Шпоры к Государственному экзамену по физике и методике преподавания физики в ЛГПУ - файл n1.doc

приобрести
Шпоры к Государственному экзамену по физике и методике преподавания физики в ЛГПУ
скачать (596.3 kb.)
Доступные файлы (2):

n1.doc	383kb.	09.06.2009 13:21	скачать
n2.doc	2503kb.	21.05.2011 15:23	скачать

n1.doc

1 2 3 4 5

1. Анализ научного содержания и методики изучения корпускулярно-волнового дуализма материи в курсе физики средней школы. Модель урока «Фотоэффект».

Программа общеобразовательной школы предусматривает рассмотрение раздела «Квантовая физика». Основные познавательные задачи этого нового раздела – ознакомить учащихся со спецификой законов, действующих в области микромира, и завершить формирование представлений о строении вещества, начатое в базовой школе.

При изучении вопросов о световых квантах школьников впервые знакомят с квантовой идеей. Они узнают, что свету присущи как волновые, так и корпускулярные свойства. При распространении света проявляются его волновые свойства, которые обнаруживаются в явлениях дифракции, интерференции и поляризации, а при взаимодействии с веществом (при поглощении и излучении) – корпускулярные свойства, согласно которым свет представляет собой поток фотонов. Свет обладает двойственностью свойств – корпускулярно-волновым дуализмом. При малых частотах колебаний преобладают волновые свойства света, при больших частотах – квантовые свойства света.

Одним из примеров проявления корпускулярных свойств света является явление фотоэффекта. Фотоэлектрический эффект – явление вырывания электронов из вещества под действием света. Сущность явления внешнего фотоэффекта и его главные закономерности заключаются, как известно, в следующем: под действием электромагнитного излучения наблюдается испускание (эмиссия) электронов из металлов. Явление это практически безынерционно. Число испускаемых электронов определяется интенсивностью падающего излучения, скорость же вырываемых электронов не зависит от интенсивности света и определяется только его частотой. При частоте света меньше определенной (характерной для каждого металла) фотоэффект не наблюдается. Эти закономерности были установлены экспериментально и задолго до создания квантовой теории. Но все попытки объяснить их на основе волновых представлений электромагнитной теории света терпели неудачу.

Обычно в учебной литературе эти закономерности формулируют как два, три (и даже четыре) закона фотоэффекта. Правда, такого строгого деления законов на первый, второй, третий (как, например, для законов динамики Ньютона) не существует. В нумерации законов, их последовательности и числе есть определенный произвол. Формулировки законов приводят как для макропроцессов (через фототок), так и для микропроцессов (через фотоэлектроны). Приведем ниже одну из принятых формулировок законов фотоэффекта.

Сила фототока насыщения пропорциональна интенсивности света. Количество электронов, вырываемых с катода за 1 с, пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.
Максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.
Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. такая наименьшая частота излучения у₀, при которой еще возможен внешний фотоэффект; значение этой частоты зависит от химической природы вещества и состояния его поверхности; при частоте излучения, меньшей красной границы фотоэффекта (V < у₀), фотоэффект не происходит.
Фотоэффект практически безынерционен.

В методике изучения фотоэффекта можно выделить несколько этапов:

Знакомство учащихся с самим явлением фотоэффекта. Рассказ об истории его открытия (Г. Герц).
Рассказ о поиске основных закономерностей этого явления. Исследования А.Г.Столетова.
Рассмотрение основных закономерностей фотоэффекта. Показ, вскрытие имеющихся трудностей - невозможность объяснить все законы фотоэффекта с известных уже учащимся позиций (волновой теории света).
Выдвижение гипотезы световых квантов. Рассказ о работе А. Эйнштейна. Уравнение фотоэффекта -
Объяснение всех закономерностей фотоэффекта с квантовых позиций.
Выводы квантовой теории о природе света.
Вакуумные и полупроводниковые фотоэлементы. Применение фотоэффекта в технике - фотоэлементы, фотореле. К пониманию явления фотоэффекта и его закономерностей лучше всего подвести школьников с помощью эксперимента. На первом уроке по теме обычно предлагают серию опытов.

Закрепленную на стержне электрометра хорошо очищенную цинковую пластину заряжают отрицательно и освещают потоком ультрафиолетовых лучей. Наблюдают разряд электрометра. 2) Разряд прекращается, если мы перекрываем поток лучей стеклом. 3) Если же сообщить пластине положительный заряд, то при таком же освещении разряд электрометра не наблюдается.4) Разряд происходит тем быстрее, чем больше интенсивность света.

Заменив цинковую пластину медной (затем свинцовой), повторяют опыты при тех же условиях (тот же источник света и начальный заряд).

2. Анализ научного содержания и методики изучения атомной физики в курсе физики средней школы. Модель урока «Модели атома. Квантовые постулаты Бора».

Атом – представляет собой наименьшую часть химического элемента, являющуюся носителем его свойств, сложную частицу, внутри которой происходят различные физические процессы. Изучение строения атома в старших классах начинают обычно с опыта Резерфорда и планетарной модели атома.

Изучение опыта Резерфорда целесообразно начать с демонстрации видео, на основе просмотра которого учащиеся усвоят общую идею опыта. Затем рассматривают схему опыта Резерфорда более детально (с помощью диапозитива, диафильма или плаката), предлагают школьникам зарисовать ее в тетради. Очень хорошо моделируется опыт Резерфорда на компьютере.

П

оказывая рисунок траекторий а-частиц, обращают внимание учащихся на два факта: 1) большое число а-частиц проходит через тонкую фольгу металла не отклоняясь; 2) отдельные частицы (примерно 1 частица из 8000) испытывают отклонение на большой угол (90-150°).

Так как атомы золота расположены близко друг от друга (на расстоянии порядка 10^-10 м), то из факта, что многие а-частицы пролетают через тысячи атомов, не взаимодействуя с ними, следует, что атом не является сплошным.

Результаты опыта Резерфорда позволили заключить, что положительный заряд атома и его масса сконцентрированы в очень малой области пространства - ядре (так как только в этом случае возможно резкое отклонение пролетающей а-частицы), и определить примерный размер ядра.

Факт кулоновского отталкивания а-частицы от положительно заряженного ядра, а также то, что отклонение это тем больше, чем ближе к ядру пролетает а-частица и чем меньше ее энергия.

Рассказывая в заключение о планетарной модели атома, особенно подчеркивают, что почти вся масса атома сосредоточена в его ядре, ядро атома в 10⁵ раз меньше самого атома, заряд атома и число вращающихся вокруг него электронов равны порядковому номеру элемента в периодической системе элементов. Чтобы школьники наглядно представили себе соотношение между размерами атома и ядра, полезно привести несколько образных сравнений, например, ядро меньше атома во столько раз, во сколько маковое зерно меньше здания Московского университета на Воробьевых горах.

При попытке разобраться в структуре атома была создана модель атома, которая, по образному выражению физиков, выглядела как пирог с изюмом (модель Томсона). Опыты Резерфорда опровергли эту модель и привели к созданию планетарной модели атома. Однако эта модель также несовершенна: согласно классической теории, электрон, двигаясь по круговой орбите и, следовательно, обладая ускорением, должен непрерывно излучать энергию; в результате электрон упадет на ядро и атом прекратит свое существование. Кроме того, согласно этой модели спектр излучения атома должен быть сплошным, между тем как опыты показывают, что он линейчатый. Поэтому предложенная Резерфордом модель атома нуждалась в дальнейшем уточнении. Это было сделано в 1913 г. Н. Бором

Н. Бор увидел за этими «неправильностями» в поведении электрона в атоме своеобразие законов, которым подчиняются микрочастицы. Он сформулировал постулаты, которые согласовывали модель атома Резерфорда с экспериментальными фактами (стабильность атома, дискретный характер излучаемой им энергии).

Постулаты Бора необходимо не только сформулировать, но и пояснить. Первый постулат (постулат стационарных состояний) формулируют так: атом может находиться только в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия; в стационарном состоянии атом энергии не излучает. Этот постулат требует пояснений. Энергия атома квантуется, т. е. может принимать ряд дискретных значений. Наименьшим значением энергии атом обладает тогда, когда его электрон находится на ближайшей к ядру орбите. Чем больше радиус орбиты, тем больше энергия соответствующего стационарного состояния. В стационарном состоянии атом энергии не излучает.

Второй постулат (правило частот): при переходе атома из одного стационарного состояния в другое атом испускает или поглощает один фотон, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний: hv=E_m-E_nЭтот постулат обосновывает квантовый характер излучения - факт, установленный М. Планком и развитый А. Эйнштейном.

Необходимо подчеркнуть, что теория атома Бора не была последовательной. Используя классические законы для описания движения электрона в атоме, она накладывала на них некоторые ограничения. Но даже эта далеко еще не совершенная теория знаменовала собой дальнейший шаг на пути отказа от универсальности классических представлений (первые были сделаны М. Планком и А. Эйнштейном) и позволила достаточно хорошо объяснить строение атома водорода и его спектры.

3. Анализ научного содержания и методики изучения ядерной физики в курсе физики средней школы. Модель урока «Радиоактивность. Закон радиоактивного распада».

Изучение данного вопроса целесообразно начать с ознакомления учащихся с составом и свойствами ядра атома. Это позволит изучаемые явления (радиоактивность, ядерные реакции и т. д.) не только описать, но и объяснить. В начале изложения нового материала напоминают школьникам о явлении радиоактивности – самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц (свидетельствующем о сложном строении ядра и нарушившем представление о неизменности атомов) и об открытии в 1910 г. английским ученым Ф. Содди изотопов, наведшем на мысль, что ядро построено из частиц, относительная атомная масса которых равна единице, т. е. из протонов. При этом учитель должен учесть, что с понятиями «изотопы», «относительная атомная масса» учащиеся знакомы из курса химии, а также из базового курса физики. Далее сообщают, что в 1932 г. английский физик Д. Чедвик открыл новую элементарную частицу - нейтрон, незначительно отличающуюся от протона по массе и не имеющую заряда, что позволило российскому физику Д.Д.Иваненко и независимо от него В. Гейзенбергу предложить протонно-нейтронную модель ядра, общепринятую сегодня. Итак, с современной точки зрения ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Число протонов в ядре того или иного атома определяется порядковым номером Z элемента в периодической системе Менделеева, а число нейтронов равно разности между массовым числом А и числом протонов Z.

Различные радиоактивные элементы отличаются скоростью распада. Величина, характеризующая быстроту распада радиоактивного изотопа, называется периодом полураспада Т – это время, в теч. которого распадается половина первоначального количества ядер. Период полураспада различных радиоактивных изотопов изменяется в очень широких пределах: от 10^-3 до 10⁹ лет.

Изменение числа радиоактивных ядер определяется законом радиоактивного распада: число распадающихся ядер тем больше, чем больше их имеется в наличии и чем длительнее время, в течение которого происходит распад. Число радиоактивных ядер убывает во времени:N=N₀*2^-^t^/^T, где N₀ – начальное число ядер в момент времени t=0, N – оставшееся число ядер в момент времени t, T – период полураспада.

Т.о., закон радиоактивного распада указывает на статистический характер радиоактивных превращений. Распад любого из ядер является событием равновероятным. Невозможно предсказать, какое именно ядро радиоактивного изотопа распадается в данное мгновение.

4. Физика и мировоззрение. Анализ научного содержания и методики изучения физической картины мира в курсе физики основной и средней школы Модель урока «Современная физическая картина мира».

Рекомендуем следующий план занятия:

Понятие физической картины мира. Люди стремились не только понять научные явления, но и создать целостное представление о мире. Это стремление основывалось на том, что явления, происходящие в окружающем мире, связаны между собой. Так, греки сводили все к первоосновам, из которых состоят окружающие тела (огонь, земля, вода, воздух). Суть ее заключается в том, что мир един и человек должен построить эту единую картину мира. В течение веков ученые искали и продолжают искать общие законы природы. На каждом этапе развития физики необходимо было систематизировать знания, объединить их общими идеями и принципами. Такая систематизация осуществляется в рамках физической картины мира. - система фундаментальных идей, понятий и законов физики; к ней относятся: представления о свойствах пространства и времени, понятия об объектах изучения физ. науки и исходных составных частях материи, универсальные физические законы, представления об иерархии закономерностей по масштабам явлений, исходные идеи и уравнения физических теорий и соотношений между теориями. Таким образом, физическая картина мира представляет собой физическую модель природы, соответст. данному истор. этапу развития физики. В основе физической картины мира лежат определенные филос. представления и идеи. ФКМ является частью естеств.научной картины мира, которая, в свою очередь, входит в общую научную картину мира.

Эволюция физической картины мира. Весь путь разв. физики предст. собой процесс становления, развития и смены ФКМ. Как известно, первой из них была механическая картина мира (МКМ). Ее появление связано с первой физической теорией - механикой Галилея-Ньютона. В рамках этой картины мира не могли быть объяснены электромагнитные явления, поэтому на смену ей пришла электродинамическая картина мира (ЭДКМ), появление которой связано с разработкой теории электромагнитного поля. В конце прошлого века в физике накопился целый ряд фактов, которые противоречили ЭДКМ и вскрыли ее ограниченность. Это привело к созданию третьей - квантово-полевой картины мира, которая является современной физической картиной мира. Ее появление связано с разработкой квантовой механики.

Основные черты современной картины мира. Как уже указывалось, ФКМ составляет представления о материи, ее движении, взаимодействии и т. п. Рассмотрим основные черты современной ФКМ в такой последовательности:

а) Представление о материи. С точки зрения совр. физики сущ. два вида материи: вещество и поле. В едином материальном мире можно выделить три структурных уровня материи, отличающиеся по простр. протяженности, типам взаимодействия, основным структурным элементам и характеру закономерностей:

мегамир - пространственная протяженность от 10²¹ м и дальше; мегамир включает метагалактики, галактики, звезды; макромир - пространственная протяженность от 10^-8 до 10²¹ м; включает планетные системы, планеты, окружающие нас тела; микромир - пространственная протяженность от 10^-8 м и меньше; структурные элементы материи: атомы, ядра, элементарные частицы.

Целесообразно рассмотреть общие свойства поля и вещества и их отличительные свойства.

б)Представление о взаимод. Все многообр. св-в мат. объектов на различных структурных уровнях материи обусловлено сущ. между материальными объектами взаимодействий. В настоящее время в физике известны четыре типа фундаментальных взаимодействий: ядерное (сильное), электромагнитное, слабое (распадное), гравитационное. Эти взаимод. различаются по интенсивности и радиусу действия.

Гравитационное взаимодействие является самым слабым, оно примерно в 10³⁸ раз слабее ядерного. Радиус его действия равен бесконечности. Это взаимод. универсально, в нем участвуют все материальные объекты. В слабом взаимодействии участвуют почти все частицы. Примером такого взаимодействия может служить бета-распад атомных ядер. Оно значительно слабее сильного и ЭМ взаимодействия, но сильнее гравитац. Радиус его действия 10 ^-18 м.ЭМ взаимодействие осуществляется между всеми электрически заряженными частицами, радиус его действия равен бесконечности, и оно в 137 раз интенсивнее сильного взаимод. В сильном взаимодействии участвуют такие частицы, как протоны и нейтроны, радиус взаимодействия которых равен 10-¹⁵ м.

Различные взаимодействия проявляют себя в различных физических явлениях и на разных структурных уровнях материи. Однако для всех взаимодействий существуют общие законы - законы сохранения.

в)Движение материи. Любой форме материи присуще движение, формы движения материи многообразны, движение несотворимо и неуничтожимо, различные формы движения материи взаимопревращаемы, что выражается, в частности, в законе сохранения энергии.

г)Пространство и время - формы сущ. материи. В современной физике пространство и время связаны между собой, они относительны и зависят от движения материи. Свойства пространства и времени определяются материей.

5. Физика и научно-технический прогресс. Анализ научного содержания и методики изучения прикладной физики в курсе физики основной и средней школы. Модель урока «Лазеры».

НТР - это коренное, качественное преобразование производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор развития общественного производства, непосредственную производительную силу.

Научно-технический прогресс - единое, взаимообуслов., поступательное развитие науки и техники; основа социального прогресса. НТП - процесс непрерывный в отличие от НТР.Современная НТР характер. усилением взаимосвязи физики и техники. Это проявляется прежде всего в том, что развитие техники все больше опирается на достижения физики, при этом физика опережает технику. Современные технические устройства и технологические процессы можно создать лишь на основе разработанной физической теории. Особенность взаимосвязи физики и техники заключается в том, что в настоящее время происходит влияние физики и техники друг на друга. Кроме этого, потребности техники вызывают появление новых областей и направлений в науке. Так возникли физика полупроводников, физика сплавов и т. д. Влияние техники на физику проявляется и в том, что техника обеспечивает науку приборами и аппаратурой для проведения научных исследований. Характерная черта современной НТР - сокращение сроков между научным открытием и практическим его использованием.

Целесообразно остановиться на таких направлениях НТП: развитие энергетики, создание новых материалов, автоматизация, развитие радиоэлектроники и вычислительной техники, космонавтика и исследование космического пространства. По каждому из этих направлений НТП целесообразно заслушать сообщения учащихся.

Лазер - это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля — лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии неизбежно теряется, но важно то, что полученная в результате лазерная энергия обладает более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние. Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии, превышающую уже на сегодняшний день плотность энергии ядерного взрыва. С помощью лазерного излучения уже удалось достичь самых высоких значений температуры, давления, магнитной индукции. Наконец, лазерный луч является самым емким носителем информации и в этой роли — принципиально новым средством ее передачи и обработки. Еще в 1940 г. советский физик В. А. Фабрикант указал на возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн. В 1954 г. советские ученые Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и независимо от них американский физик Ч. Таунс использовали явление индуцированного излучения для создания микроволнового генератора радиоволн с длиной волны А,= 1,27 см. В 1960 г. в США был создан первый лазер — квантовый генератор электромагнитных волн в видимом диапазоне спектра.

Свойства лазерного излучения:

Лазеры способны создавать пучки света с очень малым углом расхождения (около 10~⁵ рад).
Свет лазера обладает исключительной монохромат. В отличие от обычных источников света, атомы которых излучают свет независимо друг от друга, в лазерах атомы излучают свет согласованно. Поэтому фаза волны не испытывает нерегулярных изменений.

Лазеры являются самыми мощными источниками света. В уз ком интервале спектра кратковременно (в течение промежутка времени продолжительностью порядка 10~¹³ с) у некоторых типов лазеров достигается мощность излучения 10¹⁷ Вт/см , в то время как мощность излучения Солнца равна только 7•10³Вт/см , причем суммарно по всему спектру.

Принцип действия лазеров. В обычных условиях большинство атомов находится в низшем энергетическом состоянии. Поэтому при низких температурах вещества не светятся. При прохождении ЭМ волны сквозь вещество ее энергия поглощается. За счет поглощенной энергии волны часть атомов возбуждается, т. е. переходит в высшее энергетическое состояние. При этом от светового пучка отнимается энергия h?=Е₂—Е₁,

Возбужденный атом может отдать свою энергию соседним атомам при столкновении или испустить фотон в любом направлении. Теперь представим себе, что каким-либо способом мы возбудили большую часть атомов среды. Тогда при прохождении через вещество ЭМ волны с частотой ?=(Е₂—Е₁)/h эта волна будет не ослабляться, а, напротив, усиливаться за счет индуцированного излучения. Под ее воздействием атомы согласованно переходят в низшие энергетические состояния, излучая волны, совпадающие по частоте и фазе с падающей волной.

В настоящее время лазеры получили столь разнообразные и многочисленные применения, что и перечислить их здесь не представляется возможным.

Создание лазеров — пример того, как развитие фундаментальной науки (квантовой теории) приводит к гигантскому прогрессу в самых различных областях техники и технологии.

6. Анализ научного содержания и методики изучения понятий массы, силы и взаимодействия в курсе физики основной школы. Модель урока «Масса».

Методика формирования понятия массы в старших классах базируется на пропедевтике, которая имеет место в базовом курсе физики и создает тот фундамент, на котором это понятие рассматривают в последующих разделах школьного курса физики.

Условно выделим основные этапы изучения понятия массы в старших классах профильной школы:

Iэтап- повторение основных знаний о массе, полученных в базовом курсе физики.

IIэтап - экспериментальное обоснование понятия массы как количественной характеристики инертных свойств тела. Проводят эксперимент: на ручной центробежной машине устанавливают стержень с двумя телами, связанными нитью, массы которых находятся в соотношении 1: 3. В ходе опыта показывают, что эти тела не соскальзывают со стержня и движутся по окружностям, радиусы которых находятся в соотношении 3:1, а₁/а₂=m₂/m₁=r₂/r₁. Г2 3

IIIэтап- обобщение результатов опыта и введение определения массы как меры инертных свойств тела, механической системы. На основании опытных фактов устанавливают:

1.Для двух взаимодействующих тел отношение модулей ускорений, приобретенных в результате взаимодействия, - величина постоянная. В зависимости от характера взаимодействия у каждого из этих тел ускорения могут быть разными, но отношение модулей этих ускорений - величина постоянная:

2.Раскрывают основное содержание понятия инертности: нельзя изменить скорость тела мгновенно (для изменения скорости необходимо время, которое для различных тел разное). Далее дают определение массы: масса тела - физическая величина, характеризующая его инертность. Она определяет отношение ускорения эталона к ускорению тела при их взаимодействии.

IVэтап - определение единиц массы. Одна из единиц (1 кг) уже известна учащимся из базового курса физики. В этом месте курса обязательно обсуждают вопрос о кратных и дольных единицах массы. Упражнения по переводу единиц на данном этапе усвоения понятия обязательны.

Vэтап - обсуждение способов измерения массы: 1) по взаимодействию тел (тело приводят во взаимодействие с другим телом, масса которого известна, и сравнивают приобретенные ими; ускорения), 2) путем взвешивания на рычажных весах.

Сила. Первоначальное представление о силе учащиеся получают из повседневной жизни как о мускульном усилии. Формирование понятия силы как физической величины начинают в базовом курсе физики. На этих уроках выясняют, что вектор скорости тела может изменяться только при взаимодействии этого тела с другими телами.

Этапы формирования понятия в курсе физики старших классов:

Iэтап- повторение основных знаний о силе, полученных в курсе физики основной школы.

IIэтап- определение понятия силы как количественной характеристики действия одного тела на другое. Этот этап формирования понятия силы тесно связан с изучением второго закона Ньютона. На этом этапе можно выделить такие моменты:

Разъясняют определение понятия силы. В результате взаимодействия тело получает ускорение (меняется вектор скорости). Величину, характеризующую действие одного тела на другое, в результате которого второе тело приобретает ускорение, называет силой.
Ставят эксперимент по определению силы (одной и той же силой воздействуют на тела разной массы и измеряют их ускорения). Так как нерастянутая пружина не действует на прикрепленные к ней тела, следовательно, сила упругости зависит лишь от растяжения (или сжатия) пружины. Используя это свойство силы упругости, на тела разной массы действуют одинаковой силой, добиваясь одного и того же растяжения пружины при различных ускорениях.

III этап- рассмотрение понятий «действие» и «противодействие». Этот этап связан с изучением третьего закона Ньютона При изучении этого закона подчеркивают, что действие тел носит взаимный характер. В третьем законе в отличие от второго в равной степени рассматривают оба тела. Термины «действие» и «противодействие» - условны и взаимозаменяемы. При взаимодействии двух тел действие первого тела на второе можно назвать «действием», а второго на первое «противодействием» и наоборот. Важно довести до понимания учащихся тот факт, что; эти силы нельзя складывать и не следует их путать с уравновешенными силами. (Уравновешенные силы приложены к одному телу, силы «действия» и «противодействия» - к разным телам: точки их приложения не следует совмещать).

7. Анализ научного содержания и методики изучения понятия массы в курсе физики средней школы. Модель урока «Инертность тел. Масса».

Методика формирования понятия массы в старших классах базируется на пропедевтике, которая имеет место в базовом курсе физики и создает тот фундамент, на котором это понятие рассматривают в последующих разделах школьного курса физики.

Условно выделим основные этапы изучения понятия массы в старших классах профильной школы:

Iэтап- повторение основных знаний о массе, полученных в базовом курсе физики.

IIэтап - экспериментальное обоснование понятия массы как количественной характеристики инертных свойств тела. Проводят эксперимент: на ручной центробежной машине устанавливают стержень с двумя телами, связанными нитью, массы которых находятся в соотношении 1: 3. В ходе опыта показывают, что эти тела не соскальзывают со стержня и движутся по окружностям, радиусы которых находятся в соотношении 3:1, а₁/а₂=m₂/m₁=r₂/r₁. Г2 3

IIIэтап- обобщение результатов опыта и введение определения массы как меры инертных свойств тела, механической системы. На основании опытных фактов устанавливают:

1.Для двух взаимодействующих тел отношение модулей ускорений, приобретенных в результате взаимодействия, - величина постоянная. В зависимости от характера взаимодействия у каждого из этих тел ускорения могут быть разными, но отношение модулей этих ускорений - величина постоянная:

2.Раскрывают основное содержание понятия инертности: нельзя изменить скорость тела мгновенно (для изменения скорости необходимо время, которое для различных тел разное). Далее дают определение массы: масса тела - физическая величина, характеризующая его инертность. Она определяет отношение ускорения эталона к ускорению тела при их взаимодействии.

IVэтап - определение единиц массы. Одна из единиц (1 кг) уже известна учащимся из базового курса физики. В этом месте курса обязательно обсуждают вопрос о кратных и дольных единицах массы. Упражнения по переводу единиц на данном этапе усвоения понятия обязательны.

Vэтап - обсуждение способов измерения массы: 1) по взаимодействию тел (тело приводят во взаимодействие с другим телом, масса которого известна, и сравнивают приобретенные ими; ускорения), 2) путем взвешивания на рычажных весах.

Анализ научного содержания и методики изучения понятий силы и взаимодействия в курсе физики средней школы. Модель урока «Взаимодействие тел. Сила». Первоначальное представление о силе учащиеся получают из повседневной жизни как о мускульном усилии. Формирование понятия силы как физической величины начинают в базовом курсе физики. На этих уроках выясняют, что вектор скорости тела может изменяться только при взаимодействии этого тела с другими телами.

Этапы формирования понятия в курсе физики старших классов:

Iэтап- повторение основных знаний о силе, полученных в курсе физики основной школы.

IIэтап- определение понятия силы как количественной характеристики действия одного тела на другое. Этот этап формирования понятия силы тесно связан с изучением второго закона Ньютона. На этом этапе можно выделить такие моменты:

1. Разъясняют определение понятия силы. В результате взаимодействия тело получает ускорение (меняется вектор скорости). Величину, характеризующую действие одного тела на другое, в результате которого второе тело приобретает ускорение, называет силой. Это положение обязательно нужно экспериментально обосновать. Опыты можно использовать те же, что и при рассмотрении понятия массы, но акцент в них делают на то, что получаемые в результате взаимодействия ускорения зависят от условий и характера взаимодействия (в опытах с взаимод. тележками это может быть по-разному сжатая пружина). Ускорения взаимодействующих тел зависят от условий и характера взаимодействия, а отношение их (что было существенно при введении понятия массы) от этого не зависит.

2. Ставят эксперимент по определению силы (одной и той же силой воздействуют на тела разной массы и измеряют их ускорения). Так как нерастянутая пружина не действует на прикрепленные к ней тела, следовательно, сила упругости зависит лишь от растяжения (или сжатия) пружины. Используя это свойство силы упругости, на тела разной массы действуют одинаковой силой, добиваясь одного и того же растяжения пружины при различных ускорениях.

3. Далее показывают опыт, подтверждающий, что при действии на тело постоянной силы величина та одинакова для всех тел

. Опыт проводят на вращающемся диске. Измеряют центростремительное ускорение (а=?²r). При заданной массе тела и получена ном в опыте ускорении показывают, что силу определяют как произведение массы на ускорение (F= та).

4. На основе этого эксперимента можно рассмотреть и второй закон Ньютона. При таком подходе основное утверждение закона формулируют так: сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение. В такой формулировке содержится и определение силы. Пропорциональность ускорения действующей силе рассматривают как следствий второго закона Ньютона.

III этап- рассмотрение понятий «действие» и «противодействие». Этот этап связан с изучением третьего закона Ньютона При изучении этого закона подчеркивают, что действие тел носит взаимный характер. В третьем законе в отличие от второго в равной степени рассматривают оба тела. Термины «действие» и «противодействие» - условны и взаимозаменяемы. При взаимодействии двух тел действие первого тела на второе можно назвать «действием», а второго на первое «противодействием» и наоборот. Важно довести до понимания учащихся тот факт, что; эти силы нельзя складывать и не следует их путать с уравновешенными силами. (Уравновешенные силы приложены к одному телу, силы «действия» и «противодействия» - к разным телам: точки их приложения не следует совмещать).

Учитель сам выбирает учебник физики, и может быть, в выбранном учебнике предлагается другая методика изучения законов Ньютона. В других подходах учителю придется разобраться самостоятельно, увидеть в них плюсы и минусы.

1 2 3 4 5

1. Анализ научного содержания и методики изучения корпускулярно-волнового дуализма материи в курсе физики средней школы. Модель урока «Фотоэффект»