какое значение имеет физика для изучения живой и неживой природы
Физика – это наука о неживой природе
Физика – это наука о неживой природе. Живую природу, то есть растения и животных, изучает биология.
А что именно в неживой природе изучает физика? Физика изучает явления, которые происходят в неживой природе. Давайте более точно сформулируем, что такое явление. – это любое изменение. Вот несколько примеров явлений неживой природы:
А где эти явления происходят? В природе. А что такое природа? Это то, что вокруг нас. Нас окружает Вселенная. – это весь материальный мир Вселенной.
Физика изучает явления неживой Вселенной. Всё что составляет Вселенную мы называем материей.
Существует 2 вида материи:
Физические тела
Физические явления
Есть явление в неживой природе, а есть физическое явление – это разные вещи. Рассмотрим пример явления природы – молнию. Во время молнии происходит много всего разного: видим вспышку, слышим гром, в молнии высокая температура, во время разряда молнии могут выйти из строя электрические приборы. Т.е. у такого явления природы как молния множество различных проявлений. Физики сложное явление природы разложили на составные части, и эти составные части называются физическими явлениями. Вспышка – световое явление. Гром – звуковое явление. Температура – тепловое явление. Выход электроники из строя – электрические и магнитные явления. Движение тучи по небу – это механическое явление.
Для каждой категории физических явлений существуют физические законы, которые изучают разные разделы физики.
Когда физики проникли в глубь материи появились следующие разделы физики:
Физические явления очень разнообразны и задача физики разложив их по полочкам объяснить каждое из этих явлений.
Как сказал.
Все знают, что это невозможно. Но вот приходит невежда, которому это неизвестно — он-то и делает открытие.
Альберт Эйнштейн
Вопросы к экзамену
Для всех групп технического профиля
Список лекций по физике за 1,2 семестр
Я учу детей тому, как надо учиться
Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.
С незапамятных времен люди начали проводить систематические наблюдения за явлениями природы, стремились подметить последовательность происходящих явлений и научились предвидеть ход многих событий в природе. например, смену времен года, время разливов рек и многое другое. Эти свои знания они использовали для определения времени посева, уборки урожая и т.п. Постепенно люди убедились в том, что изучение явлений природы приносит неоценимую пользу.
Тогда появились ученые, которые посвящали свою жизнь изучению явлений природы, обобщали опыт предыдущих поколений. Они записывали результаты наблюдений и опытов, сообщали свои знания ученикам. вначале учеными были жрецы, которым их знания позволяли держать народ в подчинении. Поэтому записи ученые делали в зашифрованном виде, а учеников тщательно отбирали и они должны были хранить свои знания в тайне.
Первые книги о явлениях природы, которые стали достоянием народа, появились в Древней Греции. Это способствовало быстрому развитию науки в этой стране и появлению многих выдающихся ученых.
Греческое слово «фюзис» в переводе означает природа, поэтому науку о природе стали называть физикой.
Величайший мыслитель древности Аристотель (384—322 до н.э.) в смысл слова «физика» (от греч. — природа) вкладывал всю совокупность сведений о природе, все, что было известно о земных и небесных явлениях. В русский язык термин «физика» был введен великим ученым-энциклопедистом, основоположником материалистической философии в России М.В.Ломоносовым (1711 — 1765).
Долгое время физику называли натуральной философией (философией природы), и она фактически сливалась с естествознанием. По мере накопления экспериментального материала, его научного обобщения и развития методов исследования из натуральной философии как общего учения о природе выделились астрономия, химия, физика, биология и другие науки. Этим обусловлена органическая связь физики с другими естественными науками.
Основные науки о природе
Слово «естествознание» означает знание о природе. Поскольку природа чрезвычайно многообразна, то в процессе ее познания формировались различные естественные науки: физика, химия, биология, астрономия, география, геология и многие другие. Каждая из естественных наук занимается изучением каких-то конкретных свойств природы. При обнаружении новых свойств материи появляются новые естественные науки с целью дальнейшего изучения этих свойств или, по крайней мере, новые разделы и направления в уже имеющихся естественных науках. Так сформировалась целая совокупность естественных наук. По объектам исследования их можно разделить на две большие группы: науки о живой и неживой природе. Важнейшими естественными науками о неживой природе являются : физика, химия, астрономия.
Химия – наука о веществах, их составе, строении, свойствах и взаимных превращениях. Химия изучает химическую форму движения материи и делится на неорганическую и органическую химию, физическую и аналитическую химию, коллоидную химию и т.д.
Астрономия – наука о Вселенной. Астрономия изучает движение небесных тел, их природу, происхождение и развитие. Важнейшими разделами астрономии, которые сегодня превратились, по существу, в самостоятельные науки, являются космология и космогония.
Биология – наука о живой природе. Предметом биологии является жизнь как особая форма движения материи, законы развития живой природы. Биология, по-видимому, является самой разветвленной наукой (зоология, ботаника, морфология, цитология, гистология, анатомия и физиология, микробиология, вирусология, эмбриология, экология, генетика и т.д.). На стыке наук возникают смежные науки, такие как физическая химия, физическая биология, химическая физика, биофизика, астрофизика и т.д.
Итак, в процессе познания природы формировались отдельные естественные науки. Это необходимый этап познания – этап дифференциации знаний, дифференциации наук. Он обусловлен необходимостью охвата все большего и все более разнообразного числа исследуемых природных объектов и более глубокого проникновения в их детали. Но природа – это единый, уникальный, многогранный, сложный, самоуправляющийся организм. Если природа едина, то единым должно быть и представление о ней с точки зрения естественной науки. Такой наукой является естествознание.
Естествознание – наука о природе как единой целостности или совокупность наук о природе, взятая как единое целое. Последние слова в этом определении еще раз подчеркивают, что это не просто совокупность наук, а обобщенная, интегрированная наука. Это означает, что сегодня дифференциация знаний о природе сменяется их интеграцией. Эта задача обусловлена, во-первых, объективным ходом познания природы и, во-вторых, тем, что человечество познает законы природы не ради простого любопытства, а для использования их в практической деятельности, для своего жизнеобеспечения.
Процесс длительного изучения явлений природы привел ученых к идее о материальности окружающего нас мира.
Материя есть объективная реальность существующая помимо нашего сознания и данная нам в ощущении (В.И.Ленин)
Материя включает в себя все, окружающее нас, и нас самих. То есть все, реально существующее в природе (а не в нашем воображении) материально.
Вещество характеризуется дискретностью образования и конечной массой покоя.
Поле характеризуется непрерывностью и нулевой массой покоя.
Неотъемлемое свойство материи – движение. В философском смысле любое изменение, происходящее в природе, в окружающем нас мире, представляет собой движение материи. Движение есть способ существования материи.
Все материальные объекты (тела) не остаются неизменными. С течением времени изменяются их взаимное положение, форма, размеры, агрегатное состояние, физические и химические свойства и т. д.
Движение обнимает собой все происходящие во Вселенной изменения и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением.
Физика изучает наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения, такие, как механические, молекулярно-тепловые, электромагнитные, атомные и ядерные процессы.
Подобное деление на формы движения условно, однако физика в процессе изучения обычно представлена именно такими разделами.
Накопленный веками опыт убедил ученых, что материя может видоизменяться, но никогда не возникает и не исчезает. Движение материи также может изменять свою форму (превращаться из одной формы в другую), но само движение материи не создается и не уничтожается. Т.е. окружающий нас мир есть вечно движущаяся и развивающаяся материя.
Всеобщей мерой движения материи во всех её формах является энергия, а неуничтожимость движения материи выражается законом сохранения энергии.
Материя существует в пространстве и во времени.
Пространство определяет взаимное расположение (одновременно существующих) объектов относительно друг друга и их относительную величину (расстояние и ориентацию).
Т.е. пространство характеризует протяженность материальных объектов. Оно непрерывно, изотропно (свойства при поворотах не меняются) и однородно. Описывается геометрией Евклида, т.е. трехмерное (в классической физике). Единицей пространства в СИявляется 1 метр. Метр — 1,6 млн. длин световых волн атомов криптона, или длина пути, проходимого светом в вакууме за 1 / 299 792 458 с.
Время определяет последовательность явлений природы (материальных событий) и их относительную продолжительность(длительность).
В классической физике время характеризуется однородностью и непрерывностью. Не изотропно, т.е.течет в одном направлении.Единица измерения в СИ – 1 секунда. Секунда — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
Все явления природы происходят в пространстве в определенной последовательности и имеют конечную продолжительность. Следовательно, пространство и время не существуют сами по себе, в отрыве от материи, и материя не существует вне пространства и времени.
Общей мерой различных форм движения материи является энергия. Качественно различные физические формы движения материи способны превращаться друг в друга, но сама материя неуничтожима и несотворима. К такому выводу пришли еще античные философы-материалисты. Итак, физика — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения.
Физика изучает физические тела, вещества и физические явления.
Физика — основа естествознания. Физика относится к точным наукам и изучает количественные закономерности явлений. Она является наукой экспериментальной. Многие ее законы базируются на фактах, установленных опытным путем. Факты остаются, а истолкование их иногда меняется в ходе исторического развития науки, в процессе все более глубокого понимания основных законов природы.
Роль естествознания в жизни людей велика. Естествознание является основой жизнеобеспечения – физиологического, технического, энергетического. Естествознание – это теоретическая основа промышленности и сельского хозяйства, всех технологий, различных видов производства, в том числе производства энергии, продуктов питания, одежды и т.д. Естествознание – это важнейший элемент культуры человечества, это один из существенных показателей уровня цивилизации.
Особенности естественнонаучного метода познания:
1. Носит объективный характер
2. Предмет познания типичен
3. Историчность не обязательна
4. Создает только знание
5. Естествоиспытатель стремится быть сторонним наблюдателем
6. Опирается на язык терминов и чисел
Процесс научного познания
Определив формы научного знания и методы научного познания, мы можем схематично представить весь процесс научного познания в виде некоторой схемы:
Физика. 10 класс
Конспект урока
Урок 1. Физика и естественнонаучный метод познания природы
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
предмет изучения физики;
роль и место физики в формировании современной научной картины мира;
понятия: физическая величина, физический закон, физическая теория, эксперимент, моделирование;
методы исследования физических явлений и процессов;
Моделирование – это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
Модель – упрощенная версия реального объекта, процесса или явления, сохраняющая их основные свойства.
Научный факт – утверждение, которое можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.
Научная гипотеза – предположение, недоказанное утверждение, выдвигаемое для объяснения каких-нибудь явлений.
Постулат – исходное положение, допущение, принимаемое без доказательств.
Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Физическая величина – свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Физический закон – основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состоянием тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Физический эксперимент – способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях.
Список обязательной литературы:
Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 5 – 9.
1. В.А.Касьянов. Физика.10. Учебник для общеобразовательных учреждений: профильный уровень.
М.: Дрофа, 2005. С. 3-16.
2. Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2012.
Основное содержание урока
Физика тесно связна с астрономией, химией, биологией, геологией и другими естественными науками. Физическими методами исследования пользуются ученые всех областей науки. За последние четыре столетия люди освоили географию, проникли в недра Земли, покорили океан. Человек создал устройства, благодаря которым он может передвигаться по земле и летать, общаться с жителями других континентов, не покидая собственного жилища. Люди научились использовать источники энергии, предотвращать эпидемии смертоносных болезней. Эти и другие достижения – результат научного подхода к познанию природы
Физика – фундаментальная наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Физика основывается на количественных наблюдениях. Основателем количественного подхода является Галилео Галилей.
Материя – объективная реальность, существующая независимо от нас и нашего знания о нем. Материя существует в виде вещества и поля.
Формы материи: пространство, время. Движение – способ существования материи.
Все физические процессы и явления, происходящие в природе можно объяснить типами фундаментальных взаимодействий:
Естественнонаучное познание происходит по этапам: Наблюдение – Гипотеза – Теория – Эксперимент. Именно эксперимент является критерием правильности теории.
Особенности научного наблюдения: целенаправлено; сознательно организовано; методически обдумано; результаты можно записать, измерить, оценить; наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.
Эксперимент, как исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования, следует различать на мысленный и реальный.
Примерный план проведения эксперимента
1.Формулировка цели опыта
2.Формулировка гипотезы, которую можно было положить в основу опыта.
3.Определение условий, необходимых для проверки гипотезы, установления причинно-следственной связи.
4. Подбор оборудования и материалов, необходимых для опытов.
5. Практическая реализация опыта, сопровождаемая фиксированием результатов измерений и наблюдений выбранными способами.
6. Математическая обработка полученных данных.
Структура физической теории: основание (фундамент) – ядро – выводы (следствие) – применение. Особенностью фундаментальных физических теории является их преемственность.
Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. В ходе эксперимента гипотезу доказывают, превращая её в установленный факт (теорию, теорему, закон), ИЛИ же опровергают.
Примерный план изучения физических законов:
1. Связь между какими явлениями (или величинами) выражает закон
2. Формулировка и формула закона.
3. Каким образом был открыт закон: на основе анализа опытных данных или теоретически (как следствие из теории)
4. Опыты, подтверждающие справедливость закона.
5. Примеры использования и учета действия закона на практике.
6. Границы применимости закона.
Одним из важнейших методов исследования является моделирование. Модель – это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление. Примеры физических моделей: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, др.
Для того, чтобы понять и описать эксперимент вводятся физические величины.
С развитием научных знаний появилась необходимость в развитии единой системы единиц измерений.
При обработке результатов измерений нужно оценивать, с какой точностью проводится измерение, какую ошибку допускает ваш прибор, то есть определить погрешность измерений и как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.
Объективность получаемых данных обеспечивают различные физические приборы. Следует различать: приборы наблюдения (микроскоп, телескоп, бинокль и др.) и приборы измерения (термометр, барометр, линейка, весы и др.).
Примеры и разбор тренировочных заданий
Вопросы к кроссворду:
2. Подчеркните слова, обозначающие приборы для измерения, одной чертой; приборы для наблюдения – двумя: термометр, бинокль, секундомер, микроскоп, транспортир.
Правильный вариант: Одной чертой: термометр, секундомер, транспортир. Двумя чертами: бинокль, микроскоп.
Физика в живой и неживой природе
Природа так обо всем позаботилась,
что повсюду ты находишь, чему учиться.
Физика – основа техники, поэтому широко используется для исследований в биологии, географии, истории и экологии. В наши дни радио, телевидение, популярная литература активно знакомят с новыми достижениями науки и техники. Эту информацию необходимо использовать, обобщать, применять на уроках и внеклассных занятиях и мероприятиях. Целый ряд физических сведений получают учащиеся на уроках биологии, географии, природоведения, естествознания, экологии, истории, за счет собственных наблюдений за растительным миром, природными условиями. Это дает возможность разнообразить уроки, сделать их увлекательными, интересными, запоминающимися. Активизировать деятельность учащихся, развивать в них творческие возможности, логическое мышление позволяют задачи, имеющие связь с дисциплинами естественно – научного, исторического, гуманитарного цикла.
Межпредметные связи содействуют формированию у учащихся цельного представления о явлениях природы, помогают им использовать свои знания при изучении различных предметов. Ведь мир окружающий нас интересует школьников, побуждает их отвечать на вопросы, которые перед ними ставит жизнь. Поэтому введение в учебный процесс иллюстративных сведений по истории, экологии, географии, биологии дает возможность учителю физики больше связать предмет с важными аспектами жизни природы, с деятельностью человека, с историей. Пособие, которое вы держите в руках, поможет усилить связь этих наук с физикой. Применение примеров и задач с элементами истории, географии, биологии, экологии на уроках и во внеурочное время поможет лучшему усвоению учебного материала. Привлечение этого материала служит развитию у ребят творческих способностей, умению наблюдать, формирует умения работы с дополнительной литературой, формирует умения применять знания для объяснения явлений наблюдаемых в природе, в окружающей жизни.
В пособие представлены задачи и сообщения по все разделам физики. Материал можно подобрать практически к любому уроку. Этот материал постоянно пополняется новыми фактами и задачами, является чрезвычайно благодатным для мобилизации внимания учащихся. Для многих учеников эти примеры могут послужить средством привития интереса к физике. Это пособие может применяться на уроках физики не только общеобразовательных, но и в профильных классах. Привлечение фрагментов с элементами биологии, географии, истории, экологии призвано формировать у учащихся любовь к природе, обогащать образное мышление, развивать фантазию, что является необходимым фактором успешного усвоения учебного предмета. Решение предлагаемых задач поможет пробудить у школьников интерес к предмету, расширить их знания и кругозор, лучше понять физику.
Истина науки – это спокойный,
все освещающий свет, подобный теплу, в котором
распускаются все и который способствует раскрытию
внутренних сокровищ на просторах жизни.
Использование фрагментов текстов, связанных
с естественнонаучными и историческими науками на уроках физики
Методика использования текстов, связанных с биологией, географией, экологией, историей может быть разнообразной. Если сообщение содержит описание какого-либо явления или пример физического явления в природе, то его целесообразно использовать на уроке как иллюстрацию.
Например, при изучении темы «Простые механизмы» в 5 –7 классах можно привести следующие примеры использования простых механизмов.
1. Ученые полагают, что первые колеса были созданы в Шумере примерно 5200 лет назад. До изобретения колеса тяжести по суше перемещали с помощью катков и рычагов. С развитием скотоводства начали использовать вьючных животных, появились бесколесные волокуши, ставшие прообразом саней. Первые дошедшие до нас изображения колесной повозки найдены в Месопотамии; датируются они 4 тысячелетием до нашей эры.
При изучении темы «Трение», очень интересен пример, который иллюстрирует преимущества трения качения.
3. Храм Артемиды в Эфесе (построен около 550 г. до нашей эры) был одним из самых красивых и знаменитых творений греческой архитектуры и считался третьим чудом света. Руководители строительства Херсифрон и Метаген при возведении храма столкнулись со сложной проблемой: как перевезти по рыхлой почве тяжелые колонны и блоки из каменоломни к месту работы? Выход был найден: колонну, особым образом прикрепляли к деревянной раме, как бы превращали в каменный каток. А перекатывать тяжести гораздо легче, чем тащить. Для прямоугольных блоков Метаген придумал другой способ: каждый блок, как ось вставляли в огромные деревянные колеса около 4 м в диаметре и катили до места строительства.
Очень интересен пример иллюстрирующий применение закона Паскаля, его можно предложить на уроках при изучении темы: «Давление газов» в 7, 10 классах.
4. Родиной стекла считается богатый кварцевым песком Египет, где в течение многих столетий изготовляли стеклянные бусы. Греки заимствовали это ремесло у египтян, усовершенствовали его и стали делать стеклянные вазы. Техника выдувания стекла с помощью специальных труб и форм появилась в Сирии в 1 веке до нашей эры и быстро распространилась по всей Римской империи. Стеклянные изделия – кубки, бокалы – стали много дешевле и превратились в предметы массового спроса. Новые центры стеклоделия в Италии и римских провинциях. На территории Испании, Франции, Германии.
В пособие приведены интересные, занимательные факты по все разделам физики.
Природу нельзя застигнуть неряшливой
и полураздетой, она всегда прекрасна
Использование задач,
с элементами биологии, географии, экологии и истории
на уроках физики
Но более эффективным является решение физических задач на основе текстов составленных на основе текстов, сообщений по биологии, географии, истории, экологии.
Вот пример задач, которые предлагаются школьникам на уроках физики и естествознания в 5-7 классах по теме «Скорость. Равномерное движение».
1. Гриб веселка (phallus), обычный в наших краях, растет со скоростью 5 мм в минуту и вырастает до высоты 30 см. За какое время гриб достигает указанной высоты? (1 час)
3. Бамбуки – общее название для более чем 100 родов и 600 видов травянистых растений. Их особенностью является быстрый рост. Так, бамбуки Вьетнама растут со скоростью 2 м в сутки. Бамбук, относящийся к семейству злаковых, у себя на родине может достигать высоты 50 м и иметь стебель диаметром до 40 см. На сколько метров изменяется длина бамбука за неделю? (на 14 м)
Можно по этой теме предложить ученикам творческое задание. Например, предлагается таблица, в которой указаны скорости движения в живой природе. Школьникам предлагается составить задачи по этим данным.