Урок по физике по теме Связь физики с повседневной жизнью, техникой и производственными технологиями. Творцы физической науки. Вклад украинских ученых в развитие физики.
4
Связь физики с повседневной жизнью, техникой и производственными технологиями. Творцы физической науки. Вклад украинских ученых в развитие физики.
Цель урока:
1. Показать роль физики в ускорении научно-технического прогресса; ознакомить учащихся с этапами становления физики.
2. Повышение уровня мотивации к изучению физики у учащихся.
3. Формирование представлений о взаимосвязи науки и развития техники.
4. Расширение кругозора учащихся.
Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний
Краткое описание:
Урок носит ознакомительный характер, способствует формированию интереса к изучению физики, формирует представление о прикладном аспекте науки физики
Ход урока
Объяснение учителя
История развития физики.
Наука возникла в глубокой древности как попытка осмыслить окружающие явления, взаимосвязь природы и человека. Сначала она не разделялась на отдельные направления, как сейчас, а объединялась в одну общую науку – философию. Астрономия выделилась в отдельную дисциплину раньше физики и является наряду с математикой и механикой одной из древнейших наук. Позже наука о природе так же выделилась в самостоятельную дисциплину. Древнегреческий учёный и философ Аристотель назвал физикой одно из своих сочинений.
Одна из главных задач физики – объяснить строение окружающего нас мира и происходящие в нём процессы, понять природу наблюдаемых явлений. Другая важная задача – выявить и познать законы, которым подчиняется окружающий мир. Познавая мир, люди используют законы природы. Вся современная техника основана на применении законов, открытых учёными.
С изобретением в 1780-х гг. парового двигателя началась промышленная революция. Первый паровой двигатель изобрёл английский учёный Томас Ньюкомен в 1712 г. Паровая машина пригодная для использования в промышленности, впервые создана в 1766 г. русским изобретателем Иваном Ползуновым (1728-1766).Шотландец Джеймс Уатт усовершенствовал конструкцию. Созданный им в 1782 г. двухтактный паровой двигатель приводил в движение машины и механизмы на фабриках.
Сила пара приводила в движение насосы, поезда, пароходы, прядильные станки и множество других машин. Мощным толчком для развития техники послужило создание английским физиком «гениальным самоучкой» Майклом Фарадеем в 1821 г. первого электродвигателя. Создание в 1876г. немецким инженером Николаусом Отто четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания открыло эру автомобилестроения, сделало возможным существование и повсеместное использование автомобилей, тепловозов, судов и других технических объектов.
То, что раньше считалось фантастикой, сейчас становится реальной жизнью, которую мы уже не представляем без аудио- и видеотехники, персонального компьютера, сотового телефона и Интернета. Их возникновение обязано открытиям сделанным в различных областях физики.
Однако и развитие техники способствует прогрессу в науке. Создание электронного микроскопа позволило заглянуть внутрь вещества. Создание точных измерительных приборов сделало возможным более точный анализ результатов экспериментов. Огромный прорыв в области изучения космоса был связан именно с появлением новых современных приборов и технических устройств.
Таким образом, физика как наука играет огромную роль в развитии цивилизации. Она перевернула самые фундаментальные представления людей – представления о пространстве, времени, устройстве Вселенной, позволив человечеству совершить качественный скачок в своём развитии. Успехи физики позволили сделать ряд фундаментальных открытий в других естественных науках, в частности, в биологии. Развитие физики в наибольшей степени обеспечивало бурный прогресс медицины.
С успехами физики связаны и надежды учёных на обеспечение человечества неиссякаемыми альтернативными источниками энергии, использование которых позволит решить многие серьёзные экологические проблемы. Современная физика призвана обеспечить понимание самых глубинных основ мироздания, появления и развития нашей Вселенной, будущего человеческой цивилизации.
Что же было у истоков науки физики?
Доклады учащихся.
Доклад 1.
Самые ранние работы по описанию, упорядочению и объяснению явлений природы относятся к 4 в до н.э. Наличие обширных практических знаний, технических навыков, высокий общий культурный уровень - всё это создало в Греции почву для формирования физики как науки. Однако некоторые начатки научных исследований пришли к грекам от народов ещё более древней культуры, в первую очередь из Вавилона и Египта.
Колесо было изобретено около 5500 лет назад на Ближнем Востоке, это было одним из первых технических достижений. Из глубокой древности, возможно более чем 3000 до н.э., пришли такие изобретения, как обожжённый кирпич, гончарный круг, колёсный экипаж. Несколько позднее были открыты способы выплавки и обработки металлов, изобретены вёсельные и парусные суда, применены плуг, весы, отвес, уровень, циркуль, клещи. Во втором тысячелетии до н.э. были изобретены кузнечные мехи, рычаги, клин, домкрат, блоки. Все эти приспособления призваны были облегчить жизнь и труд человека, они же способствовали развитию науки, т.к. делали возможным проведение множества физических экспериментов. Первая значительная попытка научной систематизации знаний связана с трудами Аристотеля (384-322 г.г. до н. э.) , многие его труды сохранились. В них содержатся многочисленные сведения из области музыки, метеорологии, физики, прикладной механики, мысли о распространении звука в воздухе, объясняется явление эха, приводится попытка экспериментального определения веса воздуха и многое другое. Аристотелева физика была основана на наблюдениях и частично на опытах. Попытки систематических научных исследований конкретных явлений природы связаны с именем другого древнегреческого учёного – Архимеда (287-212 г.г. до н. э.). Он имел навыки к проведению точных научных экспериментов, сконструировал мосты через Нил, дамбы для регулировки разливов Нила. Но наиболее гениальным изобретением этого периода был винт, который и до сих пор называется винтом Архимеда. Он служил для подъёма воды на высоту до 4 метров и для осушения низменных местностей. Весьма многочисленны (около 40) другие механические изобретения, приписываемые Архимеду, хотя исторические источники, которыми располагают учёные и содержат порой элементы легенды, однако Архимед был действительно автором целого ряда изобретений.
Доклад 2.
Активно развивалась физика и в странах Востока, наибольшее развитие там получили механика и оптика – наука о распространении света. Арабские учёные рассматривали глаз как один из органов чувств нашего организма, описали его строение, выяснили функции зрительного нерва. В своих экспериментах они пользовались специальными увеличительными стёклами (линзами). Им принадлежит и описание первого компаса (1242 г.)
Многочисленные физические открытия связаны с именем знаменитого французского учёного Роджера Бэкона (1214-1292). Его считают прародителем экспериментального метода, легенды приписывают ему самые разнообразные изобретения: порох, линзы, подзорную трубу, компас, паровую машину, самолёт. До сих пор нельзя назвать ни времени, ни места изобретения линз и очков, открытие было, очевидно, случайным и вполне вероятно допустить, что автором был некто изготовлявший стёкла.
Доклад 3.
В средние века развитие техники послужило не только предпосылкой изменения социальных условий жизни людей, но и поставило перед наукой новые задачи. В 10 в начали подковывать тягловый скот, что привело к широкому применению в сельском хозяйстве лошадей, к изменению конструкции плуга – он стал колёсным. В 11 в. на Западе широкое распространение получили водяные и ветряные мельницы. Это способствовало мощному скачку в развитии металлургии. Ранее воздух в печах нагнетался мехами, приводимыми в движение руками человека, после появления мельниц возросли мощности и стали достижимы более высокие температуры, при которых можно было выплавлять чугун. В 16 в. высота доменных печей возросла до 6 м. и чугун нашёл самое разнообразное применение – пушки, снаряды, печи, трубы, чугунная посуда, плиты. Оживилось стекольное производство (в 10 в. были изобретены цветные стёкла), ткачество – появились новые сукновальные и ткацкие машины, был изобретён первый печатный станок – первое сохранившееся до нашего времени издание датировано 1445 г., началось применение огнестрельного оружия, изменилось техническое оснащение кораблей, что привело к возможности выхода в открытое море.
Огромный вклад в развитие науки в то далёкое время внёс гениальный инженер, изобретатель, художник Леонардо да Винчи (1452-1519). Историки техники насчитывают сотни его изобретений, рассеянных по его тетрадям в виде чертежей, часто без единого слова пояснений. К его изобретениям относятся: стальные цепные передачи, применяемые сейчас на велосипедах, двойное соединение, называемое теперь «кардановым», роликовые опоры для уменьшения трения, различные станки, многочисленные ткацкие машины, боевые машины для ведения войны, замысловатые музыкальные инструменты. Наиболее дерзновенной мечтой Леонардо да Винчи был полёт человека, он исследовал и описал полёт птиц с удивительной точностью. В 1490 г. спроектировал первую модель летательного аппарата, позже спроектировал парашют и первую модель геликоптера, движущим элементом которого является спираль.
Доклад 4.
Эпоха новых географических открытий, тесно связанных с мореплаванием, требовала точных данных о движении Солнца и Луны, которыми наука тогда не располагала. Популярная в то время астрология тоже требовала совершенствования теории планетарной системы. Кроме того, к 16 в. остро стояла проблема календаря, который расходился с астрономическими данными на 10 дней! Уже 15 веков господствовала модель мира Клавдия Птолемея (87-165), согласно которой в центре мира находится неподвижная Земля, а вокруг неё вращаются планеты – Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, а также так называемая «сфера звёзд». Земля при этом считалась неподвижной, она не вращалась не только вокруг какой-нибудь другой планеты, но и вокруг своей оси. Для устранения назревших проблем, можно было внести уточнения в систему Птолемея и получить нужные результаты, но польский астроном Николай Коперник (1473-1543) в 1543 г. решил коренным образом изменить само представление о Вселенной. Модель мира Коперника заключалась в том, что в «центре мира» находилось неподвижное Солнце, а вокруг него по окружностям вращались планеты, в том числе и Земля со своим спутником Луной. С математической точки зрения система Коперника оказалась настолько проще системы Птолемея, что ею сразу же воспользовались в практических целях, в том числе для составления нового календаря. При помощи своего телескопа выдающийся итальянский физик и астроном Галилео Галилей (1564-1642) сумел подтвердить правоту Коперника, поместившего Солнце в центр Вселенной. Телескоп изобрёл в 1608 г. голландец Ганс Липперсхей, назвав его зрительным стеклом.
Доклад 5.
Создание физической теории связано с именем выдающегося английского физика Исаака Ньютона (1643-1727). Величайшая заслуга этого учёного заключается в анализе, систематизации, обобщении трудов великих физиков, математиков, астрономов, его предшественников - Галилео Галилея (1564-1642), Иоганна Кеплера (1571-1630), Рене Декарта (1596-1650), Христиана Гюйгенса (1629-1695). В результате Ньютон открыл ряд законов, изучил свойства световых лучей, значительно усовершенствовал конструкцию существовавших тогда телескопов.
Большую роль в развитие физики в России внёс замечательный русский физик, поэт, астроном, металлург, географ, историк, просветитель и государственный деятель Михаил Васильевич Ломоносов (1711-1765). Он ввёл в русский язык новые слова: термометр, формула, зажигательное стекло, атмосфера и многие другие. Он является автором первого учебника по физике в России. Немало сил стоило Ломоносову добиться открытия первого в России высшего учебного заведения – университета в Москве, который теперь с гордостью носит его имя.
Доклад 6.
Важнейшим шагом вперёд в развитии учения об электрических и магнитных явлениях было изобретение первого источника постоянного тока – гальванического элемента. История этого изобретения относится к концу 18 в. и связана с именем итальянского врача Луиджи Гальвани (1737-1798). Как уже говорилось, в 1821 г. был изобретён первый электрический двигатель, все машины современной электропромышленности работают по тому же принципу, что и первый электродвигатель Фарадея. Работы Майкла Фарадея воодушевили молодого шотландского физика Джемса Кларка Максвелла (1831-1879) систематизировать все известные труды по электричеству, в результате чего в 1864 г. была создана электромагнитная теория.
Новый этап бурного развития физики начался в 20 в. В науке появились новые направления: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика твёрдого тела. Выдающиеся достижения физики послужили мощным толчком развития современной цивилизации, открыли новый этап в исследовании космоса, внесли в повседневную жизнь человека множество полезных вещей – от электрического освещения до лекарств.
ТВОРЦЫ ФИЗИЧЕСКОЙ НАУКИ СВЯЗЬ ФИЗИКИ С ТЕХНИКОЙ
1. Еще в древности ученые старались объяснить явления природы на основе своих наблюдений.
2. Первый ввел в науку слово "физика" древнегреческий философ Аристотель (384-332 гг. до н.э.). Он обобщил известные к тому времени физические знания в работе «Физика», что состояла из 8 книг. В некоторых выводах Аристотелева физика противоречила правильным объяснениям причин физических явлений. Так, Аристотель утверждал, что Земля является центром Вселенной, а вокруг нее двигаются другие планеты, Солнце и звезды. По его представлениями тело будет двигаться до тех пор, пока на него действует сила. Но в работах Аристотеля и много правильных выводов. Он дал довольно полную классификацию видов механического движения, сформулировал закон прямолинейного распространения света, объяснил физическую суть образования звука.
3. Древнегреческий философ Архимед (287-212 гг. до н.э.) сформулировал условия плавания и равновесия тел, «золотое» правило механики, вывел формулу выталкивающей силы, которая действует на тело, погруженное в жидкость.
4. Период бурного развития физики как науки начинается с XVII века. Именно тогда научные знания начали основываться на исследовательских фактах и результатах экспериментов. Много важных открытий для развития физики сделали: Галилей, Ньютон, Фарадей, Максвелл и др.
5. Итальянский физик Галилео Галилей (1564-1642) опроверг ошибочное утверждение физики Аристотеля о принудительном характере механического движения. Галилей построил телескоп, с помощью которого открыл горы на Луне, фазы Венеры, пятна на Солнце, четыре спутника Юпитера и кольца Сатурна. Отстаивал гелиоцентрическое строение Солнечной системы.
6. Позднее английский ученый Исаак Ньютон (1643-1727) создал первую фундаментальную физическую теорию - классическую механику. Он сформулировал законы движения и взаимодействия тел. Открыл закон всемирного тяготения. Первым установил, что белый свет состоит из разных цветов. Сконструировал первый зеркальный телескоп. Научный вклад Ньютона дал толчок к созданию и развитию других физических теорий.
7. В XIX веке начали бурно развиваться теории тепловых явлений. Благодаря исследованиям Рудольфа Клаузиуса (1822-1888), Уильяма Томсона (1824-1907), Людвига Больцмана (1844-1906) и других ученых была создана теория, которая объяснила ход тепловых явлений и процессов. В дальнейшем она сыграла решающую роль в конструировании тепловых машин и двигателей. Ее положение опровергли идею создания вечного двигателя, который работал бы лишь за счет тепловой энергии окружающей среды.
8. Английский ученый Майкл Фарадей (1791-1867) установил, что электрический ток может возникать вследствие изменения магнитного поля.
Его соотечественник, Джеймс Максвелл (1831-1879) изложил основы теории электромагнетизма, с помощью которой были объяснены разнообразные электрические и магнитные явления, законы электрического тока, природа магнитных свойств веществ.
9. В русский язык слово физика ввел великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов - МВЛ. Это первый русский академик. Он достиг выдающихся успехов в разных областях наук, создал первый в России университет.
10. Современная физика зарождалась на рубеже XIX- ХХ в.в. Ее становление связано с именем такого выдающего ученого, как Альберт Эйнштейн (1879-1955), который заложил основы современной физики, создал теорию относительности, которая в корне изменила представление о пространстве, времени и движении материи. Эйнштейн первым ввёл понятие о квантовой природе света, объяснил природу явления фотоэффекта.
11. Английский ученый Эрнест Резерфорд и датский ученый Нильс Бор сформулировали основные положения теории микрочастиц вещества, заложив основы атомной и ядерной физики.
12. История развития физики связана с именами русских и украинских ученых.
13. Возможность полетов на другие планеты обосновал Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Он предложил схематические рисунки космических кораблей. Впервые обосновал целесообразность создания в околоземном пространстве промежуточных станций для полетов на другие планеты Солнечной системы.
14. Важнейшее средство связи - радио изобрёл русский ученый А.С. Попов. 7 мая 1895 г. Он сделал сообщение об изобретении прибора, который принимал без проводов издалека электрические сигналы.
15. Русские инженеры П.Н. Яблочков и А.Н. Лодыгин изобрели электрическое освещение.
16. Много сделал для развития авиации русский ученный Н.Е. Жуковский, которого назвали «отцом русской авиации»
17. Развитие атомной энергетики связано с именем ученого И.В. Курчатова.
18. Космические полеты были осуществлены на ракетах, сконструированных под руководством Сергея Павловича Королёва (1906-1966), который родился и учился на Украине.
19. Мировой науке хорошо известно имя Ивана Пулюя (1845-1918), который родился на Тернопольщине. Он был деканом первого в Европе электротехнического факультета. Он первым наблюдал рентгеновские лучи.
20. Много важных идей в области осуществления космических полетов высказал Юрий Васильевич Кондратюк (1897-1942), уроженец Полтавщины.
21. Выдающийся ученый в области материаловедения и электросварки Б.Е. Патон на протяжении многих лет возглавляет Национальную академию наук Украины.
22. Известный ученый, лауреат Нобелевской премии по физике (1962 г.) Л.Д. Ландау (1908-1968) продолжительное время работал в Харькове, в Украинском физико-техническом институте. Известный математик и физик-теоретик М.М. Боголюбов создал и продолжительное время возглавлял Институт теоретической физики Академии наук Украины.
23. 12 апреля 1961 года впервые в космос поднялся корабль с человеком на борту. Первым космонавтом на Земле был Юрий Алексеевич Гагарин.
24. Наш соотечественник Павел Попович в 1962 году осуществил космический полет.
25. В 1997 году украинский космонавт Леонид Каденюк в составе международного экипажа осуществил полет на американском космическом корабле.
26. Физика составляет основу техники, которая использует физические законы для решения практических задач, а совершенствующаяся техника способствует и помогает развитию физики, познанию природы. Так, развиваясь, физика дала технике автомобили, тепловозы, кино, телевидение. В свою очередь техника позволила заглянуть в космос и начать его освоение.
26. Ярким примером воплощения в жизнь достижений физической науки является создание современных транспортных средств, таких, как самолеты, автомобили, морские и речные судна, космические ракеты; средства связи с применением спутников Земли; лазерные технологии в промышленности и медицине; компьютерная техника как результат развития электроники и т.п. Все эти примеры представлены в таблице конспекта.
Итог урока, домашнее задание.