Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. На этой лекции мы начинаем поистине очень большой и очень подробный курс по физике для школьников-лицеистов с углубленным изучением физики. Смею предположить, что, возможно, он может стать одним ресурсов, который позволит обучающимся подготовится к поступлению, например, в такие ВУЗы как МГУ (физический факультет), МФТИ (Московский физико-технологический институт) и др. Обосную, почему я считаю, что данный материал является необходимым для поступления в такие выше перечисленные серьезные ВУЗы. Количество, а самое главное качество материала, однозначно, соответствует тому, чтобы обучающийся смог освоит школьный курс по физике в сильно увеличенном объеме. Например, в рамках курса идет разбор множества различных задач, от простых до олимпиадных, опытов, поэтому этот курс можно рассматривать, как одну из очень существенных частей подготовки или помощи к сдаче ЕГЭ и поступлению в ВУЗ. Кроме того целью данного курса, является то, что бы обучающиеся получили исчерпывающие углубленные знания по школьному курсу физики.
Для удобства восприятия материала, стоит уточнить, что:
- все текстовые лекции по порядку, с вмонтированными в них видеороликами, лежат в отдельной подборке "Физика" (текстовые лекции с видео) (видео размещено по возрастанию),
- отдельно видеоролики, вмонтированные в текстовые лекции, так же по порядку, лежат в своей подборке "Физика" (видео) (порядок видеороликов соответствует текстовым лекциям и так же размещены по возрастанию).
По заявленному размеру курса, стоит отметить, что обычный школьный курс по физике для школьника общеобразовательной школы - это где-то 300 - 400 занятий. Наш курс будет рассчитан на 700 - 800 полноценных занятий, который будет включать в себя: теоретические, практические, расчетные, лабораторные работы, решение, как обычных, так и олимпиадных задач, а так же большое количество опытов, как в рамках лекций, так и отдельных занимательных опытов. Курс иллюстрирован большим количеством мультимедиа материала (видеоролики, схемы, картинки и пр.) для более простого восприятия такого сложного предмета, как физика. И так...мы начинаем...
Физика...Что же такое физика? Физика - это одна из основных, если не основная наука о Земле, которую часто и вполне заслуженно называют фундаментальной наукой. Например, в отличии от советской и постсоветской систем образования, где физика рассматривается, как отдельная наука, в американской образовательной системе физика, наравне в химией и другими науками о Земле объединены в общую дисциплину по названием "Science" ("Наука"). В чем же главное преимущество второго подхода? Такой симбиоз дисциплин позволяет изучать природу с позиции разных наук в тесной взаимосвязи их друг с другом и эти взаимосвязи прослеживать, но при этом подробность изложения отдельных деталей или особенностей в рамках конкретной дисциплины теряется. Аналогом американской дисциплины "Science" в современной Российской образовательной системе (в рамках уже высшей школы, и как правило, для гуманитарных направлений) служит дисциплина "Концепция современного естествознания", которая по-моему сугубо личному мнению является изучением наук о Земле, как "Галопам по Европам", т.е обо всем по чуть-чуть и не достаточно подробно, но при этом с большим уклоном в практическую сторону, и что важно, применением этих знаний в реальной жизни вот прямо здесь и сейчас. Применение знаний здесь и сейчас - это характерно для американской науки "Science", а дисциплина "концепция современного естествознания" направлена на то, что бы в достаточно общих чертах познакомить обучающихся с современной научной картиной мира.
Чтобы ранжировать перечисленные выше дисциплины по полноте и подробности изложения и оценить обучающимися необходимый уровень знаний, который они хотят получить для достижения того или иного результата, данные дисциплины стоит расположить в следующем порядке:
- курс по "концепции современного естествознания" - это курс, как правило, для студентов обучающихся на гуманитарных направлениях, для которых знания физики, даже в объеме общеобразовательной школьной или университетской подготовки не требуются.
- школьный курс физики в объеме общеобразовательной школьной и университетской подготовки необходим для студентов всех специальностей, обучающихся на любых инженерных специальностях, в которых знания по физики необходимы в достаточно большом объеме, но все же меньшем, чем для студентов физических специальностей.
- ну и углубленный курс по физике, подойдет прежде всего для будущих студентов планирующих обучающихся на физических специальностях или факультетах, а также, конечно, и для будущих инженеров желающих углубить свои знания в данной дисциплине.
Наш курс относится к последнему варианту, но еще раз повторю, что он рассчитан на всех, кто любит физику и хочет получить углубленные и исчерпывающие знания по ней, как для будущих гуманитариев, так и будущих инженеров и физиков.
В нашем курсе я буду придерживаться привычного для нашей советской и постсоветской системы образования подхода, при котором физика, рассматривается как отдельная наука, а вот гиперссылки размещенные в лекциях по контексту, как раз позволят связать лекции по физики, с другими науками, а также установить связи между отдельными темами внутри уже самого курса. Кроме ссылок, на размещенные на канале лекции по физике и другим дисциплинам, ссылки так же будут даны на избранные важные определения из интернет-энциклопедий и сторонних образовательных ресурсов, для более глубокого освящения представленной темы, так как Вы прекрасно знаете, что нельзя объять необъятное. Поэтому тут будет симбиоз с уклоном в привычную для нас образовательную сторону с ссылками на другие статьи канала и сторонние образовательные и энциклопедические ресурсы.
Прежде чем переходить к подробному изучению этого школьного курса по физики, давайте зададим себе вопрос, а зачем это собственно говоря нужно? Да и еще в таком объеме? Да и еще начиная со школьного, а не с университетского курса по физики, ведь, наш блог про университетскую специальность, а не школьную...давайте попробую объяснить...Во-первых зачем вообще изучать физику? Физика, как было сказано выше, это фундаментальная дисциплина, которая закладывает основы для очень многих технических предметов, перечислю только самую малость и самые важные, на мой взгляд для специальности этого блога общеинженерные дисциплины: сопротивление материалов, материаловедение, электротехника и электроника, электрохимия, в меньшей степени, теоретическая механика и пр. Так что без знания физики невозможно освоить любую техническую инженерную специальность. Во-вторых этот школьный курс познакомит нас, в полном объеме, со всеми основными разделами физики, которые уже в той или иной степени, в зависимости от специальности, проходят в высшей школе с той лишь принципиальной разницей, что школьные модели описывающие те или иные законы физики представляют собой идеализированные модели, а вот физика ВУЗовского уровня - это уже реальные модели приближенные, насколько это возможно, к жизни с помощью аппаратов интегрального и дифференциального исчисления. Т.е физику проходят в ВУЗе второй раз повторяя те же темы, которые проходили в школе, но на качественно новому ровне. И получается, что с одной стороны не зная основ школьной физики: основных разделов, законов и формул, а с другой стороны основ высшей математики: мат. анализа, дифференциального и интегрального исчисления и методов решения дифференциальных уравнений невозможно, в принципе, освоит физику уже ВУЗовского уровня. Так что мы начнем с первой части основы для изучения физики ВУЗовского уровня - это физика школьного уровня, которая, повторю еще раз познакомит нас с основными ее разделами, законами и формулами, а в других курсах уже будем знакомится и с ВУЗовской физикой с привлечением аппарата высшей математики, с основами которой мы так же познакомимся в отдельном курсе. Так что начинаем...
Термин физика ввел в оборот один из величайших древнегреческих мыслителей Аристотель, живший в IV в до н.э. Термин "фюзис" - в переводе с древнегреческого означает "природа". В русский язык слово "физика" ввел великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов, когда перевел учебник физики с немецкого языка.
Главная задача физики - познать законы природы, свойства различных веществ и поставить их на службу человеку. Также можно сказать, что задача физики открывать и изучать новые законы, которые связаны с различными физическими явлениями происходящими в природе. Сделать неизвестное - известным. Превратить незнания в знания.
А как говорил великий А.Эйнтштейн: "Радость видеть и понимать - есть самый прекрасный дар природы.
Физика - это наука которая имеет давнюю историю.
- Начальные представления в ней о строении вещества были выдвинуты жившим в 460 - 370 годах до нашей эры мыслителем Демокритом.
- Теорию об устройстве мира разработал живший в 341 - 270 годах до н.э. Эпикур. Согласно его учению все вещества состоят из невидимых, неделимых частиц - атомов, которые находятся в непрерывном движении.
- Архимед был одним из величайших ученых Древней Греции. Он занимался изучением законов действия рычагов. "Дайте мне току опоры, и я поверну Землю". И в этом ученый не преувеличивал, а точно это высчитал. Архимед первым понял как меняется давление в жидкостях в зависимости от глубины, рассмотрел условие плавание тел.
- В средние века (в темные века в Европе) изучение физики переместилось на восток. Изучением физики занимались такие великие средневековые азиатские ученые, как Абу Рейхан Беруни, Авиценна, Хорезми. Например, Беруни рассчитал радиус Земли. Авиценна, хоть он и был отцом медицины от него также осталось много трудов по механическому движению. После Хорезми, так же осталось множество трудов по математике и астрономии.
- Дальнейшее развитие физика получила в Европе. Польский ученый Николай Коперник впервые правильно описал строение Солнечной системы. Но принять это учение в те времена было не легко, так как наука в то время "конкурировала" с религией за право объяснить устройство мира.
- Итальянский ученый Галилео Галилей и немецкий ученый Иоган Кеплер экспериментами и расчетами подтвердили учение Коперника. Первым ученым, наблюдавшим небесные тела в телескоп, тоже был Галилей.
- Большой вклад в развитие физики внес английский ученый Исаак Ньютон. Он сформулировал основные законы классической механики. Открыл закон всемирного тяготения, создал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики
- В XX веке были сделаны такие великие открытия, в результате которых появилась возможность использовать атомную энергию. Человек смог выйти в космос. Широко известны имена таких физиков, как: А.Эйнштейн, В.Рентген, Дж.Томсон, М.Планк, Э.Резерфорд, Н.Бор, А.Иоффе, С.Вавилов, Л.Ландау, Луи де Броиль, Ж.Алферов и др.
Резюмируя краткую историю развития физики, стоит отметить, что, конечно же, развитие физики не всегда шло гладко: в какие-то времена было много открытий, в каких-то мало, но человек всегда преодолевал трудности и шел вперед.
При изучении природы физика использует определенные методы, о которых будет рассказано далее.
А теперь давайте порассуждаем:
Занимается ли физика, например, вопросами роста растений? Наверное, нет. А можно ли тогда привести пример, чем может заниматься физика? Например, рассчитывает объем стакана. Расчётами скорее занимается математика, а вот измерением объема стакана, действительно занимается физика".
Таким образом, измерение размеров каких-то тел относится к области физики.
Все что нас окружает относится к природе, которая делится на живую и не живую природу. А чем отличается стакан от цветка? Стакан - объект неживой природы. А цветок - живой. Таким образом, можно сказать, что физика занимается изучение неживой природы. Давайте еще раз ниже повторим и выделим отдельно.
Физика - наука о неживой природе. А вот изучением живой природы занимается биология. Поэтому можно сказать, что физика, как наука о не живой природе, тесно связана с другими науками о природе. Ниже приведем схему связи физики с другими науками о природе.
Все выше перечисленные науки так же как и физика занимаются изучением природы, так в чем же разница физики с другими науками. Разница в том, что все эти науки пользуются законами физики. Так например в географии, мы пользуемся законами физики, что бы объяснить, например, климат, образование ветров и течение рек. В астрономии мы пользуемся законами физики, чтобы объяснить строение и движение космических тел.
Так что же в не живой природе изучает физика? В окружающем мире с телами и веществами постоянно происходят изменения, называемые явлениями, так вот в не живой природе физика занимается изучением явлений.
А что такое явление? Это то, что что-то происходит. А что значит, что что-то происходит? Например, может происходит процесс изменения. Если открыть пьесу "Горе от ума" явление второе под названием "Входит Чацкий". Что это значит? Что, Чацкого не было и тут он появляется на сцене. Что произошло? Произошло изменение т.е явление. Явление - это изменение. Если привести пример различных явлений, то таяние льда, кипение воды, падание тела на Землю, ветра, грозы и т.д - все это является различными явлениями, пока мы не будем уточнять какими.
Но, уточним, что
Физика занимается изучением явлений (изменений) в неживой природе.
А где эти явления происходят? В природе. А что такое природа? Это то, что вокруг нас. А как можно одним словом, кроме слова природа назвать все то, что нас окружает? Вселенная. Наука изучает явления в неживой вселенной. А чем наполнена вселенная? Материей, т.е все то, что составляет вселенную называется материей.
До нашего рождения материя существовала? Конечно. А если не проводится изучение материи, она существует? Да. Т.е можно сказать, что материя существует объективно. Это объективная реальность, которая не зависит от того наблюдаем мы за ней или нет, существуем ли мы или не существуем. Что же из себя представляет материя? Оказывается материя существует в двух видах: вещество и поле. Представим ниже это деление на схеме.
Вещество - это вид материи материи, который можно пощупать, его можно воспринимать с помощью органов чувств. Например обычный мел сделан из вещества - "углекислый кальций". Мел можно понюхать, пощупать. Вода - это вещество - ее можно увидеть. Воздух, например, мы не можем видеть. Так что воздух - это не вещество? Нет, воздух -это вещество. Тогда как его можно ощутить? Подуть, при этом образуется ветер - движущийся воздух. Таким образом, воздух тоже вещество. По состоянию веществ бывают твердые, жидкие и газообразные вещества.
- Твёрдые вещества - вещества имеющие определённую форму, их можно взять руками. К ним относятся: золото, железо, пластмасса, мел, сахар, соль, крахмал и др.
- Жидкие вещества - текучие вещества принимающие форму сосуда, в котором находятся. К ним относятся: ртуть,вода, спирт, уксус, молоко и др.
- Газообразные вещества - вещества не имеющие постоянной формы и стремящиеся заполнить сосуд полностью. К ним относится воздух, который состоит из нескольких газообразных веществ, кислород, углекислый газ, природный газ и др.
В XIX веке был открыт еще один вид материи "поле".
Поле невозможно воспринимать непосредственно с помощью органов чувств, поэтому его открыли только в XIX веке. Более того, ученый который предположил что существует такой вид материи, как поля, не сразу опубликовал результаты своих трудов англичанин Майкл Фарадей, потому что он понимал, что наука еще не дошла до такого уровня, что бы воспринять идею поля. Он написал письмо, на конверте, которого написал "вскрыть попозже". Внутри в письме были изложены идеи электромагнитного поля.
Если взять ограниченную область пространства, заполненную веществом, то такая область будет называться телом
Например, мел - это область пространства, заполненная углекислым кальцием. Кроме мела веществами являются сталь, стекло, вода, резина и т.д. Таким образом, запишем определение:
Область пространства занятая веществом называется телом.
Стоит понимать, что из одного и того же вещества могут состоять самые различные тела. Т.е тело и вещество - это разные понятия. И их обязательно стоит различать. Например вода - это вещество, а капля воды - это уже физическое тело.
К физическим телам могут относиться:
- Твёрдые тела: камень, крупинка соли, автомобиль, плитка шоколада.
- Жидкие тела: вода в стакане или в пруду. Жидкие тела не имеют собственной формы, а принимают форму той ёмкости, в которой находятся.
- Газообразные тела: воздух в помещении или в воздушном шарике. Газообразные тела не имеют
- своей формы, но всегда заполняют весь объём той ёмкости, в которой
- находятся.
- Природные тела: валун.
- Тела, созданные человеком: ложка, настольная лампа и т.д.
Физические тела могут иметь различный объем и форму. На картинках ниже приведем примеры тел имеющие различные формы и объемы.
Давайте посмотри на картинку ниже и попробуем ответить на вопрос чем же могут отличаться физические тела?
Как мы видим два тела, представленные на картинки: деревянный кубик и стакан отличаются друг от друга как веществом из которого они сделаны (дерево и стекло), так формой и объемом.
Далее... На свете все время происходят изменения. Эти изменения происходят с полями, веществами, телами. Такие изменения называются явлениями. Давайте запишем определения термина явления.
Изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире, называются явлениями
Т.е явления - это процессы изменения происходящие в неживой природе.
Но стоит различать два понятия - явления в неживой природе и физическое явление. Выше мы приводили примеры различных явлений без указания какие это явления, явления неживой природы или физические явления. Давайте теперь классифицируем эти явления и ниже рассмотрим один из примеров природного явления:
- природные явления: ветер, молния, дождь и т.д.
- физические явления: таяние льда, кипение воды, падение тела на Землю
Таким образом физика на первоначальном этапе оперирует тремя основными физическими терминами: физическое явление, физическое тело и вещество.
А теперь рассмотрим такой пример, природного явления, как молния
Молния - во время молнии происходит много чего. Во время молнии мы: видим вспышку, слышим гром, в молнии наблюдается высокая температура, электроника может выйти из строя. Приведем для наглядности схему ниже.
Т.е у такого явления, как молния, множество различных проявлений. И чем же в этом случае хороша физика? Если бы физики не смогли сделать, то что сделали с явлением молния, то тогда бы природа была бы не познаваемой. Так, что же такого смогли сделать физики? Физики сложное явление природы смогли "разложить по полочкам". И эти "полочки" называются физическими явлениями. Т.е молния - это явление природы. А наблюдаемые при этом явления - это физические явления. Теперь давайте опишем наблюдаемые физические явления.
Так же стоит отметить, что сама молния формируется за счет того, что происходит движение туч, которое описывается простейшим физическим явлением - механическим движением.
Смотря на схему, приведенную выше стоит отметить, что тот же выше упоминаемый физик Макл Фарадей заметил, что существует теснейшая взаимосвязь, поэтому в настоящее время говорят не отдельно об электрических и магнитных явлениях, а об электро-магнитных явлениях.
Таким образом, любые превращения вещества изменение его свойств без изменения состава вещества называется называется - физическими явлениями.
- К механическим явлениям относятся любые формы движения: движение поезда, движение автомобиля, полет самолета, движение людей или животных.
- К тепловым явлениям, например, относится парообразование, таяние, кипение или плавление различных веществ
- К электрическим явлениям относятся: гром, молния, либо сварка, так же работа всех электрических приборов.
- К световым явлениям относятся пламя свечи, радуга или затмение.
- К звуковым явлениям относятся все явления в которых тела способны издавать звуки. Например, радио, телевизор, телефоны, любые музыкальные инструменты или звуки природы.
- К магнитным явлениям относятся движение стрелки компаса или эффект того, что магнит может притягивать к себе различные металлические предметы. Например, некоторые современные поезда работают с использованием магнитных явлений.
Т.е физики научились сложное явление природы раскладывать по полочкам и представлять их как совокупность множества параллельно происходящих физических явлений и каждый вид этих явлений изучает свой раздел физики
Когда физики проникли вглубь вещества и выяснили, что вещество состоит из молекул, молекулы состоят из атомов, а у атомов сложная структура, то появились еще другие разделы физики, которые занимаются описание этих элементов: "атомная физика", "ядерная физика" и "физика элементарных частиц". Это очень необычные разделы физики, так как мир атома нельзя описать теми же законами, которыми описываются разделы "классической физики", например движение автомобиля или другие механические движения.
Таким образом, если кратко резюмировать, то физика - это наука явлениях неживой природы. Эти явления мы называем явления природы. Эти явления очень разнообразны, но физики научились эти явления раскладывать на части, анализировать и рассматривать уже не явление природы в целом, а отдельные его части : световые (оптика), звуковые (акустика), тепловые (термодинамика) и т.д.
Все перечисленные выше разделы физики последовательно будут рассматриваться далее от простого (механика), до самого сложного (физикой элементарных частиц). Физику элементарных частиц в школьном курсе физики, конечно, не так подробно рассматривают, так как это уже больше задача университетского курса физики, но тем не менее кое-какие общие моменты физики элементарных частиц мы будем рассматривать в дальнейших статьях.
Физические явления очень разнообразные и задача физики разложив их по полочкам объяснить каждое из этих явления т.е почему оно происходит. Как там "цепляются эти шестеренки в природе", благодаря чему происходит то или иное явление.
Следующий шаг это умение описать конкретное явление на количественном уровне т.е предсказать, что получится даже если не производить опыт какой-то опыт, а просто использовать язык математики. Для этого необходимо знать законы физики, о которых мы поговорим немного позже.
Некоторые явления, на первый взгляд, объяснить невозможно, но далее в видео приведем примеры часть из которых объяснить довольно просто, а некоторые воспринимаются как "чудо".
В конце лекции для закрепления пройденного материала я вам предлагаю заполнить несколько таблиц.
Первая таблица в которой указаны в столбцах такие физические термины, как: физическое тело, вещество и физическое явление, а ниже приведены слова или словосочетания, которые необходимо расположить согласно их принадлежности к тому или иному физическому термину.
Книга, водопад, масло, луна, таяние, эхо, подводная лодка, глина, капля воды, резина, гроза, свинец, гром, рельсы, пурга, алюминий, рассвет, буран, Луна, спирт, ножницы, ртуть, снегопад, стол, медь, вертолет, нефть, кипение, метель, выстрел, наводнение.
Вторая таблица в которой указаны физические явления, а ниже представлены действия, которые отражают то или иное физическое явление. Необходимо расставить действия по виду физического явления.
Шар катится, свинец плавится, холодает, слышны раскаты грома,снег тает, звезды мерцают, вода кипит, наступает рассвет, эхо, плывет бревно, маятник часов колеблется, облака движутся, гроза, летит голубь, сверкает молния, шелестит листва, горит электрическая лампочка.
Давайте подведем итог этой лекции. На этой первой лекции мы начали изучения такой науки как "физика". Дали ее определение и узнали ее главную задачу. Произвели краткий экскурс в истории физики. Узнали, что физика - это наука, которая занимается изучением не живой природы, установили взаимосвязь физики с другими науками, как о живой, так и не живой природе. Ввели понятие "явление природы", как предмет изучения физики. Связали понятие природы со Вселенной. Узнали из чего все состоит во Вселенной: вещества и поля и дали их определение. Так же ввели понятие "тело" и на примерах определили его отличие от понятия "вещества" и как эти понятия между собой связаны. Поговорили о форме и объеме тел, как эти понятия так же связаны между собой. Далее более подробно рассмотрели понятия"явление природы" и "физическое явление". На примере схемы разобрали, что такое природное явление и как это явление можно разбить на составные части, далее отдельным природным явлениям мы поставили в соответствие уже физические явления, которые эти природные явления описывают. Далее уже для физических явлений мы определили те разделы физики, которые занимаются изучением этих явлений. В конце лекции мы на трех опытах продемонстрировали различные физические явления и их проявления и получили практическое задание на определение терминов, введенных в этой лекции.
На этом все. Эту лекцию заканчиваем.
Если тебе понравилось, то пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.