План урока:

Что изучает физика?

Явления неживой природы

Наблюдения и опыты

Неизвестное слово «СИ»

Что изучает физика?

Слово «физика» возникло в глубокой древности. Родоначальником физики был ученый Аристотель (Др. Греция 384-322 г.г. до н. э.). Он написал книгу «Физика», посвященную исследованиям природы. Значит, греческое слово «физика» - это наука о природе.

Примеры изучения физики: свет, звук, лёд, радуга (Источник unsplash.com)

Природа - все живое и неживое в окружающем нас мире. Все, что связано с любыми природными объектами, о которых можно судить по ощущениям человека – это материя. В классе – парты, стулья, учебники, карандаши, ручки; в столовой – вкусные обеды и завтраки, аппетитные запахи; на улице – машины, люди, здания, ветер, бегущие после дождя ручейки; дома – знакомые вещи, мебель; в лесу – деревья, кусты, трава, птицы, животные.

Примеры тел: велосипед, сумка с вещами, карандаши, ткани и ножницы
 

Эти и другие предметы называются физическими телами. Тело состоит из вещества. Например, линейка может быть деревянной, стальной, пластмассовой. Поэтому, сталь, дерево, пластмасса – это физические вещества.

Примеры веществ в ведрах: деревянное, металлическое, пластиковое
 

Некоторые тела состоят из одного вещества, другие – из нескольких, например, бронза – сплав меди и олова. Тела, состоящие из одного вещества, называются однородными, а из нескольких веществ – неоднородными.

Вещество можно видеть, ощущать, фиксировать при помощи органов чувств. Но существует еще один вид материи, которая регистрируется только приборами. Это поле. Поле определяет притяжение тел к Земле, а планет к Солнцу. Останкинскую телебашню и телевизоры в домах соединяют между собой также физические поля.

Магнитное поле вокруг Земли  

Понятия «материя» и «поле» более глубоко изучаются в старших классах.

Явления неживой природы

Окружающий человека мир постоянно меняется. Изменения в неживой природе называются физическими явлениями. Летит птица или ползет гусеница, сверкает молния, гремит гром, идет дождь, река несет свои воды мимо берегов, падает с дерева листок, просыпается вулкан, ветер поднимает пыль на дороге, кипит вода в чайнике, тает снег и много-много другого происходит вокруг. (Если нужно рассмотреть изменения, происходящие в живом организме птицы или гусеницы, то этим займутся другие науки, например, биология, зоология).

Спящий вулкан  

Летящий самолёт 

Полярное сияние  

Существует несколько видов физических явлений.

• Механические – явления, связанные с движением. Летит самолет, бежит спортсмен, едет автомобиль. Звук - тоже движение колеблющихся тел;
• Тепловые – процессы, которые связаны с температурой тел. Нагревание воздуха в доме от батареи, горение дров в костре, образование льда на речке. Вот примеры тепловых явлений;
• Электрические – явления, обусловленные существованием в природе заряженных частиц. Например, работа электроприборов, молния, полярное сияние, искорки вокруг синтетической одежды в темноте;
• Магнитные – явления, связанные с действием магнита на некоторые тела. Стрелка компаса показывает на Юг и на Север, потому что Земля – это огромный магнит. В школе на уроках физики демонстрируют полосовой и дугообразный магниты. Электрические и магнитные явления тесным образом связаны друг с другом, поэтому их называют электромагнитными;
• Оптические (световые) явления – частный случай электромагнитных изменений. Солнечный «зайчик», радуга, зеркальное отражение – все это небольшая частица многочисленных явлений оптики.

Многие процессы имеют сложный характер. Например, вспышка молнии – это одновременно и электрическое, и магнитное, и оптическое явление.

Наблюдения и опыты

Человеку свойственны любопытство, интерес. Люди всегда пытались понять и объяснить окружающий их мир, но объяснение должно быть научно, т.е. должно опираться на физические теории и законы. Как же открываются законы, и создаются теории? Первый этап поиска научной истины называется научным наблюдением.

Процесс наблюдения  

Процедура наблюдения содержит разнообразие методов, приводящих к истине:

Ученые тщательно наблюдают за определенным явлением, изучают его закономерности, формы проявления. Солнечные затмения, землетрясения, грозы, появления необычных небесных тел - комет в далеком прошлом пугали людей, заставляли их задумываться о существовании потусторонней силы. Ученые с помощью наблюдений определили причины и условия протекания этих процессов и заставили реально посмотреть на эти природные «чудеса».

Но для полного понимания происходящего нужно перейти ко второму этапу – опытному. Опыт позволяет воссоздать природное явление в лаборатории ученого.

(Источник)

Лишь после этого создается теория – третий заключительный этап поиска истины.

Работая над созданием теории, ученые вводят различные физические величины, которые характеризуют изучаемое явление, например, время, длина, масса. Правильное и точное измерение величин играет большую роль в выработке правильного вывода. Для этого нужны специальные приборы: часы, линейка или сантиметровая лента, весы и т. д.

Между измеренными величинами устанавливаются определенные связи, которые являются закономерными и называются физическими законами. Законы, описывающие общую группу явлений, образуют физическую теорию.

Вот пример рождения одной из теорий. На что реагирует человек прежде всего? Конечно, на движущиеся предметы. Наблюдая за движением птиц, животных, небесных тел, за падением капель дождя и снега, человек задумывается о причинах, которые заставляют двигаться тела. Он сравнивает движение разных тел, находит сходство и различие в их движении.

Ученые, жившие еще до нашей эры, Аристотель, Архимед и другие положили начало учению о движении, основываясь на наблюдениях. Но одни наблюдения не могли точно и верно объяснить движение тел.

В XVI – XVII веках ученые переходят к экспериментальным методам. Результатом опытов Х. Гюйгенса, Г. Галилея, Р. Декарта, И. Кеплера и многих других ученых стали законы, описывающие падение тел, движение планет Солнечной системы, поведение тел при столкновениях.

Достигнутые опытным путем результаты, получили завершение в работах великого английского ученого-физика Исаака Ньютона (1643 - 1727 г.г.), создавшего теорию классической механики, науки о движении. Но и гениальный Ньютон не до конца рассмотрел особенности движения тел. В XX веке Альберт Эйнштейн (1879 – 1955 г.г.) создает теорию движения, которая механику Ньютона включает в себя как частный случай.

Эйнштейн, Ньютон, Аристотель, Архимед 

И это еще не все. Пока не изучены еще звездные миры, до которых надо добраться. Но как? Это вопрос будущего. И ответ на этот вопрос, может быть, даст еще одна теория движения.

Сложен путь решения загадок, которые ставит перед человеком природа. Но учиться распутывать и разгадывать их нужно правильно, как это делает наука физика:

• Наблюдение – начало поиска научной истины;
• Опыт – практическое открытие или подтверждение результатов наблюдений;
• Научная теория – завершенное доказательство научной истины.

И главная задача физики: открыть физические законы, по которым протекают различные явления; найти закономерности, сравнить и обобщить результаты; объяснить причины явлений и процессов, предположить их развитие; использовать эти законы в жизни и деятельности человека.

Законам физики подчиняется все, что находится во Вселенной.

Неизвестное слово «СИ»

При изучении физики приходится решать очень много расчетных, количественных, задач, где используются единицы измерения различных физических величин. Эти единицы измерения переводятся в общепринятую международную систему единиц измерения – СИ. Широко используются такие привычные единицы, как литр, минута, час, тонна, гектар и другие. Но, решая задачи по физике, нужно и их уметь переводить в систему интернациональную (СИ). Почему? Развернутый ответ на это вопрос здесь:

Что общего в следующих обозначениях: аршин^[1], фут^[2], кабельтов^[3], сажень^[4]?

Что объединяет штоф^[5], галлон^[6], пинту^[7], кварту^[8], четверть^[9], баррель^[10]?

Сразу очень непросто дать ответ на эти вопросы. Нужно быть неплохим эрудитом для этого. Первый набор слов обозначает единицы длины, а второй – единицы объема.

До 1960 года положение в обозначении физических величин было катастрофическим. Одни и те же физические величины по-разному обозначались не только в различных науках, но и в различных разделах физики. Одна и та же величина имела от 10 до 20 и более единиц измерения. А если учесть, что в разных странах тоже имелись свои единицы измерения, то получалась полнейшая неразбериха. Помнится история Вавилонской башни, которую не могли достроить, так как строители, начав говорить на разных языках, перестали понимать друг друга. Эта же история назревала и в мире физических единиц измерения.

Без измерения нельзя обойтись в любой сфере практической деятельности человека. В производственной и научной практике приходится измерять более 2 тысяч различных величин. Кроме того, возросли требования к точности измерения, ведь в те годы развивались такие отрасли, как кибернетика, электроника, космическая техника. Необходимо было решить противоречие: много очень точных измерений физических величин необходимо человечеству, но делались эти измерения в различных единицах, которые очень сложно сводить друг с другом.

Решением этой проблемы явилось введение единого универсального языка для измерения физических величин, понятного для всех стран. Таким языком стала Международная система единиц физических величин, разработанная ведущими специалистами ряда стран и утвержденная в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Сокращенно эту систему называют СИ – система интернациональная.

В основе СИ – 7 основных единиц (см. таблицу) и 2 дополнительные (радиан и стерадиан, изучаются в старших классах школы). Все другие физические единицы СИ называются производными. Они образованы основными и дополнительными единицами.

Над единицами величин производятся математические действия. Следует запомнить некоторые правила работы с ними:

• Складывать и вычитать можно только однородные физические единицы;
• Физические единицы можно умножать и делить;
• Однородные физические единицы можно взаимно сокращать.

Сложные комбинации физических единиц называют в честь великих ученых, внесших большой вклад в определение этих величин. Причем сами единицы пишутся с маленькой буквы, а их сокращенные обозначения – с большой, например, 12 ньютонов и 12 Н.

Для измерения малых и больших величин применяются дольные и кратные приставки к основным единицам. Например, приставки милли (м) и микро (мк) обозначают тысячную и миллионную доли, а кило (к) и мега (М) в тысячу и миллион раз большую.

     2 км = 2 000 м;

     3 кг = 3 000 г;

     4 км = 4 000 000 мм;

     5 кг = 5 000 000мг;

     6 мм = 0,006 м;

     7 мг = 0,007 г;

     8 мкм = 0,00000 м;

     9 мкг = 0,000009 г.

Изучая старинные единицы измерения длин, масс, площадей, объемов, можно перевести их в систему СИ с помощью справочников и наглядно представить эти физические величины.

Словарь

Меры длины:

1. Аршин – 1) величина, равная 0, 7112м. 2) деревянная узкая дощечка с делениями.

2. Фут – (в пер. с англ. значит «ступня»). 1 фут = 30 см 48 мм.

3. Кабельтов – 1) в мореплавании (185,2 м). 2) в артиллерии (182,87 м). 3) Специальный трос для швартовки.

4. Сажень – часто использовалась на Руси. По сведениям истории, названий саженей больше 10, между собой они никак не связаны. Простая сажень – 150,8 см.

Меры объема:

5. Штоф – одна десятая часть ведра, равная десяти чаркам – это примерно 1,23 л. Введен в петровские времена для алкогольных напитков.

6. Галлон - мера жидких и сыпучих тел в Англии, равная 4,5 л; в США — 3,7 л (для жидких тел) и 4,4 л (для сыпучих тел).

7. Пинта – исторически принятая в странах английской системы мера объема жидкостей. Применяется редко в быту и торговле.1 пинта = 0,56 л.

8. Кварта – (с лат. «четверть») мера объема. Для сухих веществ 1 кварта = 1,1012 дм³, для жидких = 0,9463 дм³.

9. Четверть – на Руси мера объёма сыпучих тел. 1 четверть = 1.4 ведра = 3,08 л.

10. Баррель – 1) Единица объема, используемая в пивоварении. 2) Единица объема в производстве нефти. 1 баррель = 159 л.