Роль эксперимента и теории в процессе познания физики кратко

Обновлено: 05.07.2024

Физика относится к числу естественных наук, задачей которых является изучение природы в целях её подчинения человеку.

Среди этих наук физика занимает в известной мере особое положение, так как предметом её изучения служат все основные, наиболее общие, простейшие формы движения материи.

Накопление знаний о явлениях природы происходило уже в глубокой древности. Даже первобытные люди, замечая черты сходства и различия в явлениях окружающего мира, приобретали из своей практики некоторые знания о природе. В дальнейшем систематизирование накопленных знаний привело к возникновению науки.

Расширение и уточнение знаний о явлениях природы производилось людьми вследствие практических потребностей посредством наблюдений, а на более высокой стадии развития науки -- посредством экспериментов ( наблюдение -это изучение явления в естественной обстановке, эксперимент - воспроизведение явления в искусственной обстановке в целях обнаружения особенностей данного явления в зависимости от созданных условий).

Для объяснения явлений создавались гипотезы . Выводы из наблюдений, экспериментов и гипотез проверялись при многообразном взаимодействии науки и практики; практика указывала способы уточнения научного опыта (наблюдений и экспериментов), исправляла гипотезы, обогащала науку . Наука в свою очередь обогащала практику .

По мере того как расширялось применение научных знаний к практике, возникала потребность в использовании этих знаний для предсказания явлений, для расчёта следствий того или иного действия. Это привело к необходимости взамен разрозненных гипотез создать обобщающие и обоснованные теории. Из теорий возникли физические законы.

Физика, обогащаясь благодаря экспериментам, опирается в своём развитии на математику.

В процессе развития физики, как известно, неузнаваемо изменились представления о теплоте, о магнетизме, о свете, о природе молекулярных сил и т. д. Каждое новое, изменившееся содержание физических понятий всё глубже, вернее, полнее отражает понимание окружающего нас мира.

Цель физики – содействовать покорению природы человеком и в связи с этим раскрывать истинное строение материи и законы её движения.

Без эксперимента получится аналог математики (теоретическая физика). Такие знания не несут практической пользы, потому что не могут быть использованы по причине возможной несогласованности с реальным миром.

А без теории, строго на экспериментах, наука вовсе невозможна. Это будет обычный набор статистики. получим вместо физики историю :) И при возникновении похожей ситуации также не сможем ничего спрогнозировать, потому что не можем быть уверены что все параметры учтены, и не будем понимать насколько значим каждый из параметров, а значит малейшее отклонение одного из них может в корне изменить ситуацию.

Потому теория в естественной науке требуется для систематизации явлений, а эксперимент для согласования теорий с реальным миром.

ФИЗИКА – наука, занимающаяся изучением простейших и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира.Физика – всеобъемлющая наука. Никакой процесс природы не находится вне физики.

Известно, что нахождение методов, средств, способов познания мира происходило еще в VI веке до н.э. Копился громадный экспериментальный материал. И уже в 16 веке произошло формирование основ методики получения научных знаний, которая впоследствии нашла свое применение в различных отраслях естествознания.

Физика – наука о природе. Процесс познания в физике начинается либо с наблюдения явления в естественных условиях, либо со специально проведенных опытов и экспериментов. Научный метод, опираясь на опыт, отыскивает количественные (математически формулируемые) законы природы, а открытые законы — проверяются практикой.Физический опыт или эксперимент – это такое исследование явления (чаще всего проведенного в лаборатории), в котором все воздействия на исследуемую систему, влияющие на данное явление, поддаются учету. Чаще всего эксперимент сопровождается измерением тех или иных физических величин, установлением связи между этими величинами.

Гипотеза – предварительное научное предположение о механизме и взаимосвязи (законах) явлений. Гипотеза требует экспериментальной проверки и доказательства. При построении гипотезы велика роль мышления и интуиции ученого. Если гипотеза прошла проверку, она становится теорией. Гипотеза — инструмент исследований.

Заметим, что гипотезы играют огромную роль в развитии теоретических знаний и в формировании научных теорий.

Теоретическая и экспериментальная физика тесно связаны между собою. Экспериментальная физика дает информацию об изучаемом явлении, теоретики эту информацию анализируют и создают теорию этого явления. Справедливость теории всегда проверяется экспериментально.

Физический закон есть постоянно действующая при данных условиях связь между явлениями или физическими величинами, которые характеризуют эти явления. Физический закон обычно имеет строгую формулировку, часто выражается аналитически в виде соотношения между физическими величинами. Каждый физический закон имеет определенную область применения. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применения, называются фундаментальными законами (законы Ньютона, законы сохранения импульса и энергии, закон Кулона).

Теория – система научных положений и законов, которая дает качественное и количественное объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. В современной физике такими теориями являются классическая механика, молекулярно-кинетическая теория, общая и специальная теории относительности, квантовая механика, классическая электродинамика, квантовая электродинамика и т. д.


схема метода научного познания

Билет № 2 Механическое движение и его виды. Относительность движения. Система отсчета. Скорость. Ускорение…

Механическим движением тела называют измене­ние его положения в пространстве относительно других тел с течением времени. Например, человек, едущий на эскалато­ре в метро, находится в покое относительно самого эскалатора и перемещается относительно стен тунне­ля

Виды механического движения:

· прямолинейные и криволинейные — по форме траектории;

· равномерные и неравномерные — по закону движения.

Механическое движение относительно. Это проявляется в том, что форма траектории, перемещение, скорость и другие характеристики движения тела зависит от выбора системы отсчета.


Тело, относительно которого рассматривается движение, называется телом отсчета. Система ко­ординат, тело отсчета, с которым она связана, и прибор для отсчета времени образуют си­стему отсчета, относительно которой и рассматривается движение тела.

Иногда размерами тела по сравнению с расстоянием до него можно пренебречь. В этих случаях тело считают материальной точкой.

Определение положения тела в любой момент времени является основной задачей механики.

Важными характеристиками движения являются траектория материальной точки, перемещение, скорость и ускорение.
Линию, вдоль которой движется материальная точка, называют траекторией. Длина траектории называется путем (L). Единица измерения пути — 1м. Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называется перемещением ( ). Единица изме­рения перемещения-1м.

Простейший вид движения равномерное прямолинейное движение. Движение, при котором тело за любые равные промежутки вре­мени совершает одинаковы перемещения, назы­вают прямолинейным равномерным движением. Скорость ( ) — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения тела, чис­ленно равная отношению перемещения за малый промежуток времени к величине этого промежутка. Определяющая формула скорости имеет вид v = s/t. Единица изме­рения скорости — м/с. Измеряют скорость спидометром.

Движение тела, при котором его скорость за любые промежутки времени изменяется одинаково, называют равноуско­ренным или равнопеременным.

Ускорение — физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости и численно равная отношению вектора изменения скорости за единицу времени. Единица ускорения в СИ— м/с 2 .

Равнопеременное движение называется равноускоренным, если модуль скорости возрастает. — условие равноускоренного движения.Например, разгоняющиеся транспортные средства- автомобили, поезда и свободное падение тел вблизи поверхности Земли ( = ).

Равнопеременное движение называется равнозамедленным, если модуль скорости уменьшается. — условие равнозамедленного движения.


График скорости тела при равноускоренном движении

Мгновенная скоростьравноускоренного прямолинейного движения


Одной из наук о природе является физика. Физика – это наука о наиболее простых и вместе с тем наиболее общих законах окружающего мира.

Эксперимент и теория в физическом познании мира

Познание окружающего мира с помощью научного метода заключается в следующем: опираясь на опыт, установить количественные законы природы и проверить их с помощью эксперимента.

Научный метод познания природы состоит из следующих этапов:

  • наблюдение;
  • установление закономерностей явления, определение причин и следствий этого явления;
  • создание модели явления;
  • выдвижение гипотезы для объяснения закономерностей явления;
  • экспериментальная проверка выдвинутой гипотезы;
  • создание теории;
  • объяснение других явлений на основе выдвинутой теории.

В физике используют два метода научного познания: экспериментальный и теоретический.

По мере изучения какого-либо явления перед человеком все больше открываются его свойства и связи с другими явлениями. Такой процесс познания называют постижением истины.

Наблюдения позволяют накопить фактический материал. Для объяснения данных, полученных при наблюдениях, необходимо провести рассуждения, выдвинуть научную гипотезу. Гипотеза – предположение о причинах наблюдаемых явлений.

Научная гипотеза проверяется физическим экспериментом.

Эксперимент – это научный или лабораторный опыт, результатом которого может быть определение величин или зависимостей, опровержение или подтверждение теории или гипотезы, открытие нового явления. На основе результатов физических экспериментов формулируются физические законы.

В результате эксперимента могут быть выявлены определенные закономерности. Гипотеза может выступать основанием для построения на основе накопленных экспериментальных данных физической теории.

Теория – это система основных идей в данной области знаний.

Критерий истинности и основа развития теории – практика (физический эксперимент). Цель теории – формулировка законов природы, объяснение на их основе существующих и предсказание новых явлений.

Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемые явления. В самом общем виде структуру любой теории можно представить в виде схемы:


Любая теория является некоторым приближением к реальности. Результаты теории проверяются экспериментом, являющимся критерием ее истинности. Расхождение теории с поставленным экспериментом приводит к совершенствованию старой или созданию принципиально новой теории, дающей уточненные законы и более глубокое понимание физической реальности. Таким образом, любая теория рассматривается как верная для определенного круга явлений, т. е. имеет границы применимости. Существующие физические теории формируют физическую картину мира.

При расхождении новых экспериментальных данных и существующих законов и теорий ученые выдвигают новые гипотезы и физические теории. Однако любая новая физическая теория, претендующая на более глубокое и широкое описание явлений окружающего мира, чем старая, должна включать последнюю в качестве предельного случая. Это важнейшее требование, предъявляемое ко всякой новой физической теории, называют принципом соответствия. Например, специальная теория относительности при описании движения тел со скоростями, гораздо меньшими скорости света, переходит в классическую механику.

Моделирование явлений и объектов природы в физической науке. Роль математики в физике

Модель – абстрактная система, являющаяся упрощенной копией исследуемой реальной физической системы.

Модельная система должна:

  • иметь область применимости, в которой свойства модели с заданной точностью совпадают со свойствами реальной системы;
  • допускать достаточно простое математическое описание.

Модель тем лучше, чем шире область ее применимости и чем проще ее описание. Механика основана на двух моделях: материальной точки и абсолютно твердого тела.

Для выражения количественных закономерностей в физике широко применяется математический аппарат. При этом использование того или иного раздела математики в конечном счете диктуется опытными фактами.

Понятие о физических законах и границах их применимости

Физические законы отражают связь между физическими величинами. Физические законы, имеющие наиболее обширные области применимости, называются фундаментальными. Например, законы Ньютона, закон сохранения энергии, закон Кулона.

Каждый физический закон имеет границы применимости.

Границы применимости физического закона определяются:

  • указанием допустимых пределов изменения физических величин, входящих в формулировку закона;
  • точностью изменения этих величин;
  • обширностью круга физических явлений, для которых закон имеет смысл.

Внутри своей области применимости закон выполняется для любых физических явлений.

Принцип причинности

Принцип причинности – один из наиболее общих принципов, устанавливающий допустимые пределы влияния физических событий друг на друга.

Измерение физических величин. Погрешность измерений

Измерение физических величин – совокупность действий, выполненных с помощью средств измерения (приборов) для нахождения численных значений физических величин.

При измерении физическая величина сравнивается с однородной величиной, принятой за единицу.








Измерения бывают:

  • прямые – это такие измерения, выполняя которые, измеряемую величину получают непосредственно путем сравнения с величиной, принятой за единицу измерения;
  • косвенные – это такие измерения, при которых значение величины определяется по известной зависимости (правилу, закону) между этой величиной и другими, определяемыми напрямую.

Выполняемые измерения величин не являются абсолютно точными. Даже основные физические константы измерены с погрешностью. Различают абсолютную и относительную погрешности измерений.

Абсолютная погрешность измерения:


В ряде случаев при многократных измерениях используют


где ​ \( \mathrm_=\sum\!\frac<\mathrm_i> \) ​, где ​ \( N \) ​ – количество измерений, ​ \( i \) ​ – номер измерения.

Предполагают, что ​ \( \mathrm_ \) ​в наибольшей степени соответствует истинному значению измеряемой величины.

После того как вычислена граница абсолютной погрешности, ее значение обычно округляется до одной значащей цифры. Затем результат измерения записывается с числом десятичных знаков, которых не больше, чем в абсолютной погрешности.

Относительная погрешность измерения:


Построение графиков по результатам эксперимента


Физическая картина мира

Современная физика содержит небольшое число фундаментальных физических теорий, которые, однако, вместе с данными о характере физических процессов и явлений дают приближенное, но наиболее полное отображение различных форм движения материи (тепловая, механическая, электромагнитная).


Материя состоит из вещества и поля. Четкой границы между веществом и полем нет. Всем формам материи присущ корпускулярно-волновой дуализм. Законы движения всех микрочастиц носят статистический характер, для описания которых применяют принципы квантовой теории.

Единство мира проявляется в единстве строения материи и взаимодействий.

Существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильные, электромагнитные, гравитационные, слабые.

Окружающий нас мир – вечно движущаяся и развивающаяся материя, которая изменяется, но не исчезает.

Читайте также: