Тема «Проверочный эксперимент, его роль и место в процессе познания»
план-конспект занятия (физика, 9 класс) по теме

Тема «Проверочный эксперимент, его роль и место в процессе познания»

Тип урока. Урок-конференция.

Цель урока:

• Сформировать знания о научной схеме процесса познания.
• Обобщить представления о наблюдении и эксперименте.
• Развивать познавательный интерес учащихся, научный подход к проблемам, в т.ч. в обиходных, житейских вопроса.

Основные понятия. Наблюдение. Эксперимент. Гипотеза. Опыт, контроль. Научная схема процесса познания.

I. Организационный момент. Мотивация учебной проблемы

Добрый день. Сегодняшний урок мне хочется начать словами: "Истина - это то, что выдерживает проверку опытом". Как вы понимаете эти слова?

(Идет обсуждение значения слов эпиграфа).

Исследование любого явления начинается с его наблюдения. 

Наблюдение – изучение явления в естественных условиях при сохранении всех связей с другими явлениями. Благодаря наблюдениям накопились знания о природе. Знания о природе добывают не только из наблюдений, но и из опытов.

Экспериментом или научным опытом называется воспроизведение эксперимента в лаборатории. Эксперимент – основной элемент эмпирического исследования. Эксперимент представляет собой исследование какого-либо объекта путем активного воздействия на него в ходе создания новых условий, соответствующих целям эксперимента.

II. Обобщение представлений об эксперименте и наблюдении.

        Творческое выступление по теме: «Эксперимент, его роль и место в процессе познания» - ученик 9 кл.

Галилео Галилей является основоположником научного метода познания: он впервые предположил считать опыт главным источником познания, сочетал наблюдения и их теоретический анализ. Изучая свободное падение тел, Галилей отпускал шары с высокой наклонной башни в городе Пиза, наблюдал падения шаров, делал необходимые измерения. Галилей предположил теоретическое объяснение движения тел, установил законы падения тел.

Галилео Галилей

Основу научных методов познания природы составляет объективный опыт. Любые теории, не основанные на опытных фактах и, тем более, противоречащие им, не являются научными. Однако, далеко не все научные положения непосредственно следуют из опыта. Большинство научных законов являются результатом теоретического осмысления опытных фактов.

К эмпирическим методам познания относятся наблюдение и эксперимент. Научное наблюдение направлено на исследование природы и позволяется грамотно поставить вопрос. В идеале, оно целенаправленно, сознательно организованно, методически обдумано, его результаты можно каким-либо образом оценить, записать, измерить.

Научная схема процесса познания

В отличие от наблюдения, эксперимент – это исследование каких-либо явлений путем активного воздействия в новых условиях, соответствующих целям исследования, или изменения течения процесса в нужном направлении. Как правило, под экспериментом понимают практический, лабораторный метод исследования.

III. Выступления учащихся в виде конференции

К доске вызываются последовательно учащиеся, которые подготовили сообщения о великих открытиях в естествознании.

Эксперименты и модели

Первый учащийся – «Десять красивейших экспериментов за всю историю науки»

В 2002 году в газете «The New York Times» была опубликована статья сотрудника философского факультета университета Нью-Йорка Роберта Криза (Robert Crease) и историка Брукхевенской Национальной Лаборатории Стони Брук (Stony Brook), которые провели опрос среди американских физиков, чтобы определить десять красивейших экспериментов за всю историю науки. Самыми красивыми экспериментами были названы:

1. Проведенный в 1961 году эксперимент немецкого физика Клауса Йонссона, в котором он доказал, что законы интерференции и дифракции действуют для пучков элементарных частиц так же, как для световых волн. Эксперимент Йонссона практически повторял двухвековой давности эксперимент Томаса Юнга, только вместо луча света был использован пучок электронов. Этот эксперимент, по мнению опрошенных, занял первое место по красоте и первое же – по бесполезности, так как его результаты были предсказаны в начале ХХ века Альбертом Эйнштейном и Максом Планком.

2. Эксперимент Галилео Галилея с падающими предметами, которые он бросал вниз с Пизанской башни. Галилей впервые выяснил, что тяжелые предметы падают вниз так же быстро, как и легкие.

3. Эксперимент американского физика, лауреата Нобелевской премии Роберта Милликена, в котором был измерен заряд электрона. Непосредственно в эксперименте исследовалось поведение заряженных капель масла в электрическом поле конденсатора.

4. Эксперимент Исаака Ньютона, в котором английский ученый пропустил луч света через стеклянную призму. В результате этого эксперимента Ньютон выяснил, что белый свет состоит из большого числа составляющих: красной, оранжевой, желтой, зеленой, голубой, синей и фиолетовой.

5. Эксперимент Томаса Юнга. Пропуская световые лучи сквозь две близко расположенные щели, он обнаружил, что получающееся изображение не равномерно засвечено, а состоит из чередующихся темных и светлых полос. Так было открыто явление интерференции, которое подтверждало волновую природу света.

6. Эксперимент Генри Кавендиша. Английский физик определил, насколько велика сила притяжения между двумя объектами. В результате была достаточно точно определена гравитационная постоянная, что позволило Кавендишу впервые определить и массу Земли.

7. Один из самых древних экспериментов – Эратосфена Киренского. Эратосфен, библиотекарь Александрийской библиотеки, живший в третьем веке до н. э., определил радиус земного шара. [Его результат составил примерно 6300 км, что отличается от современного значения меньше, чем на 5 %.] В полдень в день летнего солнцестояния в городе Сиена (ныне Асуан) Солнце находилось в зените, и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрия, находившемся в 5000 стадиях от Сиены, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7o. Это составляет примерно 1/50 полного круга (360o), откуда получается, что окружность Земли равна 250 000 стадий.

8. Еще один эксперимент Галилея с шарами, катящимися по наклонной доске. Галилей замерял расстояние, которое эти шары преодолевали за фиксированное время, и выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше (т. е. зависимость квадратичная s ~ t2).

9. Эксперимент английского физика, лауреата Нобелевской премии Эрнеста Резерфорда, в результате которого была определена структура атома. Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении через золотую фольгу, Резерфорд пришел к выводу, что весь положительный заряд атомов сосредоточен в их центре в очень массивном и компактном ядре. А отрицательно заряженные частицы (электроны) обращаются вокруг этого ядра. Эта модель коренным образом отличалась от широко распространенной в то время модели атома Томсона, в которой положительный заряд равномерно заполнял весь объем атома, а электроны были вкраплены в него. Несколько позже модель Резерфорда получила название планетарной модели атома (она действительно похожа на Солнечную систему: тяжелое ядро – Солнце, а обращающиеся вокруг него электроны – планеты).

10. Эксперимент Жана-Бернара-Леона Фуко. Французский физик экспериментально доказал вращение Земли вокруг оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Подобный маятник до недавнего времени можно было увидеть в Петербурге в Исаакиевском соборе.

Схема выступления учащихся.

1. Ученый, проводивший научный эксперимент.
2. Дата.
3. Модель эксперимента.
4. Основные результаты.

Первый эксперимент: «Магнитная жидкость». Так что же это такое - магнитная жидкость?

Магнитные жидкости представляют собой коллоидные дисперсии магнитных материалов (ферромагнетиков: магнетита, ферритов) с частицами размером от 5 нанометров до 10 микрометров, стабилизированные в полярной (водной или спиртовой) и неполярной (углеводороды и силиконы) средах с помощью поверхностно-активных веществ или полимеров. Они сохраняют устойчивость в течение двух-пяти лет и обладают при этом хорошей текучестью в сочетании с магнитными свойствами.

Синтез магнитных жидкостей включает в себя стадии получения частиц очень малых размеров, их стабилизацию в соответствующей жидкости-носителе и испытание полученной дисперсии в гравитационном и магнитном полях.

Способов получения магнитных жидкостей много. Одни основаны на размельчении железа, никеля, кобальта до сотых долей микрона с помощью мельниц, дугового или искрового разряда, с применением сложной аппаратуры и ценой больших затрат труда. А поэтому мы предлагаем воспользоваться другим способом, который разработали отечественные ученые М. А. Лунина, Е. Е. Бибик и Н. П. Матусевич.

 (Все опыты с магнитной жидкостью надо делать осторожно, не оставлять ее рядом с магнитами - не успеешь и глазом моргнуть, как вся расползется.) 

Если налитую в чашу Петри магнитную жидкость поднести к магниту так, чтобы магнитные линии входили в нее вертикально, то на ее поверхности "вырастают" шипы, жидкость становится похожей на ежа. Думаю, данную форму можно объяснить тем, что она стабилизирует возмущения, вызванные магнитным полем, и силы поверхностного натяжения и тяжести.

Опущенный в магнитную жидкость постоянный магнит не тонет, а находится во взвешенном состоянии. Магнит располагается на одинаковом расстоянии от стенок сосуда. Магнит, притянутый к стенке сосуда другим магнитом, отталкивается от нее, после того как другой магнит убирают. 

Думаю, это можно объяснить тем, что магнитное поле неоднородно и у поверхности магнита оно более напряженное, поэтому давление жидкости вблизи магнита намного больше. Если сила давления, действующая на поверхность магнита, превысит силу тяжести, то магнит всплывет. А расположение магнита в центре объясняется тем, что давление, возникшее вокруг магнита, отталкивает его от стенок сосуда.

Попробуйте руками вытащить магнит, опущенный в магнитную жидкость. А что если использовать магнитную жидкость как смазку? Детали, подверженные сильному трению, изготавливать из магнитов или вставлять в них магниты, а вместо обычной смазки использовать магнитную жидкость. Думаю, эффективность будет намного выше.

Деревянный конструктор - великолепный способ сформировать у ребёнка пространственное мышление, конструкторские способности, аккуратность, внимание, умение действовать по заданной схеме, планировать свои действия. Основное производство - разнообразные изделия из дерева, в том числе уникальные деревянные конструкторы, которые почти в точности повторяют разнообразные деревянные строения прошлых веков.

Второй эксперимент:   «Значение деревянных конструкций».

Древесина является одним из основных видов строительных материалов, чему способствуют ее широкое распространение, легкость добычи и обработки, а также высокие показатели прочности при малом объемном весе.

К недостаткам, ограничивающим применение деревянных конструкций, относятся: опасность загнивания и возгорания их, усушка, разбухание, коробление и растрескивание, неоднородность строения и наличие пороков в древесине. Но они не могут считаться неустранимыми, так как современная техника выработала способы борьбы с недостатками природной древесины - различные методы консервирования и облагораживания ее. Изобретены производные материалы из древесины с повышенными свойствами: фанера различных видов, прессованная древесина (лигностон), слоисто-прессованная древесина (лигнофоль), материалы из щепы и стружек (фибролит), древесно-волокнистые материалы (оргалит), изделия из отходов древесины (стружек, опилок) на основе вяжущих из синтетических смол (древесно-стружечные плиты) и др. Применение этих способов обработки древесины и новых производных материалов существенно повышает долговечность деревянных конструкций, расширяет область, их эффективного применения в строительстве.

Деревянные конструкции широко применяют в покрытиях промышленных и гражданских зданий и в междуэтажных перекрытиях вследствие их высокой прочности и легкости, а также хороших термоизоляционных свойств, особенно ценных в ограждающих конструкциях зданий. Стойкость деревянных покрытий и перекрытий против загнивания и возгорания достигается конструктивными и химическими мерами защиты древесины, являющимися обязательными для применения в настоящее время.

Разработанные в настоящее время интенсивные способы консервирования древесины и склеивания ее водостойкими клеями позволяют применять деревянные конструкции в открытых наземных и гидротехнических сооружениях: мостах, эстакадах. башнях, плотинах и т. п.

        Используя модели деревянного конструктора мы попробуем проверить : «Какую максимальную нагрузку может выдержать собранная модель».

        Перспектива работы с моделью деревянного конструктора в том, что необходимо изучить и построить модели мостов.

Тестовые задания

1. Что называют научным методом исследования?
2. Что называют наблюдением?
3. Кто является основоположником научного метода познания?
4. Каковы основные этапы исследовательского метода Галилея?
5. Приведите примеры этапов научного познания.

 Домашнее задание:

Мини-сообщение: взять произвольный факт, изложенный средствами массовой информации (телевидение, пресса) и предложить схему эксперимента по его проверке. Особенно оцениваются оригинальность эксперимента и «повседневность», обыденный характер исследуемого факта.