Версия 09:10, 12 октября 2012

Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Научные методы изучения природы

§ 2.Научные методы изучения природы

• Вы все еще очень молоды, однако у вас имеется определенный объем знаний. Например,  вы  самостоятельно  и  уже  довольно  давно  устано­вили, что ложка, если ее случайно уронить, обязательно упадет вниз, а не устремится вверх. Ho уверены ли вы, что все из того, что вы зна­ете,  является  правильным? В  данном  параграфе  вы  найдете  ответ на вопрос: каким образом ученые получают новые знания.
  

Рис. 1.8 . Длина обоих отрезков одинакова. В этом легко убедить­ся с помощью линейки

1. Устанавливаем отличия между наблюдениями и экспериментами

Основной  задачей  ученых-физиков  явля­ется  проведение физических исследований.

Физическое  исследование  —   это  целена­правленное  изучение  того  или  иного  явления средствами физики.

Первым  этапом  физического  исследования является наблюдение.

Наблюдение —   это  восприятие  природы  с  целью  получения  первичных  данных  для  даль­нейшего анализа.

Если  результаты  наблюдений  повторяются, то исследователь делает выводы. Приведем  при­мер такого вывода: вода (жидкость), помещенная в  морозильную  камеру,  через  некоторое  время обязательно превратится  в лед  (станет  твердой).

Однако далеко не всегда выводы, полученные при помощи наблюдений, являются истинными. Посмотрите,  например,  на рис.  1.8.  Синий отрезок  кажется длиннее,  чем  красный.  Вы можете взглянуть  на рисунок  несколько  раз,  предло­жить это сделать друзьям — и тем не менее вы­вод останется прежним. Если же после этого вы измерите длину отрезков линейкой, то убедитесь в том, что их длина совершенно одинакова.

Чтобы  не  делать  подобных  ошибочных  вы­водов,  ученые пользуются более сложными ви­дами  исследований,  которые  называются  опы­тами,  или  экспериментами.

Рис. 1.9. Любое предсказание теории должно быть подтвержде­но опытом

Эксперимент —  это исследование физического явления  в  условиях,  находящихся  под  контро­лем ученого, с целью более  глубокого изучения этого явления  (рис.  1.9).

Опыты  (эксперименты)  обычно  сопровож­даются  различными  измерениями.  Ученые употребляют  выражение  «экспериментальные исследования»,  когда  говорят  о  серии последовательных  опытов,  направленных на изучение данного  физического  явления.  Простейшие виды  экспериментальных  исследований  — лабораторные работы  —  вы  будете  выполнять самостоятельно при изучении физики.

2. Определяем основные этапы физических исследований

Для  того  чтобы  перейти  к  эксперимен­тальным исследованиям — более сложным, чем простые  наблюдения,  у  исследователя  должно возникнуть  сомнение в  истинности результа­тов  исследования  («не  верю  своим  глазам!»).

В  случае  с  отрезками  (см.  рис.  1.8) мы под­сказали вам готовый ответ. Ho если бы вы пока­зали этот  рисунок  родителям,  кто-либо из них обязательно  заподозрил  бы  подвох  и  сказал: «А не обман ли это зрения? Ведь отрезки могут быть и одинаковыми!» Иначе говоря,  ваш собе­седник  высказал  бы  гипотезу (предположение) об ошибочности простых наблюдений. И только после  проведенного  вами  экспериментального исследования  (измерения  отрезков  с  помощью линейки), то  есть  после  экспериментальной проверки гипотезы,  вы установили истину:  оба отрезка имеют одинаковую длину.

Случай с отрезками не требует длительных исследований,  но  иногда  поиски  истины  длят­ся  столетиями.  Так,  наблюдая  за  падением различных  тел,  ученые Древней Греции сдела­ли  вывод  о  том,  что  более  тяжелые  предметы падают  на  землю  быстрее,  чем  легкие.  Спустя две  тысячи лет,  в  XVI  столетии,  выдающийся итальянский  ученый Галилео Галилей  (1564— 1642)  усомнился  в  справедливости  выводов древних греков и выдвинул гипотезу о том, что более медленное падение легкого тела объясня­ется  сопротивлением  воздуха  (рис.  1.10).  Ины­ми  словами,  если  тела  падают  с  одинаковой высоты,  не  встречая  сопротивления  воздуха, то, независимо от массы этих тел,  они одновре­менно достигнут поверхности  земли.

Рис. 1.10  Если бы не было со­противления воздуха, то дельфин и мяч достигли бы поверхности воды одновременно

Рис. 1.11. Пизанская башня, на которой Галилей проводил свои эксперименты

Рис. 1.12. Ньютон поместил золотую монету и птичье перо в стеклянную трубку и разместил ее вертикально, предоставляя телам возможность начать падение одновременно. Из-за сопротивления воздуха перо «безнадежно отстало» (о). Потом ученый выкачал воздух из трубки с помощью изобретенных к тому времени насосов (б). В последнем эксперименте два тела достигли дна трубки одновременно.

Рис. 1.13. Гигантские ускорители заряженных частиц используются для изучения структуры материи

Рис. 1.14. Этапы познания в фи­зических исследованиях

Для подтверждения  своей догадки Галилей провел исследования, использовав для них знаменитую  Пизанскую  башню  (рис.  1.11,  с.  13). С  вершины  этого  сооружения  он  бросал  мушкетную  пулю  и  пушечное  ядро,  на  движение которых, как мы сегодня знаем,  сопротивление воздуха  влияет  незначительно.  Результаты  экспериментов  подтвердили  гипотезу  ученого  — оба предмета достигали земли практически одновременно.

Более точные эксперименты (рис.  1.12) были проведены  знаменитым  английским  ученым Исааком Ньютоном (1643—1727). Ho Ньютон не ограничился подтверждением выводов Галилея. Проанализировав  полученные  данные  и  сделав необходимые вычисления  (сейчас  такую  работу мы  называем  теоретическими  исследования­ми),  ученый  предположил,  что  падение  пред­метов на поверхность Земли и вращение планет Солнечной  системы  вокруг Солнца подчиняют­ся одному закону. Чтобы обосновать это утверж­дение,  Ньютон  снова  обратился  к  математике. В  результате  ученый  открыл  закон  всемирного тяготения —  создал новое знание.

После  Галилея  и  Ньютона  основными  ме­тодами  получения  новых  знаний  стали  тео­ретические  и  экспериментальные  методы. Современные  экспериментальные  исследования  невозможно  представить  без  специально сконструированных  сложных  приборов.  Не­которые  из них  имеют массу  в  десятки  тысяч тонн  и  размеры  в  несколько  километров  (рис.  1.13).  В  разработке  новых теорий принимают участие сотни ученых, для теоретических расчетов применяются  сверхмощные  компьютеры.  Однако  даже  в  наши  дни  основные этапы получения новых  знаний  остаются  неизменными.

•  Подводим итоги

Основными методами физических исследований являются теоретичес­кий и экспериментальный. Последовательность этапов физических  исследо­ваний  можно  представить  в  виде  спирали,  состоящей  из  повторяющихся элементов  (рис.  1.14). Попробуем совершить восхождение по этой спирали.

Нижний  элемент  показывает,  что  на  определенном  этапе  ученые уже  имеют  определенный  уровень  знаний  (знание).  При  помощи  наблюде­ний и рассуждений исследователи убеждаются в необходимости его усовершенствования,  проводят  теоретические  исследования,  выдвигают  гипотезу и подтверждают  (или  опровергают)  ее  путем  экспериментальной  проверки. Результатом становится новое знание.

• Контрольные вопросы

1.  Что  такое  наблюдение? 

2.  Приведите  примеры  физических  явле­ний,  сведения  о  которых  вы  получили  из  собственных  наблюдений.

3.  Чем  опыт  отличается  от  наблюдения? 

4.  Кем  и  как  была  под­тверждена гипотеза Галилея о том, что более медленное падение легко­го тела объясняется  сопротивлением воздуха? 

5. Назовите  основные методы физических исследований. 

6.  Какие этапы проходят ученые, осуществляя физические исследования?

•  Упражнения

1. Какую роль играют экспериментальные и теоретические исследова­ния при установлении физических  законов?

2.  В науке важно различать  следующие понятия:

а) повседневно наблюдаемое явление;
б) экспериментальный факт;
в)  гипотезу;
г)  закон природы.

3. Укажите,  к какому из вышеуказанных понятий относятся дан­ные ниже утверджения:

а) все тела падают на землю;
б) возможно,  разница в  скорости  падения  тел  разной массы  объяс­няется сопротивлением воздуха;
в) в вакууме все тела падают с высоты  за одно и то же время.

• Экспериментальное задание

Пронаблюдайте  какое-либо  явление,  опишите  его  и  проанализи­руйте.

Физика и техника в Украине

Ученый  с  мировым  именем  —   Борис  Евгеньевич  Патон  —  родился  в  1918  году в  Киеве. Славу ему принесли  исследования в области электродуговой сварки  и создание сварочных автома­тов,  которые  используются  в  различных  отраслях  промышлен­ности  и  строительства.  Талант ученого  достиг  расцвета  в  пери­од  работы  в Институте  электросварки, директором  которого он стал  в  1953  году.  Начиная  с этого  времени  Б.  Е.  Патон  возглавил исследования,  в  результате  которых  было  создано  совершенно новое  направление  в  современной  металлургии,  получившее признание во всем мире. Электрошлаковый  процесс,  созданный под  руководством  ученого,  повсеместно  применяется  для улуч­шения  качества  нержавеющих сталей.

В  1958  году  ученый  был  избран  действительным  членом  Академии  наук  Украины, а  с  1962  года  является ее бессменным  президентом.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.