Тема урока: Законы сохранения.
Цель урока: Повторить и обобщить законы сохранения в физике, используя информационные технологии.
Задачи урока:
- Дидактические – создать условия для успешного повторения темы «законы сохранения», используя информационные технологии.
- Образовательные – развивать представление о законах физики.
- Развивающие – развивать представление о проектировании и проведении физического эксперимента по данной теме, а также о моделировании физического эксперимента при помощи компьютера.
- Воспитательные – продолжать работу по формированию у учащихся положительных мотивов учения, культуры умственного труда.
Тип урока: Урок повторения и обобщения знаний.
Оборудование: Видеопроектор, экран, компьютеры, лаборатория L-микро, CD «Открытая физика», два электрометра с принадлежностями, установка для получения переменного тока.
План урока:
- Организационный момент.
- Актуализация знаний.
А) Эмпирические законы
Б) Фундаментальные законы
В) Законы сохранения
- Законы сохранения.
А) закон сохранения импульса (демонстрация модельного эксперимента закона сохранения импульса с помощью СD «Открытая физика»)
Б) закон сохранения электрического заряда (фронтальный эксперимент с электрометрами, доказывающий справедливость закона сохранения заряда)
В) закон сохранения энергии в тепловой физике (термодинамике)
Г) закон сохранения механической энергии (демонстрация модельного эксперимента закона сохранения энергии для свободных колебаний с помощью СD «Открытая физика»)
Д) закон сохранения и превращения энергии (фронтальный эксперимент с оборудованием лаборатории L-микро, показывающий переход механической энергии в тепловую (внутреннюю)), (фронтальный эксперимент с физическим оборудованием для получения переменного тока, показывающий переход механической энергии в электромагнитную)
- Законы симметрии и законы сохранения.
- Контроль знаний (тестирование на компьютере)
- Подведение итогов урока.
Ход урока
1. Организационный этап, целевая установка.
Демонстрация на экране темы урока через видеопроектор.
2. Актуализация знаний:
«Вся природа стремится к самосохранению». (Цицерон)
Изучая физику, вы обнаруживаете, что существует огромное количество сложных и очень точных законов.
Эмпирические законы являются наиболее многочисленным классом. Они формулируются как результат экспериментальных наблюдений и измерений. Примерами эмпирических законов являются закон Гука, закон Архимеда. Область применения таких законов оказывается достаточно узкой.
Фундаментальные законы представляют собой весьма абстрактные формулировки, не являющиеся следствием экспериментов, зато имеют изящные математические выражения. Количество таких законов весьма ограничено. Классическая механика содержит всего 4 таких закона: законы Ньютона и закон Всемирного тяготения. Область применимости фундаментальных законов так же ограничена.
Ограниченность применения фундаментальных законов приводит к мысли о существовании наиболее общих законов. Таковыми являются законы сохранения. Законы сохранения не теряют своего смысла при замене одной системы фундаментальных законов другой, они пронизаны некими общими принципами. Такие принципы могут быть очень полезны.
Предположим, что физика, или, вернее, природа – это огромная шахматная доска с миллионами фигур, и мы пытаемся выяснить законы движения фигур. Великие боги, сидящие за доской, играют очень быстро, и нам трудно уследить за их ходами. Все же мы улавливаем некоторые правила. Например, предположим, что на доске стоит только один слон, белый. Он движется только по диагонали и поэтому всегда остается на белых квадратах. Если мы отвернемся, а затем снова посмотрим на доску, за которой играют боги, то белый слон будет по-прежнему стоять на доске, может быть в другом месте, но все равно на белом квадрате. Такова природа законов сохранения. Мы можем узнать кое-что об игре, не вдаваясь в доскональное ее изучение.
Правда, в шахматах этот закон может оказаться не таким уж полезным. Если мы отвернемся надолго, то может случиться, что за это время слона успели съесть, пешка прошла в ферзи, и бог решил, что выгоднее иметь слона вместо ферзя, а слон этот оказывается черным.
К сожалению, можется выясниться, что некоторые из наших сегодняшних законов также несовершенны, но мы постараемся описать вам их такими, какими мы видим их в настоящее время.
Законов сохранения в природе существует очень много. Первыми в истории законов сохранения были законы Кеплера в астрономии: закон постоянства масса в планетном движении и постоянство секторальной скорости планет, затем были закон сохранения импульса и момента импульса, закон сохранения заряда, закон сохранения и превращения энергии. Особенно много законов сохранения в атомной физике и физике элементарных частиц: закон сохранения масс, закон сохранения четности, странности и даже очарования.
3. Законы сохранения.
Выступления учащихся о законах сохранения, с использованием слайдовой презентации в программе Pоwer Point. (Приложение 1)
а) Рассказ о законе сохранения импульса.
б) Демонстрация модельного эксперимента закона сохранения импульса с помощью СD «Открытая физика»
в) Рассказ о законе сохранения электрического заряда.
г) Фронтальный эксперимент с электрометрами, доказывающий справедливость закона сохранения заряда.
д) Рассказ о законе сохранения энергии в тепловой физике (термодинамике)
е) Рассказ о законе сохранения механической энергии.
ж) Демонстрация модельного эксперимента закона сохранения энергии для свободных колебаний с помощью СD «Открытая физика».
з) Закон сохранения и превращения энергии.
и) Фронтальный эксперимент с оборудованием лаборатории L-микро, показывающий переход механической энергии в тепловую (внутреннюю) энергию.
к) Фронтальный эксперимент с физическим оборудованием для получения переменного тока, показывающий переход механической энергии в электромагнитную энергию.
4. Законы сохранения и законы симметрии.
Итак, сегодня мы повторили и обобщили законы сохранения, узнали что-то новое. А почему справедливы законы сохранения? Ответ на этот вопрос был найден сравнительно недавно. Оказалось, что все законы сохранения возникают в системах при наличии у них элементов симметрии. Что же такое симметрия?
Симметрия предполагает неизменность объекта по отношению к каким-нибудь преобразованиям, каким-нибудь операциям, выполненным над объектом.
В 1918 году немецкий математик Эмми Нётер доказала теорему:
«Каждому свойству симметрии соответствует свой закон сохранения».
Законы сохранения связаны с такими преобразованиями, которые оставляют неизменным любую систему.
Закон сохранения энергии является следствием симметрии относительно сдвига во времени.
Закон сохранения импульса является следствием симметрии относительно параллельного переноса.
Закон сохранения момента импульса, который изучает вращение тел, является следствием симметрии относительно поворота в пространстве.
Закон сохранения электрического заряда является следствием симметрии относительно изменения значения потенциала электрического поля.
О связи законов сохранения и свойств симметрии выдающийся ученый физик Фейнман сказал так: «Среди наиболее мудрейших и удивительнейших вещей в физике эта связь - одна из самых красивых и интересных».
5. Контроль знаний.
Для закрепления материала сегодняшнего урока вам предлагается ответить на вопросы теста по теме «Законы сохранения». Откройте на рабочем столе вашего компьютера ярлык «Тест».
6. Итоги урока
Всего доброго, до свидания, всем спасибо.