Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 10 клас>>Фізика: Методи наукового познання.

МЕТОДИ НАУКОВОГО ПІЗНАННЯ
Про дослід як метод вивчення природи ви знаєте з основного курсу фізики. Шляхом узагальнення даних дослідів були сформульовані фізичні поняття, наприклад такі, як механічний і тепловий рухи, газ, рідина, тверде тіло тощо; введені фізичні величини для характеристики властивостей фізичних об'єктів: швидкість руху тіла, маса і об'єм тіла, тиск газу, температура тіла тощо; сформульовані емпіричні (отримані з дослідів) закони, наприклад закон Паскаля для рідин і газів, закон Джоуля—Ленца та ін.
Метод, який дає змогу одержати нові знання за допомогою проведення досліду
(експерименту), називають експериментальним.
Цей метод — один із основних способів отримання наукових знань. Він найбільш часто застосовується в школі на уроках фізики. Проте важливо мати на увазі, що досліди, які проводяться на уроках або вдома, — це навчальні досліди. Вони відрізняються від дослідів, які проводяться в наукових лабораторіях.
Науковому експерименту передує обґрунтована гіпотеза. Вона визначає мету і зміст експерименту. Вимірювання проводяться у строго визначених умовах, дані вимірювань точно обробляються. Експеримент завершується оцінкою похибки отриманого результату.
У науковому експерименті вчені ставлять природі запитання, відповідь на яке наперед невідома. Для одержання надійних висновків дослід зазвичай повторюється багаторазово. Це приводить до того, що тривалість наукового експерименту часто вимірюється роками, а іноді й десятками років. Наприклад, досліди Джоуля з вимірювання відношення між роботою і кількістю теплоти продовжувалися з 1839 до 1850 року, а потім були повторені в 1878 році.
Дослід не може бути єдиним джерелом знань. Спостереження, наприклад, показують нам, що Сонце сходить і заходить, а Земля перебуває у стані спокою. Повсякденні спостереження показують, що важке тіло падає швидше, ніж легке, що без дії сили тіла не можуть рухатися. Наука, як відомо, за істинні приймає твердження, що суперечать цим безпосереднім спостереженням.
Дані досліду повинні бути осмислені і відтворені у системі наукових понять і законів. Тому поряд з дослідом як метод вивчення природи виступає теорія (теорія з грецької — наукове пізнання, дослідження; використання цього терміна правомірне тільки у застосуванні до науки).
Теорія узагальнює дані дослідів на основі мислення, збагачує їх і робить новими, більш глибокими знаннями. Теорія виходить за межі безпосереднього (чуттєвого) сприйняття і ставить завдання знайти об'єктивно існуючі закономірності. Видатний учений Д. І. Менделєєв говорив, що «...сила науки полягає у теоретичному мисленні. Якщо немає теоретичного узагальнення, то наші знання ще не є наукою, силою, а вони є рабством перед тим, що вивчається».
Експеримент часто проводиться для того, щоб підтвердити або відкинути теорію. Однак сам по собі експеримент, якщо він не пов'язаний з певними теоретичними передбаченнями, не має наукової цінності. Деякі експериментальні відкриття, наприклад відкриття електризації, у свій час ніяк не вплинули на розвиток фізики тому, що не була підготовлена теоретична база.
Експериментальний метод дає результати тільки у поєднанні з теоретичним.
Теорія систематизує дані дослідів на основі певних узагальнень, ідей. Вона слугує засобом отримання нових знань і вказує шляхи практичного використання відкритих закономірностей. Критерієм правильності висновків теорії є дослід, практика.
Процес розвитку знань, таким чином, іде від досліду (спостереження, експеримент) до абстрактного мислення — теорії, а потім до практики.
Наукові знання являють собою єдність емпіричного і теоретичного. Проте у пізнанні звичайно виділяють два рівні — емпіричний і теоретичний. Поділ цих рівнів пізнання відображає різницю у методах пошуку знань. Емпіричне дослідження містить у собі дослід як засіб отримання фактів і виявлення зовнішніх зв'язків, емпіричне узагальнення фактів, формування емпіричних понять і емпіричних законів. Теоретичні знання містять у собі, по-перше, систему вихідних теоретичних понять, принципів (принципіум з латинської — початок, основа; принципами називають судження, які узагальнюють дані досліду і слугують основними положеннями будь-якої теорії) і гіпотез; по-друге, сукупність висновків, наслідків (умовиводів), які одержують з основних положень за допомогою логічних і математичних викладів.
Вихідні поняття, принципи або гіпотези становлять основу теорії. В основі термодинаміки, наприклад, лежать поняття і два принципи (начала) термодинаміки — термодинаміка як теорія, що побудована на основі принципів. Молекулярно-кінетична теорія будується на іншій основі — на основі гіпотез про молекулярну будову тіл і про властивості молекул. Ці гіпотези задають модель (механічну аналогію) властивостей системи молекул, тому говорять, що молекулярно-кінетична теорія будується на основі модельних гіпотез. Принципи або гіпотези, покладені в основу теорії, являють собою узагальнення дослідних даних — спостережень, експерименту, виробничої практики. Однак в узагальненні дослідних даних міститься елемент теоретичного знання: як принципи, так і гіпотези не виводяться безпосередньо й однозначно з досліду. Для знаходження принципів і гіпотез одних даних досліду недостатньо.
Другу частину теоретичного знання, як уже зазначалося, становить система висновків, отриманих з основних положень за допомогою логічних висновків і математичних виведень, — система математичних співвідношень між фізичними величинами, які відображають властивості фізичних об'єктів. Відповідність цих висновків даним досліду слугує підтвердженням правильності вихідних положень теорії. Висновки з основних положень у тій або іншій теорії можуть бути одержані різними прийомами. Прийоми, що дають змогу отримати нові знання, слугують методами дослідження в рамках теорії. З термодинаміки, наприклад, ми дізнаємося про метод кругових процесів, із молекулярно-кінетичної теорії — про статистичний метод.
Фізична теорія правильно відображає природу явищ, які вона описує, якщо її застосовувати в тій сфері, для вивчення якої вона створена. Будь-яку теорію не можна вважати тотожною природі. Теорія — це відображення, картина реальних фізичних явищ, але відображення в єдності і цілісності, у системі. Її завдання, як вважав Л. Больцман,— слугувати скеровуючим початком для теоретичної думки й експерименту, бути способом пояснення і способом руху людської думки до істини.
________________________________________________________________

В. Д. Сиротюк, В. І. Баштовий, Фізика, 10 клас
Надслано читачами інтернет-сайтів

МЕТОДИ НАУКОВОГО ПІЗНАННЯ
Цей параграф допоможе вам пригадати, які існують методи фізичних досліджень, що означає виміряти фізичну величину та як це зробити. Також ви дізнаєтесь, на яких одиницях базується Інтернаціональна система одиниць (СІ) та як визначаються ці величини в сучасній фізиці.
Що таке фізичне дослідження і якими є його методи:

фізичне дослідження — це цілеспрямоване вивчення того чи іншого явища засобами фізики.
Перший етап фізичного дослідження — спостереження.
спостереження — це сприйняття природи з метою одержання первинних даних для подальшого аналізу.
Далеко не завжди спостереження ведуть до правильного висновку. Так, спостерігаючи падіння різних тіл, Аристотель вирішив, що чим тіло важче, тим швидше воно падає. Цей висновок виявився хибним, але тільки через тисячі років завдяки ретельно підготовленим експериментам Ґалілео Ґалілей зміг його спростувати.
■ Експеримент — це дослідження фізичного явища в умовах, що перебувають під контролем ученого, з метою глибшого вивчення цього явища.
У своїй основі фізика є експериментальною наукою: її закони базуються на фактах, установлених дослідним шляхом. Проте самих тільки експериментальних методів фізичних досліджень недостатньо, щоб одержати повне уявлення про досліджувані фізикою явища. Сучасна фізика широко використовує теоретичні методи фізичних досліджень, які передбачають аналіз даних, отриманих у результаті експериментів, формулювання законів природи, пояснення конкретних явищ на основі цих законів, а головне — передбачення й теоретичне обґрунтування (із широким використанням математичних методів) нових явищ.
Теоретичні дослідження проводяться не з конкретним фізичним тілом, а з його ідеалізованим аналогом — фізичною моделлю, яка має враховувати невелику кількість основних властивостей досліджуваного тіла. Наприклад, у ході вивчання деяких видів механічного руху використовують модель фізичного тіла — матеріальну точку. Ця модель застосовується, якщо розміри тіла не є суттєвими для теоретичного опису його руху, тобто в моделі «матеріальна точка» враховують тільки масу тіла, а форму тіла та його розміри до уваги не беруть. Вивчаючи електростатику, ви ознайомилися зі ще однією фізичною моделлю — ядерною моделлю атома, а вивчаючи ядерну фізику — з крапельною моделлю ядра атома.
Пояснимо різницю між експериментальними й теоретичними методами дослідження на конкретних прикладах.
Учені запропонували нове ракетне паливо. Щоб довідатися, якою при цьому буде тяга ракетного двигуна, його розмістили на випробувальному стенді й за допомогою відповідних приладів виміряли силу тяги. Це — приклад експериментального методу дослідження.
А от щоб розрахувати траєкторію польоту ракети до Місяця, учені використовують рівняння руху матеріальних тіл, ураховують притягання ракети до Землі й до Місяця, вплив Сонця та інші фактори. Це — приклад теоретичного методу дослідження.
Протягом навчального року ви будете зустрічатись і з експериментальними, і з теоретичними методами фізичних досліджень.

_________________________________________________________________________

В. Г. Бар'яхтар, Ф. Я. Божинова, Фізика, 10 клас
Надіслано читачами інтернет-сайтів

 МЕТОДИ НАУКОВОГО ПІЗНАННЯ
СПОСТЕРЕЖЕННЯ, НАУКОВА ГІПОТЕЗА Й ЕКСПЕРИМЕНТ
Явища світу, що нас оточує, надзвичайно складні, адже кожне з них залежить від дуже багатьох причин. Але, уважно спостерігаючи те чи інше явище, ми зауважуємо, що якісь причини більш істотні для його протікання, а якісь — менш істотні.
Зі спостережень виникають припущення, що для цілого кола явищ існують певні закономірності. Такі припущення називають науковими гіпотезами.
Щоб перевірити гіпотезу, учені проводять досліди (експерименти) з метою з'ясувати, як змінюється перебіг явищ у разі зміни умов їх перебігу. Для цього створюються спеціальні умови. Наприклад, в експериментах з вивчення руху Ґалілей намагався зменшити роль тертя.
Так від спостережень учені переходять до експериментів, тобто починають «ставити запитання природі».
НАУКОВІ МОДЕЛІ ТА НАУКОВА ІДЕАЛІЗАЦІЯ
Для формулювання гіпотези, постановки експерименту та пояснення його результатів необхідно побудувати модель певного об'єкту, явища або процесу — спрощене, схематизоване уявлення, у якому виділено найбільш важливі риси. Прикладами таких моделей є матеріальна точка — тіло, розмірами якого в даній задачі можна знехтувати, або ідеальний газ — такий газ, розміри молекул якого нехтувано малі, причому взаємодія між молекулами відбувається тільки в разі їх зіткнень.
Повністю усунути в експерименті «перешкоди», як правило, не вдається. Але за результатами експерименту іноді можна здогадатися про те, що мало б спостерігатися в «ідеальній» ситуації, тобто в разі, коли всі перешкоди було б усунуто цілком. Цю ідеальну ситуацію називають науковою ідеалізацією. Саме вона дозволяє побачити простоту законів, що криються за зовнішньою складністю явищ.
З прикладами наукової ідеалізації ми будемо неодноразово зустрічатися в нашому курсі.
З поняттям наукової ідеалізації пов'язане поняття уявного експерименту, тобто експерименту, проведеного за допомогою уяви. При цьому особливе значення має логічна несу-перечність результатів уявного експерименту.
Важливим прикладом наукової ідеалізації є так зване «вільне тіло», тобто тіло, на яке не діють інші тіла. Цілком вільних тіл зазвичай не існує: навіть галактики, що віддалені одна від одної на величезну відстань, взаємодіють між собою. Однак, поставивши уявний експеримент, тобто подумки продовживши закономірність, виявлену на дослідах з реальними тілами, можна уявити тіло, що зовсім не взаємодіє з будь-якими іншими тілами. Роздуми про те, як рухатимуться такі тіла, привели Ґалілея до відкриття закону інерції.
НАУКОВИЙ ЗАКОН І НАУКОВА ТЕОРІЯ
Коли гіпотеза про перебіг фізичних явищ підтверджується експериментом, вона стає фізичним законом.
Основний зміст механіки становлять три закони, сформульовані видатним англійським ученим Ісаком Ньютоном (знамениті «три закони Ньютона»), закон всесвітнього тя-ЛС1ННЯ (відкритий теж Ньютоном), а також закономірності для сил пружності та сил тертя. Для газових процесів відкрито закони, що описують залежність між тиском, об'ємом і температурою газу. Взаємодія електрично заряджених частинок, що перебувають у спокої, підпорядковується закону, відкритому французьким фізиком Шарлем Кулоном.
Сукупність законів, що описують широке коло явищ, називається науковою теорією. Наприклад, закони Ньютона становлять зміст класичної механіки.
Поряд із законами наукова теорія містить означення фізичних величин і понять, за допомогою яких формулюються закони цієї теорії. Дуже важливо, щоб усі обумовлені у фізичній теорії величини могли бути виміряні на досліді, оскільки справедливість фізичних законів і теорій може бути перевірено тільки дослідним шляхом.
ПРИНЦИП ВІДПОВІДНОСТІ
Поява нової фізичної теорії не скасовує «стару» теорію, а уточнює та доповнює її. Однією з найважливіших вимог під час створення нових фізичних теорій є принцип відповідності, згідно з яким передбачення нової теорії повинні збігатися з передбаченнями «старої» теорії в межах її застосовності. Це означає, що нова теорія має включати «стару» теорію як окремий, граничний випадок. Принцип відповідності сформулював на початку 20-го століття данський фізик Нільс Бор — один із творців квантової механіки.
Так, передбачення спеціальної теорії відносності стосуються головним чином руху тіл зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла, але вони збігаються з передбаченнями класичної механіки, якщо швидкості руху тіл набагато менші від швидкості світла. Квантову механіку було розроблено для опису рухів частинок з надзвичайно малою масою (наприклад, електронів), але вона «перетворюється» на класичну, якщо маси тіл досить великі.
СУЧАСНА ФІЗИЧНА КАРТИНА СВІТУ
Сучасна фізична картина світу заснована на уявленні про те, що речовина складається з дрібних частинок, між якими існує кілька видів фундаментальних взаємодій. Це — сильні взаємодії, електромагнітні, слабкі та гравітаційні. У другій половині 20-го століття електромагнітні взаємодії було об'єднано зі слабкими в «електрослабку» взаємодію. Сьогодні продовжуються інтенсивні спроби побудови «великого об'єднання» — теорії, що дозволила б об'єднати усі відомі види взаємодій.

________________________________________________________________________

Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев, Фізика, 10 клас
Надіслано читачами інтернет-сайтів

Математика - мова фізики
Упродовж свого існування фізика завжди була тісно пов'язана з математикою. Багато розділів сучасної математики виникли саме завдяки необхідності розв'язання проблем, що з'явилися в процесі пізнання фізичного світу. Наприклад, для того щоб створити теоретичну основу класичної динаміки, І. Ньютон використав математичні моделі, які дали поштовх до створення нової математичної теорії, яка називається диференціальне числення. У свою чергу в доведенні своїх теоретичних положень і підтвердженні гіпотез фізики послуговуються математикою, її понятійним апаратом. Тому не випадково математику вважають мовою фізики.
Фізичні величини, які є основою фізичного знання, за математичними властивостями бувають скалярними або векторними. Залежно від цього математичні дії з ними виконують за різними правилами. Зокрема, зі скалярними величинами (шлях, маса, робота, потужність тощо) діють як з дійсними числами. Наприклад, сума скалярних фізичних величин об- д числюється як алгебраїчна сума їхніх числових значень.
Векторні величини (переміщення, швидкість, сила тощо) підлягають іншим настановам, з урахуванням їхнього напряму. Зокрема, сума векторних величин обчислюється як геометрична сума векторів, результуюча якої також є вектором. Додають вектори, застосовуючи правило трикутника або правило паралелограма.
1.    Правило трикутника (мал. 1): щоб додати два вектори о і Ь, треба від кінця вектора а відкласти вектор Ь; тоді вектор с, початок якого збігається з початком вектора а, а кінець - з кінцем вектора Ь, буде результуючим суми векторів а і Ь.
2.    Правило паралелограма (мал. 2): щоб додати два вектори а і Ь, треба сумістити початки цих векторів і побудувати на їх основі паралелограм, діагональ якого с буде результуючим вектором суми векторів а і Ь. Будь-який вектор можна розкласти
на складові, зокрема за осями прямокутної (декартової) системи координат (мал. 3). Цю властивість векторів часто використовують при розв'язуванні задач динаміки.

У кінематиці часто шукають проекції вектора на відповідну координатну вісь. Вони можуть бути додатними, від'ємними або дорівнювати нулю, оскільки враховують числове значення косинуса кута а між вектором і координатною віссю (мал. 4):

__________________________________________________________

Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 10 клас
Надіслано читачами інтернет-сайтів

_{уроки фізики, програма з фізики, реферати з фізики для 10 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

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.