Уроки 1–2 · 2 урока · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
1
Методы исследования в физике
Учебник: с. 3–4
ЦельЗнать методы исследования в физике: наблюдение, гипотеза, эксперимент, модель, закон и теория.
Физика — экспериментальная наука: явления наблюдают, делают предположение о закономерности — гипотезу, а затем проверяют её в эксперименте в специально подготовленных условиях. Чтобы изучить сложное явление, строят его модель: сохраняют только самые важные черты и отбрасывают второстепенные (материальная точка, идеальный газ). В эксперименте нельзя полностью устранить все внешние воздействия, поэтому по его результатам делают выводы об «идеальном» случае (например, о движении без трения); это называется идеализацией. Если гипотеза подтверждается во многих экспериментах, она становится физическим законом; совокупность связанных законов образует научную теорию, например законы Ньютона образуют классическую механику. У каждой теории есть граница применимости: классическая механика неприменима при скоростях, близких к скорости света, и для очень малых частиц, таких как электроны. Новая теория не отменяет старую; в пределах старых границ она должна с ней согласовываться — это принцип соответствия.
Примеры
Пример: ученик замечает, что тяжёлые и лёгкие тела падают на землю почти одновременно. Гипотеза: без сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением. Проверка: в трубке с откачанным воздухом перо и металлический шарик падают вместе. Гипотеза подтверждается — это закон свободного падения.
Пример: классической механики достаточно, чтобы рассчитать движение космического корабля, летящего со скоростью 10 000 м/с (примерно в 30 000 раз медленнее света), но для протонов, разогнанных в ускорителе частиц до 0,99 скорости света, она даёт неверные результаты. Значит, у теории есть граница применимости.
Работа в классе
В группах обсудите, какой эксперимент мог бы проверить гипотезу «всё, что находится вблизи Земли, падает вниз» (только бумага, книга и лёгкий мяч, в безопасных условиях, разрешённых учителем). Запишите результат в таблицу «наблюдение — гипотеза — эксперимент — вывод».
Упражнения
1
При каком условии гипотеза приобретает статус физического закона?
Когда её подтверждают многие эксперименты и ни один не противоречит.
2
Что означает «модель» в физике? Приведите два примера.
Упрощённый вариант явления, сохраняющий только его важные черты; примеры: материальная точка, идеальный газ.
3
В каких двух случаях классическая механика даёт неверные результаты?
При скоростях, близких к скорости света, и при движении частиц очень малой массы (например, электронов).
4
Почему все величины в физической теории должны быть измеримы в экспериментах? Объясните.
Иначе предсказания теории нельзя проверить экспериментом, и она перестала бы быть наукой.