Физическая картина мира

9  класс

Урок 45

Физическая картина мира

Изучение темы урока

Постановка навчальної проблеми

За три роки вивчення фізики ми познайомилися з основними розділам цієї науки - механікою, оптикою, електрикою та інше, узнали про те, що в фізиці називають законами, як проводяться дослідження фізичних явищ. Термін «науково-технічна революція» означає дуже швидкі змінення. Дійсно, подорож від Харкова до Львова колись тривала десь місяць, а мобільний телефон нещодавно важил більш двох кілограмів. Однак бурхливий розвиток техніки має й негативні наслідки: підвищення температур, яке призвело до збільшення кількості двоокису углероду в атмосфері; використання досягнень науки проти людства (тероризм); великі техногенні аварії, наприклад Чорнобильська катастрофа.

Поглиблення та узагальнення знань учнів

Фізична картина світу

Фізика вивчає склад матерії, починаючи з елементарних частин (з розмірами 10 – 10 м) та закінчуючи галактиками (з розмірами порядку 10). Умовне поділення простору на мега-, макро - та мікросвіт можна пояснити наступним шляхом:

v  Макросвіт утворюють тіла, розміри яких приблизно порівняні з людиною.

Саме в макросвіті ми можемо не тільки спостерігати події, а й втручатися у них: пересунут меблі, кинути камінець, розгорнути книжку. І перші відкриті фізичні закони діють саме в макросвіті (ви скоро дізнаєтесь про закон Архімеда, закони Ньютона тощо).

Проте існує багато чого і за межами макросвіту: м ж бачимо на небі Сонце і зорі, Чумацький Шлях (тобто величезне зоряне скупчення - Галактику)… Справжні розміри цих об’єктів настільки перевершують розміри звичнх для нас тіл, що їх навіть важко уявити. Це - мегасвіт. М можемо спостерігати неозброєним оком деякі об’єкти мегасвіту далеко не всі, бо більшість страшенно далеко від нас). Проте ми аж ніяк не можемо втручатися в події мегасвіту. Ми навіть не можемо помітити багатьох величних подій у мегасвіті, бо вони тривають наваго довше, ніж людське життя або навіть історія людства. Проте силою розуму вчені проникли у деякі тайни мегасвіту: м навіть знаємо, коли виник наш Всесвіт.

v  Мегасвіт утворюють тіла космічних розмірів.

А от об’єкти та події мікро світу людина змогла хоч якось спостерігати тільки після винайдення мікроскопа. Тоді стало відомо про існування мікроорганізмів; вдалося довести, що найдрібніші частинки речовини перебувають у неперервному русі. Щоб роздивитися молекули та атоми, знадобився вже електронний мікроскоп та інші складені пристрої.

v  Мікросвіт утворюють найдрібніші частинки речовини.

Ми знаємо, що існують закони природи, спільно для мікро-, макро - та мегасвіту. Проте кожен з цих світів має свої особливості, дуже цікаві. Багато які закони мікросвіту та мегасвіту 100 років тому не могли б уявити навіть геніальні вчені.

Табл.1

Область простору	Протяжність, м	Об’єкт	Розміри об’єкта, м	Склад об’єкта	Рух всередині об’єкта структурних частин, які його складають
Мегасвіт	10 - 10	Галактка	10	Зірки	Зірок
Макросвіт	10 - 10	Системи планет	10	Планети	Планет
Оточуючі нас тіла на Землі	10 - 10	Молекули та атоми	Молекул та атомів
Електромагнітне поле	-	Фотони
Гравітаційне поле	-
Мікросвіт	10 - 10	Молекули та атоми	10 - 10	Ядра та електрони	Ядер та електронів
Ядра атомів	10	Нуклони	Нуклонів
Елементарні частиці	10 - 0		Взаємне перетворення частиць

Табл.2

Тип взаємодії	Відносна інтенсивність	Радіус взаємодії
Сильне (ядерне)	1	10 м
Електромагнітне	10	Зменшується зворотньо пропорційно квадрату радіусу
Гравітаційне	10	Зменшується зворотньо пропорційно квадрату радіусу

Механічна картина світу

В макросвіті відстань поміж тілами значно перевищує радіус сильної взаємодії, тому такая взаємодія тут не виявляється. Макроскопічні тіла складаються з великої кількості електрично нейтральних частиць, у зв'язку з чим електромагнітна взаємодія віддалених один від одного тіл невелика або її зовсім немає. Дуже велике та вирішальне значення для макросвіту має гравітаційна взаємодія. Гравітаційна сила – одна з основних сил в механіці. До механічних відносяться і сили, які виникають під час взаємодії тіл один з одним: сили пружності, тріння. Прикладом механічної системи є наша Сонячна система.

Уявлення про поле

Поле – самостійний матеріальний об'єкт, який їснує наряду з речовиною. У випадку електромагнітної взаємодії його «передатчиком» є електромагнітне поле. Це доповнює механічну картину: на тіло діє сила з боку поля, яка створюється іншим тілом.

Квантові уявлення

На цьому рівні описується внутрішня будова молекул та атомів. Цей матеріал буде вивчатися в старших классах.

На теперішній час доступні для вивчення структурні елементи елементарних частиць: відкриті більш прості частиці – кварки.

За допомогою радіотелескопів отримають відомості про будову та рух матерії в мегасвіті на растоянії до 10 - 10 м.

Відкриті пульсари – нейтронні зірки великої плотності, квазари - обєкти з дуже великим вилученням енергії. Всесвіт постійно розвивається. І наші знання про його будову, еволюцію не можна вважати закінченими.

Роль фізики в науково-технічному прогресі

На протязі більше 20 столітть існування фізичної науки результати її досліджень були спрямовані не тільки на з'ясування природи мирогляду. У своїх працях вчені-фізики постійно старалися пояснити застосування тих чи інших технічних пристроїв (прийомів).

В XIX ст. з'явилася нова тенденція – фізичні закони почали використовуватися не тільки для пояснення (і покращення) вже видуманих інженерами конструкцій, але й служити «їжею для ума» при створенні нових напрямків розвитку техніки. Наведемо декілька прикладів. До XIX ст. електричество слугує в основному для салонних розваг. Але після відкриття фізичних законів, повязаних з розповсюдженням та дією електротока (приблизно в середині XIX ст.), - закона Ома, закону електромагнітної індукції та т. п. – починають інтенсивно розвинається провідний телеграфний зв'язок, а потім і телефонний. Винахіди та широке розповсюдження радіо стало можливим після формулювання рівняннь Максвела.

В XIX ст. встановлення нових фізичних законів проходило випадково. Відповідно й прийняття пов'язаних з цим законами нових технічних рішень (винахідів) йшло само по собі, і лише в XIX ст. у цей процес був внесен визначений порядок. Цілий ряд проектів (відомий з них так званий «Урановий проект» - програма робіт по створенню атомної зброї) створювався на пряме замовлення уряду ряду країн. У межах проекту виконувалися інженерні розроботки (розрахунки, виготовлення конструкцій), проводились наукові дослідження, за результатами яких потім працювали інженери.

Зверніть увагу: з одного боку, наукові дослідження- це завжди невідомий заздалегідь результат, а з іншого – проект передбачає тверді строки виконання. Успішне об'єднання творчих наукових досліджень та прогнозуємих за строками та затратами інженерних праць стало організаційною основою того, що з часом стало називатися науково-технічною революцією.

Сучасний етап розвитку фізичної науки характеризується її тісним співробітництвом з бізнесом. Для вирішення кожного нового технічного завдання залучаються не тільки інженери та технологи, але й вчені. Один з результатів такого співробітництва – мініатюризація мобільних телефонів.

Фізика вплинула й на розвиток інших наук. Перш за все, це пов'язане з глибоким розумінням стуктури матерії, яке основане на теоретичному описі мікросвіту за допомогою квантової механіки. Застосування цієї теорії для вирішення завдань з хімії та біології дозволило за короткий строк досягнути прогресу в розвитку цих галузей знань.

Практично всі сучасні вимірювальні пристрої та методи вимірювання, використовуємиє в астрономії, медицині, археології та т. п., «виросли» з відповідних законів фізики.

Вплив результатів физичних досліджень на оточуючий світ

Відмінною особливістю останніх років – періода науково-технічної революції - є створення за короткий строк матеріальних продуктів, сфера впливу яких охоплює весь світ. Першим подібним прикладом став «Урановий проект»: уряди ряда країн (Радянського Союзу, Франції, Китаю, Великорітанії) сосередоточили гігантські ресурси для його проведення за невеликий час. Поставлена задача була своєчасно вирішена, разом з тим в процесі його виконання спочатку ведучі вчені, такі як Р. Опенгеймер та , а з часом і все людство задумалось про наслідки створення смертоносної зброї. В результаті були підписані міжнародні договора про обмеження подібних дослідженнь та створена міжнародна організація МАГАТЕ, однією з задач якої є контроль за розповсюдженням ядерних технологій.

Мирне використання атомної енергії полягає перш за все в створенні та забезпеченні роботи атомних електоконструкцій. Формальні показники впливу АЕС на оточуюче середовище незначне: при нормальному функціонуванні АЕС рівень радіоційних вибрасів навіть нижче, ніж на тепловій електростанції, яка працює на каменному вугіллі. Але все змінюється, якщо виникає позаштатна ситуація. Чорнобильська катастрофа показала, якими серьозними можуть бути наслідки аварії на АЕС. Опасні по конструкції реактори Чорнобильської станції зупинили, незважаючи на великі економічні збитки.

В ході викладення матеріалу заслуховуються повідомлення учнів про роль фізики в науково-технічному розвитку людства.

Перегляд та обговорення відеоматеріалу

Підведення підсумків урока

Питання для організації бесіди:

1.  Як можна зясувати поняття фізичної картини світу?

2.  Яке основне поняття розкриває зміст фізичної картини світу? (Відповідь: Поняття про взаємодію)

3.  Як різноманітність взаємодій повязане з єдинством природи?

4.  Що є фізичною основою матеріального єдинства?

5.  Як відображається єдинство природи в основних фізичних законах?

6.  Чи всі фізичні закони універсальні?

7.  За допомогою яких пристроїв проводиться вивчення мегасвіту?

8.  Які методи та пристрої використовують фізики для вивчення свойств атомів?

9.  Наведіть докази того що знання закона Ома необхідно інженерам.

10.  Які розроботані физиками пристрої, що використовуються й в інших галузях людської діяльності, ви знаєте?

11.  На конкретному прикладі порівняйте «плюси» та «мінуси» реалізації в житті великих наукових проектів.

Копілка занімательних фактів

Вся наука в 20 фразах (за версією геофізика Р. Хейзена)

Ø  Всесвіт регулярен та непередбачуван.

Ø  Всі рухи можна описати трьома законами Ньютона.

Ø  Енергія не зникає.

Ø  Під час своїх перетворень енергія завжди переходить із більш корисної форми в менш корисную.

Ø  Електричество та магнетизм – дві сторони однієї ж і теї сили.

Ø  Все складається з атомів.

Ø  Все: матерія, енергія, квантові характеристики частиць – виступають дискретними одиницями, і ви не можете ні одну з цих величин, не змінив її.

Ø  Атоми «склеюються» електронним «клеєм».

Ø  Поведінка речовини залежить від того, які атоми входять до її складу і як воні розташовані.

Ø  Ядерна енергія виділяється під час перетворення масси в енергію.

Ø  Атоми, з яких все складається, самі складаються з кварков та лептонів.

Ø  Зірки народжуються, живуть та вмирають, як і все інше в світі.

Ø  Всесвіт виник в минулому в визначений момент, і с тих часів вона розширюється.

Ø  Закони природи єдині для любого спостерігача.

Ø  Поверхня Землі постійно змінюється, і на ній не має нічого вічного.

Ø  Усі процеси на Землі проходять циклами.

Ø  Все живе складається з клітин, які представляють собою «хімічні заводи» життя.

Ø  Все живе основане на одному генетичному коді.

Ø  Всі форми життя з'явилися в результаті єстественного відбору.

Ø  Все живе пов'язане між собою.

Домашнее задание

Проработать материал на стр. 214-219.