
- •Пустынникова Ирина Николаевна
- •Структурирование предметных знаний как вид учебной деятельности
- •Структура навчального матеріалу і її елементи
- •То тіло (матеріальна точка) знаходиться в спокої
- •І інші тіла не впливають на тіло а
- •То в цих системах відліку усі фізичні явища протікають однаково.
- •І стани фізичних систем змінюються
- •І сили взаємодії двох матеріальних точок протилежно спрямовані
- •То тіла притягаються одне до одного з силами
- •То тіла притягаються одне до одного з силами і сили пропорційні добуткові мас тіл
- •І стани фізичних систем змінюються
- •Ім'я Ганна
- •Використання структурування знань при вивченні фізики
- •Література
- •Використання структурування знань при вивченні фізики
- •Література
- •Информационные технологии в обучении
- •Структура навчального матеріалу і її елементи
- •И.Н.Пустынникова Донецкий национальный университет, г. Донецк
То в цих системах відліку усі фізичні явища протікають однаково.
Судження Б складається з таких елементарних фактів:
Якщо існують системи відліку
І системи відліку інерціальні
І стани фізичних систем змінюються
То закони природи не залежать від того, до якої з інерціальних систем
відліку відносяться ці зміни.
Судження В складається з таких елементарних фактів:
Закони механіки Ейнштейна справедливі.
Закони механіки Ньютона справедливі.
Справедливість законів підтверджується технічним досвідом людства.
Але ці факти не можна записати у вигляді продукційного правила, оскільки тут не можна виділити умовну і заключну частину, судження В – відображення об’єктивної реальності, яка має місце завжди, на відміну, наприклад, від закону збереження моменту імпульсу (див. вище), який виконується лише за певних умов. Саме тому це формулювання відсутнє у додатках Б та В.
Запишемо елементарні факти до таблиці 2.3.
Остаточне формулювання принципу відносності Ейнштейна: "У будь-яких інерціальних системах відліку усі фізичні явища за одних і тих самих умов протікають однаково".
Візьмемо для прикладу другий закон Ньютона. При аналізі підручників [9; 27; 28; 31; 32; 36] виділені наступні формулювання другого закону Ньютона:
Таблиця 2.3 – Елементарні факти принципу відносності Ейнштейна
№ |
Факти |
[36] |
[28] |
Загальне |
1. |
Існують системи відліку |
+ |
+ |
+ |
2. |
Системи відліку інерціальні |
+ |
+ |
|
3. |
Умови однакові |
+ |
|
+ |
4. |
Стани фізичних систем змінюються |
|
+ |
|
5. |
В системах відліку усі фізичні явища протікають однаково |
+ |
|
+ |
6. |
Закони природи не залежать від того, до якої з інерціальних систем відліку відносяться ці зміни |
|
+ |
А: В інерціальній системі відліку похідна від імпульсу матеріальної точки за часом дорівнює силі, що діє на неї [28, с. 79].
Б: Похідна від кількості руху тіла дорівнює по величині діючій силі і збігається з нею за напрямком [32, с. 66].
В: Швидкість зміни імпульсу тіла дорівнює силі, яка діє на нього [27, с. 50].
Г: Величина прискорення тіла прямо пропорційна рівнодійній усіх сил, що діють на тіло, і обернено пропорційна масі тіла. Напрямок прискорення збігається з напрямком рівнодійної усіх сил [31, с. 30].
Д: Прискорення, що здобувається матеріальною точкою в інерціальній системі відліку, прямо пропорційне силі, що діє на точку, обернено пропорційне масі точки і за напрямком збігається із силою [36, с. 32].
Е: Швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює векторній сумі сил, що діють на цю точку [9, с. 70].
Виділимо елементарні факти, на які спирається кожне із суджень.
Судження А складається з таких елементарних фактів:
Якщо існує система відліку
І система відліку інерціальна
І в інерціальній системі відліку знаходиться матеріальна точка
І на матеріальну точку діє сила
То похідна від імпульсу матеріальної точки за часом дорівнює силі.
Судження Б складається з таких елементарних фактів:
Якщо існує тіло
І на тіло діє сила
То похідна від кількості руху тіла дорівнює по величині діючій силі
І похідна від кількості руху тіла збігається за напрямком з силою.
Судження В складається з таких елементарних фактів:
Якщо існує тіло
І на тіло діє сила
То швидкість зміни імпульсу тіла дорівнює силі.
Судження Г складається з таких елементарних фактів:
Якщо існує тіло
І на тіло діють сили
То величина прискорення тіла прямо пропорційна рівнодійній усіх сил
І величина прискорення тіла обернено пропорційна масі тіла
І напрямок прискорення збігається з напрямком рівнодійної усіх сил.
Судження Д складається з таких елементарних фактів:
Якщо існує матеріальна точка
І існує інерціальна система відліку
І матеріальна точка знаходиться в інерціальній системі відліку
І на матеріальну точку діє сила
То матеріальна точка здобуває прискорення
І прискорення прямо пропорційне силі
І прискорення обернено пропорційне масі точки
І прискорення за напрямком збігається із силою.
Судження Е складається з таких елементарних фактів:
Якщо існує матеріальна точка
І на точку діють сили
То швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює векторній сумі сил.
Запишемо елементарні факти до таблиці 2.4.
Проводячи аналіз цих елементарних фактів зауважимо, що другий закон Ньютона можна вводити через поняття імпульсу, коли маса змінюється (наприклад, формулювання А, Б, В, Е). Це більш загальний випадок. Але можна і через прискорення, у випадку коли маса тіла постійна. Тобто другий закон Ньютона можна сформулювати так: “Прискорення, що здобувається матеріальною точкою в інерціальній системі відліку, прямо пропорційне рівнодійній усіх сил, що діють на точку, обернено пропорційне масі точки і за напрямком збігається із напрямком рівнодійної усіх сил” або “В інерціальній системі відліку швидкість зміни імпульсу матеріальної точки дорівнює векторній сумі сил, що діють на цю точку”.
Оскільки другий варіант формулювання (через імпульс) є більш загальним, то вважаємо, що в вузівських підручниках його треба давати саме в такому вигляді. Однак в школі, як правило, другий закон Ньютона вивчається до введення поняття "імпульс", тому можливий перший варіант формулювання.
Розглянемо такий приклад. При аналізі підручників [9; 27; 28; 31; 32; 36] виділені наступні формулювання третього закону Ньютона:
Таблиця 2.4 – Елементарні факти другого закону Ньютона
№ |
Факти |
[28] |
[32] |
[27] |
[31] |
[36] |
[9] |
Загальне |
|
w |
p |
||||||||
1. |
Існує тіло |
|
+ |
+ |
+ |
|
|
+ |
+ |
2. |
Існує матеріальна точка |
|
|
|
|
+ |
+ |
||
3. |
Існує система відліку |
+ |
|
|
|
|
|
+ |
+ |
4. |
Система відліку інерціальна |
+ |
|
|
|
|
|
||
5. |
Існує інерціальна система відліку |
|
|
|
|
+ |
|
||
6. |
Матеріальна точка знаходиться в інерціальній системі відліку |
+ |
|
|
|
+ |
|
+ |
+ |
7. |
На матеріальну точку (тіло) діє сила |
+ |
+ |
+ |
|
+ |
|
+ |
+ |
8. |
На точку діють сили |
|
|
|
+ |
|
+ |
||
9. |
Похідна від імпульсу матеріальної точки за часом дорівнює силі |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
+ |
10. |
Швидкість зміни імпульсу тіла дорівнює векторній сумі сил |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
|
11. |
Похідна від кількості руху тіла збігається за напрямком з силою |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
12. |
Матеріальна точка здобуває прискорення |
|
|
|
|
+ |
|
+ |
|
13. |
Величина прискорення тіла прямо пропорційна рівнодійній усіх сил |
|
|
|
+ |
+ |
+ |
+ |
|
14. |
Напрямок прискорення збігається з напрямком рівнодійної усіх сил |
|
|
|
+ |
+ |
|
+ |
|
15. |
Величина прискорення тіла обернено пропорційна масі тіла |
|
|
|
+ |
+ |
|
+ |
|
А: Сили взаємодії двох матеріальних точок рівні за модулем, протилежно спрямовані і діють уздовж прямої, яка з’єднує ці матеріальні точки [28, с. 86].
Б: Дії завжди є рівна і протилежна протидія, інакше - взаємодії двох тіл одне на одне між собою рівні і спрямовані в протилежні боки [32, с. 66].
В: Сили, з якими діють одне на одне тіла, що взаємодіють, рівні по величині і протилежні за напрямком [27, с. 56].
Г: Дії двох тіл одне на одне рівні по величині і протилежні за напрямком [31, с. 32].
Д: Сили взаємодії двох матеріальних точок у інерціальній системі відліку рівні за модулем і спрямовані в протилежні боки [36, с. 33].
Е: Сили, що виникають при взаємодії тіл, рівні за модулем, протилежні за напрямком і прикладені до різних тіл [9, с. 70].
Виділимо елементарні факти, на які спирається кожне із суджень.
Судження А складається з таких елементарних фактів:
Якщо існують дві матеріальні точки
То сили взаємодії матеріальних точок рівні за модулем