Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Ход урока

Сегодня важный и ответственный день: мы отправляемся в путешествие в мир физики, которое будет продолжаться ни много ни мало – 5 лет.

Для успешного путешествия, ознакомимся с Путеводителем. (Презентация. Слайд 2)

Что взять в путешествие? (Презентация. Слайд 3. По щелчку мыши появляется картинка учебника Физика 7, А. Перышкина

Главным помощником в нашем путешествии будет учебник. На протяжении пяти лет учебники будут меняться. Познакомимся с первым из них.

Учащимся предлагается взять в руки учебник и ответить на вопросы блиц-викторины. Ученик, первым давший верный ответ, получает монетку «Знание», которые в конце урока можно «обменять» на отметку.

Блиц-викторина «Знакомимся с учебником»:

  • Как зовут автора учебника? (Александр Васильевич Перышкин)
  • Обратите внимание на форзацы учебника и назовите основную единицу работы и энергии в СИ. (Джоуль)
  • Как называется Глава 2 учебника? (Взаимодействие тел)
  • Как называется § 42 учебника? (Вес воздуха. Атмосферное давление)
  • На какой странице можно найти информацию о Юрии Алексеевиче Гагарине? (стр. 18). Обратить внимание учащихся на предметно-именной указатель на стр. 217-219.
  • Что изображено на рисунке 31? (Расположение молекул воды а) во льду; б) воде; в) в водяном паре)
  • Каково последнее утверждение, размещенное в разделе «Итоги главы 2»? (Виды трения: трение покоя, трение скольжения, трение покоя)
  • Как называется раздел учебника, начинающийся на стр. 200? (Лабораторные работы) Обсудить с учащимися данный вид работ.

Ответы к заданиям блиц-викторины появляются на слайде 3 презентации, при последовательном нажатии на учебник. После завершения викторины необходимо вывести курсор мыши из области учебника и прощелкивать до появления всех необходимых принадлежностей для урока.

Также, в путешествии нам пригодятся:

  • сборник вопросов и задач;
  • рабочая тетрадь к учебнику, для оформления путевых заметок;
  • 2 тетради по 18 листов (для творческих и контрольных работ; для лабораторных работ);
  • письменные принадлежности (ручки, цветные карандаши, линейка, ластик);
  • калькулятор.

Кроме того, у вас на партах лежат листы обратной связи (листочки красного и зеленого цвета). Листочками красного цвета вы можете сигнализировать о том, что при изучении материала появились вопросы. Вопрос вы можете задать непосредственно на уроке, либо записать его на красном листе и передать учителю в конце урока. Листочки зеленого цвета будут означать, что материал понятен и учитель может продолжать объяснение.

Актуализация знаний

Немаловажным в предстоящем путешествии является багаж имеющихся у вас знаний и умений. Откуда же он взялся, ведь вы пока не изучали физику? Ознакомившись с учебником, вы наверняка отмечали для себя уже известные факты. Их вы изучали на уроках окружающего мира, природоведения, математики, да и просто знаете из жизненного опыта.

Для того, чтобы оценить имеющийся багаж, а также определиться с областью интересов, заполните первые две колонки таблицы ЗИУ:

Знаю
 

Интересуюсь

Узнал на уроке

III. Инструктаж по технике безопасности

Следующий пункт нашего Путеводителя – «Техника безопасности». Что это такое? Почему так важно соблюдать правила техники безопасности? (Обсудить с учащимися. Здесь и далее, в ходе обсуждений, за интересные ответы, учащиеся могут получить монетки «Знание»

Учитель обращает внимание на экран (Презентация. Слайд 4), и зачитывает правила техники безопасности.

Основное правило: точное выполнение всех указаний учителя!

  • Все работы должны проводиться при личном присутствии в кабинете учителя физики.
  • Учащиеся должны тщательно изучить описание работы и уяснить ход ее выполнения, а также пройти инструктаж по безопасности на рабочем месте.
  • Нельзя держать на рабочем месте посторонние предметы. Приборы, материалы, оборудование следует располагать на рабочем месте в порядке, указанном учителем.
  • Запрещено использовать поврежденные приборы и посуду.
  • При любой аварийной ситуации либо ухудшении самочувствия следует немедленно прекратить работу и сообщить преподавателю.
  • Нельзя оставлять рабочее место без разрешения учителя.

Далее учитель предлагает просигнализировать с помощью листов обратной связи степень понимания правил техники безопасности.

Во время выполнения экспериментов и лабораторных работ, мы будем пользоваться различными приборами. Все они требуют бережного обращения и выполнения правил техники безопасности. Причем, для разных приборов эти правила могут отличаться.

На столе учителя находятся приборы: стеклянная мензурка, термометр, электрическая лампочка на подставке, линейка, рычажные весы с разновесами.

Посмотрите на эти приборы. Давайте подумаем, какие правила нужно соблюдать при обращении с ними. (Ученики предлагают варианты

Изучение нового материала, первичная проверка знаний

Во время нашего путешествия мы будем вести путевые заметки. Для этого откроем рабочие тетради на стр. 3 и внимательно прочитаем «Обращение к учащимся». (Ученики читают обращение вслух, по предложениям, змейкой).

Сегодня мы будем работать с § 1 и во время изучения нового материала вам предстоит заполнить стр. 4 и 5 вашей рабочей тетради. (Учащиеся, по мере прохождения материала, самостоятельно записывают необходимую информацию).

Пришло время познакомиться с историей. (Презентация. Слайд 5)

Изначально слово «физика» возникло как название одного из сочинений древнегреческого философа Аристотеля. Предметом физики, по его мнению, является выяснение первопричин природных явлений.

В русский язык слово «физика» принес Михаил Васильевич Ломоносов, издавший первый в России учебник по физике.

Для чего же нужно изучать физику? Попробуем ответить на этот вопрос, выполнив упражнение. На экране (Презентация. Слайд 6) появляются сказочные предметы. Назовите соответствующие им в реальной жизни.

Работа со слайдом презентации: нажимаем на кружочек снизу -> появляется сказочный предмет -> нажимаем на этот предмет -> появляется соответствие в реальной жизни -> нажимаем на кружочек снизу, чтобы убрать картинки и т.

Пары-соответствия: ступа Бабы Яги – вертолет; горшочек каши – мультиварка; волшебный клубочек – навигатор; золотая тарелочка с наливным яблочком – skype; ковер-самолет – самолет.

В процессе обсуждений приходим к выводу, который записываем в рабочую тетрадь: (Презентация. Слайд 7) Главная задача физики: познать законы природы и поставить их на службу человечеству.

А как вы думаете, какой вопрос в физике можно считать главным? (Нажимаем на центральную картинку слайда 7 презентации. Появляется вопрос «почему?»).

Учитель предлагает просигнализировать с помощью листов обратной связи степень понимания материала.

Для того, чтобы путешествие было комфортным, нам необходимо знать и понимать язык физики. (Презентация. Слайд 8). Язык физики – это физические термины – специальные слова, обозначающие физические понятия.

Откройте § 1 учебника и найдите там физические термины. Запишите их в рабочую тетрадь. (Проверка: нажимаем на учебник на слайде 8 презентации).

Обратите внимание на то, как в учебнике выделяются физические термины. Их нам нужно выучить наизусть.

Для успешного путешествия полезно изучить карту областей, в которых нам предстоит странствовать. (Презентация. Слайд 9)

Физические явления принято разделять на: механические, звуковые, электрические, магнитные, тепловые, световые, атомные. (Учащиеся заполняют схему в рабочей тетради).

Всем ли понятны эти названия? Сигнализируйте с помощью листов обратной связи. (При необходимости учитель нажимает на слова «Физические явления» в презентации, появляются иллюстрации-примеры соответствующих явлений).

А теперь давайте проведем некоторые наблюдения и определим, какие же явления мы наблюдали. Откройте тетрадь для творческих и контрольных работ. Для каждого наблюдения в тетради сделайте запись:

Описание того, что наблюдали.

Какое это явление (в предложенной на слайде 9 классификации).

Учитель демонстрирует эксперименты (без комментариев), учащиеся записывают результаты наблюдений в тетрадь. После проведения всех экспериментов происходит обсуждение.

Оборудование: мыльные пузыри.

Ход эксперимента: учитель выдувает мыльные пузыри.

Оборудование: колокольчик.

Ход эксперимента: учитель звенит в колокольчик.

Оборудование: конструктор «Знаток».

Ход эксперимента: Из элементов конструктора «Знаток» учитель заранее собирает электрическую цепь по схеме:

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Предварительно определяется направление вращения электромотора, при котором пропеллер взлетает. На уроке учитель, замыкая ключ, демонстрирует вращение пропеллера. Когда мотор разгонится до высокой скорости, резко размыкает ключ. Учащиеся наблюдают, как пропеллер взлетает

Оборудование: двойной конус, направляющие рейки.

Ход эксперимента: Перед демонстрацией рейки расставляются таким образом, что двойной конус помещается концами в вырезы в верху реек. Затем переносят конус вниз и наблюдают как он вкатывается вверх по рейкам.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Оборудование: камертон.

Ход эксперимента: учитель ударяет молоточком по ветвям камертона.

Оборудование: подковообразный магнит, железные опилки, лист картона, документ-камера (для демонстрации спектра на экране).

Ход эксперимента: учитель демонстрирует магнитный спектр.

Оборудование: свеча с эффектом северного сияния.

Ход эксперимента: учитель зажигает фитиль свечи и через некоторое время наблюдается эффект перелива цветов (эффект северного сияния).

Оборудование: деревянный цилиндр с воткнутыми в него канцелярскими кнопками, лист бумаги, свеча.

Ход эксперимента: Деревянный цилиндр с кнопками обернуть листом бумаги и подержать над пламенем свечи. В результате, в местах, не соприкасающихся с металлом бумага обугливается.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Оборудование: электрофорная машина, султанчики, соединительные провода.

Ход эксперимента: К кондукторам электрофорной машины с помощью проводов присоединить бумажные султанчики, установленные на изолирующих подставках. Учитель вращает ручку машины. Наблюдается электризация султанчиков и проскакивание искры в воздушном пространстве между шаровыми кондукторами электрофорной машины.

Обратите внимание, что не всегда однозначно удается определить принадлежность к тому или иному физическому явлению. Дело в том, что природа не знает о том, что люди разделили знания о ней на части. Поэтому для объяснения того или иного явления могут потребоваться законы, изучаемые не только в разных разделах физики, но и в разных естественных науках. (Учитель нажимает на заголовок слайда 9. Появляются смежные области. Происходит обсуждение с учащимися, как используют физические знания в других науках. Ученики записывают необходимую информацию в рабочую тетрадь

Закрепление изученного материала

А теперь нам предстоит самостоятельное выполнение заданий из сборника вопросов и задач. Откройте страницу 4 и выполните задания 2 и 3. На выполнение заданий отводится 3 минуты.

По истечении времени выполнения задания учитель обсуждает с учащимися ответы, происходит самопроверка заданий учениками. По итогам самопроверки учитель раздает монетки «Знание».

Рефлексия

Вот и завершается наше знакомство с Путеводителем и подготовка к путешествию в Мир Физики. Давайте посмотрим, что нового вы узнали сегодня на уроке. Для этого заполните последний столбец таблицы ЗИУ. Вложите таблицу в тетрадь для творческих и контрольных работ и сдайте учителю.

Если у вас остались вопросы, которые вы хотите задать, можете записать их на красных листах обратной связи и сдать учителю.

А те учащиеся, кто активно работал на уроке, могут обменять полученные монетки на отметку по курсу:

более 8 монет – «5»;

6-8 монет – «4»;

3-5 монет – «3».

При этом, учащиеся имеют право не обменивать монеты и оставить их себе.

VII. Домашнее задание

Для того, чтобы предстоящее путешествие проходило успешно, необходима домашняя подготовка. (Презентация. Слайд 10)

Учитель делает пояснения к домашнему заданию.

Условные обозначения в Презентации:

— задание выполняется устно;

(§ 1; найдите в тексте параграфа ответы на вопросы (стр. 4); посчитайте, сколько физических явлений приведено в качестве примеров в тексте параграфа)

— задание выполняется письменно;

(сборник вопросов и задач: стр. 4 задания 1 и 3 (перечислить физические явления, наблюдаемые дома); проверьте рабочие тетради и при необходимости доделайте задания к §1)

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Физические явления

Вы, наверное, давно заметили, что мир вокруг нас постоянно меняется. Яблоки с дерева падают вниз, а шары, наполненные гелием, поднимаются вверх. Изменения в природе называют явлениями.

События происходят в определенном порядке, то есть с течением времени: во время грозы сначала вспыхивает молния (рис. 1), а после нее слышатся раскаты грома. Почему так происходит, в чем здесь причина?

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Рис. Явление молнии

Явления имеют разную природу. Падение яблока и полет воздушного шара — это механические явления. Таяние снежинки в ладони -тепловое явление. Гром — звуковое явление, а молния — световое, электрическое и множество других сопутствующих явлений.

Физика основывается на фактах, полученных в результате наблюдений. Наблюдения часто бывают случайными, но факты добывают в итоге целенаправленно проведенных экспериментов и исследований с использованием специальных приборов, проводя соответствующие измерения. Полученные факты анализируют и пытаются объяснить. Так появляются предположения, которые в науке называют гипотезами. Проверенные многими исследователями гипотезы становятся теориями.

Физики изучают явления природы, используя разнообразные приборы, и объясняют их физическими теориями.

Наблюдаем за небом:

Когда мы смотрим на звездное небо, нас поражает грандиозность и величие Космоса. Люди наблюдают за небом уже много тысячелетий. Но по-настоящему поняли и объяснили увиденное именно физики. Солнце — ближайшая к нам звезда — это раскаленный газовый шар, диаметр которого приблизительно 1,5 млн. Наша планета находится от нее на расстоянии 150 млн. Температура на «поверхности» Солнца достигает 6000 градусов, а в центре — уже 15 млн. градусов. При таких температурах происходят термоядерные реакции, которые позволяют звезде излучать энергию на протяжении десятков миллиардов лет. Откуда же все это стало известно?!
Оказывается, свет переносит значительную информацию о звезде, в частности: а) ее температуре; б) приближается она к нам или отдаляется; в) скорости ее движения и г) из каких веществ она состоит.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Рис. Телескопы:
а) оптический телескоп Галилея, б) зеркальный телескоп Ньютона,  в) современный телескоп

Физические приборы, установленные на телескопах, позволяют измерять все эти физические величины. Первый оптический (линзовый) телескоп по-строил итальянский физик Галилео Галилей, а первый зеркальный телескоп –  английский физик Исаак Ньютон. Физики научились расшифровывать информацию, которую приносит не только видимый свет, но и невидимое инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, радиоволны, а также рентгеновские и гамма-лучи.

Галактики

Современные телескопы (рис. 2) позволяют увидеть звездные системы – галактики, которые находятся от нас на огромных расстояниях. На рис. 3 изображена фотография нашей «соседки» – Галактики  М 31, которая наблюдается в созвездии Андромеды.

При ясной погоде темной ночью на небе можно разглядеть светлую поло-су, которая тянется через весь небосклон – Млечный путь. Она содержит такое огромное количество звезд, что наш глаз их не различает. Это наша Галактика (или Млечный путь), которая насчитывает около 200 млрд. звезд и имеет диаметр 100 000 световых лет (световой год – это расстояние, преодолеваемое светом за один год). Этот своеобразный звездный диск делает один оборот в 250 млн. лет. Наша Солнечная система (Солнце и планеты, которые вращаются вокруг него) расположена довольно далеко от центра Галактики (около 26 000 световых лет).

Рис. Галактика М 31 находится так далеко от нас, что свет от нее доходит к нам приблизительно за 2,8 млн. лет (за одну секунду свет преодолевает 300 000 км). Это одно из ближайших к нам звездных скоплений, и наша Галактика – Млечный путь (Galaxy – лат. «молоко») – очень на нее похожа

Расстояние от самых отдаленных галактик до нас свет преодолевает при-мерно за 14 млрд. лет. Это значит, что мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад. Таким образом, мощный телескоп, как своеобразная машина времени, дает возможность заглянуть в прошлое Вселенной.

  • Физики изучают явления природы с помощью физических приборов
  • Изменения в природе называются явлениями.
  • Физика – это наука, которая изучает самые простые и вместе с тем самые общие свойства и законы движения объектов окружающего мира.
  • При изучении явлений окружающего мира физики наблюдают, проводят
  • опыты и вычисления, на основании которых создают физические теории.
  • Полученные физиками знания дают нам возможность понимать окружающий мир и способствуют прогрессу человечества.

Начальные сведения о строении вещества

Окружающий нас мир материален. Материя – это все то, что реально существует в природе и может быть выявлено человеком. В настоящее время различают два вида материи – вещество и поле. Вещество состоит из маленьких частиц – молекул, которые состоят из атомов. А те, в свою очередь, состоят из электронов, протонов и нейтронов. Поле осуществляет передачу взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Поле действует на рас-стоянии, и его не видно. Но, например, если мы подпрыгнем, то гравитационное поле вернет нас назад.

История о неделимых атомах

Мыслители Древней Греции — Левкипп и Демокрит (V в. до н. ) изложили гипотезу (догадку) о том, что вещества, из которых состоят окружающие тела, сами состоят из невидимых маленьких частиц. То есть вещество не сплошное, а имеет «зернистую» структуру и разделяется на простейшие составляющие -атомы, которые далее уже невозможно разделить («атомос» по-гречески -неделимый). Возможно, эта идея была заимствована из опыта строительства, ведь разнообразные по форме сооружения построены всего из нескольких видов кирпича.

В начале XX в. атомарная гипотеза была наконец математически доказана Альбертом Эйнштейном и Марианом Смолуховским, а также экспериментально обоснована Жаном Перреном.

Как видите, для установления того «простого» факта, что миллионы разных веществ состоят лишь из сотни разного «сорта» атомов, понадобилось около 2500 лет.

Атомы и молекулы

Атомы оказались не такими уж неделимыми. В 1911 г. международной группе ученых под руководством английского физика Эрнеста Резерфорда удалось установить, что в центре атома есть маленькое ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра с огромной скоростью вращаются электроны (рис. 1), подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Их масса приблизительно одинакова (нейтрон немного тяжелее). Протон обладает положительным зарядом, а нейтрон (нейтральный) — нет.

Рис. Модель атома Э. Резерфорда

Электрон намного легче протона и нейтрона (приблизительно в 2000 раз) и обладает отрицательным зарядом. Поскольку заряды противоположных знаков притягиваются, то ядро достаточно сильно удерживает около себя электроны — то есть атомы крепкие, и разрушить их непросто.

Числовые значения зарядов протона и электрона одинаковы. Это наименьшие электрические заряды, которые существуют в природе. Их называют элементарными. Количество протонов в ядре равняется количеству электронов, которые вращаются вокруг ядра, поэтому атом в целом электрически нейтрален.

Впервые теорию, которая хорошо описывала свойства простейшего из атомов — атома Гидрогена, создал датчанин Нильс Бор. Позже с помощью квантовой физики удалось также описать свойства более сложных атомов.

Каждый атом имеет специальное наименование и обозначение (символ). Например: Гидроген (Н), Оксиген (О), Аурум (Au). Атомы разных видов отличаются своими химическими свойствами и массой. Сегодня известно 118 видов атомов, но мы знаем намного больше разных веществ. Почему так? Дело в том, что вещества по большей части состоят из молекул.

Молекулой называется наименьшая частица вещества, которая имеет его основные химические свойства и состоит из атомов.

Каждая молекула – это комбинация определенных атомов. Например: молекула воды состоит из двух атомов Гидрогена и одного атома Оксигена (Н2О); молекула азота – из двух атомов Нитрогена (N2).

Есть вещества, молекулы которых состоят из очень большого количества атомов (сотни и даже тысячи). Это молекулы органических веществ. Одно из таких веществ – ДНК, молекулы которой передают наследственный код живых организмов (рис. Внутри живой клетки ДНК содержитcя в свернутом состоянии. Если бы ее удалось вы-тянуть в линию, то она достигала бы двух метров.

Рис. 2  Модель атома Гидрогена, созданная Н. Бором

Рис. Модель молекулы ДНК

Простые и сложные вещества

Простые вещества состоят исключительно из атомов одного химического элемента. Например: кислород состоит из двух атомов Оксигена (О2), а озон – из трех атомов этого же Оксигена (О3), золото – из одного атома Аурума.

Рис. Схематическое изображение молекул простых веществ:
кислорода (а),  озона (б) и сложного вещества – воды (в)

В состав молекул сложных веществ входят атомы разных элементов. Например: газ метан состоит из одного атома Карбона и четырех атомов Гидрогена (СН4), вода состоит из одного атома Оксигена и двух – Гидрогена (Н2О).

Промежутки между молекулами и атомами

Между молекулами и атомами существуют промежутки. Это легко доказать, проведя опыты.

Смешайте 100 мл воды и 100 мл спирта, определите объем смеси. Объем смеси будет меньше, чем 200 мл. Это происходит потому, что при смешивании молекулы воды проникают в промежутки между молекулами спирта. Чтобы представить, как это происходит, можно провести еще один опыт.

Насыпьте в стакан пшена столько, чтобы он был заполнен наполовину. Добавьте столько же гороха. Стакан заполнен до краев. А теперь осторожно перемешайте горох с пшеном и обратите внимание на общий объем смеси – он уменьшился.

Размеры атомов и молекул

Молекулы и атомы очень малы. Их размеры составляют приблизительно  10–10 м (0,000 000 000 1 м). Размер молекулы воды, например, 3х10–10 м  (0,000 000 000 3 м). Если представить, что молекулу воды увеличили до раз-мера яблока, то величина яблока будет сравнима с размерами Земли. В одной чайной ложке воды приблизительно столько же молекул  Н2О, сколько чайных ложек воды в Мировом океане (всех вместе взятых морях и океанах Земли).

Размер ядра атома приблизительно в 10 000 раз меньше, чем размер атома. Между ядром и электронами есть незаполненное пространство – вакуум (пустота). Но там действует электрическое поле.

Волновая природа материи

Заряженные частицы взаимодействуют при посредничестве электрических и магнитных полей, а ядерные частицы (протоны и нейтроны) – через  ядерное поле.

Планетарная модель, схематически изображенная на рис. 5, несколько упрощает строение атома. Расчеты показали, что электрон в атоме  Гидрогена должен за одну миллионную долю секунды сделать миллиард оборотов вокруг  ядра, то есть в приемлемом  для нас масштабе времени электрон должен был бы почти одновременно находиться во всех точках своей траектории.

Рис. Планетарная модель атома

Квантовая механика уточнила представление ученых об атоме. Электроны атомных оболочек согласно новой теории уже больше напоминают волны и образуют так называемое электронное облако. На рис. 6 синим цветом изображена область электронного облака, где вероятность пребывания электронов наибольшая, а старая орбита – это просто место, где электроны бывают чаще всего. Взаимодействие ядра и электронного облака в атоме осуществляется через электрическое поле, которое по своей силе во много раз превосходит поле молнии.

  • Материя состоит из вещества и поля. Вещество состоит из молекул и атомов.
  • Молекула – это наименьшая частица вещества, которая имеет ее основные химические свойства и состоит из атомов.
  • Атомы состоят из ядра, в котором находятся протоны и нейтроны, и  электронов, которые вращаются вокруг ядра с огромной скоростью, образовывая электронное облако (оболочку).
  • Ядро и электроны удерживаются в атоме при посредничестве электрического поля.
  • Частицы ядра (протоны и нейтроны) скреплены ядерным полем.

Атомно-молекулярное учение. Молекулярно-кинетическая теория (МКТ)

Если бы случилась мировая катастрофа и все научные знания оказались бы уничтоженными, будущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза. Какое утверждение с наименьшим количеством слов несло бы больше всего информации? Этот вопрос задал своим слушателям на лекции известный физик Ричард Фейнман.

Многие ученые считают именно такие утверждения очень важным:
Все тела состоят из маленьких частиц (атомов), которые непрерывно и беспорядочно двигаются и взаимодействуют между собой.

Эти утверждения являются основными положениями атомно-молекулярного учения. Доказать их истинность сейчас нетрудно. Фото атомов и молекул, сделанные с помощью электронных микроскопов, говорят сами за себя.

Движение молекул и атомов

В 1990-х годах ученым удалось сконструировать электронный микро-скоп, который осуществляет съемку движения молекул газа в режиме реального времени. Подтверждением того, что молекулы и атомы находятся в постоянном движении, является такое интересное явление, как диффузия (от лат. diffusio – распространение, растекание) – процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого.

Рис. Электронные микроскопы:
а) первый; б) современный сканирующий

Попросите товарища поставить на расстоянии 1 м флакон с духами. Определите, через какое время вы почувствуете запах.

Наберите в стакан холодной воды и капните туда 2–3 капли пищевого красителя. Определите, через какое время жидкость в стакане станет однородно окрашенной. Повторите опыт с горячей водой. Сравните полученные промежутки времени.

Эти и другие опыты свидетельствуют о том, что диффузия происходит в газах, жидкостях и даже твердых телах. Скорость диффузии зависит от скорости движения молекул вещества и промежутков между молекулами.

Явление диффузии очень распространено в природе. Благодаря ему происходит дыхание всех живых организмов. Кислород из воздуха попадает в водоемы и в почву.

Обмен питательными веществами в живом организме – это тоже диффузия.

Взаимодействие между молекулами и атомами

Все окружающие тела состоят из молекул и атомов. Но в одних эти молекулы свободно парят в пространстве, например, молекулы кислорода или угле-кислого газа в воздухе. А другие держатся «кучкой», вместе. Например, стол, шкаф, стакан с водой и тому подобное. Чтобы растянуть, разорвать эти тела на отдельные молекулы, надо приложить силу. Это происходит потому, что между молекулами и атомами существует взаимодействие. Они на малых расстояниях друг к другу притягиваются, а если их слишком прижать – будут отталкиваться.

Почему же осколки разбитой тарелки не скрепляются? Да потому, что при сжатии осколков только незначительная часть атомов приблизится на такое расстояние, чтобы подействовали силы притяжения. Однако этих сил будет недостаточно, чтобы удерживать осколки вместе. Чтобы заполнить промежутки между атомами и чтобы подействовало межатомное притяжение, используют клей.

Сложите два листа бумаги и поднимите один из них над столом. Второй лист соскользнет вниз.

Смочите водой оба листа и опять сложите их. Попробуйте поднять за кончик один из них. Второй лист, прилипнув к первому, поднимется вместе с ним. Молекулы воды и бумаги приблизились настолько, что подействовало межмолекулярное притяжение.

Межмолекулярное (межатомное) отталкивание мешает нам сжать твердые тела и жидкости, потому что молекулы в них размещены довольно плотно. А газы достаточно легко сжимаются (до определенного предела), потому что у них есть «запас» расстояния между молекулами.

Наберите в шприц без иглы воды так, чтобы в нем не было воздуха. Плотно закройте пальцем отверстие для иглы и попробуйте сжать поршнем воду. Повторите опыт, набрав в шприц воздух. До какого предела удалось сжать воду и воздух?

В зависимости от силы взаимодействия между молекулами и атомами вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Знание атомно-молекулярного учения при-носит чрезвычайную пользу. Например, известно, что графит и алмаз состоят из одних и тех же атомов Карбона (рис. 2), но очень отличаются своими свойствами: графит мягкий, а алмаз – необычайно твердый. Когда исследователи поняли строение этих веществ, стало ясно, как можно из дешевого графита сделать алмаз. Со-временная обрабатывающая промышленность уже немыслима без инструмента, в котором используются искусственные алмазы.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Рис. Графит и алмаз состоят из одинаковых атомов

Твердое, жидкое и газообразное состояния вещества

Вещество может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии, которые называют агрегатными состояниями. Охлаждая воду, получим при 0°С лед. Если нагревать лед, то при 0°С он начнет превращаться в воду. Доведенная до кипения вода начинает превращаться в пар (рис. А если водяной пар привести в контакт с холодным телом, например, перед носиком кипящего чайника держать холодную ложку или тарелку, то увидим на этих предметах капельки воды, то есть пар осуществил обратное превращение.

Рис. Во время кипения вода превращается в пар

Следовательно, в воде есть что-то такое, что не изменяется при ее переходе из жидкого со-стояния в твердое или газообразное. Дело в том, что лед, вода и водяной пар состоят из одних и тех же молекул, молекул Н2О. Если расплавить сталь, получится очень горячая жидкость. Охлаждая газ азот, входящий в состав воздуха, до минус 196°С, получим прозрачную и очень холодную жидкость. На рис. 4 показано, как кипящий жидкий азот из термоса переливают в стакан.

Рис. Жидкий азот кипит  при –196 °С

Каждое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Агрегатное состояние вещества зависит от температуры и от того, насколько сильно взаимодействуют молекулы.

В твердом теле молекулы (атомы) сильно взаимодействуют между собой, колеблются около своего места равновесия и образуют правильную пространственную структуру – кристалл. Поэтому твердые тела имеют определенную форму и объем (рис. В твердом и жидком состоянии молекулы расположены почти впритык друг к другу. Взаимодействие молекул  в жидкости достаточно сильное для того, чтобы они держались вместе как единое целое, но недостаточное для поддержания формы – жидкости текут. Жидкость в обычных условиях приобретает форму сосуда, в котором она находится, то есть сохраняет объем, но не имеет собственной формы (рис

Рис. Модель твердого состояния

Рис. Модель жидкого состояния

Газ не имеет ни формы, ни объема и полностью заполняет сосуд, в котором находится (рис. Расстояние между молекулами вещества в газообразном состоянии приблизительно в десять раз больше, чем в жидком и твердом, поэтому из одного кубического сантиметра воды можно запросто получить один кубический дециметр водяного пара.

Рис. Модель газообразного состояния

  • Все вещества состоят из молекул, атомов.
  • Атомы и молекулы находятся в постоянном беспорядочном движении и взаимодействуют между собой.
  • В зависимости от энергии взаимодействия атомов (или молекул) вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Зарождение и развитие физики как науки

Еще совсем недавно люди даже мечтать не могли о возможностях, которые имеют сейчас. Достижения в таких областях, как робототехника, искусственный интеллект, нанотехнологии, 3D-печать, генетика, биотехнология, сегодня стремительно взаимодополняются. Созданные или создающиеся умные системы: дома, фабрики, фермы и даже города — помогут в решении самых разных проблем человечества. Разумеется, все это не может не влиять на формирование мировоззрения современного человека. При этом следует всегда помнить, что новые открытия — это не только прогресс, но и огромная ответственность.

В современном мире — бурном, противоречивом и одновременно взаимозависимом  — важно осознание того, что мир познаваем, что случайности не только спутывают и нарушают наши планы, но и создают новые возможности, что существуют неизменные ориентиры-инварианты, что по мере накопления знаний происходит разрушение «рамок» наших представлений. Предвидим ваш вопрос: а при чем здесь естественные науки? Надеемся, в конце 11 класса вы сами сможете на него ответить. А сейчас только отметим, что все эти выводы вытекают из истин, открытых естественными науками, ведь их закономерности и принципы носят глобальный характер и поэтому выходят за рамки собственно наук.

Какие этапы прошла физика в своем развитии:

История физики — это длинная история открытий, с каждым из которых углубляется понимание природы. За любым открытием стоит конкретный человек, а чаще группа людей, чьими усилиями физика как наука поднимается на новую ступень развития. Вы уже знаете немало имен людей, чья деятельность способствовала прогрессу физической науки. Попробуем систематизировать знания о естествоиспытателях и первооткрывателях неизвестного и проследим, как накапливались физические знания.

С конца XIX / начала XX в. В общей теории относительности А. Эйнштейн установил связь свойств пространства-времени с энергией и импульсом материальных тел. Ученый обобщил результаты работ И. Ньютона в области гравитационного взаимодействия, увязав его с кривизной пространства-времени. Фундамент квантовой механики в начале XX в. заложили М. Планк, А. Эйнштейн, Н. Бор, М. Борн.

С открытием А. Беккерелем радиоактивности началось развитие ядерной физики, что, в свою очередь, способствовало открытию новых источников энергии — атомной энергии и энергии ядерного синтеза. Открытия, сделанные при исследовании ядерных реакций, положили начало физике элементарных частиц. Современные представления о Большом взрыве, черных дырах, расширении Вселенной с ускорением, о темной энергии связаны с трудами Э. Хаббла, Р. Оппенгеймера, Х. Снайдера, Дж. Уилера, С. Хокинга и др.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Конец XVII в. — конец XIX / начало XX в.

Период начался построением первой физической (механической) картины мира (И. Ньютон) и продолжился бурным развитием области физики, связанной с использованием тепловых двигателей (Дж. Ватт, С. Карно). Изучение электрических и магнитных явлений (Ш. Кулон, А. Ампер, Г. Эрстед, М. Фарадей) завершается формулированием Дж. Максвеллом уравнений электромагнитного поля, ставших теоретической основой для современных электротехники и радиосвязи.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Физические тела

Физика изучает физические тела и физические явления.

Начнем с рассказа о физических телах.

«Тело» — одно из многих слов, которые часто употребляют как в повседневной жизни, так и в науке. Но значения этого слова разные. В повседневной жизни «телом» называют обычно тело живого существа. В науке же физическим телом, или просто телом, называют любой предмет, даже если он не имеет определенной формы — например, туман.

Разнообразие физических тел огромно. Физическим телом является и тело человека (рис. 1), и автомобиль или мотоцикл (рис. 2), и песчинка, и планета, в частности наша Земля (рис. Телами являются чайник, вода в нем, а также туман, образующийся из пара, который выходит из кипящего чайника (рис. В последние десятилетия появился и бурно развивается раздел физики, изучающий живые тела, — этот раздел называют биофизикой1. Есть также раздел физики, который изучает в основном Землю. Этот раздел называют геофизикой2.

  • 1От греческого слова «биос» — жизнь.
  • 2От греческого слова «гео» — земля.

Тела разделяют на твердые тела, жидкости и газы. Так, при комнатной температуре камень является твердым телом, вода — жидкостью, а воздух — газом. Свойства твердых тел, жидкостей и газов мы рассмотрим далее.

Физические тела чрезвычайно разнообразны по своим свойствам.

Например, одни тела прозрачны, то есть сквозь них проходит свет, — таким телом является, скажем, стакан. Другие же тела непрозрачны — например, деревянная доска.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Некоторые тела проводят электрический ток — таковы все металлические предметы (электрический ток проводит также и ваше собственное тело, поэтому с электричеством надо быть осторожным!). Другие же тела не проводят ток — например, стеклянный стакан.

С некоторыми свойствами тел вы уже познакомились в курсе природоведения. Физические тела являются «действующими лицами» физических явлений, которые также чрезвычайно разнообразны. Физика изучает механические, тепловые, электрические, магнитные и оптические явления. Рассмотрим их подробнее.

Механические явления

Механические явления — это движение тел, то есть изменение их взаимного положения в пространстве, а также взаимодействие между телами. Механические явления встречаются нам буквально на каждом шагу, так как ходьба — это движение, при котором мы взаимодействуем с Землей. Движение и взаимодействие тел мы наблюдаем во время спортивных соревнований (рис. 5—1.

Движутся и взаимодействуют друг с другом почти все тела. Например, Земля движется вокруг Солнца, и они притягивают друг друга. За одну секунду Земля «пролетает» в космосе около 30 километров, при этом она еще и вращается вокруг собственной оси (рис.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Ученые установили, что характер движения тел зависит от взаимодействия между ними. Например, если ударить ногой лежащий на траве мяч (рис. 7), то он начнет двигаться. А если ударить по движущемуся мячу, его скорость изменится. И чем сильнее удар, тем больше изменится скорость! Раздел физики, изучающий механические явления, называют механикой. Законы механики установили в 16-м и 17-м веках итальянский ученый Галилео Галилей и английский ученый Исаак Ньютон.

Тепловые явления

Тепловые явления — это нагревание и охлаждение тел, а также переходы вещества, из которого состоят тела, из одного состояния в другое (из газообразного в жидкое и наоборот, а также из жидкого в твердое и наоборот).

Тепловые явления очень распространены в природе и технике. Ими, например, обусловлен круговорот воды в природе (рис. Вследствие нагревания солнечными лучами вода океанов и морей испаряется, то есть превращается в пар. Поднимаясь, пар расширяется и охлаждается, превращаясь в капельки воды или кристаллики льда. Они образуют тучи, из которых вода возвращается на Землю в виде дождя или снега.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Тепловые явления происходят и в тепловых двигателях, установленных в автомобилях и на электростанциях.

Ученые установили, что тепловые явления обусловлены движением и взаимодействием мельчайших частиц вещества, которые называют молекулами. Поэтому разделы физики, изучающие тепловые явления, называют молекулярной физикой и термодинамикой1. Их законы открыли в 19-м веке ученые разных стран.

Электрические и магнитные явления

Ярчайший пример природного электрического явления — молния, представляющая собой гигантский электрический разряд (рис. 10). Крохотные «молнии» проскакивают каждый раз в выключателе, когда вы, например, выключаете свет.

Электрические явления сегодня так распространены, что мы этого почти не замечаем: каждый день мы пользуемся электрическим освещением, транспортом (рис. 11), бытовыми электроприборами, компьютерами. Электрические явления обусловлены взаимодействием электрически заряженных тел или частиц вещества. Установлено, что существует два типа электрических зарядов: положительные и отрицательные. Заряды одного типа (их называют одноименными) отталкиваются, а заряды разных типов (разноименные) притягиваются.

Примеры магнитных явлений — взаимодействие постоянных магнитов, а также притяжение магнитом железных и стальных предметов. Наглядный пример магнитного явления — движение стрелки компаса: она всегда поворачивается так, чтобы ее северный конец указывал на север (рис. 12). Эта странная «настойчивость» стрелки компаса когда-то очень удивила любознательного пятилетнего мальчика, которого звали Альбертом. Став знаменитым ученым, Альберт Эйнштейн2 писал, что именно поведение стрелки компаса впервые вызвало в нем незабываемое чувство, что за вещами, которые мы видим, есть что-то еще, глубоко скрытое.

Поворот магнитной стрелки обусловлен взаимодействием двух магнитов: маленького — стрелки компаса и огромного — земного шара.

Во второй половине 19-го века было установлено, что электрические и магнитные явления тесно связаны друг с другом. Например, северное сияние (рис. 13) обусловлено тем, что летящие из космоса электрически заряженные частицы взаимодействуют с Землей как с магнитом.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Электрические и магнитные явления вместе называют электромагнитными. Благодаря им работают электростанции и электродвигатели, радиосвязь, телевидение (рис. 14), компьютеры (рис. 15).

Электромагнитные явления вызваны электромагнитным полем, пронизывающим все пространство вокруг нас. Благодаря электромагнитному полю мы видим, потому что свет является разновидностью электромагнитных волн. С помощью электромагнитных волн работает радиосвязь и телевидение. Разделы физики, которые изучают электрические и магнитные явления, называют электричеством и магнетизмом. Их законы открыли ученые нескольких стран.

Оптические явления

Оптическими, или световыми, явлениями называют явления, связанные со светом.

Об их распространенности и говорить не надо: куда бы мы ни посмотрели — всюду увидим оптические явления.

Так, мы видим предметы вокруг себя либо потому, что они излучают свет, либо потому, что они отражают свет. Например, Солнце (рис. 16) и лампы излучают свет, а Луна (рис. 17) не «светит» сама: глядя на нее, мы видим отраженный ею солнечный свет. Да и большинство окружающих предметов мы видим благодаря отражению света.

Лучше других отражает свет зеркальная поверхность (рис. 18): это всем хорошо известно (особенно девушкам).

Предметы не только отражают свет, но и поглощают его, нагреваясь при этом. Вы, наверное, замечали, что темную поверхность Солнце нагревает сильнее, чем светлую. Вызвано это тем, что темная поверхность сильнее поглощает свет. Окраска предметов, то есть все многообразие цветов предметов вокруг нас, обусловлена тем, что разные предметы по-разному отражают и поглощают свет. На границе двух прозрачных сред — например, воздуха и воды — свет изменяет направление распространения, то есть преломляется.

Наверное, красивейшим проявлением преломления и отражения света в природе является радуга (рис. 19). Ее можно наблюдать, когда после дождя сияет солнце, так как радуга возникает вследствие преломления и отражения солнечного света в крошечных капельках воды, висящих в воздухе после дождя.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Раздел физики, который изучает оптические явления, называют оптикой. Первые законы оптики открыли еще древнегреческие ученые. Подробнее о световых явлениях вы узнаете уже в этом учебном году.

Наблюдение — поиск закономерностей

Внимательно наблюдая природные явления, люди замечали в них некоторые закономерности. Так, день всегда сменяется ночью, а ночь — днем. После зимы всегда наступает весна, следом за ней — лето, а потом — осень. Грозы бывают обычно во время дождя, причем раскаты грома всегда слышны после того, как сверкнет молния.

Закономерно движется Солнце, даря жизнь всему живому: оно всегда восходит на востоке, а заходит на западе. А ночью закономерно движутся по небу Луна, звезды и планеты.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Стараясь объяснить эти закономерности, люди создавали красивые мифы о богах. Например, древние греки считали, что бог Солнца Гелиос в лучезарном венце каждый день едет по небу и льет животворные лучи на Землю, даря людям свет и тепло (рис. Громы же и молнии посылает на Землю верховный бог Зевс-громовержец, когда он гневается.

Первый шаг к научному познанию природы сделал в 4-м веке до нашей эры древнегреческий ученый Аристотель. На основании наблюдений он пришел к выводу, что закономерности природных явлений — это проявления законов природы.

Свои взгляды Аристотель изложил в большой книге «Физика», что означает «Природа». И эта книга стала «учебником физики» для всего мира на целых два тысячелетия!

От наблюдений — к опытам

Исходя из своих наблюдений, Аристотель утверждал: чтобы тело двигалось, его надо постоянно «двигать», то есть толкать или тянуть. Так, тележка двигается только до тех пор, пока ее тянет лошадь (рис. Листья на деревьях трепещут благодаря ветру: как только ветер стихает, листья сразу же замирают.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Учение Аристотеля. принимали на веру на протяжении двух тысячелетий, и только в 17-м веке оно вызвало сомнения у итальянского ученого Галилео Галилея. Он заметил: если толкнуть, например, шар, лежащий на горизонтальной поверхности, то шар остановится не сразу, а только после того, как пройдет некоторый путь. Причем этот путь зависит от свойств поверхности, например, по песку шар прокатится совсем мало, а по твердой и ровной поверхности он будет катиться долго!

Тогда Галилей предположил, что скорость шара уменьшается из-за трения: чем меньше трение между шаром и поверхностью, тем дальше катится шар. Чтобы подтвердить свое предположение, Галилей перешел от наблюдений к опытам. Опыт1 отличается от наблюдения тем, что, проводя опыт, ученый создает специальные условия протекания явлений природы. Например, Галилей в своих опытах старался максимально уменьшить трение между шаром и поверхностью.

Опыты действительно показали, что чем меньше трение между шаром и поверхностью, тем дальше катится шар (рис. Галилей сделал из этого очень важный вывод: он предположил, что если бы на тело не действовали другие тела, оно двигалось бы с неизменной скоростью вечно! Так был открыт первый закон механики — закон инерции. Сегодня люди умеют значительно уменьшать трение, поэтому способность тел «сохранять движение» уже не вызывает сомнений (рис.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Расскажем еще об одном опыте Галилея, которым он также опроверг одно из утверждений Аристотеля.

Основываясь на наблюдениях, Аристотель утверждал, что тяжелые тела падают всегда быстрее, чем легкие. Но Галилей подверг это сомнению, предположив, что различие в падении тела обусловлено только сопротивлением воздуха. Свое предположение Галилей решил проверить на опыте, бросив с большой высоты мушкетную пулю и пушечное ядро, потому что для этих предметов сопротивление воздуха сравнительно мало. Для проведения такого опыта идеально подходила наклонная башня в итальянском городе Пиза: с такой башни удобно бросать предметы вниз (рис.

Опыт подтвердил предположение Галилея: брошенные одновременно пуля и ядро упали тоже практически одновременно (рис. 6), хотя ядро в сотни раз тяжелее пули! Этот опыт стал знаменитым, поскольку его считают «днем рождения» физики как опытной науки. А наклонная Пизанская башня, стоящая и поныне, стада символом опыта как главного мерила истины: предположение становится истиной только тогда, когда его подтверждает опыт.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Что такое научный метод

Галилей сделал за свою долгую жизнь много открытий, став одним из величайших ученых за всю историю человечества. Главное же его открытие — научный метод, которым и сегодня руководствуются ученые всего мира, изучая явления природы.

Научный метод основан на следующих принципах:

  • На основании наблюдений за природными явлениями ученый делает предположения о закономерностях в протекании этих явлений. Такие предположения называют научными гипотезами.
  • Гипотезы проверяют на опытах (экспериментах). Ставя опыт, ученый создает специальные условия, чтобы выяснить, от чего и как зависит протекание явлений.

Так, вы уже знаете, что в своих опытах Галилей старался максимально уменьшить трение, чтобы выявить его влияние на движение тел. Научный эксперимент образно называют «вопросом к природе»: ставя опыт, ученый «спрашивает природу», анализируя же результаты опыта, он «читает ее ответ».

Проверим на опыте — могут ли тела одинаковой массы падать по-разному? Отпустим с некоторой высоты лист бумаги и такой же лист, смятый в комок. Комок упадет намного раньше, чем лист, хотя их массы одинаковы. Итак, опыт свидетельствует, что тела одинаковой массы могут падать по-разному!

Физические модели

Явления природы довольно сложны и к тому же взаимосвязаны. И во время опытов не всегда удается «выделить» какое-то одно явление «в чистом виде». Поэтому для того, чтобы лучше изучить природные явления и понять их причины, ученые часто рассматривают упрощенное представление о данном явлении — такое, в котором выделены только важнейшие его черты. Такое представление называют физической моделью явления.

Многие законы природы ученые открыли благодаря использованию физических моделей. В дальнейшем мы рассмотрим примеры таких моделей, а сейчас кратко опишем некоторые из них. Очень часто используемой моделью физического тела является материальная точка. Так называют тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь.

Например, изучая движение Земли вокруг Солнца, нашу планету можно считать материальной точкой, несмотря на ее огромный размер. А вот рассматривая суточное вращение Земли, ее нельзя считать материальной точкой: ведь точка не может вращаться вокруг себя!

Другим важным примером физической модели является луч света — так называют узкий пучок света, настолько узкий, что его шириной в данной задаче можно пренебречь. В главе «Световые явления» мы будем изучать распространение, отражение и преломление лучей света.

Там же мы познакомимся еще с одной физической моделью — точечным источником света. Так называют источник света, размеры которого намного меньше расстояния до него. Точечными источниками света для нас можно считать, например, очень далекие звезды.

А вот ближайшую к нам звезду, Солнце, мы не можем считать точечным источником света, хотя расстояние от Солнца до Земли более чем в 100 раз превышает диаметр Солнца. К этому мы еще вернемся.

Физика — наука о природе

Еще в глубокой древности люди начали собирать информацию об окружающем мире. Кроме обычного любопытства, это было вызвано практическими нуждами. Ведь, например, если знаешь, как поднять и переместить тяжелые камни, то сможешь возвести прочные стены и построить дом, жить в котором удобнее, чем в пещере или землянке. А если научишься выплавлять металлы из руд и изготавливать плуги, косы, топоры, оружие и т. , сможешь лучше вспахать поле и получить более высокий урожай, а в случае опасности сумеешь защитить свою землю.

В древности существовала только одна наука — она объединяла все знания о природе, которые накопило к тому времени человечество. В наши дни эта наука называется естествознанием.

Всё о физической науке

С течением времени объем научных знаний об окружающем мире неизмеримо увеличился, и естествознание разделилось на отдельные науки — биологию, химию, астрономию, географию и ряд других (рис. Одной из частей естествознания является физика. Благодаря достижениям физической науки человечество обладает уникальными знаниями о структуре и поведении самых разнообразных объектов — от гигантских звезд до мельчайших частиц вещества — атомов и молекул.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Рис. Физика, химия, география, биология берут свое начало от естествознания

Эти знания стали основой для создания новых технологий и приборов, которые помогают в работе врачам и строителям, путешественникам и земледельцам, облегчают нашу повседневную жизнь, открывают быстрый доступ к запасам информации, накопленным человечеством и т.

Чтобы понять, как далеко шагнуло вперед человечество, достаточно сравнить условия морских путешествий в глубокой древности и в наши дни (рис.

В отличие от древнегреческих парусников, корабль XXI века имеет двигатель и не зависит от прихотей ветра. Современный капитан имеет подробную карту района плавания. Его судно оснащено спутниковой системой GPS, благодаря которой ему всегда известны местонахождение и курс. Сонар — устройство для зондирования морского дна — предупредит капитана о подводных скалах и рифах, а радар — о надводных опасностях (айсбергах и других судах) в условиях плохой видимости. В случае аварии капитан всегда может вызвать помощь по радио.

Очевидно, что с современным оснащением осуществлять морские путешествия стало намного безопаснее. А ведь все эти приборы, механизмы и устройства созданы благодаря знанию законов физики (рис. 3), к изучению которой вы сейчас приступаете.

Из чего состоит окружающий мир

Все, что нас окружает, ученые называют материей. Услышав слово «материя*, многие из вас представляют себе какую-то ткань — например джинсовую. Но для физиков это понятие намного шире. Ту материю, которую можно воспринять с помощью наших органов чувств (например, пощупать), называют веществом. Вещество — это и металлы, и пластики, и дерево, и воздух. О структуре и свойствах вещества вы узнаете, изучив раздел 2 этого учебника. ■ Определенная часть пространства, занятая веществом, называется физическим телом.

Так, физическими телами являются любые окружающие нас предметы: ручка, тетрадь,

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Рис. Древнегреческий герой Одиссей долгие годы не мог вернуться на родину. При каждой новой попытке буря забрасывала его корабль в неизвестное место. Капитан современной яхты доставил бы античного героя домой всего за несколько дней

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Рис. 3, Благодаря знанию законов физики созданы технические средства, позволяющие за считанные секунды связаться с любой точкой мира

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

стол, дверь и т. Человек, дерево, облако, Солнце, Земля — это тоже примеры физических тел (рис.

Материя вокруг нас постоянно изменяется. Некоторые тела перемещаются относительно друг друга, часть из них сталкиваются и, возможно, разрушаются, из одних тел образуются другие. Перечень таких изменений можно продолжать и продолжать — недаром еще в глубокой древности философ Гераклит заметил: «Все течет, все меняется*. Изменения в окружающем нас мире, то есть в природе, ученые называют специальным термином — явления.

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Заполните таблицу. Основные формулы МКТ

Восход и закат Солнца, сход снежной лавины, извержение вулкана, бег лошади, прыжок пантеры — все это примеры природных явлений (рис.

Чтобы лучше понять сложные природные явления, ученые разделяют их на совокупность физических явлений — явлений, которые можно описать с помощью физических законов.

На рис. 6 показана совокупность физических явлений, образующих сложное природное явление — грозу. Так, молния — огромный электрический разряд — представляет собой электромагнитное явление. Если молния попадет в дерево, то оно вспыхнет и начнет выделять тепло — физики в таком случае говорят о тепловом явлении. Грохот грома и потрескивание пылающего дерева — звуковые явления.

Примеры некоторых физических явлений приведены в таблице. Взгляните, например, на первую строку таблицы. Что может быть общего между полетом ракеты, падением камня и вращением целой планеты? Ответ прост. Все приведенные в этой строке примеры явлений описываются одними и теми же законами — законами механического движения. С помощью этих законов можно вычислить координаты любого движущегося тела (будь то камень, ракета или планета) в любой интересующий нас момент времени.

Каждый из вас, снимая свитер или расчесывая волосы пластмассовым гребнем, наверняка обращал внимание на появляющиеся при этом крохотные искры. И эти искры, и могучий разряд молнии относятся к одним и тем же электромагнитным явлениям и, соответственно, подчиняются одним и тем же законам. Поэтому для изучения электромагнитных явлений не стоит дожидаться грозы. Достаточно изучить, как ведут себя безопасные искорки, чтобы понять, чего следует ждать от молнии и как избежать возможной опасности. Впервые такие исследования провел американский ученый Б. Франклин (1706—1790), который изобрел эффективное средство защиты от грозового разряда — молниеотвод.

Изучив физические явления по отдельности, ученые устанавливают их взаимосвязь. Так, разряд молнии (электромагнитное явление) обязательно сопровождается значительным повышением температуры в канале молнии (тепловое явление). Исследование этих явлений в их взаимосвязи позволило не только лучше понять природное явление — грозу, но и найти путь практического применения электромагнитных и тепловых явлений. Наверняка каждый из вас, проходя мимо строительной площадки, видел рабочих в защитных масках и ослепительные вспышки электросварки. Электросварка (способ соединения металлических деталей с помощью электрического разряда) — это и есть пример практического использования научных исследований.