Ядро.

Компоненты:

• теор. законы отлич. от экспериментальных тем, что являются законами-обобщениями, для их установления эксперимент. установок не создавалось. Это системное обобщение всей предыдущей человеческой практики, включая и нек. эксперимент. факты.

• физические и фундаментальные константы

• законы сохранения (и принципы).

Принцип дополнительности и принцип соответствия.

- Все выводные законы.

Пример: структура классической механики.

Структура классичской механики.

1. основание

2. ядро

3. следствие

Основание

• идеализ. О – м.т.

• свойства:

- местоположение

- смещение

- быстрое смещение

- быстрота измерения скорости

- инертность

действие донного тела на другое

- передача мех. движения

движение (ОПД, РУД, РЗД, окр-ти)

РПД: x = ±x₀ +v_xt, x = ±x₀ ± v₀t ± at²/2.

• величины

- координата: х

- скалярная: путь

векторная: перемещения

- скорость: v

- ускорение: а

- масса: m

- сила: F

- импульс

энергия

Ядро

• I, II законы Ньютона

• закон всемирного тяготения

• фундаментальные константы G

• закон сохранения импульса и закон сохранения и превращения энергии

Принцип дополнительности и соответствия

Следствия.

• закономерности дв-я тела под действием неск. сил и определение его параметров

Это метод решения физ. задач: когда за неск. минут путём исп. матем. выкладок находится любой параметр О-а исследования.

• статистика – как частный случай фундаментальных взаимодействий

• космонавтика – мегамир движения планет и планетных систем.

Типы физических теорий.

{образованные по методу}

1. ПРИНЦИПОВ

(в ядро теории входят законы обобщения – принципы)▼

Принципы всегда справедливы; независимо от времени, они не могут измениться – в крайнем случае, лишь уточняются границы их применения.

Т.е., в ядре нах. добротные, научно обобщённые факты. ▼

• классическая механика

• термодинамика

2. МОДЕЛЬНЫХ ГИПОТЕЗ

(в ядре нах. модель – гипотеза об опред. идеализированном О-е и его св-вах, но эти гипотезы и идеи исходят и вытекают из некоторых косвенных опытных фактов, рассматриваемых в основании данной теории).

• МКТ

• классическая электронная теория проводимости металлов. ▼

данные теории могут со временем быть отброшены, если выяснится некорректность построенной модели гипотезы, либо они могут перейти в разряд 1го типа теорий, когда гипотеза подтверждается.

В любом случае. каждая теория явл. мощным средством добывания выводных физ. знаний, т.е. теор. метод познания явл. более экономичным и эффективным по сравнению с экспериментальным:

- по врмени

- по кол-ву добываемых занний

Рассмотрим дидактические возможности изучения теорий в ШКФ. Они вкл в себя научные преимущества в теории.

• изучая физ. теории, можно получить дост. большой выигрыш во времени. Пример: законы изопроцессов при традиционном подходе требуют 3 урока, а при теор. – 1.

• курс ШКФ освобождается от второстепенного и малозначительного материала, что обл. доп. преимуществом разгрузки учащихся. Учащийся понимает, что запоминать надо только фундаментальные сведения, а все остальные можно быстро вывести.

• Формируется такое качество знаний учащихся, как системность.

Системность предполагает осознание учащимися того факта, что наука – это не беспорядочный набор сведений, это целостное зание в виде соответствующих физ. теорий и они понимают ммето каждого элемента заний в структуре соответствующих теорий.

• Тем самым формируется тип соответствующего типа мышления современной цивилизации – теоретический.

• при изучении теорий дополнительно используется и вывод кибернетики о том, что сверхсимвол усваивается быстрее и прочнее, чем отдельные элементы.

Т.о., дидактические преимущества более широкие, чем научные преимущества физических теорий.

17. Методика изучения элементов классической электронной теории в современном шкф.

В классич. теории Фарадея-Максвелла понятие поля первично, все э/м явл-я объясняют процессами, происходящими в э/м поле, а заряду отведена роль вспомогательного понятия. роль заряда в объяснении св-в вещ-ва возвращена электронной теорией.

В 1900 г. П.Друде разработал теорию электропроводности металлов, кот. затем усовершенствовал Лоренц. Объяснение разл. св-в вещ-ва существованием и дв-ем в нём электронов сост. содержимое электронной теории Лоренца.

Классич. электронная теория исходит из след. положений:

1. дв-е электронов подчиняется законам классич. мех-ки;

2. электроны др. с др. не вз/дей-ют;

3. электроны взаимодействуют только с ионами крист-ой решётки, это вз/д-е сводится только к соударениям;

4. в промежутках между соударениями электроны движутся совершенно свободно;

5. электроны проводимости обр. электронный газ, подобный ид. газу; ид. газ подчиняется закону равномерного распред-я энергии по степеням свободы, этому же закону подчин. и электронный газ.

Классич. электронная теория хорошо объясняет существование сопротивления металлов, законы Ома и Джоуля-Ленца, позволяет выразить уд. проводимость через атомарные постоянные металла, объясняет(по крайней мере, качественно) зависимость проводимости от температуры и позволяет понять связь тепло- и электропроводности металлов. Эта теория объясняет и др. электр. и оопт. св-ва металлов. Но в нек. случаях клс. электронная теория приводит к выводам, противоречащим опытным данным. например, из теории получается, что уд. сопр-е с увелическнием темп-ры должно возрастать проп-но √Т. Опыт подтверждает прямую проп-ную зав-ть: ρ=ρ₀άТ. в класс. эл. теории теплоёмкость материалов и явл-е сверхпроводимости совершенно необъяснимы.

Трудности классич. эл. теории связаны с тем, что:

1. электроны пров-ти не подчиняются законам статики Максвелла-Больцмана;

2. не учитывается вз/д-е электронов др. с другом;

3. не учитывается, что электроны дв-ся в периодическом поле кристаллов решётки;

4. дв-е электронов описывается не законами классич. мех-ки, а законами квант. мех-ки.

На смену классич. электронной теории пришла квант. теория твёрдых тел, в кот. преодолены трудности классич. теории. Классич. теорию прим. и сейчас, т.к. она проста и наглядна, а при малых концентрациях носителей зарада и больших температурах квант. и классич. теории дают близкие рез-ты.

Осн. положения и эксперимент. основы класс. эл. теории по программе общеобраз. ср. школы изучают при рассм. эл. тока в разл. средах. В старших классах целесообразно выполнять простые расчёты, проводить важные для понимания мат-ла формулы, показывать порядок входящих в них величин и т.п.

При знакомстве шк-ков с классич. эл. теорией следует осветить след. моменты:

1. когда и зачем создана теория;

2. осн. положения и модельные представления терии;

3. опытное обоснование теории;

4. применение классич. эл. теории (какие явл-я и факты объясн-ся данной теорией) ?-ы;

5. трудности классич. эл. теории и причины их возн-я;

6. значения классич. эл. теории.

Э лектронная теория объясняет разл. св-ва вещ-ва сущестованием и дв-ем электронов в нём. По классич. представлениям, в металле есть ионная решётка и свободный «электронный газ». Электроны дв. хаотически. Ионы в узлах крист. решётки колеблются ок. положения равновесия. В процессе хаотич. дв-я электронов перемещения зарядов в проводнике в среднем нет. Наличие на концах проводника разности потенциалов, а внутри проводника эл. поля напряжённостью Е, приводит к возн. направленного дв-я электронов, или, иначе говоря, дрейфу электронов. Электронная проводимость металлов была доказана след. фундаментальными опытами:

1. опыт Рикке, 1901;

2. опыт Мандельштама и Папалекси, 1913;

3. опыт Толмена и Стюарта, 1916.

При объяснении опыта Рикке описывают его сущность по схеме: в течение года через составной проводник пропускали ток. За это время через него прошёл огромный заряд (3,5 10⁶ Кл), но никаких следов переноса вещ-ва не наблюдалось (масса каждого из цилиндров ост-сь неизменной, соприкасающиеся пов-ти цилиндрических проводников не изменили цвета) ►вывод: в металлах перенос заряда осущ-ся частицами, входящими в состав всех металлов. Полезно предложить шк-кам рассчитать, какое бы произошло изменение массы цилиндров, если бы ток не представлял собой дв-е ионов.

В опытах Манд-ма и Пап-кси, Толмена и Стюарта лежит одна и та же идея – регистрация инреционного дв-я электронов; рег-ю осущ-ли в 1ом опыте, доказывающем лишь наличие инерционного дв-я электронов с помошью телефона. Во 2 опыте определяли знак и удельный заряд электрона (здесь индикатором служил гальванометр). В связи с этим в школе дост-но рассм-ть один их опытов (лучше Толмена и Ст.), а о другом лишь кратко расскаать. Для объяснения идеи опытов целесообр-но продемонстрировать модель инерц-го дв-я электронов.

В ШКФ классич. эл. теорию применяют для объяснения природы сопротивления и вывода закона Ома для участка цепи. Анализ приводимых при этом ф-л позволяет показать границы применимости закона Ома, выявить связь удельного сопр-я (макроскоп. величину) с микропараметрами: m, n, e, v_t, λ, хар-щими эл. гза в данной среде, и установить завис-ть уд. сопр-я от темп-ры..

I = (ne²λS/ 2mv_TL)U; ρ = 2mv_T/ ne²λ

В указанные формулы вх. ск-ть тепл-го дв-я элктронов v_T. Но можно ещё говорить и о ск-ти распр-я эл. тока v, и о ск-ти упорядоченного дв-я эл-в v_др. В связи с этим до вывода закона Ома из классич. эл. теории вместе с учащимися выявляют различия в понятиях: ск-ти распр-я эл. тока, ск-ти упорядоч-го дв-я электронов, ск-ти тепл. дв-я.

Ск-ть распр-я эл. тока в проводниках – это ск-ть, с кот. распр. действие эл. поля на заряды в проводнике. Поле почти мгновенно (со ск-тью, близкой к ск-ти света) увлекает электроны в упорядоченное и очень медленное дв-е (~10^-4 А/с) Сред. ск-ть упорядоч-го дв-я электронов под действием э/м поля опр-ют в силу тока в проводнике: чем больше ск-ть упорядоч-го дв-я электронов v_др, тем большее число электронов пройдёт через поперечное сечение проводника S в ед-цу времени.

Т.к. заряд каждого электрона равен e, то через сечение проводника в единицу времени проходит заряд q = enSv_др.Но заряд, прошедший в ед-цу времени через сечение проводника, определяет силу тока: I = neSv_др. В кач-ве задачи полезно рассчитать среднюю ск-ть упоряд-го дв-я электронов в каком-то конкретном проводнике. Шк-ки должны чётко предст. себе различие между ск-тью тепл. хаотич. дв-я электронов и ск-ть дрейфа. Чтобы указать границы применимости классич. эл. теории, её трудности, надо прежде всего из анализа формулы ρ = 2mv_T/ ne²λ установить колич. завис-ть уд. сопр-я металлов (ρ) от темп-ры (Т). Из теории ρ ~ v_T (ρ ~ √T), а эксперимент даёт другую зав-ть: ρ ~ Т (ρ=ρ₀άТ). Данное затруднение подводит учащихся к пониманию ограниченности классич. теории. Особенно ярко её ограниченность видна в невозможности объяснить явл-е сверхпровод-ти, кот. может быть объясн. только в квант. физике. Изучение мат-ла о сверхпр-ти и др. трудностях классич. эл. теории способствует формированию научного мировоззрения учащихся, т.к. всё это даёт возм-ть установить границы применимости классич. эл. теории, показывает, что данная теория – лишь первое приближение в процессе познания мех-ма проводимости.

18. Методика изучения классической механики как целостной физической теории. Особенности изучения на I и II концентрах шкф.

В программе 11-летней школы механика представлена 4 подразделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны.

В кинематике изучают виды движения (равномерное, равноускоренное; прямолинейное, криволинейное) и их характеристики. Вводят понятия м.т., траектории, перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории, системы отсчёта, скорости и ускорения. При формировании понятий перемещения, скорости и ускорения большое внимание уделяют векторному характеру этих величин. В рамках ПД усвоение векторного характера скорости и ускорения затруднено (все векторы напр. вдоль одной прямой, и действия над ними можно проводить алгебраически). Завершается раскрытие векторного характера этих величин при рассмотрении криволинейного движения.

Программа общеобраз. школы ориентирует на введение основных характеристик ускорения и скорости как общих характеристик, с помощью которых можно распознавать характер дв-я, предварительно обговорив систему отсчёта: v=0, a=0 – состояние покоя; v=const и а=0 – РПД; а=const и v увеличивается на одно и то же значение за единицу времени – РПД с возрастающей ск-тью; a=const и v уменьшается на одно и то же значение за единицу времени – РУД с уменьшающейся ск-тью и т.д.

В динамике сначала рассматривают 1 з. Ньютона, вводят осн. динамические характеристики движения – массу и силу; а затем – 2й з. Ньютона, в кот. представлена связь между силой, ускорением и массой. Чтобы записать 2 з.Н. для случая действия на тело нескольких сил, рассм-т сложение сил, после этого водят 2й з.Н. Законы Ньютона явл фундаментальными в механике, обобщающими, подтверждёнными практикой и экспериментом, поэтому вначале их формулируют, а затем иллюстрируют с помощью эксперимента.

В ходе изучения видов взаимодействия сил в механике (гравитац-х, упругости, сопр-я) выявляют из зависимость от взаимного расположения тел и от ск-ти дв-я одного тела отн. другого. После введения гравитационных сил изучают закон Всемирного тяготения, дают понятие о силе тяжести, центре тяжести и рассматривают движения, в кот. изменение ск-ти происх. в рез-те действия силы тяжести. подчёркивают роль нач. усл-ий, проводят расчёт 1й косм. ск-ти. Далее рассм. силы упругости и закон Гука. понятие веса только вводят как пример силы упругости. Завершают рассмотрение видов сил в механике изучением силы трения, коэффициента трения и изменения ск-ти дв-я тела в рез-те действия силы трения. показывают, что грав. силы и силы упругости явл. функцией расстояния между взаимодействующими телами, а сила трения – функцией относительно скорости.

При изучении видов механических сил, большое внимание уделяют практическим работам учащихся (Лабы).

Раздел «Статика» в прграмме шк. курса механики отсутствует, но элементы статики и понятие сложения сил, центра тяжести, включаемые в программу, позволяют сформировать общие условия равновесия.

Группировка материала вокруг законов сохранения импульсов и энергии вызвана определяющим значением законов сохранения в современном естествознании. Эти законы связаны со свойствами пространства и времени (закон сохр. энергии связан с однородностью времени, з. сохранения импульса – с однородностью пространства).

З-ы сохранения энергии и импульса справедливы в теории относительности, в квантовой механике и в макро- и микромире.

Идея относительности в механике проходит красной нитью через весь курс механики6 относительность механического дв-я и покоя, траектории координаты, перемещения, скорость, импульс тела, работа и кин. энергия, инвариантность времени, расстояния между взаимодействующими телами, ускорение, масса, сила и др. Показывают, что законы механики справделивы для инерциальных систем отсчёта, что РПД системы отсчёта не влияет на механические процессы, т.е раскрывают принцип относительности Галилея.

Кроме того, школьников знакомят с ещё одним видом мех. дв-я – мех. колебаниями и волнами (особым видом передачи энергии без переноса самого вещества), расширяют представления о периодических процессах. например, при изучении дв-я м.т по окр-ти, вводят понятия периода и частоты. При рассмотрении колебаний уточняют эти характеристики и выявляют общее и относительное для дв-я м.т. по окр-ти и мех. колебания.

Изучают свободные и вынужденные колебания, выд. осн. признаки этого дв-я (прямая пропорциональность силы смещению и противоположность направления смещения и действующей силы). При рассм. уравнения гармонического колебания понятие фазы не вводят. Программа 11-летней школы предполагает введение в фазы в электродинамике. Завершают изучение механики рассмотрением мех. волны, её осн. характеристик и примером мех. волны (звук и его хар-ки). Т.к. матем. подготовка 9-классников на этом этапе обучения не позволяет использовать производную и дифференциальные ур-я, то мех. колебания и волны нужно рассматривать, широко привлекая эксперимент. Предполагается, что при изучении электромагнитных колебаний в 11 классе будут повторены мех. колебания и сопоставлены эти виды колебаний.

Структура классической механики.

1. Основание.

идеализ. О. – м.т.

- абсол. прост-во и время

Кинематические величины:

• инертность (масса тела m)

• действие одного тела на другое – сила F

• передача мех. дв-я

• импульс и энергия

РПД, РУД, дв-е по окр-ти, РЗД

Уравнения:

x = ±x₀ +v_xt, x = ±x₀ ± v₀t ± at²/2. (РПД)

2. Ядро.

1. 1, 2, 3 законы Ньютона, закон всемирного тяготения

2. Гравитационная константа G

3. закон сохранение импульса и закон сохранения энергии

(Принцип дополнительности и соответствия)

3. Следствия.

1. закономерности дв-я тела под действием неск. сил и определение его параметров (метод реш-я физю задач, когда за неск. минут путём мат. выкладки, исп-я фунд. законы), нахождение любого параметра О-а исследования

2. Статика – как частный случай фундаментальных закономерностей.

3. Космонавтика.

4. Законы дв-я планет, планетарных систем, галактик.

<кинематика>

▼

<м.т.>

▼

<мех. дв-е>

▼

<относительность>

▼

<принцип относительности>

▼

<СО>

▼ ▼ ▼

тело отсчёта| система координат| часы

вдоль прямой |на плоскости |в пространстве

Способы нахождения координат.

▼ ▼ ▼

координатный|траекторный| радиус-векторный

<траектория>

▼ ▼

прямолинейная | криволинейная

<путь>

▼

<радиус-вектор>

▼

<перемещение>

▼ ▼

вдоль прямой: |под углом друг к другу:

-сонаправленно под углом 90º

-противоположно под любым углом

направленно

Сложение перемещений

▼

<виды движений>

▼ ▼

равномерное | неравномерное:

<скорость РПД> 1. переменное

- средняя 2. равнопеременное

- мгновенная - равнозамедленное

- относительная - равноускренное

Сложение скоростей ▼

ускорение

▼

скорость при равноускоренном движении

▼

перемещение при равноускоренном движении

▼

<свободное падение тел>

▼

<баллистическое движение>

▼ ▼ ▼

траектория скорость перемещение

▼

<криволинейное движение>

▼ ▼ ▼

перемещение скорость ускорение

▼ ▼

угл. скорость угл. ускорение

движение по окружности

▼ ▼ ▼

период частота фаза

На первом концентре по УМК (пинского, разумовского) на первых уроках физики предполагается знакомство уч-ся со всеми ведущими методами добывания физ. знаний, в том числе и физ. Теории, к-ой посвящен один параграф 1.7(знакомство с теорией и с МКТ кот-ая по УМК Перышкина изучается в 6-ти параграфаф идеология изучения исходит из того, что в течении всего последующего материала уч-лю необ-мо постоянно обращаться к этому материалу, при изучении каждой конкретной физической теории. Каждый раз вспоминать ф-ции теории и ее компоненты и преимущества в получении новых знаний. Эта же идея реализована и на втором концентре. Первая глава по всем УМК посвящена методологическим знаниям для того чтобы они являлись инструментом осмысления всего последующего материала.

Компоненты:

- кинематика – основание

- основы динамики – ядро

- движение тела под действием нескольких сил – следствие.

По 9 кл. по УМК (пинс., разум.) параграфы учеб. представляют собой набор материала в кот-ых не расчленены ни основание, ни ядро, ни следствие. именно поэтому целесообразно переструктурировать материал уч-ка, т.о., чтобы астрономическая и физическая компоненты позволили шк-кам четко осознать основание, ядро и следствие класс. мех. как физич. теории.

На II конц.

По любому УмК 1-ая глава предполагается актуализ. и повторение физич. теорий.

На 2-ом конц. появ-ся новые дидактические возможности.

На 1-ом уч-ся практически не знакомились со 2-ым и 3-ьем диализированным объектом, абсол. прост-во и временем. Именно здесь необ-мо ознакомить школ-ов с их основными св-ми доведя изучение материала до введения принципа симметрии. И 2-ой з. Ньютона на этом концентре и 1-ый з-н Ньютона должен изучаться как следствие принципа симметрии.

Св-во абсол. прост-ва:

1.оно абсолютно, т.е. сущ-ет само по себе, не зависимо от материал. обьектов.

2. однородность прост-ва, означает, что все св-ва точек пустого прос-ва абсолютно одинаковы.

3. изотропность прост-ва, озн. св-ва всех направления пустого абсол. прост-ва совершенно одинаково.

4. прост-во не влияет на линейные размеры движущихся предметов.

19. Методика изучения термодинамики как целостной физической теории на II концентре шкф.

Тепловые явления описывают 2 разные физ. теории с разлю понятийным аппаратом и разл. фундамент. законами, т.е.е одна теория пост роена по методу принципов, а другая по методу модельных гипотез ► методика их изучения должна быть существенно различной.

До наст. времени не существует общепринятой т.з. на структуру и послед-ть изучения раздела о тепловых явлениях. В разной учебной лит-ре исп. 3 разных методических подхода.

1. Термодинамика - ► МКТ (Л.И. Свитков)

Аргументация.

1. 1я теория исторически сложилась раньше, многие понятие зарождались внутри этой теории (температура)

2. Эта теория не требуя знания о внутреннем строении вещества и явл. для ученика более лёгкой и доступной. Характер т/д закономерностей более общий, более фундаментальный, и термодинамические методы применяются во многих разделах физики.

2. МКТ►т/д (термодинамика)

1. Позволяет объяснить процесс протекания тепловых явлений.

2. В наст. время степень общности МКТ-закономерностей (вероятностные подходы) нач. приобретать всё большее значение и современный стиль научного мышления становится ыероятностным.

3. Позволяет теоретически вывести законы всех изопроцессов, что даёт значительную экономию учебного времени.

3. Смешанное учение (МКТ►т/д►МКТ►т/д) – преобладает!!!

Авторы данного подходя считают, что здесь возможно одновременное использование преимуществ того и иного подходов. Т.к. современный стиль мышления – теоретический, уже на уроках природоведения (нач. школа) дети знакомятся с молекулярным строением вещества, чтобы ближе понять и объяснить мех-м и св-ва разл. состояний вещ-ва.

Поэтому, в завсис. от УМК, кот. изберёт учитель, он будет работать в русле одного из 3х подходов. В 3ем подходе возн. опасность, что учащиеся не смогут осознать ту или др. теорию именно как целостную совокупность понятий и законов соотв. методологией познания, поэтому здесь необходима специальная корректировочная работа по знакомству учащихся со структурой т/д и МКТ – это доп. материал, кот. в учебниках не представлено, поэтому данное задание необх. давать под запись.

Структура термодинамики.

1. Основание.

Идеализ. О. – ид. газ.

Первоначально под ид. газом понимался газ, подчиняющийся законам изопроцессов. Газ, взаимодействие между молекулами которого происх. только в момент соударения.

Параметры и св-ва ид. газа: объём, температура, масса, давление; законы изопроцессов, уравнение Менделеева-клайперона.

2. Ядро.

1, 2, 3 и нулевое начала т/д.

3 и 0 начала в ШКФ в явном виде не изучаются.

2 только начинает вводиться в учебниках и методика его изучения мало разработана.

Цикл ид. тепл. машины изучается без ссылки на данные законы.

3. Следствия.

Условия для макс. получения КПД тепл. машины.

Компоненты и принципы действия тепл. машины.

Невозможность создания вечных двигателей 1 и 2го рода.

примерное планирование может быть следующим.

1. Работа и теплообмен как способы изменения состояния системы.

2. 1 начало т/д.

3. Внутренняя энергия.

4. Решение задач.

5, 6 Условие работы тепл. двигателей.

7. Абсолютная температура. Формула Карно для КПД тепл. двигателя.

8. Технические применения т/д.

Методика изучения термодинамики как целостной физической теории на II концентре ШКФ.

1. при изучении т/д необх. обязательно подчеркнуть особый, практический хар-р причин возн. данной теории, необх. ознакомить учащихся с историей применения теплоты для нужд человека.

2. В зависимости от профиля обучающихся учитель представленный 2ой блок может либо кратко наметить, либо раскрыть более подробно разними вариантами: собственный рассказ, через микрорпоекты учащихся, кот. будут представлены на последних уроках.

3. При рассмотрении основополагающих понятий необх иметь ввиду, что как целостная физ. теория чаще всего т/д изучается на «м концентре ШКФ и пропедевтика данных понятий уже была, т.е., учащиеся уже знакомы с данными понятиями на ! концентре, здесь осн. метод. задача учителя уже в др. _ эти знания необх. актуализировать и главное, систематизировать, обобщить и обратить внимание учащихся на принципиальные особенности данным понятий.

При рассмотрении теплоты необх. обратить внимание учащихся, что формулы расчёта принципиальным образом зависят от вида процесса.

Теплота, работа выводятся как в учебнике, с подробным объяснением знаков работы. (работа газа, работа внешних сил).

необх. вместе с учащимися выяснить и док-ть, что работу можно опр-ть графически по площади фигуры, ограниченной графиком соотв-щего процесса и осью: -этот момент исп. при выяснении принципов действия ид. тепл. машины.

Понятие внутренней энергии было введено исторически раньше, чем создано МКТ. Это понятие теор., т.е. эта величина была введене в процессе попыток записи закона сохр. энергии применительно к тепл. процессам. Уже в это время был полученинтеграл, кот. обладал св-ми сохранения в тепл. процессах.

развитие матем. физики показало, что подобное выражение впоследствии может быть определительной формулой некой физ. величины, св-ва кот. хар-ет данная величина, определялось впоследствии дополнительно.

Но с развитием физики и МКТ потребовалось интерпретировать данное понятие с т.з. МКТ, и методика физики и МПФ в наст. время, изначально, начиная с 8го класса, использует именно МКТ-трактовку (онтодидактика).

В 8 классе внутренняя энергия трактуется как совокупность кинетической и потенциальной энергий молекул, входящих в тело. В 10 кл. это понятие углубляется и учащиеся изнают, что мол-лы могут вращаться, совершать колебания, двигаться в пр-ве.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ.

Термодинамика

(Практика чел. жизни)

▼ ▼

Q – способна совершать - A

150 л до н.э. ► ветряной шар Шерона

до VII в н.э. ► огнестрельное оружие

VII-XIII вв. ► паровые насосы (Северн,

(Папен, Нью-Камен)

▼

самодвижущиеся устройства

▼ ▼

пароходы паровозы

<Тепловые машины>

▼

<Изучение закономерностей превращения тепла в работу>

▼

<Исследование условий, при которых это превращение макc-но>

▼

<В процессе исследования нач. создаваться и структурироваться основополаг. т/д понятия: Q, A, ∆U и выясняются связи между этими понятиями, обнаружившаяся связь обобщилась в виде своеобразного закона сохранения для тепловых процессов и получила название 1 начала т/д.>

Основополагающие понятия.

▼ ▼ ▼

Q ∆U A

1.теплопроводность ∆U=i/2 m/M R ∆T A=p∆V

Q=cm(t2-t1) i – степень вободы

(при нагревании Q только изменение ∆U

отдаётся, при охлаждении приниается) только ля ид. газа

2. Q=λm (плавление,

кристаллизация0

3. Q=Lm, Q=rm

(испарение и конденсация соответственно)

Q=gm, g-удельная тепл.

20. Методика изучения термодинамически понятий «внутренняя энергия», «количество теплоты» и «работа» в шкф (на I и II концентрах).

Т.к. данные понятия изучаются в разделе т/д, , необх. подчеркунть практ. хар-р причин возн-я данной теории. Необх. ознакомить учащихся с историей применения теплоты для нужд человека. Пр рассм. основополаг. понятий нужно иметь ввиду, что учащиеся уже знакомы с ними. Осн. задача учителя в др.: знания учащихся необх. актуализировать, систематизировать, обощить и обратить внимание учащихся на применение особенностей данных понятий. При рассм. теплоты необх. обратить внимание учащихся, что ф-лы расчёта зависят от вида процесса. Вывод теплоты даётся как в учебнике с подробным объяснением знаком работы. Нужно вместе с учащимися выснить и док-ть, что работу можно графически и по фигуре ограничить графиком соот-щего процесса и осью p(V).

Внутр. энергия была вв. раньше, чем МКТ. Данное понятие – теор., т.е. эта величина была вв. в процессе попыток записи закона сохр-я энергии применительно к тепл. процессам. Уже в то время был получен интеграл, кот. обладал св-вом сохр-я в тепл. процессах. В 8 кл. энергия практ. как ∑Eп и Ек мол-л, вх. в состав тела. В 10 кл. это понятие углубляется и учащиеся узнают, что мол-лы могут сов-ть колебания и дв-ся в пр-ве, поэтому ∆U.

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПОНЯТИЯ.

Исторически первая фор=кА была найдена в процессе становления и разработки понятия внутр. энергии. Было выяснено, что внутр энергия может изм. «я способами:

1. путём сообщ-я или отдачи теплоты

2. путём совершения работы.

Этот мат-л рассм. в 8 кл., но не обозн. как 1ое начало т/д. Методич. задача учителя – актуализировать данные знания и пойти дальше, записав данные положения в виде закона (начала). Данную формулировку необх. переписать в связи с тем, чтобы учащиеся представили, при каких условиях наибольшее колическтво теплоты превращается в работу. Получив ещё одно выражение, подчеркнуть, что сообщ-ая ид. газу теплота идёт на 2 процесса:

1. изм-е внутр. энергии,

2. сов. работы самим газом.

Теперь появ. возм-ть выяснить наиб. энерг. выгодные процессы при сов-ии работы, либо при сов. работы и при теплопередачи одновременно.

Обсуждается ? о мерах измерения внутр. энергии при любых процессах. Мерой изм-я внутр. энергии в процессе сов-я работы явл. работа, а мерой внутр. энергии в процессе теплопередачи – теплота. Здесь же повт. ? о знаках этих величин: Q>0, если сообщ-тся системой; Q<0, если отдана; А>0 – газ сжимается; A<0 – газ расширяется.

Рассм. ряд примеров, делают вывод: ∆Uсист. = ∑Q, перед. системой, и работе внешних сил под системой: ∆U = Q + A; Q = ∆U + A’.

Кол-во теплоты, сообщаемое системой, идёт на увеличение её внутр. энергии и на сов-е системой работы над внешними телами.

Методика изучения 1го начала

22. Методика изучения мкт как целостной физической теории в шкф.

Разделом «Молекулярная Ф.» начинается курс Ф. 8 кл. Цель этого раздела – углубить знания уч-ся о строении и св-вах вещ-ва. В задачу раздела входит расширение знаний уч-ся о молекулах, особенностях их движения и взаимодействия; углубленное изучение МКТ газов, объяснение св-в газов на основе этой теории, углубление знаний о переходе вещ-ва из одного агрегатного состояния в другое. Первоначальное понятие о МКТ уч-ся уже получили при изучении Ф. в 7 кл. Там же они познакомились с опытами, подтверждающими ее основные положения. В курсе Ф. 10 кл. необходимо более четко сформировать основные положения этой теории, вспомнить основные опытные их обоснования, уточнить понятие «молекула», конкретизировать его, опираясь на знания, полученные уч-мися в курсе химии 8 и 9 кл. Опираясь на знания уч-ся о строении молекул и атомов, на первоначальное понятие об элементарных частицах, определяется вещество как вид материи, состоящей из частиц. Далее разъясняется уч-ся что молекулы, атомы, ионы, ядра атомов, ē, протоны, нейтроны – это все различные структурные формы вещ-ва. Необходимо подчеркнуть то, что именно «формы вещ-ва», т.к. у уч-ся часто понятие вещ-ва ассоциируется только с молекулами. Из курса Ф. 7 – 8 кл. уч-ся известно, что имеется еще один вид материи – поле. Уч-ся уже получили первоначальное представление о том, что эл. поле связано с неподвижными заряженными частицами, а магн. поле – с движущимися. Т.о., в 9 кл. важно подчеркнуть, что вещ-во является лишь одним из видов материи. Сказать, что вещ-во м. находиться в твердом, жид. и газообр. состояниях и в виде плазмы – смеси + заряженных ионов, ядер, атомов и ē. Отмечается, что изучение св-в вещ-ва имеет важное практическое значение, т.к. все, что строится, конструируется, состоит из различных вещ-в. Изучение строения и св-в в различных состояниях важно для технологии производства (важно знать как будет вести себя вещ-во при разных условиях: t°, р). Далее формулируются основные положения МКТ: 1) вещ-во состоит из частиц (ионов, атомов, молекул и т.д.); 2) эти частицы непрерывно хаотически движутся; 3) частицы взаимодействуют друг с другом. Затем уч-ся предлагается вспомнить опытные доказательства каждого из положений, с которыми они уже познакомились в 7 и 8 кл., также следует привести современные опытные данные. В начале они лишь перечисляются, а на последующих уроках раскрываются более подробно. Можно сообщить уч-ся, что в кон.19 в. многие ученые сомневались в реальном существовании атомов и молекул. Первым ученым, который установил два рода частиц – «корпускулы» (молекулы) и «элементы» (атомы) – был Ломоносов. Необходимо уточнить понятие молекулы. В курсе химии 8 кл. молекулы определяются как мельчайшие частицы вещ-ва. В 10 кл. следует дать более строгое определение этого понятия. Далее нужно обсудить вопрос о модели молекулы. Важно подчеркнуть, что молекула не обладает теми же физич. св-вами, которыми обладает макроскопическая система как совокупность молекул. Температура, давление, вязкость, теплопроводность и многие др. св-ва тел – это св-ва совокупности молекул. Агрегатные состояния вещ-ва характеризуют состояние совокупности молекул, но не отдельных молекул (н-р, одно дерево не составляет лес).

23. Методика изучения понятий «масса» и «сила» на I и II концентрах шкф.

В учебнике Ф. для 7 кл. дается след. определение массы: масса тела – это величина, выражающая его инертность. Она определяет отношение ускорения эталона массы к ускорению тела при их взаимодействии. Масса – одно из фундаментальных св-в материи. В средней школе уч-ся дают прежде всего понятие о массе как мере гравитационных и инерционных св-в тела. Как меру гравитационных св-в массу тела определяют на основе з-на всемирного тяготения Ньютона: F =γ m₁m₂ / r². Инертная масса в классич. механике Ньютона входит в основное уравнение динамики F = m∙ dv/ dt. Опытным фактом яв-ся ~ м/д гравитационной и инертной массами, а при определенном выборе единиц измерения они просто совпадают, поэтому практически не делают различия м/д ними. В 7 кл. уч-ся сначала дают первоначальное понятие об инертной массе на основе изменения скорости двух тел при их взаимодействии: m₁ ∆v₁ = - m₂ ∆ v₂. Затем уч-ся знакомят с единицей массы – кг. Также м. сообщить им, что учение нашли различные способы измерения массы тел. В старших классах уч-ся сами смогут рассчитать массы солнца, земли, массу молекулы водорода. Здесь необх-мо сказать и о способах определения масс тел. В 10 кл. четкое определение массы не дается, а говориться что такое инертность тела. Во 2 з-не Н. определил ее как св-во, от к-рого зависит ускорение. И он ввел физич. величину, характеризующую это св-во – массу. Затем устанавливается взаимосвязь м/д F, m, a в ИСО. Здесь важно подчеркнуть, что речь идет именно об ИСО. Необх-мо сообщить уч-ся понятие о динамическом методе сравнения и измерения масс, о к-ром не говорилось в 7 кл. надо напомнить об определении массы те взвешиванием и о том, где применяется каждый метод. Динамический метод (связанный с расчетом а) – для измерения масс микро- и макрообъектов. А статический (основанный на взвешивании) – в повседневной жизни, метрологии. Масса обладает св-вом аддитивности: общая масса нескольких тел равна сумме их масс. Следует сказать о з-не сохранения массы. Сила – одно из основных понятий в Ф. В 7 кл. понятие о силах формируется на примере действия силы тяжести, упругости, трения с сил взаимодействия м/д молекулами. Основная задача заключается в формировании у уч-ся понятия о силе как физич. величине, характеризующей действие одного тела на другое. Это действие выражается в изменении скорости движения тел и приводит к деформациям. При формировании понятия сила приходится считаться с тем, что оно находит самое широкое применение в повседневной жизни и в известной мере знакомо уч-ся до изучения Ф. (мускульная сила, толкание, тяга, вес и др.). Далее, обобщая бытовое представление и конкретные примеры, следует сказать, что сила – это краткое название действия одного тела на другое. Следующая задача – выяснить и количественно определить, в чем именно проявляется это действие тел друг на друга. Т. о., новым при формировании понятия о силе в 10 кл. яв-ся то, что силу неразрывно связывают с ускорением. Сила – векторная величина, к-рая кроме численного значения, имеет ускорение. Важно знать точку приложения силы.