Развитие представления о движении и научный метод познания - открытый урок
методическая разработка по физике (9 класс) на тему

Развитие представлений о движении и научный метод познания мира.

                                           Во все века жила, затаена,

   Надежда – вскрыть все таинства природы…

В.Брюсов

                                                              Ум заключается не только в знании,

                                                                    Но и в умении прилагать знания на деле.

Аристотель

Цели урока:  познакомиться с основными принципами научного метода познания мира; на примерах научной деятельности выдающихся ученых продемонстрировать силу научного способа; проверить знания учащихся и расширить их границы при выполнении количественных и расчетных задач по механике.

Ход урока

I Вступление

Учитель: С незапамятных времен и по сей день живет в человеке неистребимая потребность узнать новое об окружающем мире, «вскрыть все таинства природы». Древнейшие народы, населявшие Ближний Восток, долину Нила, жившие  в Индии, Китае, размышляли над явлениями природы.

Чем глубже проникает человеческий ум в ее тайны, тем больше он встречает загадок, тем больше возникает вопросов. Что общего у морских приливов, снегопада и Луны? Или у янтаря, молнии и морского ската?

II Основная часть

В природе все так переплетено, взаимосвязано, что общее можно отыскать чуть ли не любом наборе тел и явлений?...

Искать и находить общее, подбирать наиболее характерные явления, выделяя главное освобождаясь от второстепенного.

«1 этап – поиск» характерных явлений, выделение главного, освобождение от второстепенного.

Учитель: Всем известна легенда о яблоке, упавшем на голову Ньютона. Почему оно упало вниз, а не в сторону или даже не вверх?

Ученик: Тело при падении двигается вниз под действием притяжения к Земле.

Учитель: А что, это было известно самому Ньютону или кто-то до него это наблюдал, выводил свои умозаключения?

Ученик:………

Учитель: Еще в 384 г. до н.э. греческий ученый Аристотель стремился найти общие законы, характеризующие природу.

Выходит слайд 2

Учитель: Аристотель славился умением наблюдать. В голове его изобразительно складывалась своя картина мира. Что думал Аристотель о природе вещей? Он считал, что тела могут быть тяжелыми и легкими. Тяжелые падают, стремятся к Земле. Огонь легкий, он стремится вверх. Земля – тяжелая, воздух и вода  - относительно легкие. Но самым важным достижением Аристотеля был вывод: при отсутствии внешнего воздействия тело может только покоиться. Аристотель пишет, что тяжелые тела падают быстрее, чем легкие. Это мнение господствовало около 2000 лет до тех пор, пока не было опровергнуто Галилеем.

Выходит слайд 3

Учитель: Яркий пример наблюдательности и интуиции девятнадцатилетнего Галилея заставляет склонить голову перед его умом. Присутствуя на богослужении в католическом соборе, он увидел, что от сквозняков раскачиваются лампады. Миллионы людей видели качание лампад, но только молодой Галилей заметил, что они колеблются с разной частотой, но только период оставался постоянным. Он начал сверять качание лампад с биением своего пульса, а значит и сердца. Почему с биением своего собственного сердца? Потому что часов еще не существовало. Биение сердца регулярное движение периодическое. Галилей оказался прав: период качания лампад оставался постоянным.

Выдвинуть идею – это не значит решить научную проблему. Любая задача требует изучения, выяснения определенных связей между величинами, описывающими данные явления. Отсюда запишем: «Этап 2 – изучение» явлений, определение количественных связей.

Учитель: Какие методы изучения явлений вы знаете? Приведите примеры.

Ученик: ……..

Учитель: Да, есть методы изучения, основанные на эксперименте, другие методы связаны с наблюдением.

Итак: Рассмотрим опыт Галилея, связанный с экспериментом. Этот опыт связан со свободным падением. Многие знают, что Галилей жил в г. Пиза и там есть падающая башня. Увидев как-то Галилея наверху башни, пронесся слух: «Профессор Галилей будет падать с башни». Почтенный профессор поднялся на высоту 60м и стал бросать чугунные и каменные шары разного размера. Но проводить этот опыт далеко не просто. Трудно опустить их точно в один момент времени. Трудно зафиксировать время падения, т.к. скорость тела у земли очень велика. И сторонники, и противники  Галилея проводили этот опыт и радовались малейшему расхождению. Значит, думает Галилей: надо создать условия, при которых падающие тела движутся много медленнее. Итак, сделано предположение? Научное предположение. Запишем в тетради. «3 этап – гипотеза», научное предположение о скрытой закономерности. Так как же поступает Галилей? Он берет доску в 12 локтей и вырезает в ней желоб. По этому желобу он пускает хорошо отполированные шарики из бронзы, мрамора и дерева (одного размера). Поверхность желоба покрывает гладким пергаментом – уменьшит силу трения. Он точно измерял время, в течение которого шарик проходил всю длину желоба. Часами ему служило ведро воды, в дно которого вставляется трубка – через которую вытекает вода за время движения.

Учитель: Ребята, как называется процесс, который проделал Галилей?

Ученик: Проводит опыт, эксперимент.

Учитель: Запишем в тетради «4 этап- эксперимент»

Галилей первый перешел от наблюдения к опытам. Если шар катится вниз, то его скорость увеличивается, если вверх - то его скорость уменьшается. Галилей предположил, что если шар будет катиться по горизонтальной плоскости его скорость должна оставаться постоянной. Галилей понял, что причина замедления – сила трения, между шаром и плоскостью. Он сделал предположение, если бы плоскость была бы идеально ровной и строго горизонтальной, то шар бы катился вечно. Это значит, что способность к « сохранению движения» присуща самому телу, а воздействие других тел, проявляется в том, что скорость данного тела изменяется.

Итак, вступает в силу следующий «5 этап – закон». Запишите в тетради. Закон, открытый Галилеем, называют законом инерции и формулируют так.

Если на тело не действуют другие тела, оно движется прямолинейно и равномерно или находится в состоянии покоя.

Явления инерции (сохранение скорости) можно продемонстрировать на двух опытах:

1.Тележка и шар.

2.Стакан с монетой.

Галилей вывел закон инерции, тем самым подготовив почву для Ньютона. Научная жизнь Галилея стала трамплином для Ньютона. Мудрый Аристотель говорил, что природа не терпит пустоты. И в год смерти Галилея рождается Ньютон.

Выходит слайд 4

Ему предстояло додумать недодуманное Галилеем. Ньютон продолжил исследование  природы, начатое Галилеем. Он говорит: «Закон инерции хорошо выполняется в системе отсчета, связанной с Землей. Но в другой системе отсчета, связанной с разгоняющимся или тормозящим телом, закон инерции не выполняется совсем. (пример с автомобилем)» Ньютон вводит понятие инерциальной системы отсчета, той системы, в которой выполняется закон инерции. Он вводит первый свой закон. Первый закон - особый закон. Его невозможно математически доказать, он из гипотезы превратился в закон, тем не менее он работает.

Учитель: Как читается 1 закон Ньютона?

Ученик: Существуют системы отсчета (называемые инерциальными, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела или действие других тел скомпенсировано).

Учитель: Далее Ньютон с помощью математики вводит новое понятие – ускорение – изменение скорости (скорость шарика изменяется, в начале

V = 0 , а затем увеличивается при скатывании). Одновременно в науку входит еще одно понятие – масса. Понятие массы и понятие ускорение позволило сформулировать основной закон механики: какой?

Ученик: Ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе.

Учитель: И в заключение, третий закон, давайте его вспомним?

Ученик: Тела взаимодействуют друг с другом силами, равными по модулям и противоположными по направлению.

Учитель: А какие законы механики вы еще знаете?

Ученик: (ученики зачитывают другие законы)

Учитель: Тем, кто хорошо знает теоретические основы физики, не страшны никакие задачи, и так, давайте решим 2 задачи, решенные Галилеем.

Выходит слайд 5

В своей книге «Беседы и математические доказательства…» Галилей писал: «Насколько я знаю, никто еще не доказал, что пространства, проходимые падающим телом в одинаковые промежутки времени, относятся между собою, как последовательность нечетных чисел, именно: S : S : S : …=1:3:5, если V = 0.

Мы докажем это утверждение графически:

Пожалуйста, дома докажите это утверждение аналитически. Данное свойство позволяет легко определить, является ли движение из состояния покоя равноускоренным.

Учитель: Давайте решим 2 задачу.

Выходит слайд 6

Из верхней точки окружности начинают двигаться 2 шарика. Один из них скользит по наклонному желобу, другой свободно падает. Докажите, что оба шарика одновременно достигнут точек А и В, лежащих на окружности. Трением, сопротивлением воздуха пренебречь.

Рассмотрим 1 тело:

Его перемещение равно 2R=S  ,тело падает без начальной скорости.

Учитель: Давайте еще раз повторим и проанализируем основные этапы научного метода познания, их у нас получилось 5:

1 этап – поиск

2 этап – изучение

3 этап – гипотеза

4 этап – эксперимент

5 этап – закон

Такова схема получения знаний о природе. Что лежит в основе этого метода, как вы думаете?

Учащиеся: Опыт, эксперимент.

Учитель: Конечно, прежде всего опыт. По Галилею, «опыт – это язык, на котором можно беседовать с природой». И до Галилея ученые интуитивно следовали данному, но после Галилея, после Ньютона, метод стал общепризнанным, а продуманный опыт занял место, как источника, так и высшего критерия истинности знаний о природе. Не случайно Галилея считают первым физиком в истории человечества, говоря, что «наука спустилась с небес на землю, по наклонной плоскости Галилея».