Методы изучения физических явлений кратко
Обновлено: 05.07.2024
Феноменологический метод позволяет сразу установить общие связи между параметрами, характеризующими процесс, и использовать экспериментальные данные, точность которых предопределяет точность самого метода. В этом заключается достоинство использования феноменологического метода. Однако сам факт проведения опытов для выявления характеристики физической среды является одноверемнно и недостатком метода, так ка этим ограничиваются пределы применения феноменологических законов. Кроме того, современный эксперимент очень сложен и зачастую является дорогостоящим.
Статистический метод позволяет получить феноменлогические соотношения на основании заданных свойств микроскопической структуры среды без дополнительного проведения эксперимента - в этом его достоинство. Недостаток статистического метода - его сложность, в силу чего получить конечные расчётные соотношения возможно лишь для простейших физических моделей вещества. Кроме того, для реализации метода требуется знание ряда параметров, определение которых является предмтом исследования специальных разделов физики. В основу исследования процессов теплопроводности положен феноменологический метод. Аналитическая теория теплопроводности игнорирует молекулярное строение вещества и рассматривает вещество как сплошную среду. Такой подход правомерен, если размеры объектов исследования достаточно велики по сравнению с расстоянием эффективного межмолекулярного взаимодействия.
Измерения и измерительные приборы
Человек всегда был любознательным. Засмотревшись на птицу, она вскоре соорудил себе крылья и, спрыгнув с колокольни, попыталась улететь. Даже после падения она не потеряла любознательности. Кончилось все это тем, что она долетела на Луну, главное было только начать.
Основным источником физических знаний является наблюдение и опыты. Наблюдение является методом научного познания мира. Издавна люди наблюдали за окружающим миром, пытаясь понять явления природы. Эти познания человеком осуществляются посредством органов чувств. Можно наблюдать за движением различных тел, смотреть, как падают капли дождя, перемещаются облака, чувствовать тепло от Солнца или от костра. Но для глубокого изучения явлений природы одних наблюдений не хватает, потому что они не позволяют объективно оценить результаты увиденного. Правильным является то знание, которое подтверждено на опыте. Опыт отличается от наблюдения тем, что он проводится с определенной целью, во время опыта проводятся специальные расчеты, можно искусственно создавать условия протекания процесса.
Примеры наблюдений и объяснений:
Корабли скрываются за линией горизонта
День сменяет ночь
Земля вращается вокруг своей оси, подставляя одну сторону под солнечные лучи
Многократное эхо слышно в просторном помещении или в горах
Звуковые волны отражаются от препятствия (стены или скалы)
Физика – это наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи (в виде вещества и полей), и законы её движения.
Предмет изучения физики – наиболее общие закономерности явлений природы, свойства, строение и законы движения материи.
Механические, молекулярные, тепловые, электромагнитные, внутриатомные и внутриядерные явления, которые изучает физика, - это наиболее простые и наиболее общие формы движения материи. Они присутствуют в более сложных формах, изучением которых занимаются химия, биология, астрономия, география и другие науки.
Мы воспринимаем окружающий мир с помощью ощущений (зрение, обоняние, осязание, вкус). Построенные нами приборы дополняют наши органы чувств, но и от них мы воспринимаем информацию в основном через зрение.
п.2. Место физики среди других наук
Физика является естественной наукой, поскольку изучает природу. Наряду с физикой к естественным наукам относятся химия, биология, астрономия, география.
Физика является точной наукой, поскольку исследует количественно точные закономерности и использует строгие методы проверки гипотез, основанные на воспроизводимых экспериментах и строгих логических рассуждениях. К точным наукам также относят математику, химию, информатику и некоторые разделы биологии.
Физика является фундаментальной наукой, поскольку включает в себя как теоретические, так и экспериментальные исследования материальных систем, и является основой для остальных естественных наук. Её понятия, законы, теории, методы и средства используются во всех областях науки и техники.
Физика является прикладной наукой в значительной части своих разделов и направлений (акустика, баллистика, гидродинамика, оптика, материаловедение и т.п.), где изучаются конкретные технологические и технические применения полученных знаний в приборах, установках, машинах и механизмах.
п.3. Физические явления
Окружающий нас мир заполнен твёрдыми, жидкими и газообразными физическими телами.
Примеры физических тел:
 Песчинка |  Пружина |  Воздушный шар |  Ракета |  Планета |
Любое физическое тело из чего-то состоит или из чего-то изготовлено.
Сегодня нам известны десятки миллионов веществ. Многие из них можно найти в природе, но гораздо больше создается и применяется человеком.
Примеры веществ:
 Вода |  Дерево |  Металл |  Пластмасса |  Бетон |
Явления – это изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире.
Физические явления – это изменения, происходящие с физическими телами и веществами, из которых они состоят, без превращений этих веществ в другие.
К физическим явлениям относятся механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые, световые, атомные явления.
Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!
Представления о природе каждый человек (и первоначальная, и современная) получала и получает с помощью органов чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса.
Но для того, чтобы как следует разобраться в окружающем мире, нужно как-то систематизировать эти представления, найти связи между явлениями - только тогда появляются научные знания.
Физика - наука в первую очередь экспериментальная, она опирается на наблюдения и опыты.
Физика - наука экспериментальная. Опирается на наблюдения и опыты.
Ограничиться при изучении физических явлений только наблюдениями нельзя, даже если эти наблюдения проводятся систематически и целенаправленно.
Многие из вас не раз наблюдал молнию, но вряд ли кто-нибудь на основании одних наблюдений смог бы доказать, что молния - это гигантский электрический разряд. А при физических экспериментах (опытах) ученые сами воспроизводят явление при разных условиях, не дожидаясь, пока оно пройдет в природе. На основе полученных данных можно уже делать выводы о природе явления.
Демонстрируется электрический разряд с помощью электрофорной машины или высоковольтного преобразователя. Посмотрите: мы воспроизводим на учительском столе то же явление, что происходит в момент грозового разряда (в старших классах вы узнаете, что это явление называют искровым разрядом). Разумеется, масштабы другие: вместо ослепительной вспышки - искорки, а вместо оглушительных раскатов грома - потрескивание. Но при необходимости (а она иногда возникает) ученые могут воспроизвести это явление и в гораздо более впечатляющем виде. А если мы способны воспроизвести явление, значит, мы правильно разобрались в его причинах.
Итак, чем наблюдения отличаются от опытов?
Ответы учащихся обсуждаются и при необходимости дополняются.
Опыты проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану; во время опыта, как правило, осуществляют измерения.
Демонстрируется опыт с падением книжки и бумаги.
Если их отпустить одновременно с одинаковой высоты, то книжка упадет быстрее. Если лист бумаги положить под книгу, то они упадут одновременно (желательно, чтобы размеры книги и листа были примерно одинаковыми).
Как вы думаете, что упадет быстрее, если лист бумаги положить на книжку?
Вероятнее всего, дети выразят две гипотезы:
1) книга упадет быстрее,
2) оба тела упадут одновременно.
На этом примере можно показать, как формируются знания о природе в науке. Результат эксперимента вызывает оживление в классе, потому что для большинства детей он вовсе не является очевидным. Объяснение будет дано позже.
Итак, всякая физическая теория строится на основе наблюдений и опытов, когда же теория построена, опыты и наблюдения позволяют проверить, насколько она верна.
Наблюдение - формулирование проблемы - выдвижение рабочей гипотезы - проведение научного эксперимента - создание теории - предсказание новых эффектов.
2. Сравнивая различные физические тела или явления, мы можем заметить, что они всегда имеют некоторые отличия: тела могут быть выше или ниже, легкими или тяжелыми, вытеснять при погружении более или менее воды из сосуда. Явления могут протекать быстрее или медленнее.
Физическая величина - количественная характеристика физического свойства объекта или явления. Указанные различия тел и явлений описывающие такие физические величины, как высота, вес, объем, время. Возможно, учащиеся вспомнят, что разные тела могут быть по-разному нагретые, иметь разный цвет и т.д..
Какие еще примеры физических величин вы можете привести?
Скорее всего, дети назовут площадь, массу, температуру и т.д..
На уроках в младших классах вы знакомились с некоторыми физическими величинами. Попробуем систематизировать свои знания, заполняя таблицу. Очень полезно эту таблицу начертить не в текущем конспекте, а в конце тетради. Это позволит по мере изучения новых физических величин продолжать заполнение таблицы (на следующих уроках мы планируем делать ссылки на таблицу при изучении новых величин).
Итак, мы записали с вами несколько физических величин. По мере изучения нового материала в курсе физики вы будете продолжать заполнения таблицы.
Особенностью физических величин является то, что их можно измерить.
Измерить какую-либо величину - значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.
Для каждой физической величины есть соответствующие единицы. Различных единиц достаточно много: например, длину можно измерить в мм, см, дм, м, км и так далее.
Основная единица длины - 1 м.
По международному соглашению используется Международная система единиц - СИ. В ней принято всего 7 основных единиц (среди них - метр, секунда, килограмм). Со всеми единицами СИ мы познакомимся на следующих уроках физики.
В процессе измерения физических величин с помощью приборов получают значения физических величин. Когда говорят о значении физической величины, то имеют в виду некоторое число (числовое значение величины) и единицу физической величины. Например, известно, что высота комнаты 2 м. В этом выражении число 2 - числовое значение, м - обозначение единицы длины, а сочетание 2 м - значение высоты. Записывается это так: h = 2 м.
Тема. Методы изучения физических явлений. Наблюдение и эксперимент. Физические величины и их единицы измерения.
Физика - наука экспериментальная. Опирается на наблюдения и опыты.
Опыты проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану; под
время опыта, как правило, осуществляют измерения.
выдвижение рабочей гипотезы
проведения научного эксперимента
предсказания новых эффектов
Физическая величина - количественная характеристика физического свойства объекта или явления.
Измерить какую-либо величину - значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.
распознавание и распределение конкретных физических понятий по структурным элементам логической цепочки: наблюдение – гипотеза – эксперимент - вывод.
Глоссарий по теме
Моделирование – это процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
Модель – упрощенная версия реального объекта, процесса или явления, сохраняющая их основные свойства.
Научный факт – утверждение, которое можно всегда проверить и подтвердить при выполнении заданных условий.
Научная гипотеза – предположение, недоказанное утверждение, выдвигаемое для объяснения каких-нибудь явлений.
Постулат – исходное положение, допущение, принимаемое без доказательств.
Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Физическая величина – свойство материального объекта или явления, общее в качественном отношении для класса объектов или явлений, но в количественном отношении индивидуальное для каждого из них.
Физический закон – основанная на научных фактах устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состоянием тел и других материальных объектов в окружающем мире.
Физический эксперимент – способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях.
Измерение - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения. Способы измерения: прямой и косвенный
Список обязательной литературы:
Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 5 – 9.
1. В.А.Касьянов. Физика.10. Учебник для общеобразовательных учреждений: профильный уровень.
М.: Дрофа, 2005. С. 3-16.
2. Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом "ЛИБРОКОМ", 2012.
Основное содержание урока
Физика тесно связна с астрономией, химией, биологией, геологией и другими естественными науками. Физическими методами исследования пользуются ученые всех областей науки. За последние четыре столетия люди освоили географию, проникли в недра Земли, покорили океан. Человек создал устройства, благодаря которым он может передвигаться по земле и летать, общаться с жителями других континентов, не покидая собственного жилища. Люди научились использовать источники энергии, предотвращать эпидемии смертоносных болезней. Эти и другие достижения – результат научного подхода к познанию природы
Физика – фундаментальная наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.
Физика основывается на количественных наблюдениях. Основателем количественного подхода является Галилео Галилей.
Материя – объективная реальность, существующая независимо от нас и нашего знания о нем. Материя существует в виде вещества и поля.
Формы материи: пространство, время. Движение – способ существования материи.
Все физические процессы и явления, происходящие в природе можно объяснить типами фундаментальных взаимодействий:
Естественнонаучное познание происходит по этапам: Наблюдение – Гипотеза – Теория – Эксперимент. Именно эксперимент является критерием правильности теории.
Особенности научного наблюдения: целенаправлено; сознательно организовано; методически обдумано; результаты можно записать, измерить, оценить; наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.
Эксперимент, как исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования, следует различать на мысленный и реальный.
Примерный план проведения эксперимента
1.Формулировка цели опыта
2.Формулировка гипотезы, которую можно было положить в основу опыта.
3.Определение условий, необходимых для проверки гипотезы, установления причинно-следственной связи.
4. Подбор оборудования и материалов, необходимых для опытов.
5. Практическая реализация опыта, сопровождаемая фиксированием результатов измерений и наблюдений выбранными способами.
6. Математическая обработка полученных данных.
Структура физической теории: основание (фундамент) – ядро – выводы (следствие) – применение. Особенностью фундаментальных физических теории является их преемственность.
Принцип соответствия - утверждение, что любая новая научная теория должна включать старую теорию и её результаты как частный случай.
Гипотеза (от греч. hypóthesis - основание, предположение) - предположение, выдвигаемое перед началом наблюдения или эксперимента, которое должно быть проверено в результате их проведения.
Стандартная формулировка гипотез: «Если …. (факт, следствие), то (значит, при условии) . (причина).
Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. В ходе эксперимента гипотезу доказывают, превращая её в установленный факт (теорию, теорему, закон), ИЛИ же опровергают.
Примерный план изучения физических законов:
1. Связь между какими явлениями (или величинами) выражает закон
2. Формулировка и формула закона.
3. Каким образом был открыт закон: на основе анализа опытных данных или теоретически (как следствие из теории)
4. Опыты, подтверждающие справедливость закона.
5. Примеры использования и учета действия закона на практике.
6. Границы применимости закона.
Одним из важнейших методов исследования является моделирование. Модель – это идеализация реального объекта или явления при сохранении основных свойств, определяющих данный объект или явление. Примеры физических моделей: материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальный газ, др.
Для того, чтобы понять и описать эксперимент вводятся физические величины.
С развитием научных знаний появилась необходимость в развитии единой системы единиц измерений.
Измерить величину - это значит сравнить ее с эталоном, с единицей измерения. Прямое измерение - определение значения физической величины непосредственно средствами измерения. Косвенное измерение – определение значения физической величины по формуле, связывающей её с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.
При обработке результатов измерений нужно оценивать, с какой точностью проводится измерение, какую ошибку допускает ваш прибор, то есть определить погрешность измерений и как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.
Объективность получаемых данных обеспечивают различные физические приборы. Следует различать: приборы наблюдения (микроскоп, телескоп, бинокль и др.) и приборы измерения (термометр, барометр, линейка, весы и др.).
Примеры и разбор тренировочных заданий
Вопросы к кроссворду:
- Эксперимент, возможность проведения которого зависит от наличия соответствующей материально-технической и финансовой обеспеченности.
- Процесс замены реального объекта, процесса или явления другим, называемым моделью.
- Вид наблюдения, в котором информация получается при помощи приборов.
- Наблюдение за тем, что происходит вокруг, без определенной цели.
- Единица измерения, с которой сравнивают измеряемую величину.
2. Подчеркните слова, обозначающие приборы для измерения, одной чертой; приборы для наблюдения – двумя: термометр, бинокль, секундомер, микроскоп, транспортир.
Правильный вариант: Одной чертой: термометр, секундомер, транспортир. Двумя чертами: бинокль, микроскоп.
На этом уроке мы вспомним, что такое физика, а также три способа изучения физических явлений: наблюдение, эксперимент и моделирование. Также мы познакомимся с первым разделом физики, в котором изучается движение тел (механикой), и узнаем, из каких основных частей состоит этот раздел.
Читайте также: