Фундаментальные эксперименты в физической науке

Пояснительная записка
Элективный курс рассчитан на 34 часа. Курс соответствует задачам, стоящим перед
обучением физике в старших классах средней школы, основными особенностями
которого является универсальность, включающая, наряду с другими, такие составляющие,
как овладение учащимися языком изучаемой науки, общими методами и способами
познания. Изучая фундаментальные опыты, учащиеся знакомятся с историей развития
физики, становлением и эволюцией науки, с биографиями ученых, что позволяет им
представить физику в контексте общей культуры.
Данный курс способствует углублению представлений учащихся об экспериментальном
методе познания в физике, о роли и месте фундаментального эксперимента в становлении
физического знания, о взаимосвязи теории и эксперимента. Выполнение учащимися
некоторых фундаментальных опытов с использованием физических приборов позволяет
внести вклад в формирование у них экспериментальных умений. Использование
компьютерного моделирования дает возможность сформировать у учащихся умения
выполнять исследование с помощью компьютера, а также целый ряд общеучебных
умений.
Цели и задачи курса
1.приобретение учащимися знаний о цикле познания, роли опытов в развитии физики,об
истории развития физики, о биографиях ученых.
2.приобретение учащимися предметных умений.
3. приобретение учащимися общеучебных умений.
4. воспитание учащихся.
5. политехническое образование.
6.развитие речи, мышления, восприятия, способностей, интересов и мотивации.
освоение знаний о методах научного познания природы; современной физической
картине мира: свойствах вещества и поля, пространственно-временных закономерностях,
динамических и статистических законах природы, элементарных частицах и
фундаментальных взаимодействиях, строении и эволюции Вселенной; знакомство с
основами фундаментальных физических теорий: классической механики, молекулярнокинетической теории, термодинамики, классической электродинамики, специальной
теории относительности, квантовой теории;
овладение умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты,
обрабатывать результаты измерений, выдвигать гипотезы и строить модели,
устанавливать границы их применимости;
применение знаний по физике для объяснения явлений природы, свойств вещества,
принципов работы технических устройств, решения физических задач, самостоятельного
приобретения и оценки достоверности новой информации физического содержания,
использования современных информационных технологий для поиска, переработки и
предъявления учебной и научно-популярной информации по физике;
развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей
в процессе решения физических задач и самостоятельного приобретения новых знаний,
выполнения экспериментальных исследований, подготовки докладов, рефератов и других
творческих работ;
воспитание духа сотрудничества в процессе совместного выполнения задач,
уважительного отношения к мнению оппонента, обоснованности высказываемой позиции,
готовности к морально-этической оценке использования научных достижений, уважения к
творцам науки и техники, обеспечивающим ведущую роль физики в создании
современного мира техники;
использование приобретенных знаний и умений для решения практических,
жизненных задач, рационального природопользования и защиты окружающей среды,
обеспечения безопасности жизнедеятельности человека и общества.
Общеучебные умения, навыки и способы деятельности
Примерная программа предусматривает формирование у школьников общеучебных
умений и навыков, универсальных способов деятельности и ключевых компетенций. В
этом направлении приоритетами для школьного курса физики на этапе основного общего
образования являются:
Познавательная деятельность:
использование для познания окружающего мира различных естественнонаучных методов:
наблюдение, измерение, эксперимент, моделирование;
формирование умений различать факты, гипотезы, причины, следствия, доказательства,
законы, теории;
овладение адекватными способами решения теоретических и экспериментальных задач;
приобретение опыта выдвижения гипотез для объяснения известных фактов и
экспериментальной проверки выдвигаемых гипотез.
Информационно-коммуникативная деятельность:
владение монологической и диалогической речью, развитие способности понимать точку
зрения собеседника и признавать право на иное мнение;
использование для решения познавательных и коммуникативных задач различных
источников информации.
Рефлексивная деятельность:
владение навыками контроля и оценки своей деятельности, умением предвидеть
возможные результаты своих действий:
организация учебной деятельности: постановка цели, планирование, определение
оптимального соотношения цели и средств.
Результаты обучения
Обязательные результаты изучения курса “Физика” приведены в разделе “Требования к
уровню подготовки выпускников”, который полностью соответствует стандарту.
Требования направлены на реализацию деятельностного и личностно ориентированного
подходов; освоение учащимися интеллектуальной и практической деятельности;
овладение знаниями и умениями, необходимыми в повседневной жизни, позволяющими
ориентироваться в окружающем мире, значимыми для сохранения окружающей среды и
собственного здоровья.
“Знать/понимать” включает требования к учебному материалу, который усваивается и
воспроизводится учащимися. Выпускники должны понимать смысл изучаемых
физических понятий, физических величин и законов, принципов и постулатов.
“Уметь” включает требования, основанных на более сложных видах деятельности, в том
числе творческой: объяснять результаты наблюдений и экспериментов, описывать
фундаментальные опыты, оказавшие существенное влияние на развитие физики,
представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой
основе эмпирические зависимости, применять полученные знания для решения
физических задач, приводить примеры практического использования знаний,
воспринимать и самостоятельно оценивать информацию.
Содержание курса
Эксперимент и теория в естественно-научном познании.
Цикл естественно-научного познания. Теоретический и экспериментальный уровни
познания. Теоретические и экспериментальные методы познания, их место в цикле
познания, связь между ними. Роль эксперимента в познании. Фундаментальные опыты по
физике, их роль в науке и место в процессе естественно-научного познания.
Фундаментальные опыты в механике.
Зарождение экспериментального метода в физике. Роль фундаментальных опытов в
становлении классической механики. Опыты Галилея по изучению движения тел.
Мысленный эксперимент Галилея и закон инерции. Закон всемирного тяготения Ньютона
и опыт Кавендиша. Опыты Гюйгенса по изучению колебательного движения.
Эмпирический базис как структурный элемент физической теории.
Фундаментальные опыты в молекулярной физике.
Возникновение атомистической гипотезы строения вещества. Опыты Броуна по
изучению поведения взвешенных частиц. Опыт Рэлея по измерению размеров молекул.
Опыты Перрена по измерению массы молекул и определению постоянной Авогадро.
Опыт Штерна по измерению скорости движения молекул. Экспериментально и
теоретически полученное распределение молекул по скоростям. Окончательное
становление молекулярно-кинетической теории строения вещества.Опыты по
исследованию свойств газов (опыты Бойля, Гей-Люссака, Шарля). Опыты Румфорда.
Опыты Джоуля по доказательству эквивалентности теплоты и работы.
Фундаментальные опыты как основа научных обобщений.
Фундаментальные опыты в электродинамике.
Опыты Кулона по электростатическому взаимодействию. Опыты Рикке, Иоффе,
Милликена, Мандельштама, Папалекси, Толмена, Стюарта как основа электронной
теории проводимости. Опыты Ома, их роль в установлении законов постоянного тока.
Опыты Ампера, Эрстеда и Фарадея по электромагнетизму. Опыты Герца по излучению
и приёму электромагнитных волн. Фундаментальные опыты как подтверждение
следствий теории.
Фундаментальные опыты в оптике.
Краткая история развития учения о свете. Опыты, послужившие основой возникновения
волновой теории света. Опыты Ньютона по дисперсии света. Опыты Ньютона по
интерференции света. Опыты Юнга. Опыты по поляризации света. Проблема скорости
света в физической науке. Измерение скорости света: астрономические и земные
методы.
Фундаментальные опыты в квантовой физике.
Зарождение квантовой теории. Экспериментальное изучение теплового излучения.
Опыты Столетова и Герца по изучению явления и законов фотоэффекта. Опыты
Лебедева по измерению давления света. Опыты Резерфорда по зондированию вещества и
модель строенияатома. Опыты Франка и Герца и модель атома Бора. Фундаментальные
опыты по формированию нового стиля научного мышления.
Демонстрации
Различные виды механического движения.
Свободное падение.
Колебательное движение маятников.
Модель броуновского движения.
Модель опыта Штерна.
Электризация тел.
Взаимодействие электрических зарядов.
Взаимодействие проводников с током.
Взаимодействие проводника с током и магнита.
Явление электромагнитной индукции.
Дисперсия света.
Опыты по интерференции и дифракции света.
Поляризация света.
Явление фотоэффекта и законы фотоэффекта.
Лабораторные работы
Исследование закономерностей броуновского движения с использованием компьютерной
модели.
Измерение размеров молекул.
Исследование взаимодействия электрических зарядов.
Исследование явления электромагнитной индукции.
Измерение скорости света. Изучение явления дисперсии.
Исследование явления интерференции.
Исследование явления дифракции.
Исследование явления фотоэффекта.
Изучение строения атома, моделирование опытов Резерфорда.
Лабораторные работы и демонстрации могут проводиться с помощью компьютерных
моделей и с использованием компьютерного моделирования.
Средства обучения
1.
Физические приборы
2.
Компьютерные обучающие программы «Открытая физика», «Живая физика»,
«Физика в картинках» и др.
3.
Видеоматериалы.
4.
Графические иллюстрации
5.
Дидактические материалы.
6.
Учебные пособия по физике.
7.
Персональные компьютеры.
Формы обучения:
Лекции;
Лабораторные работы;
Экскурсии;
Уроки-проекты;
Работа в группе;
Зачетная система.
Методы обучения:
Метод исследования;
Метод обучения в одиночестве;
Метод проектов;
Метод «выхода за рамки»: обучающиеся знакомятся с историей открытия физических
законов, жизнью и творчеством ученых.
Календарно-тематическое планирование
№урока/дата содержание
час
пункт
Лаб.раб
ы
оты
1\5.12.09
Эксперимент и теория в научном познании
2
1.2
2\19-26
Зарождение экспериментального
2
3
метода.Опыты Галилея.Закон инерции.
3\4-11.ноя
Закон всемирного тяготения Ньютона и опыт 2
4
Кавендиша.
4\18-25
Опыт Гюйгенса.Эмпирический базис.
2
5.6
5\15-22
Опыты Броуна,Рэлея и Перрена.
2
7.8.9
1
6\29.6дек
Опыт Штерна .Распределение молекул по
2
10.11
1
скоростям.
7\13-20
Опыты по исследованию св-в газов.Опыты
2
12.13
Джоуля.
8\27.17-1нв
Опыты Кулона по электростатическому
2
14.15
1
взаимодействию.
9\24-31
Опыты Рикке,
2
16.17
1
10\7-14фев
11\21-28
12\7-14март
13\21.4-апр
14\11-18
15\25.2-май
16\9-16
17\23-30.
Иоффе,Мандельштама,Папалекси,Толмена,Ст
юарта.Опыты Ома.
Опыты Ампера,Эрстеда,Фарадея.
Опыты Герца по изучению эл-маг.волн.
Краткая история развития учения о
свете.Опыты Ньютона по дисперсии.
Опыты Ньютона по
интерференциисета.Опыты Юнга по
поляризации света.
Проблема скорости света в физической науке.
Измерение скорости света: астрономические и
земные методы.
Зарождение квантовой теории.Изучение
теплового излучения.Опыты Столетова,Герцф
и Лебедева по измерению давления света.
Опыты Резерфорда по зондированию
вещества и модель строения атома.Опыты
Франка и Герца и модель атома Бора.
Фундаментальные опыты и формирование
нового стиля научного мышления.
2
2
2
18
18
19.20
1
2
20.21.22
1
2
23.24
1
2
25-28
1
2
29.30
1
2
заключ
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ
знать/понимать
смысл понятий: физическое явление, физическая величина, модель, гипотеза, принцип,
постулат, теория, пространство, время, инерциальная система отсчета, материальная
точка, вещество, взаимодействие, идеальный газ, резонанс, электромагнитные колебания,
электромагнитное поле, электромагнитная волна, атом, квант, фотон, атомное ядро,
дефект массы, энергия связи, радиоактивность, ионизирующее излучение, планета, звезда,
галактика, Вселенная;
смысл физических величин: перемещение, скорость, ускорение, масса, сила, давление,
импульс, работа, мощность, механическая энергия, момент силы, период, частота,
амплитуда колебаний, длина волны, внутренняя энергия, средняя кинетическая энергия
частиц вещества, абсолютная температура, количество теплоты, удельная теплоемкость,
удельная теплота парообразования, удельная теплота плавления, удельная теплота
сгорания, элементарный электрический заряд, напряженность электрического поля,
разность потенциалов, электроемкость, энергия электрического поля, сила электрического
тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, электродвижущая сила,
магнитный поток, индукция магнитного поля, индуктивность, энергия магнитного поля,
показатель преломления, оптическая сила линзы;
смысл физических законов, принципов и постулатов (формулировка, границы
применимости): законы динамики Ньютона, принципы суперпозиции и относительности,
закон Паскаля, закон Архимеда, закон Гука, закон всемирного тяготения, законы
сохранения энергии, импульса и электрического заряда, основное уравнение кинетической
теории газов, уравнение состояния идеального газа, законы термодинамики, закон Кулона,
закон Ома для полной цепи, закон Джоуля-Ленца, закон электромагнитной индукции,
законы отражения и преломления света, постулаты специальной теории относительности,
закон связи массы и энергии, законы фотоэффекта, постулаты Бора, закон радиоактивного
распада;
вклад российских и зарубежных ученых, оказавших наибольшее влияние на развитие
физики;
уметь
описывать и объяснять результаты наблюдений и экспериментов: независимость
ускорения свободного падения от массы падающего тела; нагревание газа при его
быстром сжатии и охлаждение при быстром расширении; повышение давления газа при
его нагревании в закрытом сосуде; броуновское движение; электризация тел при их
контакте; взаимодействие проводников с током; действие магнитного поля на проводник с
током; зависимость сопротивления полупроводников от температуры и освещения;
электромагнитная индукция; распространение электромагнитных волн; дисперсия,
интерференция и дифракция света; излучение и поглощение света атомами, линейчатые
спектры; фотоэффект; радиоактивность;
приводить примеры опытов, иллюстрирующих, что: наблюдения и эксперимент
служат основой для выдвижения гипотез и построения научных теорий; эксперимент
позволяет проверить истинность теоретических выводов; физическая теория дает
возможность объяснять явления природы и научные факты; физическая теория позволяет
предсказывать еще неизвестные явления и их особенности; при объяснении природных
явлений используются физические модели; один и тот же природный объект или явление
можно исследовать на основе использования разных моделей; законы физики и
физические теории имеют свои определенные границы применимости;
описывать фундаментальные опыты, оказавшие существенное влияние на развитие
физики;
применять полученные знания для решения физических задач;
определять: характер физического процесса по графику, таблице, формуле; продукты
ядерных реакций на основе законов сохранения электрического заряда и массового числа;
измерять: скорость, ускорение свободного падения; массу тела, плотность вещества,
силу, работу, мощность, энергию, коэффициент трения скольжения, влажность воздуха,
удельную теплоемкость вещества, удельную теплоту плавления льда, электрическое
сопротивление, ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, показатель
преломления вещества, оптическую силу линзы, длину световой волны; представлять
результаты измерений с учетом их погрешностей;
приводить примеры практического применения физических знаний: законов механики,
термодинамики и электродинамики в энергетике; различных видов электромагнитных
излучений для развития радио- и телекоммуникаций; квантовой физики в создании
ядерной энергетики, лазеров;
воспринимать и на основе полученных знаний самостоятельно оценивать
информацию, содержащуюся в сообщениях СМИ, научно-популярных статьях;
использовать новые информационные технологии для поиска, обработки и предъявления
информации по физике в компьютерных базах данных и сетях (сети Интернет);
использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и
повседневной жизни для:
обеспечения безопасности жизнедеятельности в процессе использования транспортных
средств, бытовых электроприборов, средств радио- и телекоммуникационной связи;
анализа и оценки влияния на организм человека и другие организмы загрязнения
окружающей среды;
рационального природопользования и защиты окружающей среды;
определения собственной позиции по отношению к экологическим проблемам и
поведению в природной среде.
Ожидаемыми результатами являются:
Получение представлений о методах научного познания природы и современной
физической картиной мира;
Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей на
основе опыта, самостоятельного приобретения новых знаний, анализа и оценки новой
информации;
Сознательное самоопределение ученика относительно профиля дальнейшего обучения
или профессиональной деятельности;
Приобретение опыта поиска информации по заданной теме, навыков проведения опытов с
использованием простых физических приборов и анализа полученных результатов.
Литература:
1.Пурышева Н.С. Фундаментальные эксперименты в физической науке.Бином.2005г.
2.Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения.М: Просвещение, 1983г.
3.Буздин А.И. Раз задача, два задача.М:Наука, 1990г. Учебно-методический комплект
4. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе: пособие для учителей /
В. А. Буров, Б. С. Зворыкин, А. П. Кузьмин и др.; под ред. А. А. Покровского. – 3-е изд.,
перераб. – М.: Просвещение, 1979. – 287 с.
5. Шахмаев Н. М. Физический эксперимент в средней школе: колебания и волны.
Квантовая физика / Н. М. Шахмаев, Н. И. Павлов, В. И. Тыщук. – М.: Просвещение, 1991.
– 223 с.
6. Шахмаев Н. М. Физический эксперимент в средней школе: механика. Молекулярная
физика.