Средства обучения, используемые при изучении разрабатываемого материала.

Система контроля за учебно-методическим процессом.

Система учебных физических задач по разрабатываемой теме.

Система демонстрационного физического эксперимента по разрабатываемой теме.

Система лабораторного физического эксперимента по разрабатываемой теме.

Учебные материалы нетрадиционного характера по разрабатываемой теме.

 

 

Система педагогических задач при изучении динамики

В процессе изучения динамики необходимо достичь двуединой цели: изучить основы механического взаимодействия тел и создать предпосылки для формирования научного мировоззрения.

Для достижения этих целей необходимо решить следующие конкретные педагогические задачи:

 

1. Завершить первый этап формирования таких фундаментальных понятий механики, какими, несомненно, являются понятия массы и силы.

2. Изучить законы механического взаимодействия и движения тел со скоростями, значительно меньшими скорости света (законы Ньютона и закон независимости действия сил).

3. Изучить, с опорой на законы Ньютона:

—закон всемирного тяготения,

—принцип относительности Галилея.

4. Разъяснить физическое содержание и ввести в научный обиход учащихся следующие понятия и величины: инертность, центр масс, инерциальная система отсчета, реакция связей, сила тяжести, перегрузка, невесомость, силы трения и сопротивления, силы упругости, первая космическая скорость, физические основы космических полетов.

5. Научить учащихся применять полученные знания для решения практических задач.

Если все намеченные педагогические задачи будут решены, изучение раздела «Динамика» послужит еще одним доводом в пользу материалистического миропонимания.

 

Логическая структура учебного материала по разделу «Динамика»

Содержание учебного материала

Понятия силы и массы в науке

Несмотря на то, что понятия силы и массы являются основными не только в механике, но и во всей физике, вокруг этих понятий идут давние споры это связано с тем, что это два очень сложных понятия, исчерпывающее определение которых, по-видимому, невозможно дать в рамках классической механики.

Далеко не случайно оба эти понятия были введены Ньютоном как констатация имеющихся представлений через определения.

В справедливости этого предположения убеждает то, что «исчерпывающее» определение силы пытались дать многие физики (Кирхгоф, Андрат и др.), но их попытки не увенчались успехом. Другие физики, видя неудачу первых, пытались создать механику без понятия силы (Герц). Все это привело Р.Фейнмана к выводу: «...свойства сил не описал полностью ни Ньютон, ни кто другой» и далее: «...сколько бы вы ни пытались дать точное определение силы, вы его никогда не получите!» (Фейнмановские лекции по физике-Т. 1. — С. 210). Справедливости ради надо отметить, что значительно раньше к такому выводу пришел французский ученый Л.Пуанкаре в своей работе «Наука и гипотеза», в которой он писал: «Не важно знать, что такое сила, а важно знать, как ее измерить» (Пуанкаре А. О науке. — М.: Наука, 1973. — С. 73).

Понятие массы (как и понятие силы) введено Ньютоном в механику через определение: «Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее». Есть основания предположить, что Ньютон, будучи атомистом, под плотностью понимал число частиц в единичном объеме вещества (об этом более подробно сказано в кн. Тюлина И.А. История и методология механики. — МГУ, 1979). Способа независимого определения массы Ньютон не указал. Это, так же как и в случае силы, породило споры вокруг этого понятия. На страницах журнала «Успехи физических наук» в 50-е годы была проведена дискуссия но понятию «масса».

В настоящее время в физике под термином силы понимают векторную меру механического действия на тело других тел, а под массой — скалярную физическую величину, характеризующую инертные, гравитационные и энергетические характеристики объектов.

Цели и задачи изучения темы

Цель изучения материала этой темы заключается в обобщении и расширении знаний учащихся о силе и массе тел.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие конкретные задачи:

1. Ввести понятие «сила» и единицы ее измерения.

2. Показать принципиальную возможность измерения сил.

3. Объяснить способ сложения сил.

4. Ввести понятие равнодействующей.

5. Дать четкое определение силы.

6. Ввести понятие массы и напомнить учащимся единицу измерения массы.

7. Объяснить способ сложения масс (аддитивность).

8. Ввести понятие центра масс.

9.Дать четкое описание массы как меры инертности.

О ВВЕДЕНИИ ПОНЯТИЯ СИЛА

А.Эйнштейн в своей статье «Эволюция физики» писал: «Что такое сила? Интуитивно мы чувствуем, что именно обозначается этим термином. Это понятие возникает из усилий, которые мы производим при толчке, броске или тяге, из того мускульного усилия, которое сопровождает все эти действия» (Эйнштейн А. Собр. научных трудов. — М., 1967. — С. 365). Введение понятия «сила» не составит труда, если опираться на те интуитивные представления о силе, которые учащиеся имеют из жизненного опыта. Но введение термина — лишь отправная точка в длительном пути формирования физических представлении о силе. (пример)

Следующий этап связан с установлением способа измерения силы. В учебнике это сделано на доступном для учащихся уровне строгости. Экспериментально установлено, что под действием подвешиваемых к пружине грузов удлинение пружины пропорционально силе тяжести этих грузов. На основании этих опытов делается вывод, что удлинение пружины может служить мерой действующей на нее силы.

Измерение любой физической величины в конечном итоге связано со сравнением данной величины с однородной с ней величиной, принятой за единицу. Выбор единицы в принципе произволен, но для измерения необходимо выбрать эталон, принятый за единицу.

О СЛОЖЕНИИ СИЛ

В результате изучения учебного материала о силах учащиеся должны усвоить, что:

—силы — величины векторные;

—в твердом теле силы можно переносить по линии их действия;

— сложение сил производится геометрически.

После изучения третьего закона Ньютона к перечисленным выше трем свойствам добавится четвертое: силы всегда появляются парами. При слове «сила» у учащихся всегда должно возникать представление о двух силах, приложенных к взаимодействующим телам.