2). Как следует подходить к изучению физики на уроках?
А.Н. Теренин: «Цель знания - не запоминание огромного фактического материала в мельчайших подробностях, а способность легко и быстро ориентироваться в этой области, которую когда-то изучал».
М. Планк: «Не так важно, чему учат в школе, а важно как учат... Функции школы не в том, чтобы дать специальный опыт, а в том, чтобы выработать последовательное методическое мышление ».
А. Раби: «Если бы преподавание наук в школе носило более гуманитарный характер, школьное образование могло бы стать основой любой деятельности... Воспитание новых людей, у которых современная научная культура сочеталась бы с культурой классической, привело бы к новому скачку в развитии современной цивилизации».
Н.А. Умов: «Всякое знание остается мертвым, если в учащихся не развивается инициатива и самодеятельность: учащегося нужно приучать не только к мышлению, но и к хотению».
3). В чем заключается ценность рассмотрения физики в развитии?
А. Эйнштейн: «... (если этого нет, то учащийся) не переживает радости поиска и находок, не ощущает живого процесса становления идей и ему редко удается достичь ясного понимания всех обстоятельств, которые позволили избрать именно этот, а не какой-нибудь другой путь».
Дж.К. Максвелл: «Наука захватывает нас только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей развития их открытий».
4). Формирование мировоззрения и творческого мышления.
М. Ворн: «Истинная наука философична; физика, в частности, не только первый шаг к технике, но и путь к глубочайшим пластам человеческой мысли».
П.Л. Капица: «Физика является весьма подходящим предметом для начального воспитания в юношестве творческого мышления в области естествознания. Это делает организацию преподавания физики в школе ответственной задачей».
5). От учителя зависит многое.
Н.А. Умов: «Знания учителей должны представлять собой не что-либо готовое и раз навсегда усвоенное, а постоянно развивающийся процесс, в котором педагогическая работа должна сочетаться с научной ».
Ф. Нейман: «Очень хорошо помогать своим ученикам и направлять их на верный путь. Но все это нужно делать очень осторожно, нужно делать это так, чтобы ученик не заметил помощи и подсказки и верил, что все это он делает сам».
А. Эйнштейн: «Где ученье не клеится - а это бывает со всеми предметами - там главная вина падает на учителя. Успехи учащихся - лучшее мерило для достоинств учителя».
Собрав воедино основные положения, отмеченные в этих удивительно глубоких и современных по смыслу высказываниях, кратко выделим самое главное:
• роль физики как учебного предмета чрезвычайно велика в плане формирования мировоззрения и творческого мышления учащихся не только в области естествознания, но и в самом общем смысле;
• знания, твердые основы которых формируются при изучении физики в школе, должны быть максимально приближены к реальной жизни и повседневной практике;
• изучение физики должно осуществляться так, чтобы учащиеся видели науку в постоянном историческом развитии и, желая изучать ее, испытывали удовлетворение и радость от процесса познания;
• преподавание наук в школе, в том числе и физики, должно носить более гуманитарный характер;
• обучение физике в школе должны осуществлять учителя, желающие и умеющие проводить педагогические исследования, тактично и незаметно для учащихся организующие и реализующие процесс познания и воспитания.
Сформулируем основные дидактические принципы, на которых должен строиться базовый курс физики с учётом всего вышесказанного:
- Малый объем часов (от 36 до 72 в год — больше не уместится!).
- Современность научного содержания («Современная физика в современном мире», что возможно только при пренебрежении систематичностью, как это сделал Вайнберг).
- Научно-популярный характер изложения вместо строго научного, что дает возможность доступности содержания и одновременно способно подпитывать интерес. Сюда же относятся и биографический раздел, и занимательные элементы изложения (имеется в виду вкрапление в содержание интересных моментов из биографий ученых-физиков; интересных фактов), столь привлекательные для любого ученика.
- Исторический подход как основа для рассмотрения физических понятий. При этом не подразумевается, что курс должен быть выстроен в линию в соответствии с последовательностью дат и событий. Скорее каждая рассматриваемая тема может основываться на анализе исторических экспериментов и развития физических понятий и идей, к ней относящихся.
- Экземплярность отбора содержания, то есть выбор отдельных наиболее значимых физических открытий и идей и их подробное рассмотрение.
- Качественный характер изучения физических закономерностей. Поменьше математики, формул и расчетов. Вместо этого можно активно использовать графики, таблицы, диаграммы, схемы.
- Модульность курса (компактность, завершенность и самодостаточность).
- Связь с жизнью (политехническая составляющая курса): везде, где это возможно, показывать, как работает в современном мире то или иное открытие; каковы его современные технические приложения, и т.д.
- Методологические знания должны входить в содержание курса не дополнительным блоком информации, а органически вплетаться в содержание курса и изучение каждой темы; весь курс должен выстраиваться проблемно. При достаточно проработанном историческом подходе возможен анализ методологии научного познания на конкретных примерах.
- В методике преподавания основную роль должен играть реальный физический эксперимент. Причем с методологической точки зрения желательно, чтобы эксперименты не только иллюстрировали определенные понятия, но и предшествовали введению новых понятий.
- Итоговый контроль должен выявлять не уровень запоминания, а понимание сути изученных физических законов, понятий и теорий. В этой связи осмысленно предъявление заданий в форме качественных задач и вопросов, требующих не воспроизведения, а применения изученного содержания.
2.2 Роль физических моделей в формировании физической картины мира и целостного миропонимания
Как уже отмечалось выше, перед современной школой стоит задача формирования у детей современного мировоззрения, но рост информации не позволяет завершить этот процесс даже в старших классах, поэтому важно сформировать у них целостное миропонимание, заложить фундаментальные знания и умения, которые позволили бы им в дальнейшем продолжить самообразование, саморазвитие и самостоятельное формирование современного миропонимания. В роли гаранта таких знаний и умений как раз и может выступить ФКМ.
Напомним, что совокупность знаний и представлений о физических процессах, закономерностях, действующих в физическом мире, о строении микро-, макро- и мега-мира, о взаимодействиях их объектов и т.п. называется физической картиной мира. А целостное современное миропонимание — это система знаний и представлений о мире, основанные на множестве современных наук и теорий, понимание законов и закономерностей, описывающих процессы и явления, происходящие в микро-, макро- и мега-мире, в социальной сфере, осознание места человека в мире и т.п.
Известно, что математика, астрономия и физика - науки, появившиеся гораздо раньше остальных, именно их развитие привело к возникновению и развитию всех других наук. ФКМ изначально является неотъемлемой частью, основой естественнонаучной картины мира (ЕКМ), объединяющей знания всех естественных наук (биологии, химии, астрономии, географии, психологии, социологии и многих других наук) и представления о мире и месте человека в нём, сформированные на основе этих знаний. ЕКМ позволяет каждому осознать многообразие природы, понять законы природы и мира людей, определить своё место в нём.
Таким образом, формирование целостного миропонимания, которым должен владеть каждый образованный, культурный человек, невозможно без формирования ЕКМ, формирование которой целесообразно начинать с построения ФКМ и продолжать на её основе при помощи меж предметных связей физики с другими дисциплинами. Это сделает процесс формирования целостного миропонимания гармоничным и безболезненным, а само понимание мира глубоким и максимально осознанным.
ФКМ базируется на основных физических понятиях, не последнее место среди которых занимают физические модели. Педагогический словарь определяет моделирование как метод исследования объектов на их моделях – аналогах определённого фрагмента природной или социальной реальности; процесс построения и изучения моделей реально существующих предметов и явлений (органических и неорганических систем, инженерных устройств, разнообразных физических, химических, биологических и других процессов). Форма моделирования зависит от используемых моделей и сферы их применения. По характеру моделей выделяют предметное и знаковое (информационное) моделирование. Предметным называют моделирование, в ходе которого исследование ведётся на модели, воспроизводящей геометрические, физические либо функциональные характеристики объекта-оригинала. При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы, предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка) и т.п. Важнейшим видом такого моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование. Возможность моделирования, то есть переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования моделей, на оригинал, основана на том, что модель в определённом смысле отображает (воспроизводит) какие-либо его стороны и предполагает наличие соответствующих теорий и гипотез, указывающих на рамки допустимых при моделировании упрощений. Моделирование в обучении имеет два аспекта: моделирование как содержание, которое учащиеся должны усвоить (о нём и пойдёт речь далее в данном пункте), и моделирование как учебное действие, средство, без которого невозможно полноценное обучение, особенно обучение физике. С помощью моделирования – введения различных моделей – удаётся свести изучение сложного к простому, невидимого и неощутимого к видимому и ощутимому, незнакомого к знакомому, то есть сделать любой сложный объект доступным для тщательного и всестороннего изучения. Моделирование учебного материала, логическое его упорядочение, представление в наглядной форме, а также с помощью мнемических средств в расчёте на образные ассоциации – эффективное лучшего понимания и запоминания учащимися нового учебного материала.
Возможности для моделирования существуют в школьных курсах математики, химии и т.д., но особенно их много в школьном курсе физики. Необходимость овладения методом моделирования при обучении физике диктуется не только его значением как метода научного познания, но и психолого-педагогическими соображениями. Согласно теории поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперина) знакомство учащихся с каким-либо действием, которым они должны овладеть, начинается с выполнения этого действия с помощью соответствующих материальных предметов. Однако предметы обладают различными свойствами, многие из которых не относятся к выполняемому действию. Чтобы от них отвлечься переходят к действиям с моделями этих предметов, обладающими только необходимыми в данном случае свойствами. Это может быть графическая схема, формула и т.п.
Таким образом, и изучение различных физических процессов, явлений и закономерностей целесообразно проводить на их моделях, обладающих всеми необходимыми для этого свойствами и параметрами и лишённых тех свойств, которые при этом не важны. При изучении физических процессов стремятся к тому, чтобы по результатам опытов на модели можно было судить о явлениях, происходящих в реальных условиях, которые ученики могут наблюдать в повседневной жизни. Изучение физических теорий невозможно без введения моделей уже на начальных этапах обучения. Так, например, изучение первого раздела механики – кинематики начинается с введения понятия равномерного движения, которое само является моделью, так как практически не встречается в реальности, но позволяет достаточно точно описать закономерности, по которым происходит движение тел в окружающем нас мире. Понятие материальной точки – тела, размерами, которого можно пренебречь по сравнению с фигурирующим в конкретной задаче расстоянием, а по сути геометрической точки, обладающей массой, позволяет в дальнейшем достаточно просто описывать различные виды движения. Модели идеального газа и идеальной несжимаемой жидкости позволяют сформировать у учащихся представление о процессах, происходящих в реальных веществах, с которыми они имеют дело повседневно, и упрощают задачу формулировки соответствующих законов. Стоит также отметить, что даже при решении физических задач учащиеся постоянно сталкиваются с моделями процессов и явлений; даже измерительные приборы, с помощью которых могло быть получено большинство данных, приводящихся в задачах являются идеальными (не дающими погрешностей измерения), то есть моделями.

3. Методические особенности уроков обобщения и систематизации знаний в контексте задач формирования целостного миропонимания
3.1 Урок-зачёт и его возможности в формировании целостного миропонимания
Зачёт в Российской Федерации – это форма контроля и оценки уровня знаний, умений и навыков учащихся. Обычно он проводится педагогом как индивидуальное или групповое собеседование, опрос, практическая работа и т.п. В соответствие со спецификой предмета могут применяться письменные зачёты, с использованием карточек-заданий, таблиц на печатной основе и других дидактических средств.
В общеобразовательных учреждениях урок-зачёт проводится главным образом в старших классах. Как правило, на зачёт выносятся крупные темы учебной программы, часто уроки-зачёты проводятся после изучения какого-либо раздела. Перечень основных вопросов к уроку-зачёту, требования и рекомендации по подготовке к нему объявляется учащимся заранее. Педагог может организовать такую подготовку на уроках и специальных консультациях. Эффективность урока-зачёта во многом зависит от содержания и характера проверочных вопросов, которые целесообразно сформулировать таким образом, чтобы ученик мог в устном ответе продемонстрировать знание основных законов науки, причинно-следственных связей явлений, умение дать верное изложение конкретной темы. В ходе урока-зачёта можно достаточно эффективно реализовать закрепление, обобщение и систематизацию знаний учащихся. А если использовать нестандартные формы проведения урока-зачёта, то можно повысить интерес и мотивацию учащихся к изучению предмета, а следовательно и их уровень усвоения учебного материала, обеспечить прочность их знаний. Урок-зачёт может проводиться в форме олимпиады, семинара, конференции, диспута, интеллектуальной игры и т.д. В ходе подготовки и проведения урока-зачёта по физике происходит повторение, обобщение и систематизация основных положений теории, законов и закономерностей, объясняющих разнообразные физические процессы и явления, вычленяются факты, необходимые для дальнейшего, в том числе и самостоятельного изучения физики; у учащихся формируется целостная система знаний, умений и навыков, в которую гармонично входят и обще учебные умения и навыки.. Урок-зачёт способствует развитию познавательных способностей учащихся при выполнении таких мыслительных операций, как анализ, синтез, конкретизация и др., повышению качества знаний и развитию мышления школьников. Это открывает большие возможности для формирования у них завершённых представлений о современной ФКМ (на уровне содержания школьного курса физики), позволяет показать в ней место каждой изученной теории, систематизировать знания о теории познания и о роли практики в познании.
Таким образом, урок-зачёт позволяет в полной мере решить задачу формирования у школьников целостного миропонимания.
3.2 Методические особенности формирования механической картины мира
Становление механической картины мира связывают с именами Г. Галилея, И. Кеплера и особенно И. Ньютона. Формирование механической картины мира потребовало несколько столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механическая картина мира возникла на основе классической механики, обобщения законов движения свободно падающих тел и движения планет, а также создания методов количественного анализа механического движения в целом. Эту картину следует рассматривать как важную ступень в познании человеком окружающего мира. Рассмотрим основные черты механической картины мира. Её основу составляет идея атомизма, состоящая в том, что все тела (твёрдые, жидкие, газообразные) состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном тепловом движении. Взаимодействие тел как при их непосредственном контакте (трение, силы упругости), так и на расстоянии (гравитационные силы). Всё пространство заполняет «всепроникающий эфир» - среда, в которой распространяется свет. Атомы рассматриваются как некие цельные, неделимые «кирпичики»; соединяясь друг с другом, они образуют молекулы, а те в свою очередь – тела. Природа этого соединения не рассматривается.
Выделяют четыре принципиальных момента механической картины мира:
1. мир в механической картине построен на едином фундаменте – на законах механики Ньютона. Все наблюдаемые в природе превращения, тепловые явления сводятся на уровне микроявлений к механическому движению атомов и молекул (их перемещениям, столкновениям, соединениям и разъединениям). Открытие закона сохранения и превращения энергии, казалось бы, окончательно доказывает механическое единство мира – все виды энергии можно свести к энергии механического движения.
С такой точки зрения мир выглядит стройной гигантской машиной, построенной и функционирующей по законам механики. Даже исследования электрических и магнитных явлений сначала не подрывали, а лишь усложняли и дополняли механическую картину мира. Например, под этим углом зрения может рассматриваться, и в прошлом рассматривалось, внешнее сходство закона Кулона с законом всемирного тяготения.
2. механическая картина мира исходит из представлений, что микромир аналогичен макромиру.
Механика макромира хорошо изучена; раньше считалось, что точно такая же механика описывает движение атомов и молекул. Частицы, из которых состоят тела, движутся и сталкиваются так же, как сами тела. Таким образом, механическое мировоззрение видит в малом то же, что и в большом, только в меньших размерах.
3. в механической картине мира отсутствует развитие, то есть мир считается в целом таким, каким он был всегда. То есть центром механического мировоззрения является представление об абсолютной неизменности природы, ведь все процессы и превращения сводятся только к механическим перемещениям и столкновениям атомов.
4. в механической картине мира все причинно-следственные связи – однозначные, здесь господствует лапласовский детерминизм, согласно которому, если известны начальные данные системы, то можно точно предсказать её будущее.
Несмотря на то, что в середине XIX в. Д. Максвелл, а затем и Л. Больцман ввели в физику принципы вероятности, механическая картина мира господствовала в естествознании до середины второй половины XIX в. При формировании у учащихся механической картины мира необходимо обязательно указать на то, все законы классической механики имеют границы применимости, справедливы только для инерциальных систем отсчёта, то есть только равномерное прямолинейное движение системы отсчёта не влияет на механические процессы, а в классах с углубленным изучением физики или на кружке по физике стоит раскрыть принцип относительности Галилея.
3.3 Методические особенности формирования электромагнитной картины мира
Электромагнитная картина мира начала формироваться во второй половине XIX в. на основе исследований в области электромагнетизма. Основную роль здесь сыграли исследования М. Фарадея и Д. Максвелла, которые ввели понятие физического поля. В процессе формирования этого понятия на смену механической модели эфира пришла электромагнитная модель: электрическое, магнитное и электромагнитные поля трактовались первоначально как разные "состояния" эфира. Впоследствии необходимость в эфире отпала. Пришло понимание того, что электромагнитное поле само есть определенный вид материи и для его распространения не требуется какая-то особая среда.
Электромагнитная картина мира продолжала формироваться в течение трех десятилетий XX в. Она использовала не только учение о магнетизме и достижения атомистики, но также и некоторые идеи современной физики (теории относительности и квантовой механики). После того как объектом изучения физики наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер, но все равно это была картина классической физики. Основные ее черты, следующие. Согласно этой картине мира материя существует в двух видах - веществе и поле, между которыми имеется непроходимая грань: вещество не превращается в поле и наоборот. Известны два вида поля - электромагнитное и гравитационное, соответственно - два вида фундаментальных взаимодействий. Поля, в отличие от вещества, непрерывно распределяются в пространстве. Электромагнитное взаимодействие объясняет не только электрические и магнитные явления, но и другие оптические, химические, тепловые. Теперь все стремятся свести к электромагнетизму. Вне сферы господства электромагнетизма остается лишь тяготение. В качестве элементарных "кирпичиков", из которых состоит вся материя, рассматриваются три частицы - электрон, протон и фотон. Фотоны - кванты электромагнитного поля. Корпускулярно-волновой дуализм "примиряет" волновую природу поля с корпускулярной, т.е. при рассмотрении электромагнитного поля используются, наряду с волновыми, и корпускулярные (фотонные) представления. Элементарные "кирпичики" вещества - электроны и протоны. Вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атом имеет массивное ядро и электронную оболочку. Ядро состоит из протонов. Силы, действующие в веществе, сводились к электромагнитным. Эти силы отвечают за межмолекулярные связи и связи между атомами в молекуле; они удерживают электроны атомной оболочки вблизи ядра; они же обеспечивают прочность атомного ядра (что оказалось неверным). Электрон и протон - стабильные частицы, поэтому атомы и их ядра тоже стабильны. Картина, на первый взгляд, выглядела безупречно. Но в эти рамки не вписывались такие, как считалось тогда, "мелочи", как, например, радиоактивность и др. Скоро выяснилось, что эти "мелочи" являются принципиальными. Именно они и привели к "краху" электромагнитной картины мира. Электромагнитная картина мира представляла огромный шаг вперед в познании мира. Многие ее детали сохранились и в современной естественнонаучной картине мира: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явления в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, дуализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств материи и др. Но и в этой картине мира также господствуют однозначные причинно-следственные связи, все таким же образом жестко предопределено.
3.4 Методические особенности формирования квантово-полевой картины мира
В механике и электродинамике рассматриваются макроскопические тела на макроскопических расстояниях друг от друга. Перейдем теперь к рассмотрению строения тел из микроскопических частиц (т е. «заглянем внутрь» тела). Твердые, жидкие, газообразные тела состоят из огромного количества атомов и молекул. Расположение и движение микрочастиц обусловлено здесь электромагнитным взаимодействием, так как на этих расстояниях при малых массах и больших зарядах гравитационное взаимодействие мало по сравнению с электромагнитным, а сильное еще не проявляется (для него расстояния велики). В свое время огромным достижением физической науки было объяснение тепловых явлений и теплоты механическим движением микрочастиц в теле. Однако очень важно учитывать, что к одной механике теплота не сводится. Механическую картину оказались необходимым также дополнить, теперь представлениями о хаотичности теплового движения микром частиц. Координаты и скорости отдельных частиц оказываются случайными величинами, они изменяются случайным образом по вероятностным законам. Для макроскопического тела в целом законы термодинамики имеют статистический смысл, они связывают средние значения физических величин для огромного множества микрочастиц. Так, в молекулярно кинетической теории давление определяется суммой средних импульсов, передаваемых молекулами газа стенке при соударении, внутренняя энергия — суммой средних энергий микрочастиц, температура — средней кинетической энергией движения микрочастиц и т. д. Далее, при уменьшении размеров пространственной области, следуют внутренние области молекул и атомов. В микромире, в диапазоне расстояний от 10^-10 до 10^{-16 м, основную роль играет электромагнитное взаимодействие, объединяющее ядро и электроны в устойчивые системы — атомы и молекулы. Типичные физические явления состоят в переходе атома из одного стационарного состояния в другое с излучением или поглощением кванта энергии. Переход в эту область микромира заставляет существенно пересмотреть механическую картину движения. Микрочастицы не движутся здесь по определенным траекториям, а проявляют двойственные корпускулярно-волновые свойства. По-новому решается вопрос и об изменении состояния систем: появляются квантовые скачки, сразу переводящие систему из одного дискретного состояния в другое, минуя все промежуточные. Эту область микромира изучает квантовая механика, элементы которой мы изучили в физике атома, в квантовой природе света. Перешагнем последний достаточно изученный в физике рубеж — 10-15 м — и обратимся к системе, состоящей из протонов и нейтронов, то есть к ядру. Нуклоны связаны самым интенсивным взаимодействием — сильным, которое осуществляется путем обмена π-мезонами между парой нуклонов на расстояниях, не превышающих 10-15 м и обеспечивающих притяжение. Электромагнитное взаимодействие в этой области тоже имеет место и играет важную роль, хотя и уступает сильному. Так, пока ядра состоят из немногих нуклонов, сильное взаимодействие — притяжение — превышает электромагнитное отталкивание положительных протонов и ядро прочно. Но для тяжелых ядер, состоящих из сотен нуклонов, притяжение и отталкивание выравниваются, так как отталкивание осуществляется между каждым и всеми остальными протонами, а притяжение — только между соседними. После известного предела (уран, трансурановые элементы) ядра неустойчивы.}
Далее, вплоть до достигнутого в настоящее время предела на шкале расстояний порядка 10^-17 — 10^{-18 м материя представлена только элементарными частицами, причем, кроме названных выше частиц, имеется много неустойчивых, возникающих и исчезающих в реакциях, взаимных превращениях элементарных частиц. Эти процессы обусловлены как сильными, так и электрослабыми взаимодействиями.}
3.5 Методические особенности формирования целостной физической картины мира
Физическая картина мира, как часть общенаучной его картины, представляет собой очень широкое теоретическое обобщение знаний, полученных школьниками при изучении разных разделов курса физики. Это обобщение имеет большое практическое значение для ориентации человека в материальном физическом мире, осознания своего места в нем, выработки общего отношения к миру, для формирования активной жизненной позиции. Это также необходимо для любой целеполагающей, целенаправленной деятельности. Физическая картина мира входит в диалектико-материалистическое мировоззрение в качестве элемента, обеспечивающего фундамент научного миропонимания.
Примерный конспект урока, позволяющего сформировать у учащихся целостную ФКМ
Класс 10
Тема: «Физическая картина мира»
Тип урока: урок-зачёт в форме конференции
Примерное время 2ч.
Цели и задачи урока, реализуемые учителем:
Раскрыть сложное понятие физической картины мира (ФКМ), вооружить учащихся конкретным знанием, обобщающим весь школьный курс физики, показать материальное единство мира, с одной стороны, и качественное своеобразие форм движения материи и описание их в различных теориях — с другой.
В целях формирования научного мировоззрения познакомить учащихся с условным делением области пространства на мега-, макро-, микромир, со структурными единицами деления материи в каждой из этих областей, с размерами и составом объектов; подвести учащихся к выводу о материальном единстве мира, проявляющемся в единстве природы физических объектов и явлений.
Структура урока:
Ход урока:
Оборудование. Демонстрационные таблицы: шкала размеров физических объектов «Масштабы во Вселенной», «Структура основных материальных объектов», «Фундаментальные взаимодействия».
Учитель. Мы заканчиваем изучение школьного курса физики. Он содержит основные законы и понятия из самых важных областей физики: классической механики, электродинамики, молекулярно кинетической теории, атомной физики, физики ядра и элементарных частиц. Цель физики — отыскание общих законов природы, объяснение с их помощью различных процессов и явлений для овладения и управления ими. По мере развития физической науки перед человечеством все больше раскрывается величественная и сложная картина единства природы.
Сегодня мы обобщим изученный курс, стремясь показать, что мир и отражающие его физические законы представляют собой не просто сумму разрозненных и независимых объектов, явлений и отражающих их научных положений, а части единого целого, разнообразные и многочисленные проявления единых сущностей.
План конференции записан на доске. Он поможет вам выделить основные вопросы.
Вселенная и ее масштабы. (1 ученик)
В физике изучается строение материи на первых структурных уровнях и исходные простейшие формы ее движения во всей Вселенной, начиная от элементарных частиц (размеры порядка 10^-15 — 10^{-18 м) и кончая огромными звездными островами — галактиками (размерами порядка 1022 м).}
Наглядное представление о доступной наблюдению и изучению в настоящее время области Вселенной дает шкала размеров объектов (рис. 1). Смещение по этой шкале на одно деление вправо соответствует увеличению размеров (данных в метрах) в 10 раз.
Структура основных физических объектов показана в таблице 2. Обратите внимание, что таблица 2 и рисунок 1 взаимосвязаны. Область пространства, указанная на рисунке 1 условно разделена в таблице 2 на три области: мега-мир, макромир, микромир. Для каждой области можно указать свои объекты, то есть структурные единицы деления материи. Мега-мир включает галактики и звезды, макромир — планетные системы звезд, планеты, окружающие нас тела, микромир — молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы. Электромагнитное и гравитационное поля входят в состав мега- и макромира. Если сравнить состав объектов всех трех областей (мега-мир, макромир, микромир), то можно сделать важный вывод: все состоит из элементарных частиц, причем в состав вещества в стабильном состоянии входит всего три вида основных частиц. Это протоны, нейтроны и электроны, а электромагнитное поле состоит из фотонов.
Строение и движение всех этих объектов и изучает физика.
Взаимодействия и законы сохранения. (2 ученик)
Любой материальный объект, начиная от элементарной частицы и кончая макроскопическим телом и системой тел, обладает энергией и импульсом — это универсальные физические характеристики физических объектов. Самое общее и основное свойство всех объектов состоит в их способности взаимодействовать между собой. Так, тела притягиваются к Земле, а Земля — к Солнцу, электрон отталкивается от другого электрона и притягивается к ядру, вступают во взаимодействие атомы и молекулы, образуя кристаллы, взаимодействуя, отскакивают при ударе друг от друга стальные шарики и т. д.
Всеобщая причина изменения и движения в материальном мире — взаимодействие. Несмотря на разнообразие взаимодействий, все они приводят к двум основным результатам:
1. В результате взаимодействия меняются энергия, импульс и другие характеристики объекта. Например, шарики при столкновении меняют направление скорости, а значит, изменяется импульс; одни элементарные частицы превращаются в другие и т. д.
2. В результате взаимодействия частицы или тела объединяются в новую устойчивую систему. Так, например, образуется ядро из нуклонов, взаимодействующих между собой, атом — из ядра и электронов, Солнечная система — из Солнца и планет и т. д.