1. При обучении механике в средней школе решают определенные образовательные, воспитательные задачи и задачи развития учащихся. Образовательные задачи определяются прежде вceгo тем, что в механике вводят основные понятия (масса, сила, импульс тела, энерrия и т. д.) являющиеся «инструментом» познания в науке ­ физике. В ЭТОМ смысле механику справедливо считают фундаментом физики, В механике учащиеся знакомятся с физической теорией ­ кпассической механикой Ньютона и таким общениями, как закон всемирноrо тяrотения, законы сохранения импульса и энерrии, общие условия равновесия мех. систем и др. Воспитатеьные задачи решаются путем формирования диалек­тико­материалистического взгляда на природу и ее познание, формировзния политехнических знаний и умений шк-в. Решение задач развивающего обучения при изучении механики направлено на развитие логического, теоретического, нa­учно­технического, диалектическоrо мышления учащихся и, сле­довательно, на развитие их интеллекта и творческих способностей. Наличие научных обобщений в механике способствует форми­рованию теоретического мышления, особенность котopoгo состоит в умении выделять в явлениях, объектах, связях материального мира главное, отражаемое в абстракции, и извлекать из последних конкретные выводы, переходя от общего к частному. Ознакомление школьников с законами механики, с их практи­ческим приложением, с анализом механических явлений в технике, с выполнением творческих экспериментальных заданий способст­вует развитию научнотехническоrо мышления. Обращение к физической теории (классической. механике Ньютона) способствует формированию у школьников представле­ний о физической картине мира ­ одной из наиболее общих форм отражения природы физической наукой и одной из компонент нa­учноrо мировоззрения, показывает диалектику развития взглядов на физическую картину мира и место механической теории в этом развитии. При изучении основных обобщений в механике (закон всемирноrо тяrотения, законы сохранения импульса и энерrии, общие условия равновесия и др,) разъясняют учащимся, что объ­ективность научных обобщений подтверждается применением по­следних в практической деятельности людей (механика космических полетов, движение машин и их частей, реализация условий равновесия в теХНИЧескИХ сооруженИях и КОНСТРУКЦИЯХ и т. д.). Изучение причин изменения скорости движения и деформации способствует раскрытию причинноследственных связей. Определение rраниц применимости классической механики помоrает про­иллюстрировать познаваемость природы и безrраничность про­цесса познания. Все это способствует формированию диалектич. мышления.

2. Первая особенность этоrо раздела заключается в том, что именно с механики начинают изучение курса физики средней школы. Это объясняется тем, что механические процессы являются формой движения, наиболее доступной для набпюдения. Вторая особенность ­ в механике достаточно полно представлена физическая теория. Поэтому учителю предоставляется возможность на примере механики проиллюстрировать структуру физической теории. В любоЙ физической теории можно условно выделить основание, ядро и выводы. основанием механической теории являются идеализированный объект ­ - материальная точка, основные физические величины ­ перемещение, скорость, ускорение, масса материальной точки. Ядро механической теории содержит систему абстракций (постулаты об однородности и изотропности пространства, об ОДНОродности времени, о мгновенном воздействии одноrо тела на другое без материальных посредников), законы Ньютона, принцип независимости действия сил, формулировку основной задачи механики. Выводы этой теории включают возможность определения положения материальной точки в пространстве в любой момент времени по заданным силе (или векторной сумме сил) и началь­ным условиям. Основные ВЫВОДЫ, к которым приводит теория механики и которые должны быть усвоены учащимися, следующие: 1) Состояние изолированной системы материальных точек ДЛЯ некотороrо момента времени вполне определяется их координатами И импульсом. 2) Материальные (.) действуют дpyr на дpyra с силами, изменяющими ИХ импульсы. 3) Состояние механической сист. во все последующее время однозначно вытекает из ее начальноrо состояния и определяется уравнениями Ньютона. 4) Взаимодействие осуществляется на расстоянии и передается мгновенно.Механика Ньютона не рассматривает ПРИРОДУ сил. Третья особенность раздела ­ использование эксперимента в преподавании механики. Эксперимент является источником познания и критерием истинности любоЙ теории, поэтому он должен лежать в основе изучения и механики. Это опыты по изучению движения падаюших тел и опыты с маятниками, опыты Ньютона по экспериментальному доказательству равенства инертной и rравитационной масс, опыты по обнаружению тяrотения и измерению rравитационной постоянной и др.

3. в nporpaммe одиннадцатилетней средней школы механика представлена четырьмя подразделами: основы кинематики, основы динамики, законы сохранения, механические колебания и волны. В кинематике изучают равномерное, равноускоренное прямолинейное, криволинейное движения и их характеристики, вводят понятие материальной точки, траектории, перемещения и пути, пройденного телом вдоль траектории, системы отсчета, скорости и ускорения. При формировании понятий перемещения, скорости, ускорения большое внимание уделяют векторному характеру этих величин. Проrрамма одиннадцатилетней общеобразовательноЙ школы ориентирует на введение основных характеристик скорости и ускорения как общих характеристик, с помощью которых можно распознавать характер движения. В динамике сначала рассматривают первый закон Ньютона, вводят основные динамические характеристики движения ­ массу и силу, а затем ­ второй закон Ньютона, в котором представлена связь между силой, ускорением и массоЙ, Чтобы записать второй закон Ньютона для случая действия На тело нескольких сил, pac­сматривают сложение сил, после эrоrо ВВОДЯТ третий закон Ньютона. Законы Ньютона являются фундаментальными в механике,обобщающими, подтвержденными практикой и экспериментом, поэтому их вначале формулируют, а затем иллюстрируют с помощью эксперимента. В ходе изучения видов взаимодействия сил в механике (rравитационных, упруrости, сопротивления) выявляют зависимость их от взаимноrо расположения тел и от скорости движения одноrо тела относительно друrоrо. После введения rравитационных сил изучают закон всемирвоrо тяrотения, дают понятие о силе тяжести, центре тяжести И рассматривают движения, в которых изменение скорости происходит'в результате действия силы тяжести. Подчеркивают роль начальных условий, проводят расчет первой космической скорости, Далее рассматривают силы упруrости и закон Гука. Понятие веса тела вводят как пример силы упруrости. Завершают рассмотрение видов сил в механике изучением силы трения, коэффициента трения и изменения скорости движущеrося тела в результате действия силы трения. При изучении видов механических сил большое внимание уделяют практическим работам«Измерение жесткости пружины», «Измерение коэффициента трения скольжения», «Изучение движения тела, 6рошенноrо roризонтально», «Изучение движения тела по окружности при действии СИЛ упруrости и тяжести. Законы сохранения импульса и энерrии справедливы в теории относительности, в квантовой механике и в макро- и микромире. Школьников знакомят еще с ОДНИМ видом механическоrо движения ­ механическими колебаниями и волнами (oco­бым видом передачи энерrии без переноса caмoro вещества), pac­ширяют представления о периодических процессах. Например, при изучении движения материальной точки по окружности вводят понятия периода и частоты. При рассмотрении колебаний уточняют эти характеристики и выявляют общее и отличительное для движения материальной точки по окружности и механическоrо коле­бания, изучают свободные и вынужденные колебания, выделяют oc­новные признаки этоrо движения. При рассмотрении уравнения rармоническоrо колебания понятия фазы не ВВОДЯТ.( его выводят в электродинамике) Завершают изучение механики рассмотрением механической волны, ее основных характеристик и примером механической волны (звук и ero характеристики).

4. Для описания механического движения применяются различные способы. Один из них - описание движения с помощью пути (как функции времени), пройденного материаль­ной точкой вдоль траектории (s=s(t)) другой - описание движения с помощью радиуса вектора (r=r(t)) и его изменения со временем (перемещение).

A (x,y,z)

S=x-x₀

В средней общеобразовательной школе определяют положение материальной точки в пространстве посредством координат (проекций конца радиус-вектора на координатные оси): х = х (t): у = у (t); z=z(t), если выбирают прямоугольную систему координат. Изме­нение положения материальной точки в пространстве определяют перемещением. Выбрав один из способов, можно логично и непротиворечиво описать движение и со­ответственно изучать кинематику в школе. Какой же подход следует избрать при изложении механики в познавательной средней школе? В основной школе, из соображений доступности  выбирают первый методический подход - скорость равномерного и прямолинейного движения вводят в два этапа: сначала как скалярную величину, а 'затем этой величине приписывают направление. При формировании понятий перемещения- скорости и ускорения в старших классах очень важно, чтобы векторный характер этих величин был усвоен достаточно хорошо до изучения динамики, где знание векторного характера этих величин необходимо для по­нимания основных законов движения. Векторная запись Уравнений движения в сочета­нии с соответствующими рисунками (тематическим изображением механических про­цессов) помогает раскрыть физическую сущность вопросов динамики. Выражения законов механики в векторной форме являются самыми общими и не зависят от выбора сис­темы отсчета. Поэтому в старших классах больше внимания уделяют работе с векторны­ми величинами, избирают координатный метод описания движения, т. е. используют второй методический подход. Координатный метод тесно связан с понятием системы отсчета, Пользуясь координат­ным методом, можно векторные величины (перемещение, скорость, ускорение, силу, им-пульс тела и др.) спроецировать на координатные оси и описать движение с помощью уравнений. Координатный метод вырабатывает общий поход к описанию явлений и спо­собствует связи физики с математикой. Таким образом, изучение механики в старших классах с применением координатного метода позволяет приблизить трактовку основных понятий и законов к тон. которая при­нята в науке, усилить общий подход к изучению законов движения и повысить уровень обобщения знаний. Методика введения основных характеристик движения Введение понятий координат и перемещения материальной точки определяет и способ введения понятий скорости и ускорения.Рассматривать эти характеристики как производные перемещения первого и второго порядка по времени в общеобразовательной средней школе, даже в старших классах, не представляется возможным, так как у школьников в это время нет необходимой матема­тической подготовки. При повторении курса основной школы в старших классах можно показать, что понятие мгновенной скорости имеет смысл для любого движения, в том числе и равномерного. Этот методический прием исключает возможность образования у школьников неправильного представления о том, что существует несколько понятий скорости.Скорость. В старших классах это понятие вводят как векторную величину для прямо­линейного и криволинейного движений.

Векторный характер скорости непосредственно вытекает из введения перемещения как векторной величины. Сначала при повторении равномерного прямолинейного движения выделяют основной его признак: материальная точка в любые равные промежутки времени совершает оди­наковые (равные) перемещения Так как равномерные движения разных тел отличаются друг от друга, необходимо ввести характеристику движения - скорость - величину, кото­рую определяют отношением вектора перемещения ко времени, в течение которого это перемещение произошло. Введение скорости обязательно должно сопровождаться экспериментом. В целях преемственности курсов физики основной школы и старших клас­сов профильной школы целесообразно вспомнить, как вводили скорость в курсе физики основной школы.После повторения понятия скорости равномерного прямолинейного движения вводят понятие средней скорости неравномерного движения и подчеркивают, что для определе­ния средней скорости необходимо найти отношение пути, пройденного материальной точкой, ко времени ее движения Учащиеся нередко пытаются определить среднюю ско­рость как среднеарифметическое начальной и конечной скоростей. Следует иметь в виду, что о средней скорости как о векторе говорят тогда, ко­гда определяют ее через отношение вектора перемещения к промежутку времени, за ко­торый это перемещение совершено. Этот методический подход используют, например, при определении мгновенной скорости. В окружающей нас жизни о средней скорости говорят как о величине, равной отношению пути, пройденного телом при движении, к промежутку времени, за который этот путь пройден. Именно это следует отрабатывать с учащимися на практических занятиях.

Следующим звеном в цепочке формирования основных кинематических характери­стик является рассмотрение мгновенной скорости. Трудность введения этого понятия связана с необходимостью введения предельного перехода, еще неизвестного учащимся По существу, при введении этого понятия в школе используют понятие не математиче­ского, а физического предельного перехода: вместо бесконечно малой величины рас­сматривают очень малый, но конечный промежуток времени - физически малую величи­ну. Аналогично вводят понятие мгновенной скоро­сти и в криволинейном движении.

Ускорение. Методика введения понятия та же, что и при введении понятия мгновен­ной скорости Сначала вводят среднее ускорение за малый промежуток времени, а затем понятие мгновенного ускорения. Однако необходимо предварительно напомнить уча­щимся о вычитании векторов, чтобы они умели находить вектор изменения скорости. При введении понятия ускорения выбирают такое неравномерное движение, при кото­ром скорость за любые равные промежутки времени меняется одинаково. Подобно тому, как в равномерном прямолинейном движении скорость характеризует быстроту изменения перемещения со временем ( ), так в равноускоренном прямолинейном движении ускорение ( ) характеризует быстроту изменения скорости со временем

6. Понятие массы ­ одно из наиболее сложных и фундаменталъ­ных в науке, Это понятие используют как для объектов макромира так и для объектов микромира Сложность восприятия ПОНЯТИЯ массы состоит в том, что оно характеризует различные свойства материи ­ инертные и rравитационные. При рассмотрении законов Ньютона, закона сохранения импульса масса выступает как мера инертных свойств, в законе всемирпоrо тяrотения масса-мера rравитационных св-в. Задача учителя ­ в процессе изучения физики в школе ознакомить школьников с различными проявлениями этоrо понятия, с разными ero сторонами. Целесообразно начинать рассматривать понятие массы с инертноrо проявления, с инертных свойств вещества. Понятие силы тесно связано с понятием о фундаментальных взаимодействиях. В современной физике считают независимыми четыре вида взаимодействий (электромаrнитнные, rравитационные, ядерные­ сильные и слабые). Они различаются радиусом действия и относительной интенсивностью (т, е, передаваемой в процессе этих взаимодействий энерrией), Сфера проявления различных взаимодействии определяется пространственным диапазоном и связана с тем или иным структурным уровнем деления материи.

7. Первый закон динамики в общеобразовательном курсе физики формулируют так: существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на нeгo не влияют друrие тела (или влияние друrих тел компенсируются) . Системы отсчета, относительно которых тела движутся равномерно и прямолинейно, называют инерциальными, само явление сохранения вектора скорости­ инерцией, а закон ­ законом инерции, одна из дидактических задач, которая стоит перед учителем при рассмотрении этого закона,­ разъяснить школьникам, что ни один опыт не может абсолютно точно подтвердить закон инерции, так как не существует в природе абсо­лютно свободных, ни с чем не взаимодействующих тел. Эту методическую трудность можно решить, рассматривая мЫсленные опыты. (рассматривая движение без сопротивлений), т, е, приближаясь в опытах к идеальным условиям. важная дидактическая задача ­ по­казать учащимся особую роль этоrо закона, ero самостоятельность и определяющее место в механике (не было бы первоrо закона, не было бы и всех остальных). Завершая рассмотрение 1го закона динамики, необходимо рассмотреть примеры, показывающие, что закон инерции выпол­няется не во всех системах отсчета, т, е. ознакомить шк-в с неинерциальными системами отсчета. Этап формирования понятия силы тесно связан с изучением 2го з-на Ньютона. На этом этапе можно выделить такие моменты: 1) Разъясняют определение понятия силы. В результате взаимодействия тело получает ускорение (меняется вектор скорости).Величину, характ-ю действие одноrо тела на друrое, кот. вызывает это ускорение, называют силой. 2) Ставят эксперимент по определению силы (одной и тойже силой воздействуют на тела разной массы и измеряют их ускope­ния). Так как нерастянутая пружина не действует на прикрепленные к ней тела, следовательно, сила упруrости зависит лишь от растяжения (или сжатия) пружины. Используя это св-во силы упруrости, на тела разной массы действуют одинаковой силой, добиваясь одного и тoro же растяжения пружины при различных ускорениях. Далее показывают опыт, подтверждающий, что при действии, на тело постоянной силой величина mа одинакова для всех тел, Опыт проводят на вращающемся диске. Измеряют цeнтростpe­мительное ускорение (а =wr2). При заданной массе тела и полу­ченном в опыте ускорении показывают, что силу определяют как произведение массы на ускорение. На основе этоrо эксперимента можно рассмотреть и второй закон Ньютона, При таком подходе основное утверждение закона формулируют так: сила, действующая на тело, равна произведе­нию массы тела на сообщаемое этой.силой ускорение, В такой формулировке содержится и определение силы. Пропорциональ­ность ускорения действующеЙ силе рассматривают как следствие 2ro закона Ньютона. Рассмотрение понятий «действие» и «противодей­ствие». Этот этап связан с изучением 3го закона Ньютона. При изучении этого закона подчеркивают, что действие тел носит взаимный характер, В третьем законе в отличие от 2го в равной степени рассматривают оба тела. Термины «действие» и «противодействие» условны -и взаимозаменяемы. Важно довести до понимания уч-ся тот факт, что эти силы нельзя складывать и Не следует их путать с уравновешенными силами. При изучении rравитационных СИЛ прежде всего обсуждают опытные факты: падение. тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, спутников вокруг планети др. Обращают внимание на то, что rравитацион­ные силы проявляются только во взаимном притяжении тел на расстоянии. Закон всемирноrо тяrотения вводят как обобщение многочисленных опытов: F=GMm/r². Все тела притяrиваются друr к друrу с СИЛОЙ, модуль которой прямопропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними. Раскрывают физический смысл rравитационной постоянной G ­ это сила тяrотения между двумя телами массой 1 кг (каждое) при расстоянии между ними 1 м. Обращают внимание уч-ся на то, что в законе всемирноrо тяrотения масса выступает как мера rравитацни, а Не мера инертности и что в экспериментах Галилея и Ньютона было по­казана равенство инертной и rравитационной масс.

9. При изучении закона сохранения импульса вводят ряд новых физических понятий. К числу этих понятий следует отнести такие: механическая система, замкнутая мех-ая система, внешние силы, внутренние силы, консервативные силы. Если вн. силы отсутствуют .(т. е. ими можно пренебречь), ТО нужно при менять закон сохранения импульса; если внешние силы деЙствуют­ то суммарный импульс силы, действующий на систему, равен суммарному из­менению импульса системы. Для простоты рассуждений рассмотрение закона cox. импульса целесообразно начинать для замкнутой сист., состоящей из двух стал­кивающихся тел, массы которых одинаковы, а скорости различны. Выводят этот закон на основе 2ro и 3ro законов дина­мики. Доказывают, что изменение импульсов этих двух сталкивающихся тел одинаково по модулю, но противоположно по знаку. Далее формулируют закон: rеом. сумма импульсов тел, составляющих замкнутую систему­ остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. СуммарныЙ импульс только перераспределяется между взаи­модеЙствующими телами системы. Закон обязательно должен быть проиллюстрирован экспериментом и примерами. Первые задачи целесообразно решить rрафически, с тем стобы учащиеся уяснили, что в законе речь идет о rеометрической (векторной) сумме импульсов. Завершают изучение закона сохранения импульса рассмотрением реактивного движения.

8. Понятие мех. работы в науку было введено раньше И на основе ero было сформулировано более общее понятие ­энерrия. В школе при формировании понятия работы имеют место определенные трудности: а) представления учащихся о мноrих физических понятиях, например m, v, Т и др., получены до школы, а в школе их уrлубляют. Представления шк-в о работе не соответствуют научному пониманию; б) смысл мноrих физических величин раскрывают через систему операций, которые становятся со временем очевидными (отнесение к единице, взятие производной и т. п.), В отличие от этоrо математическая структура понятия «работа» (произведение двух величин, относящихея к различным объектам) не позволяет дать простую физическую интерпретацию. Проанализируем некоторые наиболее часто встречающиеся определения понятия энерrии. энерrия ­ это общая, единая количественная мера различных форм движения мa­терии. с друrой стороны, каждому определенному состоянию Mex. системы соответствует определенная энерrия. Переход из одноrо состояния в друrое сопровождается изменением энерrии системы,. В случае механических процессов этот переход осущест­вляется в процессе мех.работы. Следовательно,энерrия системы ­ функция ее состояния. наиболее распространенное в учебной литературе, особенно для средней школы, определение: энерrия.­ свойство (способность) тела совершать работу. Из проведенноrо выше анализа следует, что понятия работы и энерrии ­ близкие понятия и, следовательно, в практике пре­подавания их надлежит различать. Работа характеризует процесс, энерrия ­ состояние мех. системы. термин «работа» употребляют в двух смыслах: а) работа ­ процесс перемещения тела ПОД действием силы б) работа ­ физическая величина, характеризующая этот про­цесс и являющаяся мероЙ изменения энерrии (А = ­E). Целесообразнее начинать формировать понятие энерrии в механике с рассмотрения кинетической энерrии, кинетическая энерrия тела, движущеrося со скоростью и, равна работе, которую должна совершить сила, действующая на покоящееся тело, чтобы сообщить ему эту скорость. Кинетическая энерrия системы тел равна сумме кинетических энерrий тел, входящих в эту механическую систему. Величина кинетической энерrии, как и работа силы, зависит от выбора системы отсчета. Это следует рассмотреть при решении задач. Потенциальная энерrия. При изучении этоrо вида мех. энерrии очень важно, чтобы школьники усвоили, что потенциальная энерrия в механике ­ это энерrия взаимодействия покрайней мере двух тел, понятие потенциальной энерrии относится к системе тел а не к одному ({изолированному») телу; расширить представления о потенциальной энерrии, полученные учащимися на пер­вой ступени: надо показать, что потенциальной энерrией обладают не только тела, поднятые над Землей, но и упруrо деформированные тела, и дать количественное выражение для потенциальной энерrии упруrо деформированных тел. Показать, что выбор нулевоrо уровня состояния системы (нулевоrо уровня потенциальной энерrии) про­изволен, так как разность энерrий инвариантна относительно этого выбора, хотя потенциальная энерrия и зависит от этого выбора. Далее следует показать, ЧТО потенциальная энерrия не зави­сит от выбора инерциальной системы отсчета, так как является функцией расстояния между взаимодействующими телами.

10. Из рассмотрения Toro, что при совершении работы увеличение кинетической энерrии сопровождается убылью потенциальной энерrии (и наоборот), формулируют закон сохранения энерrии для замкнутых систем, Специально следует остановиться на рассмотрении закона сохранения энерrии при наличии трения. Работа сил трения ведет к убыли кинетической энерrии системы, Но при этом под дейст­вием силы трения потенциальная энерrия не увеличивается, как это происходит в случае действия сил тяrотения и сил упруrости (консервативных сил). Это является следствием Toro, что силы трения не зависят от расстояния между взаимодействующими тe­лами, а зависят от их относительных скоростей. Работа этих сил зависит от формы траектории, а не от начального и конечного положений тел в пространстве. Завершая рассмотрение закона сохранепия энерrии, следует рассказа­ть учащимся о научных воззрениях М, В. Ломоносова по вопросу сохранения материи и движения, явившихся гениальным предвидением закона сохранения и превращения энергии (который был открыт лишь только через 100 лет) и друrих законов сохранения. Заканчивая тему, следует рассмотреть применения закона к анализу работы простых механизмов, показать невозможность по­строения вечноrо двиrателя, вывода закона бернулли на основании закона сохранения энерrии, на объяснении возникновения подъемной силы крыла самолета.

11. Структуру раздела «Молекулярная физика» определяют два обстоятельства: избранный метод изучения rазовых законов (индуктивный или дедуктивный) и метод введения понятия температуры. При индуктивном изучении rазовых законов вначале на качественном уровне рассматривают основные положения МКТ, затем некоторые вопросы термодинамики, rазовые законы вводят эмпирически и объясняют с точки зрения молекулярных представлений и на основе термодинамическоrо подхода. В этом случае раздел имеет следующую структуру: основные положения молекулярно.кинетической теории ­ основы термоди­намики (тепловое равновесие, параметры состояния, температура, rазовые законы, абсолютная температура, первый закон термодинамики) ­ молекулярнокинетическая теория идеальноrо rаза (oc­новное уравнение молекулярно-кинетической теории rазов, температура-мера среднеЙ кинетической энерrии молекул)­ своЙства rазов, жидкостей и твердых тел и их взаимные превращения. При дедуктивном подходе вначале изучают молекулярно -кинетическую теорию идеального rаза: ВЫВОДЯТ основное уравнение МКТ rазов, постулируют ИЛИ выводят из мысленных экспериментов связь температуры со средней кинетическом энерrиеи ero молекул и устанавливают уравнение состояния идеалыюrо rаза или rазовые законы рассматривают как следствия уравнения состояния идеальноrо rаза и подтверждают экспериментально. Далее можно изучать законы термодинамики и рассматривать применение первоrо закона термодинамики к изопро­цессам, Структура раздела в этом случае может быть следующей: oc­новы молекулярно­кинетической теории (основные положения МКТ, основное ур-ие молекулярно­кинетической теории rазов) ­ температура (тепловое равновесие, температура, абсолютная температура, температура-мера cpeд­ней кинетической энерrии молекул) ­ уравнение состояния идеальноrо rаза, rазовые законы ­ первый закон термодинамики свойства rазов, жидкостей и твердых тел. Что каса­тся введения понятия температуры, то при индуктивном изучении rазовых законов последовательность ero раскрытия такова: температура как параметр состояния макроскопической системы ­ абсолютная температура (из закона Шарля или rей- Люссака)­ температура ­ мера средней кинетической энерrии молекул (из OCHoBHoro уравнения молекулярно­кинетической теории rазов и эмпирически полученноrо уравнения состояния идеальнoro rаза). При дедуктивном изучении rазовых законов можно ввести понятие температуры и по следующей схеме: температура как па­раметр состояния макроскопической системы ­ температура-мера средней кинетической энерrии молекул (по определению после рассмотрения основного уравнения молекулярно­кинетической теории rазов)­ абсолютная температура.

12. Изучение темы «Основные положения МКТ» необходимо строить с опорой на знания учащихся, полученные ими при изучении курса физики и курса химии. Центральное понятие этой темы ­ понятие молекулы; сложность ero усвоения школьниками связана с тем, что молекула ­объект, непосредственно ненаблюдаемый. Поэтому учитель должен убедить десятиклассников в реальности микромира, в возможности его познания. Из рассмотрения опытов Броуна необходимо сделать следую­щие выводы: а) движение броуновских частиц вызывается ударами молекул вещества, в котором эти частицы взвешены; б) броуновское движение непрерывно и беспорядочно, оно зави­сит от свойств вещества, в котором частицы взвешены; в) движение БРОУНОвСКИХ частиц позволяет СУДИТЬ о движении молекул среды, в которой эти частицы находятся; r) броуновское движение доказывает существование молекул, их движение и непрерывный и хаотический характер этоrо движения. Число молекул в количестве вещества 1 моль можно опреде­лить по результатам опыта с мономолекулярным слоем. Расчетный метод заключается в определении числа молекул в количестве вещества 1 моль по известным значениям молярной массы и массы одной молекулы вещества. Значение постоянной Авоrадро, по современным данным, 6,022169.10²³ моль­l. С расчетным ­методом определения постоянной Авоrадро можно ознакомить учащихся, предложив ее вычислить по значениям молярных масс разных веществ. Необходимо подчеркнуть следуюшие моменты: а} межмолекулярное взаимодеЙствие имеет электромаrнитную природу; б) межмолекулярное взаимодействие характеризуется силами при­тяжения и отталкивания; в) силы межмолекулярноrо взаимодействия действуют на расстояния не больших 2­-3 диаметров молекул" причем на этом расстоянии заметна лишь сила притяжении, силы отталкивания практически равны нулю; r) по мере уменьшения расстояния между молекулами силы взаимодействия увеличиваются, причем сила. отталкивания . растет быстрее, чем сила притяжения. Существуют два определения понятия идеальноrо rаза: термодинамическое и молекулярно-кинетическое. В термодинамике под идеальным rазом понимают rаз, у котoporo при изотермическом процессе при постоянной массе давление обратно пропорционально ero объему (или rаз, в точности подчиняющийся: rазовым законам).С молекулярно­кинетической точки зрения идеальный rаз это rаз, молекулы котoporo представляют собой материальные точки, не взаимодействующие друr с друrом на расстоянии, но взаимодействующие при столкновениях по закону абсолютно упpyroro удара, Такое определение модели вполне правомерно, так как силы взаимодействия между молекулами rаза в десятки миллионов раз меньше, чем в жидкостях и твердых телах, т. е. ими можно пренебречь. В зависимости от выбранной последовательности изучения материала десятиклассникам дают либо термодинамическое определение понятия идеалыюrо rаза, либо молекулярно-кинетическое. Если сначала изучают экспериментальные rазовые законы, то вводят термодинамическое понятие идеалыюrо rаза, поскольку возникает необходимость наказать rраницы их применимости. Молекулярно-кинетическое понятие идеальноrо газа целесообразно рассмотреть сразу же после введения термодинамическоrо определения. Прежде чем приступить к выводу основного уравнения кинетической теории rазов, необходимо повторить те основные понятия, которые придется использовать. Кроме Toro, при выводе основного уравнения. кинетической теории rазов используют ряд понятий и законов механики: импульс тела, импульс силы, давление, второи и третии законы Ньютона. Знания учащихся по этим вопросам также должны быть актуализированы. При выводе основного уравнения кинетическоЙ теории rазов рассматривают соударения молекул идеальноrо rаза с некоторой массивной стенкой. Исходят из того, что движение молекул хаотично, поэтому все направ­ления движения равновероятны и в каждый момент времени в среднем в противопложных направлениях движется одинаковое число частиц, Действием силы тяжести на молекулы пренебреrают. Столкновение со стенкой считают абсолютно упруrим, По второму закону Ньютона. измене­ине импульса тела в единицу времени равно действующей силе

Таким образом, задача сводится к определению изменения импульса стенки при ударе о нее всех молекул, дв-ся за единицу времени в направлении, перпендикулярном стенке. Изменение импульса стенки в единицу времени

13. Понятие «внутренняя энергия» возникло и развилось в науке в XIX в. в связи С установлением закона сохранения и превра­щения энерrии и блаrодаря успехам, достиrнутым в области молекулярно­кинетической теории. Под внутренней энерrией тела в термодинамике понимают энергию, зависящую только от ero внутрениеrо состояния и не связанную с движением относительно друrих тел. Внутренняя энерrия является однозначной функцией состояния тела, которое определя­тся рядом параметров (давление, объем, температура). Термодинамическая трактовка понятия внутренней энерrии не полностью раскрывает ero смысл, Для более полноrо определения этоrо понятия необходимо рассмотреть ero молекулярно­кинетпческую трактовку, В современной физике под внутренней энерrией понимают сумму энерrии хаотическоrо движения и взаимодействия молекул и энерrии движения и взаимодействия частиц, составояющих молехулы (энерrия колебательноrо движения час.тиц, энерrия электронных оболочек атомов, внутриядерная энерrия и т. д.). Следует. разъяснить школьникам, что работа и теплопереда­ча ­ неравноценные способы изменения энерrии. Работа ­- изме­нение энерrии упорядоченноrо движения, совершение работы может привести к изменению как механической, так и внутренней энерrии. При теплопередаче изменяется энерrия хаотического движения частиц системы­ а это ведет лишь к изменению ее внутренней энерrии. Развитие и уrлубление понятия внутренней энерrии идет по пути ero применения к идеальному rазу. Если в рамках термоди­намнки нас интересует изменение внутренней энерrии, то для идсалыюrо rаза можно вычислить значение внутренней энерrии в данном состоянии:

14. Изучение первого з-на термодинамки продолжает формирование предст­вления десятиклассников о фундаментальном ec­тественнонаучом принципе- ­ принципе сохранения энерrии. В школьном курсе физики первый закон термодинамики изучают как обобщение большоrо числа опытных данных, устанавливавших соотношение между количеством теплоты, получаемым за счет работы, и совершенной работой. Прежде че­м приступить к изучению первоrо закона термодинамики, целесообразно повторить закон сохранения энерrии в менических процессах. Далее рассматривают, какими способами можно изменить внутреннюю эверrию системы. Учащиеся делают вывод: мерой изменения внутренней энерrии в процессе совершения работы является pa­бота, а мерой изменения внутренней энерrии в процессе теплопе­редачи ­ количество теплоты. Здесь же целесообразно повторить вопрос о знаках этих величин. Условились считать количество теп­лоты положительным (Q > О), если тепло сообщается системе, а отрицательным (Q< О), если количество теплоты отдано системой. Работу А, совершаемую внешними силами над системой,счи­тают положительном (А> О), если rаз сжимается; работа внеш­них сил отрицательна, если rаз расширяется (А <О) . Рассмотрев ряд примеров, делают вывод: изменение внутренней энерrии системы равно сумме количества теплоты, переданно­ro системе, и работе внешних сил над системой:

­ Эту формулу можно записать иначе: Количество теплоты, сообщенное системе, идет на увеличение ее внутренней энерrии и на совершение системой работы над внешними телами. Анализируя формулу первоrо за-на термодинамики, целесообразно еще раз подчеркнуть, что внутренняя энерrия характеризует состояние системы независимо от способа изменения этоrо состояния, так как внутренняя энерrия системы однозначно опре­деляется парамеrрами: объемом V и температурой Т. Далее целесообразно рассмотреть при меры применения первоrо закона термодинамики к изопроцессам в идеальных rазах.

15. 1. Пропедевтический этап. Впервые представление о темпера­туре учащиеся получают в курсе «Природоведение», Используя житейские представления шк-в о температуре, изучают устройство термометра и правила использования ero для измере­ния температуры, проводят практическую работу. Затем тeм­пературу ВВОДЯТ как одну из величин, характеризующих тепловое состояние теЛ. Рассматривают способ измерения температуры. П. основной этап. В Х классе понятие температуры форми­руют постепенно. Сначала понятие температуры вводят здесь на качественном уровне, а затем при изучении основ теории иде­альноrо rаза вводят статистический смысл температуры, 1) . Качественно понятие температуры вводят при рассмотрении свойств тепловоrо равновесия. температура ­физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия системы: важно отметить, что температура не обладает своЙством aд­ДИТИВНОСТИИ. 2) Вводят ПОНЯТИЯ абсолютной температуры и абсолютной шкалы температур. 3) Статистическое толкование понятия температуры. Можно выделить четыре подхода к объяснению статистическоrо смысла понятия температуры. а) Связь между температурой и средней кинетической энерrии и поступательноrо движения молекул вводят как определение понятия температуры. в) Понятие температуры как меры средней кинетической энер­rии nоступательноrо движения молекул может быть введено как следствие основнoro уравнения кинетической теории rазов г) Мякишев в учебнике предлаrают вводить понятие абсолютной тeмпературы при рассмотрении различных rазов в состоянии тепло­вoro равновесия.

16. Раздел «Электродинамика»­ один из наиболее сложных разделав школьноrо курса, rде изучают электрические, маrнитные явления, электромаrнитные колебания и волны, вопросы волновой оптики и элементы специальной теории относительности. Решение общеобразовательных задач в основном сводится к тому, что в данном разделе должно быть введено основное для современной физики понятие электромаrнитноrо поля, а также физические понятия: электрический заряд, электромаrнитные колебания, электромаrнитная волна и ее скорость, Здесь же должны быть даны представления о свойствах электромаrнитных волн, их распространении, о принципах радиосвязи, телевидения. При изучении раздела «Электродинамика» происходит расширение и уrлубление в сознании шк-в понятия материи. До этоrо они изучали лишь один вид материи ­ вещество. Теперь встречаются со. вторым (особым) видом материи ­ электромаrнитным полем, познают ero отличие от вещества. Решение задач развивающеrо обучения при изучении электродинамики направлено на дальнейшее развитие лоrическоrо, теоретическоrо, научно­техничеСКОI'О, диалектическоrо мышления, а в итоrе ­ на развитие их интеллекта и творческих способностей. структура:

17.

19. Понятие маrнитноrо поля­. основное понятие темы «Маrвитное поле». С магнитным полем уч-ся знакомят после Toro, как их уже ознакомили с электростатическим и электрическим стационарным полями. Поэтому, изучая своЙства маrнитноrо поля, целесообразно сравнивать свойства и особенности ЭТИХ полей. Сначала рассмотрим маrнитное поле, которое связано с равномерно дв-ся зарядом или постоянным током, Маrнитное поле не потенциально имеет вихревой характер. У десятиклассников возникают особые трудности при выяснении вопроса (надо разъяснить более обстоятельно смысл по­ нятий «вихревое поле», «потенциальное поле», без этоrо нельзя обьяснить материал доступно). Изучение свойств электрического и маrrrитноrо полей целесообразно проводить в одной и той же последовательности, так как это позволит лучше выявить различие этих видов полей. Сначала покззывают, ЧТО маrнитное поле действует только на движущиеся электр. заряды (на покоящиеся оно не действует). если учитывать механическую работу и возбуждение индукционноrо тока, ТО оказывается, что в итоrе маrнитное поле не совершает работы при перемещении проводника с постоянным током. Маrнитное поле не совершает работы над зарядами. Маrнитное поле, н:ак и электростатическое, обладает некоторым запасом энерrии. Плотность энерrии маrнитноrо поля:

Обычно в курсе физики средней школы формулу для плотности энсрrии маrНитноrо поля не приводят­ а дают выражение для энерrин маrнитноrо поля катушки индуктивности через ток К пониманию последней формулы десятиклассников подводят, сравнивая процесс установления в цепи электрическоrо тока и процесс приобретения некоторым телом определенноЙ скорости. Выясняя свойства маrнитноrо поля, необходимо не только укa­ зать на вихревой характер данноrо поля, НО и показать спектры различных полей: прямолинейноrо проводника с током, контура, соленоида, Следует научить учащихся практически определять направление силы, действующей на заряд и проводник с током в маrнитном поле, а также направление линий вектора маrнитной индукции. В заключение сообщают о том, что свойства маrнитноrо поля, как и поля электростатическоrо, нашли широкое практическое применение,

26. Долгое время учащиеся средней школы получали представление лишь о квантовой теории света (на примере фотоэффекта). В конце 40-х гг. в школьный курс включили строение атома. Успехи атомной энергетики привели к тому, что в последующие годы на изучение этих вопросов стали выделять больше времени. Однако объем материала возрастал за счет включения в программу полуэмпирического материала (состав ядра, радиоактивность, ядерные реакции, применение радиоактивных изотопов, цепная реакция деления урана, ядерный реактор, использование ядерной реакции в мирных целях) В 1972 г. и программу ввели понятие об элементарных частицах.

Программа общеобразовательной школы усиливает внимание к вопросам квантовой физики. Она ввела в школьный курс отдельный раздел «Квантовая физика, который включает в себя уже две темы, содержание которых значительно обновлено. Некоторые сведения о ядерной физике теперь даются и в базовом курсе физики.Раздел «Квантовая фишка» решает, кроме того, важные задачи политехнического образования. При его изучении учеников знакомят с устройством и принципом действия фотоэлементов, с примерами их использования в технике, физическими основами спектральною анализа, работой ядерного реактора и применением ядерной энергии в мирных целях, с использованием радиоактивных изотопов в промышленности, сельскохозяйственном производстве, В науке, медицине.

Как и во всем курсе физики, большое внимание при изучении этого раздела обращают на роль опыта в процессе познания, на взаимосвязь теории и практики. Волновая теория света не объясняет все законы фотоэффекта. Необходимость объяснения новых экспериментальных фактов привела к созданию квантовой теории света. Опыт Резерфорда опроверг первоначальную модель атома, предложенную Томсоном, а на смену модели атома Резерфорда пришла теория Бора, которая лучше согласовывалась с экспериментальными фактами.Квантовая физика установила, что ряд представлений классической физики не являются абсолютными, они хороши лишь для макроскопических тел.

Но квантовая физика не отрицает полностью классическую. Она лишь ограничивиет область ее применения. Законы классической механики и электродинамики для макротел остаются незыблемыми. Кроме того, в предельных случаях выводы квантовой физики совпадают с результатами классической.

Необходима продуманная работа по закреплению и применению изучаемого материа­ла при решении задач, выполнении лабораторных работ, работе с дидактическим мате­риалом и т. д. Пониманию и усвоению раздела способствуют оценочные расчеты, например, длин волн де Бройля, связанных с различными объектами, размера ядра, его плотности, энергии связи и т.п Для облегчения усвоения квантовой физики необходимо в учебном процессе широко использовать различные средства наглядности. Но число демонстрационных опытов, которые можно поставить при изучении этого раздела, в средней школе очень невелико. Поэтому, кроме эксперимента, широко используют рисунки, чертежи, графики. фотографии треков, плакаты Прежде всего необходимо иллюстрировать фундаментальные опыты (опыт Резерфорда по рассеянию a-частиц, опыты Франка и Герца и др ). а также разъяснять принцип устройства приборов, регистрирующих частицы, уско­рителей, атомного реактора, атомной электростанции и т. п. При изучении этого раздела широко используют учебные видеофильмы. Фотоэффект, его законы занимают особое место в истории физики. Явление фотоэффекта было одним из основных среди явлений, исследование которых привело к coздaнию квантовой теории вообще и квантовой теории света в частности Фотоэффекту отво­дят поэтому центральное место в начале изучения квантовой физики. Именно из рас­смотрения закономерностей фотоэффекта обычно в средней школе вводят представление о световых квантах

Вместе с тем важно подчеркнуть, что такие фундаментальные законы, как законы со­хранения энергии, импульса, заряда, справедливы и в квантовой физике

Ознакомление учащихся с успехами квантовой теории начинают с объяснения постулатов Бора.

Затем рассказывают о том, что квантовая механика не только подтвердила правиль­ность боровской модели, но и описали строение всех а томов, объяснила периодическую систему Менделеева, природу химической связи атомов, оптические спектры атомов и молекул. Ни основе более полного описания строения твердых тел квантовая механики объясняет многие их свойства (электропроводимость, теплоемкость и др.), причем ее вы­воды лучше согласуются с результатами эксперимента, нежели объяснения, даваемые классической физикой. Квантовая физика объясняет ряд таких свойств, которые класси­ческая физики объяснить не в состоянии (ферромагнетизм, сверхпроводимость, сверхте­кучесть гелия и т. п.).Критерий применимости классических законов можно сформулировать и так: Кванто-вомеханическое описание явлений сменяется классическим в тех случаях, когда длина волны де Бройля для рассматриваемого объекта много меньше характерных размеров в этой задаче (и волновыми свойствами объекта можно пренебречь).

Еще одна познавательная задача раздела - раскрыть современные представления о строении вещества. В базовом курсе физики строение вещества рассматривали в основном на молекулярном уровне. МКТ объясняла строение и свойства газов (количественно), жидкостей и твердых тел (на качественном уровне). О строении атома школьники в базовом курсе физики получили лишь самые предварительные сведения, достаточные для понимания таких явлении, как электризация, электрический ток.

29. Методика изучения главы: "Физика атомного ядра" (Состав ядра атома, энергетические связи атомных ядер, ядерные силы).

В этой главе учащиеся знакомятся с составом ядра, с взаимным превращением атомных ядер, знакомятся с ядерными силами и с физическими свойствами ядерной энергетики. Необходимо отметить, что английский ученый Чедвик в 1932 году открыл нейтрон, который был предсказан Резерфордом. Это дало возможность ученым Иваненко и Гейзенбергу предложить протонно-нейтронную модель ядра. Согласно этой модели ядро атома состоит из p и n. Массовое число [A=Z+N], Z - количество протонов, N - количество нейтронов .

При знакомстве с p-n моделью ядра необходимо решать задачи по нахождению числа p и n, входящих в состав ядра.

Необходимо ознакомить учащихся со свойствами частиц, входящих в состав ядра. О протоне: m_p=1,007276 а.е.м., e_p=1,6 10-19Кл, частица стабильная, не смотря на это при получении ротон распадается: .

О нейтроне: m_n=1,008665 а.е.м., e_n=0, частица квазистабильная, время жизни 15 минут. При распаде .

Говоря о совойствах протона и нейтрона необходимо ввести современные представления о существовании лишь одной ядерной частицы - нуклона, находящейся в разных зарядовых состояниях: нейтральном (n), заряженном (p), что дает возможность объяснять механизмы p-распада.

Интересным представляется вопрос об оценке плотности ядерного вещества. Предположим, что ядро состоит из частиц примерно одинакового размера и расположенных компактно. Если в ядре A - нуклонов, то V ядра - R₀ - эффективный радиус. R0=(1,4-1,5)10-15м, тогда плотность ..

Плотность ядер веществ всех ядер одинакова.

Энергия связи атомных ядер. Ядерные силы.

Энергия связи, удельная энергия связи - это новые понятия для учащихся, поэтому им необходимо уделять большое внимание. Для того, что бы учащиеся лучше поняли вопрос о энергии связи, необходимо повторить следующие моменты:

потенциальная энергия - это энергия взаимодействия тел (земля - тело, электрон - ядро).

Существует устойчивая система обладающая энергией связи.

Дают определение: Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны.

На основе закона сохранения энергии можно утверждать, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц. Затем выдвигается вопрос: "Как найти энергию связи?"

Обращают внимание, что очное измерение масс ядер показывает, что масса покоя ядра всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов. [M_я<Zm_p+Nm_n]

Существует дефект масс: .

Уменьшение массы при образовании ядра из нуклонов означает, что при этом уменьшается энергия этой системы нуклонов на величину энергии связи. .

Необходимо предложить учащимся решать ряд задач по нахождению энергии связи ядер, но для этого необходимо уточнить, что дефекту масс в 1а.е.м. соответствует энергия 931МэВ.

После этого необходимо предложить учащимся рассчитать энергию связи некоторых элементов и убедиться, что в среднем она равна 8 МэВ/кулон, например для Не, энергия вязи 27МэВ. Учитывая, что в ядре входят 4 нуклона найдем удельную энергию связи: 27/4=6,8 МэВ/нуклон. Необходимо это сделать для нескольких элементов, что позволит построить график зависимости удельной энергии связи от массового числа.

Заметим, что элементы, находящиеся в средней части периодической системы А=50..60, т.е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы, имеют максимальную удельную энергию связи 9МэВ/нуклон. Поэтому ядра всех этих элементов наиболее устойчивы.

Затем переходят к ядерным силам. Т.к. ядро весьма устойчиво, то p и n должны удерживаться внутри очень большими силами. Желательно показать учащимся те факты из которых вытекает существование ядерных сил.

План раскрытия материала:

Т.к. размер ядра очень мал, а кулон сила возрастающая пропорционально , то электростатическая сила отталкивания между протонами в ядре велика, между тем ядра атомов устойчивы, это заставляет предположить, что между нуклонами в ядре действуют другие силы - ядерные, которые способны преодолеть силы нуклонового отталкивания между протонами.

Ядерные силы зарядонезависимы, т.е. взаимодействие p с n, n c n, p c p примерно одинаковы.

Ядерные силы короткодействующие. Т.е. действуют на малых расстояниях порядка 1,5 - 2,2 10^-15.

Из того факта, что удельная энергия связи не возрастает в ядрах пропорционально числу нуклонов А, следует, что для ядерных сил характерно насыщение, т.е. каждый нуклон взаимодействует лишь с ближайшими соседями, а не со всеми А-1 нуклонами, находящимися в ядре.