Методика формирования понятия «сила» в курсе физики основной школы. Основные этапы его формирования

Первые уроки физики в VII классе (задачи первых уроков, методика их проведения).

Продемонстрировать по одному примеру физических явлений различной природы:

1.1. Механических- относятся различные движения и взаимодействия тел. Человек может идти, мяч сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг своих звезд, автомобили набирать скорость (ускоряться), лифт подниматься и опускаться

1.2. Тепловых- связаны с изменением температуры тел и возникающими в следствие этого изменениями их физического состояния. Так тела способны нагреваться и охлаждаться. Некоторые при этом плавятся (как железо на заводе или воск свечи при ее горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из газа в жидкое состояние или из жидкого в твердое (кислород при сильном охлаждении может сжижаться, вода превращается в лед).

1.3. Электромагнитных -магниты взаимодействуют между собой (Земля и компас) или притягивают железные предметы.

1.4. Оптических -связаны со светом. Способность видеть у животных (в том числе и человека) возникла благодаря тому, что в природе есть свет. Под воздействием света растения синтезируют органические вещества (однако это не оптическое явление!). Такой раздел физики как оптика изучает, как свет распространяется, отражается от предметов, преломляются, проходя через различные среды.

Что нужно на вводном уроке?

Какие явления изучает физика.

Как она возникла

Ее значение для понимания явлений природы и жизни человека

1. На примерах, опытах показать, что изучает физика. А это явления (электрические, тепловые, оптические…).

Нужно наращивать интерес постепенно, или же по синусоиде.

Цель любой демонстрации: не просто показать, а показать причину и следствие демонстрации.

2. С древних времен люди сталкивались с явлениями. Гром, солнце… - объясняли присутствием Богов. С развитием того, как физика появлялась как наука начались попытки объяснить явления.

Физика – наука о природе: «фиозис» с греческого.

Есть тела, которыми занимается физика и они называются физическими.

Свойство тел – изменение (вода испаряется, машина двигается…). Изменение тел называется физическими явлениями.

Каждое тело имеет свойства и задача физика изучить эти свойства. Физика изучает эти свойства.

Некие металлические руды притягивают другие металлы. Подвесим магнит на нитку – компас, который используется в мореплавании.

Лампочку открыл Эдисон за рубежом, в России – Лодыгин. Для этого нужно было сделать десятки опытов.

3. Роль физики.

Гладить смотреть TV – все благодаря физике. (электрические, тепловые, звуковые явления…-летит самолет)

Методы использующиеся в физике:

- Наблюдение

- Опыты (демонстрируем)

- Эксперимент (изучаем количественные закономерности)

Количественная мера (характеристика) тела – физическая величина (V, F, l, u).

Чтобы определить физическую величину, ее нужно измерить. Дети должны знать измерительные приборы, диапазон измерения, цену деления.

- Берем линейку :

Нужно от большего значения отнять меньшее и разделить на количество делений, которое находится между этими цифрами.

- измерьте карандаш (здесь присутствует ошибка Паралакса, т.е. неправильное расположение взгляда). Для закрепления задайте что-либо измерить.

- Задание домой: измерить страничку книги, найти метод измерения диаметра бутылки, измерить цену деления градусника, барометра, часов и т.д.

Научно-методический анализ темы «Первоначальные сведения о строении вещества» курса физики основной школы.

Демонстрации:

2.1. Диффузии в жидкостях и газах;

Опытов, иллюстрирующих взаимодействие частиц вещества.

Методика изучения механического движения и его характеристик в курсе физики основной школы.

Демонстрации:

3.1. Относительности механического движения, относительности траектории и пройденного телом пути;

Методика формирования понятия «масса» в курсе физики основной школы. Основные этапы его формирования.

Демонстрации:

4.1. Зависимости изменения скорости тел от массы при взаимодействии;

4.2. Определение массы тела взвешиванием;

Зависимости массы тела от его объема и рода составляющего его вещества.

Методика формирования понятия «сила» в курсе физики основной школы. Основные этапы его формирования.

При формировании данного понятия неизбежно приходится считаться с тем, что оно находит самое широкое применение в повседневной жизни и в известной мере знакомо учащимся до изучения физики. На основе жизненного опыта учащиеся с данным понятием связывают, прежде всего, представление о мускульной силе, толкании, тяге, весе, «магнитной» силе и т. п. В связи с этим во многих учебниках физики поясняется: «Все виды тяги и толчков называются силами». Не возводя данное пояснение в ранг научных определений, его все же следует использовать на первоначальном этапе формирования понятия о силах.

Заметим, что И. Ньютон разъясняет «происхождение» силы аналогичным образом: «Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной силы».

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 же именно проявляется это действие тел друг на друга. На конкретных примерах учащимся показывают, что «сила — причина изменения скорости движения».

Данное определение также соответствует ньютоновской трактовке понятия силы: « . приложенная сила — есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».

Но действие одного тела на другое, или сила, может быть больше или меньше, поскольку в большей или меньшей мере может изменяться движение тела, т. е. его скорость. А быстрота изменения скорости, как известно, характеризуется ускорением.

Можно сказать, чем больше ускорение тела, тем значительнее взаимодействие тел или сила, с которой одно тело действует на другое.

Но ускорение тела можно найти по формуле

которая в векторной форме имеет вид: Знак «—» показывает, что ускорения и имеют противоположные направления.

Из данной формулы видно, от каких величин зависит ускорение избранного первого тела массой т1 и как можно количественно определить «действие» на него второго тела, к которому относятся величины и и произведение — . Это произведение по определению называют силой .

Следовательно,

,или .

Обратим внимание на то, что сила является «внешней» по отношению к первому телу, так как определяется через величины и характеризующие второе тело.

На это обстоятельство обращал внимание и Ньютон. «Определив силу («Определение IV») как «действие», производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, Ньютон указывает на внешний по отношению к телу характер этого действия».

Выражение нельзя рассматривать только как определение силы. Оно выражает определенный физический закон (по существу это закон действия и противодействия). Оно осталось бы только определением, если бы, кроме данного уравнения, мы ничего другого не знали о силе.

Следовательно, сила в механике — это физическая величина, которую можно определить как «количественную меру действия тел друг на друга, в результате которого тела получают ускорение».

Далее естественно возникает вопрос, как и в каких единицах измерять силы. Эти сведения уже известны учащимся: они получили первоначальное понятие о силах тяжести, упругости и трения и их измерении динамометрами.

Эти сведения следует повторить, в том числе восстановить в памяти учащихся, что за единицу силы принят 1 Н — сила, приблизительно равная силе тяжести, действующей на тело массой 0,1 кг или, точнее, кг.

Здесь можно рассказать ребятам, что гири как эталоны не только массы, но и силы, прежде всего веса, использовались разными народами с незапамятных времен. Используются они в этих целях и в настоящее время. Так, например, тяжелоатлеты, соревнуясь в силе, поднимают гири или штанги.

Однако вес гирь как эталон силы имеет существенный недостаток: он неодинаков в различных местах земного шара и тем более на других планетах и в космосе, где он вообще может быть равен нулю. И если разницей в весе тел на Земле и в повседневной практике часто можно пренебречь, то ей никак нельзя пренебречь в точных физических расчетах и метрологии. Поэтому и градуировка пружинного динамометра с помощью гирь имеет тот же недостаток. Следовательно, нужно найти другие, принципиально более точные способы измерения и вычисления сил.

Демонстрации:

5.1. Изменения скорости тел при взаимодействии;

5.2. Деформации тел при взаимодействии;