Версия 19:50, 11 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 объемзнаний. 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

1.10-12.jpg

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.