свет от самой удаленной галактики доходит до нас за миллиарды лет. А от двух близких галактик, которые называются Магеллановыми Облаками (Большое и Малое), свет доходит до нас соответственно за 169 тыс. световых лет и 180 тыс. световых лет.

В конце первой четверти прошлого века Э. Хаббл класси­фицировал галактики по их форме на три группы: спиральные, эллиптические и неправильные. Наша Галактика является спиральной.

Все галактики в процессе движения развиваются, изменя­ются, гибнут и вновь возникают. 15 млрд лет назад не было Вселенной (стало быть, не было и галактик, и пространств, и времени). Современная Вселенная возникла в результате так называемого Большого взрыва неизвестного вещества с бесконечно большой плотностью. Дей­ствительно, если по пройденной траектории расширяющейся Вселенной собрать обратно все галактики, то они сошлись бы через 12-15 млрд лет в одну точку. Поэтому считается, что возраст Вселенной и самых старых галактик составляет 12-15 млрд лет. Звезды каждой из галактик также имеют разный возраст. Те звезды, которые находятся ближе к центру га­лактики, являются старыми, а на периферии располагаются более молодые звезды.

Процесс формирования звезд и планет из-за гравитаци­онного притяжения частиц и более крупных тел происходит непрерывно. В звездах, масса которых несравнимо больше, чем в планетах, из-за колоссального гравитационного сжатия температура в центральной области достигает миллио­нов градусов. При такой температуре атомные ядра химиче­ских элементов (в основном водорода и гелия) сливаются в одно ядро с высвобождением огромной энергии. Таким обра­зом, звезды непрерывно излучают в окружающее пространство лучистую энергию до тех пор, пока не исчерпают свои запасы ядерного топлива.

Возраст нашей Галактики составляет примерно 12 млрд лет. Возраст Солнца, расположенного на внешнем рукаве спи­рали нашей Галактики, около 5 млрд лет. Запасы его ядерного топлива достаточны, чтобы согревать нас еще 5-10 млрд лет.

Все звезды любой галактики вращаются вокруг ее ядра (центра). Солнце расположено от центра нашей Галакти­ки на расстоянии около 25 тыс. световых лет. Со скоростью 220 км/с оно совершает один оборот вокруг центра галактики за 230 млн лет. Такой отрезок времени называется галакти­ческим годом. Время, необходимое для одного оборота Земли вокруг Солнца, как известно, равно одному году.

Вокруг многих звезд вращаются их планеты. Наиболее полно исследованы планеты и другие тела, вращающиеся во­круг Солнца. К Солнечной системе относятся следующие во­семь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (см. первый форзац). Плутон до 2006 г. считался самой удаленной, девятой планетой Солнечной системы. Теперь его относят к числу малых планет, т. е. к астероидам. Не менее 1 млн астероидов вращается вокруг Солнца, в основном между орбитами Марса и Юпитера. Диаметр самого большого астерои­да - Цереры (если не считать Плутона) - равен 1003 км. Вокруг Солнца странствуют и кометы, которые намного меньше асте­роидов.

Кометы, достигающие в диаметре нескольких километров, состоят из камней и частиц пыли, скрепленных льдом и замерз­шими газами. Когда комета подходит близко к Солнцу, покрывающая ее ледяная корка тает и образуется облако из газа и пыли.

Такое облако, называемое хвостом кометы, под воздействием солнеч­ного ветра всегда направлено в про­тивоположную от Солнца сторону.

Метеоритами называются ка­менные или железные осколки космического мусора, которые падают на поверхность Земли. Многие из них из-за сильного трения сгорают в атмосфере Земли, когда вторгаются в нее со скоростью 11- 30 км/с. Тем не менее, ежедневно на поверхность Земли падает около 1 т метеоритов. Самый крупный (60 т) из известных же­лезных метеоритов - Гоба метеорит - найден в Намибии (Юго- Западная Африка) в 1920 г.

Столкновение небесных тел — явление довольно частое. Мно­гочисленные кратеры на поверхности планет и их спутников образованы в результате таких столкновений. Не исключено, что при таких столкновениях ось Земли может резко изменить свою ориентацию в пространстве, вызвав всемирный потоп и планетарную катастрофу. Поэтому многие астрономы постоянно следят за небесными телами. Результаты таких наблюдений по­зволяют точно определить траекторию их движения.

Домашнее задание: §

Урок № 4. Народная астрономия древнего мира. Центральная Азия и развитие науки

Цель: рассказать учащимся про развитие астрономии в древнем мире и Центральной Азии

Тип урока: урок-беседа

Ход урока:

1. Организационный момент

2. Опрос домашнего задания

1. Какие обстоятельства способствовали развитию астрономии?

2. Какова основная цель астрономии? Что она изучает?

3. Какие ученые создали научную основу астрономии? Какой вклад внес в астрономию Г. Галилей?

4. Какие выводы можно сделать из взаимосвязи астрономии и фи­зики?

3. Новая тема

В развитии естественных наук, в том числе и астрономии, были заинтересованы все народы мира. Ученые Центральной Азии тоже внесли значительную лепту в их становление.

Естественно-научная мысль, включая математику и фило­софию, волной перекатывалась то с Востока на Запад, то с За­пада на Восток. Признавая это, великий английский физик Исаак Ньютон отмечал, что он не был бы замечен, если бы не возвышался на могучих плечах предшествующих корифеев на­уки. Действительно, великие древнегреческие мыслители вос­питывались на научном наследии ученых Египта и Вавилона. Свидетельством этому являются слова «отца истории» Геродо­та: «Из-за разливов реки Нил в Египте необходимость точного измерения полей, залитых водой, породила геометрию, кото­рая затем перешла в Грецию».

В Древнем Египте и Вавилонии проявлялся большой интерес к наукам о Земле и небесных телах. Эти страны находились в тесном контакте не только с народами Европы, но и Центральной Азии. Междуречье Тигра и Евфрата уже в I древние времена было плотно заселено. В одном из библейских сказаний говорится о том, как после всемирного nomопа народ решил построить в Вавилоне башню до небес. Это рассердило Бога, и он решил наказать людей. Он смешал их языки, так что люди перестали понимать друг друга, и рассеял их по свету. С тех пор выражение вавилонское столпотворение означает сутолоку, суматоху, неразбериху. Вавилония значительно усилилась после завоевания ею Шумера. Ведь именно в Шумере к тому времени уже существовала Г письменность (клинопись). Древняя письменность тюркских народов имеет сходство с письменностью шумеров. Отсюда можно предположить, что народы и в древности имели тесные культурные связи.

Дальнейшее развитие естественно-научной мысли, в том числе математики и философии, было продолжено в Греции и затем в странах Арабского халифата. Формирование этих наук продолжалось здесь на протяжении IX-XV вв., подготавливая очередную волну развития точных наук в Европе, достигших расцвета в эпоху Возрождения. В этот процесс большой вклад внесли выходцы из разных стран Азии.

С древнейших времен в различных частях Азии, в том числе в Центральной, существовали крупные культурные центры. Об этом свидетельствуют ценные находки, полученные при архео­логических раскопках. Яркое доказательство тому - казахский город Отрар (по-арабски Фараб) и узбекский город Самарканд, отмеченные на карте великого мыслителя древности Клавдия Птолемея (90-160). Они были известными научными центрами того времени.

Эти города и в древности, и в средние века были обширными центрами цивилизации с развитой наукой и образованием. От­сюда вышли известные всему миру мыслители и ученые. Одним из них был великий астроном Мухаммед Тарагай Улугбек.

О внуке знаменитого царя Темира (Тамерлана) Улугбе­ке его соотечественник великий узбекский поэт Алишер На- уаи оставил следующие слова: «...Султан Улугбек - потомок эмира Темира...

Когда речь идет об Улугбеке, небо низко поклоняется, звезды близко подступают. Открытые им законы и правила всегда будут служить человечеству».

Улугбек с молодости увлекался поэзией, философией, исто­рией, естественными науками, особенно любил астрономию, как Платон, Аристотель и Птолемей, а также известных ученых Центральной Азии - аль-Фараби, аль-Бируни, Ибн Сина, Насирэддин Туси и др.

Всю свою интеллектуальную энергию Улугбек направил на изучение небесных тел. С этой целью он построил в Самарканде самую большую для своего времени обсерваторию. Медресе, открытое Улугбеком, где в основном преподавались естественные науки, а также подземная часть его обсерватории до сих пор сохранились в Самарканде (рис. 13). В медресе читали лекции по астрономии и математике выдающиеся ученые Центральной Азии и Арабского Востока, такие как аль-Каши, Казы-Заде Руми, аль-Кусшы. Они, и другие известные ученые, под руководством самого Улугбека проводили в обсерватории исследования звездного неба.

В результате этих многолетних научных исследований по­явился солидный фундаментальный труд «Новые астрономи­ческие таблицы». Здесь, кроме теоретических основ астроно­мии, был приведен каталог 1018 звезд с точными небесными координатами их расположения. Согласно измерениям Улуг­бека, один земной год состоит из 365 дней 6 ч 10 мин 8 с. По современным оценкам, ошибки этих измерений составляют меньше одной минуты.

Улугбек умер насильственной смертью как «еретик» на 151 год раньше другого великого астронома - Джордано Бру­но, сожженного в Риме также за «еретические» взгляды. Основные труды Улугбека были вовремя тайно вывезены его учеником аль-Кусшы в Стамбул. Впоследствии они неодно­кратно издавались в Европе, став достоянием науки.

Другой великий уроженец узбекской земли Мухаммед аль-Хорезми (787-ок. 850) был основоположником знаме­нитой багдадской математической школы. Одновременно он руководил и багдадской астрономической обсерваторией, где работали такие крупные ученые, как Мухаммед аль-Фергани, Ахмед аль-Мервази, Аббас аль-Джаухари.

До нас дошли такие труды аль-Хорезми, как «Книга об индийском счете», где высоко оценивается вклад в математику индийских ученых, «Книга о вос­становлении и противопоставлении» - «Китаб аль-джебр валь-мукабала» (от «валь-мукабалы» и произошел термин алгебра), а также астрономические та- I блицы. Само имя аль-Хорезми в его латинской форме Algorithmi превратилось I в нарицательное слово алгоритмы (т. е. математические операции аль-Хорезми).

В последующие века научная традиция аль-Хорезми и его школы была достойно продолжена такими крупными учеными стран Ближнего и Среднего Востока, как Сабит Ибн Корра (836-901), Абу-ль-Вефа (940-998), Ибн аль-Хайсам (965-1059), аль-Бируни (973-ок. 1050), Ибн Сина (980-1037), Омар Хайям (ок. 1048-ок. 1123), Абу Бакр Туси (1201- 1274).

Самую крупную в те времена знаменитую обсерваторию в древней столице Азербайджана Мараге основал и возглавил выдающийся астроном и математик, поэт и философ Мухаммед Ибн Хасан Насирэддин Туси.

Среди этой плеяды ученых выдающееся место принадлежит аль-Фараби.

Великий ученый-энциклопедист Абу Наср аль-Фараби (870-950) родился в тюркской (кыпчакской) семье, в городе Отраре. Из его обширного наследия до нас дошел бесценный семитомный труд, охва­тывающий все разделы философских, есте­ственных и математических наук, которые рассеяны в крупных библиотеках практи­чески всех стран мира. Отдавая высокую дань «Первому учителю», он разорвал ограничения для повсеместного примене­ния математики, которые были введены Аристотелем. Выдающаяся заслуга аль- Фараби как «Второго учителя» заклю­чается и в том, что он впервые обосновал «методику изложения основ наук», возвышая ее в самостоятель­ную научную дисциплину. При этом межпредметная связь про­ходит красной нитью через все его произведения.

Так, например, в своем труде «Перечисление наук» разделы математики аль-Фараби представляет следующим образом: ариф­метика, геометрия, оптика, математическая астрономия, музыка, наука о тяжестях, наука об искусных приемах. Как видно, аль-Фараби не представляет математику без ее обширных приклад­ных ответвлений и, что особенно важно, без «науки об искусных приемах». Последний раздел на современном языке звучит как «Наука о методических приемах». Существует также отдельный его труд «Книга духовных искусных приемов», где излагаются методические приемы многих разделов математики.

В отличие от своих великих предшественников аль-Фараби четко поставил вопрос о единстве обучения и воспитания, назы­вая их «двумя крыльями подрастающего поколения». Он убеж­денно предупреждал, что «знание без воспитания приводит к катастрофе», в правоте чего человечество не раз убеждалось на своем горьком опыте. Вот почему он стал великим «Вторым учи­телем», оказавшим большое воздействие на творчество не одной плеяды ученых как Азии, так и Европы.

В развитие научной мысли в древности существенный вклад внесли великие представители народов Великой степи Евразийского пространства.

Знания древних людей об астрономии связаны с различ­ными сказками и легендами. В расположении звезд они виде­ли очертания того, что их окружало: всевозможных зверей и птиц, людей и богов. По исторической традиции, многие на­звания небесных тел, используемые в астрономии, заимство­ваны из мифологии древних греков. Содержание казахских легенд о небесных телах созвучно содержанию греческих ми­фов. И это не случайно.

По утверждению Геродота, наши предки - скифы, «но­сящие остроконечные шапки, живущие в войлочных юртах, пьющие кислое кобылье молоко», — до VII-VI вв. до н. э. поддерживали тесные отношения с Элладой (Греция). Это со­ответствует времени, когда культура скифов, населявших тер­риторию между Алтайскими горами и Альпами, переживала свой расцвет. Подтверждением тому служат найденные при археологических раскопках материально-культурные ценно­сти. Например, «Золотой человек», найденный в Иссыкском кургане близ Алматы, а также другие уникальные творения, найденные в горах Алтая и на бескрайних просторах Великой степи.

Второе доказательство - сведения, оставленные Геродотом и другими греческими мыслителями, о наших далеких пред­ках - скифах (саках). Греки особо выделяют двоих. Один из них - Токсарис (VII-VI вв. до н. э.), второй - Анахарсис (690- 555 до н. э.). Их греки относили к числу «семи мудрецов» во главе с гениальным Солоном. Число мудрецов, вышедших из скифов, не ограничивается только ими. По утверждению Страбона, «Анахарсис, Абарис и другие скифы глубоко по­читались в Элладе, потому что вобрали в себя такие качества, свойственные скифам, как скромность, обходительность, про­стоту и справедливость. ...Анахарсиса считали одним из семи мудрецов, известных глубиной мысли, великолепной выдерж­кой и остротой ума...». По утверждению Платона, «Анахар­сис - скиф, ставший легендой, во время путешествия в Гре­цию приобрел известность и под влиянием Солона посвятил свою жизнь философии» (Сочинения. Т. 3. С. 622). В этой связи широко известна его фраза, полная глубокого фило­софского смысла: «Расстояние между жизнью и смертью - с ладонь». Она стала крылатым выражением. Анахарсис не ограничивался философией. Он имел глубокие познания в ко­раблестроении. Диоген утверждал, что «Анахарсис придумал якорь и штурвал корабля».

Философский склад ума Анахарсиса проявлялся во всем. История хранит его мудрый ответ на вопрос: «Какой корабль безопасный?» - «Корабль, севший на мель».

Платон высоко ценил Анахарсиса и как военного специали­ста. Даже сам «отец философии и физики» Аристотель не раз ссылается на Анахарсиса. Аристотель говорил, что, приступая к выполнению важного дела, человек должен поднять себе настроение. Так утверждал и Анахарсис. Согласно Анахарсису, это хорошая привычка, т. к. приподнятое настроение положи­тельно влияет на человека, при непрерывной работе тоже ну­жен отдых.

Множество легенд посвящено и Токсарису, который был лекарем, «способным оживить мертвого». Про него знамени­тый древнегреческий философ Лукиан писал в своем сочине­нии «Скиф и гость»: «Токсарис не вернулся в Скифию, умер в Афинах, впоследствии его почитали как национального героя». В Элладе каждый год его поминали жертвоприношением.

Анахарсис, вернувшийся на свою родину, погиб от рук завистников. Его смерть глубоко огорчила ученых Греции. В латинской антологии сохранился и дошел до нас стих, на­писанный по случаю смерти Анахарсиса. Геродот, живший позже него (V в. до н. э.), исследовал причины его печаль­ной гибели. Анахарсис, видимо, не разделял веры своих со­отечественников в единого бога. В роще, во время тайного совершения молитвы в честь Богини-Матери, Анахарсис был застрелен из лука.

В казахских легендах движение небесных тел отлича­ется своей естественностью. Например, неподвижную Поляр­ную звезду, через которую проходит ось мира, казахи назвали Темірказык (в переводе с казахского языка это слово означает Железный кол). Во время путешествий казахи ориентировались по Полярной звезде. Путнику говорили: «Держись Полярной звезды» или «Двигайся так, чтобы Полярная звезда находилась слева». В казахских легендах часто упоминаются Жетщарак- шы - Большая Медведица; Шолпан - Венера; Уркер - Плеяды; Ақбозат, Кокбозат - две самые большие (белая и голубая) звез­ды в Малой Медведице; Таразы (Весы); три звезды в Орионе, образующие его пояс, — Три архара.

Согласно легенде Ақбозат, Кекбозат - лошади, привязан­ные к Темірқазық (Полярная звезда). Их охраняет сторож. Жетіқаракшы (Большая Медведица) — воры, стремящиеся украсть лошадей. Но тут появляется «сторож» - Солнце - и прогоняет воров. Однако с наступлением ночи воры снова при­нимаются за «дело».

Жетіқаракшы - не простые воры, крадущие лошадей, а страшные бандиты. По легенде, украв одну из дочерей Уркера, они насильно выдают ее замуж за одного из бандитов. В дей­ствительности, средняя звезда, находящаяся на ручке ковша Большой Медведицы, состоит из двух слабо различаемых звезд. Американские индейцы, когда-то имевшие высокоразвитую ци­вилизацию, проверяли зоркость (остроту зрения) по этим звез­дам. Они принимали более тусклую звезду за ребенка, а более яркую - за бабушку. В казахской легенде одна из звезд — укра­денная девушка, а вторая — насильник-вор.

Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, по-казахски называется Kiшi Шолпан (Малая Венера), Юпитер, планета- гигант Солнечной системы, - Есекқырган, Марс — Кызыл жулдыз (Красная звезда), созвездие Телец - Сумбіпе, Сириус, самая яркая звезда в Северном полушарии, — Жарық жулдыз (Светлая звезда) и т. д.

У казахов были лунные, солнечные, звездные календари, которые объясняют особенности времен года, различные явле­ния природы по движениям звезд и планет. Например, лунный календарь называли «тогыс». Такие понятия, как «жетітоғыс» (семь тогысов), «бес тогыс» (пять тогысов), имеют глубокий на­учный смысл. Они соответствуют тем лунным календарям, кото­рые на современном научном языке называются сидерическими, синодическими.

Домашнее задание: §

Урок 10. Атомы и молекулы. Молекулярное строение вещества. Движение молекул. Явление диффузии

Цель урока: рассказать учащимся, что такое атом и что такое молекула вещества; объяснить, как происходит движение молекул; дать определение явлению диффузии.

Ход урока:

1. Организационный момент

2. Проверка домашнего задания

А) Что такое природные явления?

Б) Что изучает наука физика?

В) Что изучает астрономия?

Г) Назовите основные методы изучения природы?

Д) Что называется физическими величинами. И как можно их измерить?

3. Объяснение новой темы

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

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

Идею Демокрита развил Эпикур (341-270 до н. э.). Он, так же как и Демокрит, утверждал, что «атомы различаются по раз­мерам, форме, объему и весу».

Эти выводы о строении вещества являлись только смелы­ми предположениями, еще не нашедшими экспериментального подтверждения. Поэтому учение об атомном строении вещества долгое время не находило применения. Даже великий Аристо­тель не разделял взглядов Демокрита. А в Европе в эпоху Воз­рождения сторонникам учения об атомном строении вещества выносили смертный приговор. Итальянский ученый Джордано Бруно, сожженный на костре за свои научные взгляды (1600), не сомневался в правильности атомного учения. К концу эпохи Возрождения учение об атомном строении вещества одержало полную победу.

В 1827 г. английский ботаник Р. Броун (1773-1858) экспериментально открыл новое явление, доказывающее, что молекулы вещества непрерывно и беспорядочно двигаются. Рассматривая под микроскопом пыльцу растений, находившуюся во взвешенном состоянии в воде, он заметил, что частицы непрерывно хаотично движутся. Возникает вопрос: почему эти
частицы движутся беспорядочно и непрерывно?

Действительно, молекулы жидкости, находящиеся в хаотическом движении, наталкиваются на пыльцу и беспорядочно толкают ее в разные стороны. Поскольку их столкновения происходят непрерывно и в различных направлениях, пыльца непроизвольно совершает хаотическое непрерывное движение.

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

В XX в. окончательно было установлено, что атом явля­ется сложной частицей, так как состоит из различных более мелких частиц. Их называют элементарными частицами.

Атом любого вещества состоит из трех элементарных ча­стиц: электронов, протонов и нейтронов. Атомные частицы обладают различными электрические ми характеристиками. Так, например, электрон имеет отри­цательный электрический заряд, а протон - положительный заряд. Однако численное значение их одинаково и является самым наименьшим зарядом как у электрона, так и протона. Поэтому заряды электрона и протона называются элементарными зарядами и обозначаются соответственно (-е) и (+е). Заряд, как и масса, является неотъемлемым свойством материи, С ними вы более подробно ознакомитесь в старших классах. Нейтрон не обнаруживает заряда.

Масса атома в основном сосредоточена в его ядре. Действительно, масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Масса нейтрона, который также входит в состав ядра, как и протон, в 1841 раз превышает массу. Все вещества, встречающиеся в мире, имеют в своем составе какие-либо атомы 92 химических элементов. Атом каждого элемента — самая мельчайшая частица, характери­зующая химические свойства этого элемента.

Молекула — это наименьшая частица вещества, обла­гающая его основными химическими свойствами.

Чтобы представить себе размер молекулы, приводим сле­дующие примеры: во сколько раз яблоко средней величины меньше земного шара, во столько же раз молекула меньше ябло­ка.

В заключение можно сказать: атом — наименьшая части­ца элемента, молекула — наименьшая частица вещества. Тела состоят из различных веществ.

Многочисленные опыты показали, что частицы, из которых состоят тела, находятся в непрерывном движении. Например­, если в комнату внести вещество с резким запахом, то его запах распространится по всей комнате. Отсюда можно сделать предположение, что мельчайшие частицы тела находятся в непрерывном движении.

Однако достоверность научных предположений нужно проверить с помощью многочис­ленных опытов.

Например, если посмотреть на полосу света, проникающую через щель в темную комнату, то можно увидеть, что мельчайшие частицы в воздухе находятся в беспорядоч­ном движении. Эти частицы, конечно же, не являются молекулами. Однако невидимые глазу многочисленные молекулы и атомы воздуха, находясь в непрерывном беспоря­дочном движении, постоянно ударяются об эти частицы, заставляя их беспорядочно дви­гаться. Таким образом, беспорядочное дви­жение частиц, содержащихся в воздухе, является следствием непрерывного движения молекул и атомов.

В том, что частицы жидкости также находятся в движении, можно убедиться на примере следующего опыта. В стеклянный сосуд наливают раствор медного купороса (сульфата меди). Свер­ху в раствор очень осторожно доливают чистую воду. В начале опыта можно увидеть четкую границу между темно-голубым раствором и прозрачной водой (рис. 29, а). Через несколько дней граница между жидкостями исчезает, в сосуде образуется раствор одного цвета. Отсюда вытекает, что моле­кулы жидкостей, находящиеся в покоящемся сосуде, движутся непрерывно и беспорядочно.

Проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные пустоты другого вещества называется диффузией. Диф­фузия в переводе с латинского языка означает растекание, рас­пространение.

Из вышесказанного вытекает следующий вывод: частицы, из которых состоят газообразные, жидкие и твердые тела, располагаются на определенном расстоянии друг от друга и на­ходятся в непрерывном движении. Большую часть объема тела занимает свободное пространство. Не только твердое тело, но и атомы имеют «огромное» свободное пространство. Чтобы представить это умозрительно, увеличим ядро атома до размера вишни. Тогда орбиты электронов атома будут соответствовать размерам большого стадиона.

3. Итоги урока.

4. Домашнее задание: §

Урок 5. Научные методы изучения природы.
Физический эксперимент.

Цель: ввести понятия «эксперимент», «закон», «теория». Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Тип урока: объяснение новой темы

Ход урока

1. Организационный момент

2. Объяснение новой темы

Знания о природе добываются путем применения различ­ных исследовательских методов. Среди них наиболее распрост­раненными научными методами являются наблюдение, экспе­римент, и теоретическое осмысление.

Наблюдения в основном используются для сбора научных фактов. На основе сопоставления и систематизации накоплен­ных фактов устанавливаются определенные закономерности.

Для того чтобы открыть закономерности наблюдаемых природных явлений, ученые используют теоретические мето­ды. В ходе решения проблем сначала они собирают факты, по­лученные при наблюдении. Затем, сравнивая новые сведения с известными ранее, ищут ответ на вопрос: «Имеются ли между ними причинно-следственные связи?» При поиске ответа на этот основной вопрос возникает множество новых вопросов. На­пример, если причинно-следственная связь между явлениями определена в виде конкретной закономерности, то возникает во­прос: «Является ли найденная закономерность общей или отно­сится только к отдельному явлению?» Ученые начинают искать ответы и на эти вопросы.

Если закономерность между явлениями является общей, то ее описывают как закон природы. А если между закономерно­стями обнаруживаются какие-то системные связи, то их пред­ставляют как физическую теорию.

Самым ответственным моментом теоретических исследо­ваний является выяснение сущности наблюдаемого явления, которая позволяет выдвигать научную гипотезу.

Определение сущности явления требует от исследователя об­ширности его знаний и мышления, смелости, способности пред­видеть и предугадывать. Такие свойства человека позволяют ему выдвигать научную гипотезу, являющуюся предположительным ответом на решаемую проблему. В предположении объясняются причины возникновения явления, связи между различными яв­лениями, возможность повторения явления и вытекающие по­следствия.

Научно обоснованное предположение называется гипоте­зой (от греч. гипотеза - предположение).

При установлении причинно-следственных связей между природными явлениями огромное значение имеет постанов­ка вопроса в виде научной проблемы. По утверждению уче­ных, правильная постановка проблемы равна половине общего труда, затраченного на ее решение. В истории наук были как неудачные, так и удачные научные гипотезы. В качестве при­мера можно привести две гипотезы о происхождении молнии. С глубокой старины гром и молния приводили людей в ужас. Особенно боялись они шаровых молний. Древние люди пред­полагали, что молнии посылаются на Землю какой-то сверхъ­естественной силой.

Верную гипотезу о возникновении молнии выдвинул зна­менитый американский ученый Б. Франклин (1706-1790). Со­гласно ей молния является очень мощной электрической иск­рой, наблюдаемой между разноименно заряженными облаками или облаком и Землей. Электрическую искру, т. е. молнию, в настоящее время можно наблюдать и в лабораторных условиях между разноименно заряженными телами.

Правильность своей гипотезы Б. Франклин проверил, запу­стив воздушного змея в пасмурный день в небо. К концу шелко­вой нити, привязанной к змею, он повесил тяжелый железный ключ. Приблизив затем палец к железному ключу, исследова­тель потерял сознание от сильного удара электрической иск­ры. Таким образом, опыт подтвердил правильность гипотезы Б. Франклина, утверждавшего, что «молния - это электриче­ская искра» (рис. 14).

Раскрыв тайну молний, Б. Франклин начал поиски способов защиты от нее и изобрел громоотвод.

При выполнении сложного опыта, отчасти похожего на опыт Б. Франклина, в 1758 г. от удара шаровой молнии погиб россий­ский ученый Г. В. Рихман, близкий друг М. В. Ломоносова.

Выдвижение гипотезы не является научным открытием. Правильность любой гипотезы или теории доказывает толь­ко практический опыт или эксперимент. В этом заключается главная особенность эксперимента по сравнению с другими на­учными методами.

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

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

Для проведения эксперимента требуются такие качества, как аккуратность, конкретность, точность и ответствен­ность.

Очень важно также приобретение навыков представления результатов измерений и других экспериментальных данных в виде таблиц и графиков. Так, например, для описания хода экс­перимента неукоснительными требованиями являются следую­щие тематические записи в рабочей тетради:

1. название экспериментальной работы,

2. приборы и оборудование,

3. цель эксперимента;

4. схема эксперимента (чертежи и рисунки приборов);

5. описание хода эксперимента;

6. результаты,

7. выводы, вытекающие из эксперимента.

Школьные лабораторные работы также относятся к экспе­риментам. Поэтому при их выполнении должны строго соблю­даться вышеуказанные требования. При описании эксперимента (лабораторной работы) каждый шаг проделанной работы должен быть точно и аккуратно зафиксирован в рабочей тетради. Дру­гими словами, ученик должен добиваться такой формы записи хода эксперимента, чтобы любой непосвященный человек, про­читав ее, мог понять, что сделано и как сделано.

В познании природы, в проведении научных эксперимен­тов людям помогают различные специально созданные приборы. Некоторые физические приборы весьма просты. К ним можно отнести линейку, вертикальные и горизонтальные уровни, весы (рис. 15). Такие приборы, как термометр, секундомер, различ­ные источники тока (батареи, аккумуляторы), находят широ­кое применение и в быту, и в научных экспериментах. Вместе с тем имеются и сложные приборы, необходи­мые для развития науки и тех­ники. При помощи таких фи­зических установок исследуют строение мельчайших атомных частиц микромира, а также ги­гантских небесных тел мега- и макромира. Для исследования микромира используют различные микроскопы. Оптические микроскопы позволяют увеличивать объекты в несколько тысяч раз, а сканирующие зондовые, электронные микроскопы (рис. 16) и ионные проекторы - в несколько миллионов раз.

Для исследования строения мега- и макромира в основном используют телескопы (рис. 8 и 17). С их помощью можно увидеть рельеф поверхности близко расположенных небесных тел (Луны, планет Солнечной системы и их спутников), а также наблюдать за строением отдаленных мегамиров Галактики.

Для получения более четких снимков и достоверных фактов в космическое пространство отправляются телескопы и другие физические приборы.

3. Закрепление изученного материала.

• Что такое гипотеза?

• Как проверяется достоверность гипотезы?

• Какие физические и астрономические приборы вы знаете?

4. Домашнее задание §

Для заметок:

Урок 6. Физическая теория

Цель: ввести понятие «теория»; эксперимент как критерий правильности физической теории. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

Тип урока: объяснение новой темы

Ход урока

1. Организационный момент

2. Опрос домашнего задания

А) Какие научные методы изучения природы наиболее распростра­нены?

Б) В какой последовательности осуществляется теоретический ме­тод анализа? Какое значение имеет правильная постановка про­блемы исследования?

В) Что такое научная ги­потеза? Как проверяется достоверность гипотезы?

Г) Чем эксперимент отличается от других научных методов? Какие требования обязательны для проведения эксперимента?

Д) Какие приборы используются в физике и астрономии для на­блюдения и эксперимента?

3. Объяснение новой темы

Система знаний, объясняющая физические явления в их взаимосвязи, называется физической теорией. Чтобы понять роль теории, следует знать, что исследователи, в основном, ищут ответы на три вопроса: Какое явление происходит? Как оно происходит? Почему оно так происходит? Чтобы ответить на первый вопрос, проводят наблюдение. При ответе на второй вопрос возрастает роль эксперимента. А ответ на последний вопрос может дать только физическая теория. Таким
образом, основная задача физической теории – объяснение явления.

В физическую теорию входят описание явления, результа­ты эксперимента, понятия, основные идеи, модели, гипотезы, закономерности, методы исследования (в том числе и мате­матические). В основе теоретических методов исследования лежат логические выводы человека.

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

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

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

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

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

Одной из главных особенностей теоретических методов, отличающей их от других, является возможность делать эв­ристические прогнозы. Действительно, теории не ограничива­ются объяснением явления, они дают возможность прогнози­ровать, как эти явления будут протекать в будущем.

4. Закрепление изученного материала

• Как создается физическая теория? В чем заключается главное назначение теории?

• Какие фундаментальные теории существуют? Какова область их применения? Какие физические явления они описывают?

5. Домашнее задание. §

Для заметок:

Урок № 11. Лабораторная работа №2

Определение размеров малых тел

Цель работы: научиться выполнять измерения способом рядов.

Приборы и материалы: линейка, набор малых тел (дробинки, шарики от шарикоподшипника, горошины, пшено, обрезки проволоки и т. д.), желоб, винт или шуруп (болты и гайки).

Задание 1. Измерение диаметра шарика.

Ход работы:

1. Установите несколько шариков в желоб, с помощью двух подвижных зажимов прижмите их друг к друг. Измерьте с помощью линейки расстояние L Между двумя зажимами.

2. Разделив это расстояние на число шариков N, определите диаметр одного шарика:

3. Такой способ, которым определяют размеры малых тел, называют способом рядов. Способом рядов можно определить размеры (диаметры) других вышеназванных малых тел.

4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

Исследуемое

тело

Число частиц в ряду (N)

Длина ряда (L, мм )

Диаметр (d, мм)

Погрешность измерения диаметра (h_d. мм)

Шарик

Горошина

Проволока

Задание 2. Измерение шага винта.

Ход работы:

1. Шагом винта называют расстояние между двумя соседни­ми витками резьбы. Шаг винта может быть очень незначитель­ным, поэтому для его определения используют способ рядов.

2. Измерьте линейкой длину части винта L, на которой рас­положены витки резьбы. Затем посчитайте точное число витков резьбы N. Шаг винта определяется выражением:

3. При определении шага винта (особенно в тех случаях, когда резьба расположена с внутренней стороны гайки) можно получить более точный результат, если рельеф от резьбы пере­нести на бумагу. Для этого поверхность, на которой располо­жена резьба, надо покрасить чернилами или мягким графитом (карандашом).

4. Результаты измерений и вычислений внесите в таблицу:

Исследуемое тело

Длина резьбы (L, мм)

Число

витков

(N)

Шаг винта (d, мм)

Погрешность измерения шага винта (h_d, мм)

Вывод: при проведении лабораторной работы, был определен размер малых тел и измерен шаг винта с помощью рядов

Урок № 12. Связь температуры тела со скоростью движения его молекул. Различные агрегатные состояния вещества и их объяснение на основе молекулярно-кинетичских представлений.

Цель урока: рассказать учащимся про агрегатные состояния вещества; объяснить как зависит скорость движения молекул от температуры.

Тип урока: стандартный урок.

Оборудование: компьютер, видеопроектор, презентация

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Опрос домашнего задания. (физдиктант)

3. Новая тема.

В условиях нагревания, как показывают многочисленные опыты, диффузия происходит быстрее, т. к. при этом возрастает скорость движения частиц. Таким образом, скорость частиц вещества постоянно меняется в зависимости от его теплового состояния. Для характеристики теплового состояния вещества вводится понятие температура.

Охлаждение воздуха, таяние льда, кипение воды, плавление металлов — все это отражает изменения теплового состояния тел.

Физическая величина, характеризующая степень равновесного теплового состояния тела, называется температурой.

Температуру тела измеряют разными термометрами. Значения температуры тела выражают в градусах Цельсия (°С). В научных исследованиях, как правило, используют шкалу Кельвина (К), а также Фаренгейта (°F). Нулевой уровень Цельсия соответствует температуре таяния льда. Нулевой
уровень Кельвина равен -273,15“С. Это число, которое называется абсолютным нулевым градусом (или абсолютным нулем), примерно соответствует точке затвердевания гелия.

Взаимосвязь температуры в шкалах Кельвина и Цельсия определяется по формуле:

Т°К = t°C + 273,15.

Из результатов опыта вытекает следующий вывод: чем больше скорость движения молекул тела, тем выше его температура. Следовательно, температура является физической величиной, характеризующей тепловое состояние тела. При температуре, близкой к абсолютному нулю, скорость движения частиц максимально уменьшается. Однако процесс движения никогда не прерывается, ибо движение является неотъемлемым свойством материи. Следовательно, достичь абсолютного нуля невозможно.

В зависимости от температуры вещество может находиться в трех состояниях: в твердом, жидком и газообразном. Свойства тел в разных состояниях различны. Если все металлы, кроме ртути, находятся в твердом состоянии при комнатной температуре (+20°С), то многие газы переходят в твердое состояние при температуре минус 270 градусов (-270°С).

На поверхности Земли температура воздуха в основном колеблется от +40°С до -50°С. Поскольку такие вещества, как азот, кислород, водород, при этой температуре находятся только в газообразном состоянии, их назвали газами. При очень низких температурах газы могут переходить в твердое состояние.

Ртуть при комнатной температуре испаряется, а при -30°С отвердевает. Жидкая ртуть и особенно ее пары чрезвычайно опасны для здоровья. Поэтому при обращении с приборами, содержащими ртуть, необходимо соблюдать осторожность. Если ртуть все же пролилась, то нужно немедленно сообщить об этом в Службу спасения и быстро принять соответствующие меры.

Твердое тело трудно сжать или растянуть; оно сохраняет свою форму и объем. Молекулы (атомы) многих тел в твердом состоянии образуют кристаллическую решетку.

Тела, у которых молекулы располагаются в определенной последовательности, называются кристаллическими. Если молекулы тела расположены беспорядочно, то такие тела называются аморфными. Стекло относится к аморфным телам. Его нередко относят и к жидкостям. Стекло, как и жидкость, обладает текучестью. Из-за этого нижняя грань стекла, долгое время находящегося в вертикальном положении, постепенно утолщается.

Между молекулами тела действуют и силы притяжения, и силы отталкивания. На некотором расстоянии г₀ между молекулами эти силы уравновешивают друг друга. Если расстояние г между молекулами будет меньше г₀ (г<г₀), тогда сила отталкивания становится больше силы притяжения. Следовательно, сжатие тела становится труднее. В противном случае, то есть если г>г₀, сила притяжения между молекулами становится больше силы отталкивания. Поэтому твердое тело не так легко поддается и растяжению.

Сохранение объема и формы является характерным свойством, присущим всем твердым телам.

Жидкость легко меняет свою форму, но сохраняет объем. Она принимает форму того сосуда, в который ее наливают.

Сохранение объема, текучесть и легкое изменение формы являются свойствами, характеризующими жидкость. Этими свойствами жидкостей пользуются при изготовлении металлических изделий сложной формы. Для этого металл расплавляют, затем наполняют им специальные емкости и охлаждают.

Молекулы жидкости располагаются беспорядочно и на больших расстояниях, чем молекулы твердых тел. Несмотря на это, объем жидкости трудно изменить.

Газы - прозрачные и бесцветные вещества, поэтому мы их не видим. Молекулы тел, находящихся в газообразном состоянии, расположены гораздо дальше друг от друга, чем молекулы этих же тел в других состояниях.

Молекулы газа, так же как и молекулы жидкости, располагаются беспорядочно. Однако между газом и жидкостью имеются существенные различия. В отличие от жидкости объем газа можно легко изменить. Например, газ можно сильно сжать. Если руками сжать мяч, то объем воздуха в нем заметно уменьшится.

Газы имеют еще одно свойство, отличающее их от твердых тел и жидкостей. Если твердое тело и жидкость занимают какую-то определенную часть предоставленного им объема, то газы занимают весь объем.

Газы не имеют постоянного объема и конкретной формы, они занимают полностью весь предоставленный им объем.

В заключение отметим, что состояние любого вещества можно определить, во-первых, по расположению его молекул; во-вторых, по характеру движения; в-третьих, по способу взаимодействия этих молекул.

Домашнее задание: §

Урок № 13. Масса и плотность вещества.

Лабораторная работа «Определение массы и плотности твердого тела»

Цель: дать понятие массы и плотности вещества

Тип урока: комбинированный урок

Оборудование: рычажные весы; мелкие гири; брусок, имеющий форму параллелепипеда; мелкие тела с раз­ной массой

Ход урока

1. Организационный момент

2. Новая тема

Природа устроена таким образом, что любое тело обязательно взаимодействует с каким-либо другим телом. Примером этого может служить столкновение двух тел, а также взаимодействие
тел, связанных между собой пружиной или ниткой. Наблюдение за движением тел показывает, что действие тел друг на друга бывает двусторонним, т. е. носит характер взаимодействия.

Взаимодействие - сложное явление. Рассмотрим простейшие примеры взаимодействия, наблюдаемые нами в повседневной жизни. Позже, обобщив полученные знания, мы рассмотрим и более сложные виды взаимодействия.

Предположим, что один из мальчиков на катке толчком руки заставил двигаться другого. Одновременно он и сам откатится назад. При этом меньший мальчик станет двигаться быстрее, чем мальчик постарше и побольше.

Если бегущий и медленно идущий мальчики столкнутся, то оба они также изменят свои скорости.

Работая веслами, человек взаимодействует с водой. В результате лодка движется вперед, а вода отталкивается на­зад.

Приведенные примеры говорят о том, что действие тел друг на друга является двусторонним и носит характер взаимодей­ствия. Значит, получается не действие, а взаимодействие.

Итак, причиной изменения скорости движения тела всегда является его взаимодействие с другими телами. Причем скоро­сти тел изменяются по-разному. Если тело при взаимодействии с другим телом меньше изменяет скорость, то говорят, что оно более инертно. Это значит, что у каждого тела есть свойство со­противляться изменению своего текущего состояния.

Для количественного сравнения инертности различных тел используют физическую величину, которая называется массой.

Итак, масса — мера инертности тел. Ее обозначают буквой т.

На практике массу тела удобнее находить не по его взаимодействию с другим телом, а с помощью взвешивания на весах. Принцип взвешивания на рычажных весах заключается в уравновешивании. Используя разные гири, добиваются равновесия весов. В состоянии равновесия весов масса тела равна массе гирь. Для измерения массы используют и более мелкие единицы

Чтобы измерить массу любого тела, его надо сравнить с телом, масса которого принята за единицу.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу массы принят килограмм (кг). Это масса эталонной гири цилиндрической формы, отлитой из сплава платины и иридия. Международный эталон килограмма хранится в музее эталонов во Франции в г. Севре, близ Парижа. Во многих странах имеются точные копии этого эталона. Для пользования в повседневной жизни изготавливают набор гирь разной массы, называемый разновесом. Принцип взвешивания на рычажных весах заключается в уравновешивании. Используя разные гири, добиваются равновесия весов. В состоянии равновесия весов масса тела равна массе гирь. Для измерения массы используют и более мелкие единицы массы - тысячную и миллионную долю килограмма - грамм (г) и миллиграмм (мг), а для взвешивания тела с большой массой — более крупные единицы - центнер (ц) и тонну (т).

1 т = 1000 кг;

1 г = 0,001 кг;

1 мг = 0,000 001 кг.

Все тела окружающей среды состоят из каких-либо веществ: дерева, железа и многих других. Все тела имеют определенную форму, объем, площадь, массу и т. д.

В случае необходимости такие характеристики тел мы мо­жем определить с помощью измерений и вычислений. Массу тела можно определить взвешиванием на весах. Она зависит от размеров тела и вещества, из которого оно изготовлено. Масса тел, изготовленных из различных веществ, будет разной. На­пример, железо объемом 1 м³ имеет массу 7 800 кг, а свинец такого же объема - 13 тыс. кг. Сравнивая тела, имеющие оди­наковый объем, мы можем определить, какое из них тяжелее, а какое - легче. Отсюда вытекает необходимость введения фи­зического понятия, характеризующего свойство вещества, на­зываемого плотностью.

Плотностью вещества называют физическую величину, численно равную массе единицы объема этого вещества.

Если обозначим плотность вещества буквой р (греческая бук­ва «ро»), массу тела — т, объем тела — V, то плотность вещества определяется формулой

В Международной системе единиц (СИ) за единицу плотности принят килограмм на кубический метр (кг/м³). Это плотность однородного вещества, масса которого 1 кг при объеме 1 м³.

Лабораторная работа № 3 Определение массы и плотности твердого тела

Задание 1. Измерение массы тела на рычажных весах.

Приборы и материалы: рычажные весы; мелкие гири; брусок, имеющий форму параллелепипеда; мелкие тела с раз­ной массой.

Ход работы. Одним из способов определения массы тела яв­ляется взвешивание. При измерениях с помощью рычажных ве­сов на одну чашку (левую) кладут тело с неизвестной массой, а на вторую (правую) - гири, уравновешивающие весы. Macса| тела равна массе гирь, уравновешивающих весы.

1. Подготовьте весы для взвешивания. Проверьте, уравновешены ли они.

2. Во избежание порчи весов взвешиваемое тело и гири опускайте на чашки весов осторожно.

3. Уравновесив тело, подсчитайте общую массу гирь, находящихся на чашке весов.

4. Запишите результаты измерений в таблицу.

Номер

опыта

Взвешиваемое

тело

Масса тела, г

Масса тела, кг

1.

2.

3.

Задание 2. Определение плотности тела.

Приборы и материалы: тела, плотность которых надо определить; мензурка; линейка; нитки.

Ход работы.

1. Возьмите тела, массы которых определены в предыдущем задании. Чтобы определить объем параллелепипеда по формуле V=a*b*с, измерьте его стороны линейкой, затем вычислите его объем.

2. Объем других тел неправильной формы определите с помощью мензурки. Можно воспользоваться телами, объем которых определен во время выполнения лабораторной работы № 1.

3. По формуле вычислите плотность тела, выразите ее в граммах на кубический сантиметр (г/см3) и в килограммах на кубический метр (кг/м3).

4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу

Номер

опыта

Тело, плот­ность кото­рого нужно определить

Масса тела, г

Объем тела, см³

Плотность

г/см³

кг/м³

1.

2.

3.

Вывод: при проведении лабораторной работы, была измерена масса тела и вычислена плотность тела

Домашнее задание: §

Урок № 16. Механическое движение. Окружающий мир и механическое движение

Цель: Дать понятие механическому движению

Тип урока: стандартный урок.

Ход урока

1. Организационный момент

2. Проверка домашнего задания (физдиктант)

3. Новая тема

С первых дней своей жизни мы обращаем внимание на различные изменения, происходящие в окружающей нас среде. Такие физические явления, как звук, движение, привлекают особое внимание. Например, когда мы наблюдаем плывущие по небу облака, летящий самолет, движущийся автомобиль, падение спелого яблока на землю, движущуюся по столу игрушку, колеблющийся на пружине груз, то говорим, что тело движется.

Во всех приведенных примерах общим является изменение положения тела относительно других тел. Следовательно, чтобы говорить о том, движется или не движется тело, мы должны
ответить на вопрос: изменяется ли его положение относительно
других окружающих его тел.

Нетрудно заметить, что облака, самолет, автомобиль и яблоко изменяют свое положение относительно Земли. Игрушка меняет свое положение относительно стола, шарик – относительно опоры, т. е. руки, которая его держит.

Эти примеры позволяют сформулировать следующий важный вывод: тела могут изменять свое положение относительно друг друга с течением времени. Но иногда возможно движение не всего тела целиком, а только некоторой его части. Например, во время выполнения гимнастических упражнений руки и ноги у прямо стоящего человека изменяют свое положение относительно его тела. Маятник механических часов непрерывно меняет свое положение относительно корпуса. При движении дождевого червя сегменты его тела изменяют положение относительно друг друга. Точно так же при растягивании или сжатии пружины изменяется относительное положение ее частей. Отсюда можно сделать такой вывод: части тела тоже могут изменять свое положение относительно друг друга с течением времени.

Процесс такого изменения положения тел и их частей имеет огромное значение во всех явлениях, происходящих в природе.

При изучении предыдущей главы вы узнали, что мельчайшими частицами, из которых состоит тело, являются молекулы. Они находятся в непрерывном движении, и большинство свойств вещества определяется характером этого движения. Изучение течения воды, движения различных видов транспорта (автомобильного, воздушного, водного), ракет, искусственных спутников Земли, небесных тел имеет огромное практическое значение. Поэтому рассмотрению движения тел посвящен особый раздел физики, называемый механикой. А сам этот процесс назван механическим движением.

Таким образом, изменение положения тела или его частей относительно друг друга с течением времени называют механическим движением.

Домашнее задание: §

Урок № 17. Тело отсчета. Относительность движения

Цель: объяснить об относительности движение; дать определение понятию «тело отсчета»

Тип урока: стандартный урок

Ход урока

1. Организационный момент

2. Опрос домашнего задания

А) Что называют механическим движением? Приведите пример.

Б) Почему нужно указывать, относительно каких тел движется тело?

3. Новая тема

Предмет, который условно считается неподвижным и относительно которого рассматривается движение других тел, называется телом отсчета, а тело, изменяющее свое положение относительно него, называют движущимся телом. Можно считать, что мальчик, изображенный на рис., движется, а также можно считать, что он не движется. И первое, и второе предположения верны. Все зависит от того, какое тело принимается за тело отсчета, а какое за движущееся. Мальчик движется вместе с эскалатором, а относительно поручней эскалатора он находится в состоянии покоя, т. е. любое механическое движение относительно.

Приведенные примеры о движущихся и находящихся в состоянии покоя телах показывают, что не только движение, но и покой относителен.

Если тело находится в состоянии покоя относительно какой-то системы отсчета, то всегда можно найти другое тело, относительно которого данное тело движется. Нет тела, находящегося в абсолютном покое. Движение - свойство, присущее всем телам, всем предметам в природе, всему материальному миру.

Тело отсчета. Чтобы описать изучаемое движение, необходимо знать, как тело изменяет свое положение во времени относительно выбранного тела отсчета. Для этого начертим систему координат, связанную с телом отсчета. Как показано на рис. 37, система координат состоит из трех прямых, пересекающихся друг с другом под прямым углом.

Принято считать, что тело отсчета находится в точке пересечения этих трех прямых. Систему прямых, связанных с телом отсчета, называют системой координат, а точку пересечения прямых — началом отсчета, или началом координат.

Чтобы наблюдать за изменением положения тела во вре­мени, одной системы координат недостаточно. Поэтому, что­бы определить моменты времени, которым соответствуют раз­личные положения движущегося тела, нужны еще часы.

В связи с измерением времени вместо понятия «система координат» можно использовать понятие «система отсчета».

Итак, системой отсчета называют систему координат, связанную с телом отсчета и часами.

Движение одного и того же тела относительно различных систем отсчета различно. Поэтому, чтобы правильно описать движение тел, нужно выбрать наиболее оптимальные системы отсчета. Например, при рассмотрении движения тел, находя­щихся на Земле, более выгодно выбрать систему отсчета, свя­занную с Землей. А при рассмотрении движения самой Земли удобна система отсчета, связанная с Солнцем, и т. д.

Домашнее задание: §

Урок № 18. Движение планет. Гелиоцентрическая система Коперника

Цель: рассказать о движении планет; гелиоцентрической системе Коперника

Тип урока: стандартный урок

Оборудование: компьютер, презентация, видеопроектор

Ход урока:

1. Организационный момент

2. Опрос домашнего задания

А) Что такое тело отсчета? Приведите примеры

Б) Почему покой тоже относителен? Объясните на примерах.

3. Новая тема

На уроках «Познание мира» (4 кл.) и «Естествознание» (5 кл.) вы познакомились с планетами Солнечной системы. Вы узнали также, что звезды по сравнению с планетами на­ходятся на очень большом расстоянии от нас.

В состав Солнечной системы входят восемь планет. Они обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. На­чиная с ближайшей к Солнцу, они называются: Меркурий (1), Венера (2), Земля (вместе с Луной) (3), Марс (4), Юпитер (5), Сатурн (6), Уран (7) и Нептун (8) (рис. 38).

Невооруженным глазом можно увидеть всего пять планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. По внешнему виду планету трудно отличить от звезды, тем более что звез­ды, как правило, на ночном небе выглядят ярче планет. Пла­неты относятся к числу светил, которые не только участвуют в суточном вращении небесной сферы, но еще и смещаются (иногда незначительно) на фоне зодиакальных созвездий. С этой особенностью планет связано и само слово «планета», т. к. древние греки планетой называли «блуждающие» светила.

Мы замечаем, что небесные тела в течение суток движутся по небосводу. Рано утром Солнце поднимается на восточной стороне небосвода, а вечером заходит за горизонт на западной стороне. Ночью можно заметить движение Луны и звезд. При этом звезды не меняют своего положения относительно друг друга.

(Сообщения детей на тему «Движение планет»)

Еще в древности, наблюдая за Солнцем, ученые заметили, что, двигаясь среди звезд, за год оно совершает один оборот по большому кругу небесной сферы. Этот большой круг древние гре­ки назвали эклиптикой. Название сохранилось до сегодняшнего дня. Эклиптика проходит через 12 созвездий, называемых зодиа­кальными (от греч. зодиакос киклос - звериный круг). Число созвездий соответствует числу месяцев в году (рис. 39); совокуп­ность этих созвездий называют зодиакальным поясом. В каждом зодиакальном созвездии Солнце находится примерно месяц.

Таким образом, годичный путь Солнца по небесной сфере называют эклиптикой. Двигаясь по эклиптике, Солнце пере­секает небесный экватор два раза (21 марта и 23 сентября) в точках, называемых точками весеннего и осеннего равноден­ствия. Точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, а точка осеннего равноденствия - в созвездии Весов. В эти дни Солнце пересекает небесный экватор, а горизонт де­лит его пополам. Значит, пути Солнца над горизонтом и под ним равны, т. е. одинакова продолжительность дня и ночи.

22 июня Солнце наиболее удалено от экватора к северу. Этот день является самым длинным днем — днем летнего солнцестоя­ния. 22 декабря Солнце наиболее удалено от экватора к югу. Этот день является самым коротким днем — днем зимнего солн­цестояния.

Связь этих явлений с климатическими поясами и сменой времен года на Земле вам известна из курса географии.

В древности видимое движение Солнца среди звезд объяс­няли движением небесной сферы, прикрепленной к Солнцу, от­носительно сферы, прикрепленной к неподвижным звездам. Од­нако такое объяснение не удовлетворяло некоторых философов тех времен. Например, ученики Пифагора (VI-V вв. до н. э.) высказали предположение о том, что видимое движение Солнца среди звезд происходит из-за движения Земли. Однако такое предположение, как вращение Земли вокруг своей оси, ученые не поддержали, а церковь и вовсе была против. Так более тыся­чи лет до Н. Коперника никто не смел даже сказать о том, что Земля движется.

В настоящее время имеются полные и достоверные свиде­тельства того, что Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается вокруг Солнца, совершая за год один полный оборот. Так, в действительности, оказалось ложным годичное движение Солнца по эклиптике. Это объясняется тем, что при наблюдении за Солнцем был сделан неправильный выбор, взяв в качестве тела отсчета Землю, которая сама движется вокруг Солнца.

Известно, что на Солнце имеются темные пятна. Наблюдая за их расположением, ученые заметили, что они перемещаются от восточного края к западному. Отсюда вытекает вывод: Солнце вращается вокруг своей оси в направлении движения планет, вращающихся вокруг него.

Люди с древних времен стремились проникнуть в тайны окружающего их мира, изучить явления, происходящие в нем.

Первые представления о строении мира были очень наивны­ми. Небо и Земля рассматривались раздельно, Землю принима­ли за неподвижный центр мироздания.

Представление о том, что Земля находится в центре Вселен­ной, ученые Древней Греции положили в основу геоцентриче­ской системы мира (от греч. гео - Земля). Например, греческий философ и ученый-энциклопедист Аристотель, живший в IV веке до н.э., придерживаясь этого мнения, считал, что Земля неподвижна. Из наблюдений лунных затмений уже в те времена было известно, что Земля имеет шарообразную форму. Аристотель говорил, что если бы Земля двигалась, то ее движение можно было бы обнаружить по изменению положения звезд на небе. Он придерживался мнения о том, что Земля, являясь центром Вселенной, никогда не упадет, и все тяжелые тела будут стремиться к этому центру.

Несмотря на то, что представления Аристотеля были наивными по сравнению с современными, они являлись для тех времен значительным достижением. Древнегреческий ученый Клавдий Птолемей, живший во II в. н. э. (90-160) в Александрии, опира­ясь на научные труды Аристотеля, Гиппарха и других философов, живших до него и оставивших богатое наследие, создал новую, более современную геоцентрическую систему, но которой центром мира является неподвижная Земля, а остальные светила вращаются вокруг нее.

Геоцентрическое представление о мире господствовало в астрономии более 14 веков. С накоплением сведений о расположении и движении планет в утверждения К. Птолемея
вносились поправки.

Ученый из Средней Азии - астроном, математик, физик, географ, философ, этнограф, врач - аль-Бируни, родившийся в 973 г. в Хорезме, из своих 150 трудов 50 посвятил астрономии. Он сомневался в правильности системы мира, созданной К. Птолемеем, и являлся сторонником гелиоцентризма. Из истории известно, что Бируни за 500 лет до Н. Коперника впервые на Среднем Востоке высказал мысль о движении Земли вокруг Солнца. Он написал о движении и форме Земли, о методе определения радиуса земного шара, сделал первый глобус Земли, в течение 20 лет наблюдал за движением Солнца.
Считая Солнце огненным шаром, Бируни высказал мнение о том, что корона Солнца имеет природу, похожую на дым. Его труды основывались на тщательно проведенных наблюдениях и исследованиях.

Первым, кто правильно понял строение Солнечной системы и опроверг веками закрепившееся в сознании людей убеждение о том, что «Земля неподвижна», был Н. Коперник.
Он включил Землю в ряд других планет, утверждая, что Земля занимает третье место от Солнца. Наряду с этим Н. Коперник указал, что Земля, вращаясь вокруг своей воображаемой оси, вместе со всеми планетами обращается вокруг Солнца. Он утверждал, что Луна обращается не вокруг Солнца, а вокруг Земли.

Идеи Н. Коперника не сразу были признаны другими учеными. Да и сам он в течение 40 лет продолжал анализировать свои расчеты и опубликовал свой труд только перед смертью.

Блестяще окончив университеты Польши и Италии, Н. Коперник получил разностороннее образование (по математике, астрономии, праву, языку, медицине). Он стремился определить движение планет относительно Солнца, опираясь на исследования, полученные в результате наблюдений, проводимых им в те­чение 20 лет. Ученый внес в науку много нового, выступив как незаурядный математик. Он создал таблицы движения небесных тел, для чего ему потребовалось вычислить 324 тыс. величин.

В результате исследований, основанных на научных фактах, Н. Коперник создал новую систему движения планет. Он изло­жил ее в книге «О вращениях небесных сфер», которая вышла в свет в 1543 г. В ней он высказал смелое предположение о том, что в центре Вселенной находится не Земля, а Солнце. Земля же вместе с другими планетами обращается вокруг Солнца. Вокруг Земли обращается только ее спутник - Луна.

Поскольку Н. Коперник в центре системы планет поместил Солнце, она была названа гелиоцентрической системой (от греч. гелиос - Солнце).

Система, созданная Н. Коперником, имела некоторые не­точности. Она немного отличается от схемы строения Солнечной системы, принятой в настоящее время. Ведь планеты движутся вокруг Солнца не по окружности, а по эллиптическим орбитам.

Теорию Н. Коперника развили многие ученые, в их числе Тихо Браге, Джордано Бруно, Иоганн Кеплер, Галилео Галилей, Исаак Ньютон. Это учение сыграло важную роль в развитии физики, астрономии и в целом естествознания. В науку были введены понятия относительности движения и системы от­счета. И. Кеплер и И. Ньютон открыли истинные законы дви­жения только на основании теории Н. Коперника.

В настоящее время общеизвестно, что в Солнечную систему входят Солнце и 8 планет со своими спутниками. Кроме того, по сравнению с планетами звезды расположены на огромном расстоя­нии от нас. Стало известно также, что между Марсом и Юпитером

расположено множество малых планет, называемых астероидами. Однако до сих пор ученые не прекратили поисков новых планет.

Планеты, орбиты которых расположены внутри орбиты Зем­ли, называются нижними планетами. К ним относятся Мер­курий и Венера. Планеты, орбиты которых расположены вне орбиты Земли, называются верхними планетами. Это Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Выделяют также околосол­нечные планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун называются планетами-гигантами.

Домашнее задание §

Урок № 7. Физические величины. Измерение физических величин. Точность измерений и вычислений. Метрическая система мер. Международная система единиц. Приближенная запись больших и малых чисел

Цель урока: познакомить учащихся с основными физическими величинами и единицами их измерения; рассказать и метрической системе мер и международной системе единиц; объяснить основные правила записи больших и малых чисел.

Тип урока: стандартный урок.

Оборудование: различные линейки.

Ход урока.

1. Организационный момент.

2. Опрос домашнего задания.

А) Как создается физическая теория? В чем заключается главное
назначение теории?

Б) Какие фундаментальные теории существуют? Какова область их применения? Какие физические явления они описывают?

3. Новая тема

При сравнительном описании различных природных яв­лений используются специальные термины, называемые фи­зическими величинами. Например, для сравнения движения скачущей лошади, черепахи и летящей птицы используют три физических термина. Один из них - время, другой - путь, тре­тий - скорость.

Физические величины используют не только для описания явлений, но и для характеристики свойств тел. Для характе­ристики свойства жесткости тела вводится величина, называе­мая твердостью. Наибольшей твердостью обладают алмаз, за­тем стекло (сталь можно поцарапать стеклом), сталь и т. д. С помощью алмаза можно разрезать стекло. Закаленной сталью можно обработать медь. Проделать обратное действие, т. е. об­работать мягкой медью твердую сталь, невозможно.

Каждая физическая величина имеет конкретное числовое значение, а также единицы измерения (кратко единицы). На­пример, единица длины - метр, единица температуры - гра­дус. В ходе дальнейшего изучения физики вы постепенно по­знакомитесь с единицами таких физических и астрономических величин, как давление, вес, масса, сила, теплопроводность, электропроводность, яркость и т. д.

Оперируя физическими величинами (при их записи, произ­ношении), нужно обязательно указывать их единицы.

Значением физической величины называют некоторое число с указанием единицы измерения этой величины. Напри­мер, если время движения тела составляет 10 с, то записываем: t=10 секунд (кратко 10 с). Если запишем время без единицы из­мерения, как t=10, то оно теряет физический смысл.

Числовые значения и единицы измерения не всегда яв­ляются достаточным условием для глубокого понимания на­учного смысла физических понятий и величин. Поэтому для характеристики некоторых физических величин вводится до­полнительное, так называемое векторное, понятие. Согласно ему, кроме числовых значений и единиц измерения величин требуется также показать их направление.

Таким образом, величины, характеризуемые как численным значением, так и направлением, называются векторными ве­личинами, или векторами (например, скорость, сила и др.).

Величины, которые определяются только численными значениями, называются скалярными величинами, или скалярами (например, время, масса и др.). Вектор графически изобража­ется стрелкой, длина которой равна численному значению рассматриваемой величины, а ее направление показывает направление вектора.

Для количественного описания физических явлений и установления между ними связи необходимо знать конкретные значения физических величин. Например, известно, что при на­гревании тела увеличиваются. Чтобы описать это явление ко­личественно, следует определить значения двух физических ве­личин: температуры и объема. Отсюда возникает вопрос: «Как определить значения физических величин?»

Значения физических величин определяют проведением специальных измерений с помощью физических приборов.

Во время опытов для определения значения физических величин часто используют измерения. Одним из главных тре­бований экспериментальных исследований в физике является освоение техники и методов измерения. Поэтому измерениям придают большое значение. Измерения важны не только на практике, но и при проверке теоретических выводов.

Измерением физической величины называют сравнение ее с другой однородной величиной, принятой за единицу фи­зической величины.

Физические величины измеряют с помощью специальных приборов. К числу наиболее простых измерительных приборов относится линейка. С ее помощью измеряют расстояние и линейные размеры тел: длину, ширину, высоту.

На рис. 18 представлены измерительные приборы, часто используемые в школе. На их поверхность нанесены деления. Рядом с некоторыми делениями стоят цифры. Деления и цифры, нанесенные на поверхность прибора, называют шкалой прибора.

Чтобы провести правильное измерение, нужно уметь находить цену деления шкалы прибора.

Чтобы определить цену деления шкалы прибора, нужно разность двух любых значений величины, указанных на шкале, разделить на число делений между ними.

После определения цены одного деления нахождение зна­чения измеряемой величины не составит особого труда.

Современные единицы измерения Международной систе­мы (СИ) были введены не сразу. Единицы, применяемые в на­стоящее время, — результат исторического развития.

Бессистемность единиц измерения затрудняла торговые от­ношения между народами, тормозила развитие промышленности. В связи с этим 1 августа 1793 г. важным актом Конвента (пра­вительство Франции того времени) было принятие исторического решения о введении Метрической системы мер. В основу этой системы положена единица длины метр. На эталоне метра были высечены слова: «На все времена, для всех народов».

Впоследствии (1875) Метрическая система мер была принята большинством стран мира, и на ее основе создана Международная система единиц (1960), охватывающая все области измерения. Ее сокращенное обозначение - SI (франц. Systeme International, в рус. транскрипции - СИ). В Международной системе единиц семь основных единиц: длины - метр (ж), массы — килограмм (кг), времени - секунда (с) и др. Другие единицы являются про­изводными от них, например единица площади - квадратный метр (м²), единица объема - кубический метр (м³) и др.

Взятие десятичного принципа за основу Метрической сис­темы мер, как общего способа исчисления для всех народов, является ее важнейшим достоинством.

Действительно, по десятичному принципу, умножив или разделив на 10 основные единицы, можно получить все осталь­ные кратные и дольные единицы.

В связи с этим создана десятичная система приставок. На­пример, приставка кило означает тысяча, поэтому 1 км (кило­метр) = 1000 м; 1 кг (килограмм) = 1000 г; 1 кВ (киловольт) = = 1000 В.

Приставка милли означает одну тысячную долю любой единицы, например: 1 миллиграмм - одна тысячная доля грам­ма; 1 миллиметр - одна тысячная метра; 1 миллилитр - одна тысячная литра.

В практических расчетах, особенно в научных исследова­ниях, точность измерения физических величин занимает осо­бое место.

Точность измерения зависит от чувствительности прибора и навыка человека, выполняющего измерение. Например, попы­таемся измерить длину тела с помощью двух линеек с различ­ной ценой деления (рис. 19 а, б). Длина тела, измеренная с по­мощью линейки, изображенной на рис. 19, а, равна 4 см, а с помощью второй линейки (рис. 19, б) - 4,1 см. Отсюда видим, что независимо от мастерства человека часто возникают прибор­ные погрешности или ошибки при измерениях. Таким образом, мы часто сталкиваемся с так называемой инструментальной (приборной) погрешностью. Поэтому при записи значения измеренной величины нужно указывать и точность выполненного измерения.

Например, точность измерения на рис. 19, а составляет 0,5 см, а точность измерения на рис. 19, б - 0,1 см. Результат второго измерения, по сравнению с первым, получен с большей точностью.

При выполнении исследовательских или лабораторных ра­бот принята специальная форма записи значений измеряемых величин. При записи такой формы следует учитывать, что наи­большая погрешность правильно выполненных расчетов с помощью большинства приборов составляет половину цены деления. Например, цена деления линейки (рис. 19, а) равна 0,5 см, поэтому погрешность измерения равна ее половине, т. е. 0,25 см. Тогда результат измерения длины тела записывают так:

l = (4,00 ± 25) см,

где 4,00 см - измеренная длина тела;

0,5 см : 2 = 0,25 см - допущенная приборная погрешность.

Отсюда вытекает такой вывод: при измерении первой линей­кой длина тела I находится в промежутке между 3,75 см и 4,25 см, т. е.

3,75 см < l < 4,25 см.