Физика. 9 класс. Кабардин О.Ф.

Предлагаемый учебник – основной элемент УМК «Архимед» по физике для 9 класса. Он обеспечивает возможность достижения образовательных результатов (личностных, метапредметных и предметных) по физике в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования. Материал учебника предполагает изучение всех тем курса физики на уровне ознакомления с физическими явлениями, формирования основных физических понятий, определения физических величин, приобретения умения измерять физические величины, применения полученных знаний на практике.

Физика. 9 класс. Кабардин О.Ф.

 

Описание учебника

В 9 классе заканчивается изучение физики как обязательного для всех учебного предмета. Далее каждому из вас нужно выбрать профиль своего дальнейшего обучения и решить, хотите ли вы продолжить изучение физики в качестве одного из профильных предметов. При этом выборе важно понять, что изучение физики направлено на формирование системы представлений о мире как познаваемой объективной реальности, управляемой устойчивыми, воспроизводимыми законами. Человек, познавший объективные законы окружающего мира, способен более уверенно планировать свою деятельность в нём для достижения желаемых результатов.
В современном мире для достижения успеха при выборе любой профессии человек должен постоянно овладевать новыми знаниями и умениями, понимать поставленные перед ним задачи и находить эффективные способы их решения, понимать новые возникающие проблемы. При нахождении собственных способов решения возникающих проблем нужно уметь объяснить своё решение, доказать его правильность и эффективность. При этом важно уметь выслушать мнение других людей, понять смысл их доводов, при несогласии опровергнуть эти доводы. Процесс овладения такими умениями происходит быстрее и успешнее у тех людей, которые уже имеют опыт решения проблем. Физика является одним из средств развития индивидуальных способностей человека. Решение различных физических проблем и задач служит средством приобретения общих умений понимать другие проблемы, выбирать способы их решения, проверять правильность полученных результатов.
Данный учебник построен так, чтобы им было удобно пользоваться как учащимся, у которых физика — один из любимых предметов, так и учащимся, интересующимся другими учебными предметами. Для этого материал каждого параграфа разделён на две части — имеет два разворота. На первом развороте (две страницы) приведён материал, которым должен овладеть каждый ученик. Материал второго разворота (следующие две страницы) предназначен для учащихся, проявляющих повышенный интерес к физике и желающих расширить и углубить свои знания. Однако всем учащимся рекомендуется хотя бы бегло ознакомиться с этим материалом, потому что он может оказаться интересным и полезным каждому. Для приобретения умений применять полученные знания на практике в учебнике даются задачи и приводятся примеры решения типовых задач. Для самопроверки усвоения полученных знаний и умений в конце тем даны тесты из простых задач, для решения которых не требуются сложные вычисления. Для подготовки к тестовому контролю нужно просмотреть весь материал темы по учебнику, подготовить ответы на контрольные вопросы к изученным параграфам, решить предложенные задачи. После выполнения заданий тематического теста нужно проверить решение по кодам правильных ответов в конце учебника. Обнаружив пробелы в своих знаниях, изучите соответствующий материал в учебнике.
Методы научного познания
Вопросы
1. Почему люди создавали мифы о могучих бессмертных богах?
2. Почему боги в мифах похожи на людей?
3. Что называется гипотезой?
4. На каком основании высказывается гипотеза? Что такое модель явления?
5. Как узнать, какая гипотеза правильная?
6. Существуют ли атомы в действительности или никаких атомов вовсе нет?
7. Может ли атом быть разделён на части или он неделим?
Мифическая картина мира. Первые попытки людей понять причины происходящих в природе явлений привели к созданию мифов. Человек видел плоскую поверхность Земли и голубой купол неба над ней, где-то далеко сходящийся с землёй. На основе таких наблюдений была создана модель мира, в которой плоская Земля накрыта хрустальным куполом неба с прикреплёнными к нему звёздами (рис. 1.1). Солнце и Луна движутся по небу. Так как способностью самостоятельно двигаться обладают только живые существа, люди сделали вывод, что Солнце и Луна — это живые существа с необычайными способностями. Они не падают на землю, излучают свет и тепло, но не сгорают. Поколения людей рождаются и умирают, а Небо, Солнце, Луна, Земля неизменны. Эти необычайно могучие и бессмертные существа были названы богами.
В мифах древних египтян богиня неба располагается над богиней земли, а бог солнца переправляется по небу на ладье (рис. 1.2).
Мифы о богах Древней Греции очень просто объясняли все явления на Небе и Земле. Отчего бывают молния и фом? Это бог Зевс поражает молниями тех, кто нарушает его законы. Отчего буря на море? Это бог моря Посейдон на кого-то разгневался. Отчего умер этот человек? Это богиня судьбы человека Атропа перерезала нить его жизни, которую пряла богиня Клото.
Понять поступки богов человеку легко, так как в мифах боги похожи на придумавших их людей. Они любят и ревнуют, способны на зависть и обман, борются между собой за власть. Чтобы добиться от богов милости, нужно приносить им подарки — жертвы. Нужно знать, с какой просьбой к какому богу следует обращаться.
Мифы о могущественных богах давали ответ и на вопрос о происхождении Земли, гор и морей, растений, животных и человека. Всё это было создано могучими бессмертными богами.
Наблюдения, гипотезы, модели. Уже в VI в. до н. э.
некоторые философы перестали верить в мифы и стали искать научные ответы на вопросы об окружающем мире.
Первым шагом в познании мира являются наблюдения природных явлений. Опираясь на чувства, человек может высказать гипотезу — предположительное объяснение явления. Выдвижение гипотезы является творческим процессом, в котором человек придумывает упрощённую модель наблюдаемого явления, делающую его понятным для человека. Так, в атомной модели строения вещества предполагается, что всё в мире состоит из непрерывно движущихся неделимых атомов. Эта модель объяснила явления испарения и конденсации вещества, способность газов к расширению и другие свойства предметов окружающего мира.
Эксперимент как критерий проверки гипотезы. Для
объяснения любого явления могут быть предложены различные гипотезы и модели. Как проверить, какая из нескольких возможных гипотез правильная? Ответ на этот
вопрос дал итальянский учёный Галилео Галилей (1564—1642). Он одним из первых начал использовать математику для количественного описания физических явлений и пришёл к выводу, что для проверки научных гипотез нужно выполнять физические эксперименты. Научными гипотезами называют такие предположения, которые не противоречат известным научным фактам, объясняют известные необъяснённые явления и предсказывают такие ранее неизвестные явления, которые можно проверить при выполнении физических экспериментов.
Например, научной гипотезой было предположение Исаака Ньютона о существовании сил всемирного тяготения, убывающих обратно пропорционально квадрату расстояния от небесного тела. Эту гипотезу можно было экспериментально проверить, измерив силу притяжения на различных расстояниях от Земли.
Не всякое предположение может быть признано научной гипотезой. Например, каждый слышал гипотезу о посещении Земли пришельцами из космоса. Эта гипотеза не объясняет никаких фактов, ранее не объяснённых наукой, и не предсказывает явлений, которые можно было бы экспериментально обнаружить. Так что гипотеза о пришельцах скорее фантастическая, чем научная.
Существует очень много лженаучных, или псевдонаучных, гипотез. Так называют гипотезы, которые ссылаются на будто бы установленные наукой факты, тогда как в действительности таких научных фактов нет. Примером лженаучной гипотезы является утверждение астрологов о влиянии расположения планет и Солнца среди звёзд на небе в момент рождения человека на всю его судьбу.
Гипотезы, отрицающие установленные наукой факты, называют антинаучными гипотезами. Такой является гипотеза, отрицающая закон сохранения энергии. На основании этой гипотезы уже много столетий продолжаются попытки создания вечного двигателя. Имеет ли право кто-то высказать антинаучную гипотезу? Конечно, имеет. Но этот человек должен понимать, что высказывает гипотезу, противоречащую установленным на сегодня фактам, и, скорее всего, его гипотеза ошибочна.
Предположения многих людей о том, что можно узнать что-то о своём будущем по приметам и предзнаменованиям, по линиям на ладони, путём гадания на картах или на кофейной гуще, также не имеют под собой никакой научной основы. Это суеверия, используемые мошенниками.
Метафизическая гипотеза. Есть одна особенная гипотеза — гипотеза о существовании у человека бессмертной души и её вечной жизни в другом мире после смерти человека. Эта гипотеза не может быть ни подтверждена, ни опровергнута методами науки, поскольку свойства души и потустороннего мира согласно этой гипотезе недоступны научному исследованию, лежат за пределами возможностей человека. Гипотезу, которую невозможно проверить методами науки, называют метафизической гипотезой. Принятие или отвержение такой гипотезы является делом веры человека в её истинность или неверия в неё.
Галилео Галилей
Я пришёл к выводу о невозможности нахождения непрерывного движения, а также вечного колеса. Поиск конструкции вечного колеса — источника вечного движения — можно назвать одним из наиболее бессмысленных заблуждений человека.
Леонардо да Винчи
Вопросы
1. Какая гипотеза является научной?
2. Как проверяется научная гипотеза?
3. Какие гипотезы называют лженаучными?
4. Какие гипотезы называют антинаучными?
5. Приведите примеры человеческих суеверий.
6. Какие гипотезы называют метафизическими?
7. Приведите пример метафизической гипотезы.
9 Физика и физические методы изучения природы
Язык науки. Для того чтобы приступить к изучению какой-то науки, необходимо овладеть системой её основных понятий и методами исследования. Эта задача подобна задаче овладения иностранным языком. Представьте себе, что в Россию к любителям поэзии приехал самый знаменитый поэт не с какой-то другой планеты, а из соседней Японии. И читает свои стихи на своём родном японском языке. Смогут ли его понять слушатели, не владеющие японским языком?
В повседневной жизни для взаимопонимания собеседникам необходимо владеть каким-то общим языком. И в физике есть свой особый язык, без овладения которым нельзя понять содержание науки физики и её законы, невозможно сделать новое открытие. Первым необходимым шагом на пути изучения языка науки физики является овладение системой физических понятий.
Условия и результаты эксперимента в физике описываются количественно на основе измерений физических величин, характеризующих предметы и физические процессы.
Физические величины являются теоретическими понятиями. Поэтому любые экспериментальные исследования или открытия в физике, планирование эксперимента и объяснение его результатов требуют использования физической теории.
Совокупность взаимосвязанных теоретических понятий физики образует теоретический мир физики. Только освоившись в этом теоретическом мире, можно понять основные законы физики, которыми описываются свойства материального мира.
Особенность физики в том, что каждое новое теоретическое понятие в ней вводится по необходимости, при обнаружении таких явлений в материальном мире, которые нельзя объяснить с использованием ранее известных понятий. Нужно придумать новое теоретическое понятие, использование которого даёт возможность объяснить себе и другим людям, как и почему происходит новое наблюдаемое природное явление.
Если с помощью теории удаётся правильно предсказать результаты опыта с реальными физическими объектами, проектировать, строить и успешно использовать разнообразные машины, то это означает, что в абстрактной физической модели реального мира выделены существенные свойства реального мира. Теория необходима для нахождения путей практического использования человеком природных явлений и процессов.
Границы применимости физических теорий. При всей важности физических теорий в процессе познания мира и использования открытых законов природы для удовлетворения практических потребностей людей нельзя забывать о существовании определённых границ применимости любой физической теории и следующих из неё законов. Границы применимости теории определяются прежде всего условием применимости физической модели, использованной при создании теории. Экспериментально установленные законы применимы лишь в тех условиях, в которых они установлены. Например, если в физической теории использована модель строения вещества, в которой атомы рассматриваются как твёрдые упругие шарики определённых размеров, то выводы и законы этой теории применимы к реальным телам лишь в тех случаях, в которых свойства атомов приближаются к свойствам таких шариков.
Основательное изучение физики необходимо любому инженеру, конструктору, изобретателю, любому человеку, имеющему склонность к работе с машинами и современными техническими устройствами.
Что такое научное открытие. Что называется научным открытием? Можно ли научиться делать открытия?
Научным открытием в физике может быть обнаружение неизвестного ранее физического явления, нового физического свойства какого-то объекта или нового физического закона.
Для открытия нового физического явления нужно знать, что такое физическое явление и какие явления уже открыты. Новое физическое явление или физическое свойство может быть открыто путём наблюдения или при выполнении опыта. Результатом наблюдения или эксперимента является установление научного факта.
Научным фактом в физике называется такой факт, который может быть проверен и подтверждён при независимой экспериментальной проверке в тех же условиях. Это значит, что научным признаётся только такой факт, который подтверждается в наблюдениях или опытах других людей.
Просто ли выполнить наблюдение интересного явления или воспроизводимый опыт? Это совсем нетрудно. Можно, например, наблюдать явление радуги на небе и получить в опыте искусственную радугу, разбрызгивая струю воды из шланга. Но радугу и на небе, и в брызгах струи воды уже наблюдали миллиарды людей. Это не открытие.
Трудности открытий. Задача обнаружения никем до сих пор не исследованного природного объекта, процесса, явления, свойства или закономерности может показаться совершенно неразрешимой. Возможных объектов исследования в природе бесконечное множество, и обладают они различными свойствами. А изучить результаты всех уже выполненных исследований одному человеку за одну жизнь совершенно невозможно.
Как узнать, что задуманный тобой опыт ещё никто никогда не делал? Только в «Дневнике» Фарадея последний проделанный им опыт записан под номером 16 041! Даже сам Фарадей в последние годы жизни с огорчением много раз замечал, что опять выполнил опыт, который уже делал несколько лет тому назад.
В настоящее время в мире ежемесячно выходят тысячи научных журналов, содержащих десятки или сотни тысяч статей. Даже только прочитать всё написанное учёными, изучающими физические явления, одному человеку просто невозможно за всю его жизнь. Почему же до сих пор не остановилось развитие науки? Как учёные могут делать новые открытия, не узнав всего, что сделано другими исследователями?
Возможность приступить к самостоятельным научным исследованиям в физике не после 20—30 лет непрерывного изучения чужих открытий, а всего после нескольких лет изучения основ этой науки обусловлена следующими её особенностями.
На каждом этапе своего развития физика как наука представляет собой не набор отдельных самостоятельных фактов и явлений, а систему знаний о мире, опирающуюся на небольшое число экспериментально установленных основных фактов и несколько теорий, объясняющих эти факты. Эта система физических знаний и представлений обычно почти не изменяется на протяжении жизни одного поколения людей. К числу основных экспериментальных фактов относятся, например, законы механики Ньютона, закон всемирного тяготения, законы сохранения импульса и энергии, закон сохранения электрического заряда, закон Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции.
Вопросы
1.Что называется научным фактом?
2. Что называется научным открытием?
3. Что нужно знать и уметь для того, чтобы сделать научное открытие?
4. Как создаётся физическая теория?
5. Почему может произойти смена одной физической теории другой теорией?
6. Почему любая физическая теория имеет определённые границы применимости?
7. Может ли один человек освоить всю современную науку физику и сделать новое открытие?
Физика и физические методы изучения природы
Изучив основные законы физики и методы проведения физических экспериментов, можно приступить к более глубокому изучению одного из разделов науки, выбрать интересную тему для самостоятельных исследований. Как же разобраться в современном состоянии науки физики и «встроиться» в ряды исследователей природы?
Можно представить себе науку физику как дерево с мощными корнями, стволом, многочисленными ветвями и еще более многочисленными тонкими веточками. Корни этого дерева — экспериментально установленные основные законы физики. Ствол дерева — общие методы экспериментального и теоретического исследования природных явлений. Ветви дерева — разделы физики, объединённые общей теорией, каждая тонкая веточка выделяет всё более узкий круг изучаемых явлений. В каждый период времени на дереве науки существуют наиболее быстро развивающиеся ветви и веточки. Например, такими ветвями в XX столетии были атомная и ядерная физика, физика элементарных частиц.
Как узнать, какие загадки природы пытаются разгадать сегодня физики, решения каких проблем ждёт человеческое общество от учёных? Можно начать с чтения научно-популярных журналов и книг, путешествий по сайтам науки в Интернете. Особенно полезными могут быть посещения научных центров, исследовательских лабораторий, где можно сделать предварительную «примерку»: хотелось бы вам работать в подобной лаборатории? Интересно ли вам то, чем занимаются учёные?
Чтобы понять, интересно ли тебе заниматься физикой, есть ли у тебя способности к таким занятиям, нет другого пути, как попробовать… заняться физикой. И сделать это ещё в школьные годы для правильного выбора профессии после окончания школы. Выбрав однажды науку, не жалеют впоследствии о своём выборе те, для кого научное исследование является самым интересным, самым привлекательным из возможных занятий, работой и увлечением одновременно. Кто имеет интерес и способности к физике, могут не отказывать себе в удовольствии заниматься ею в молодые годы.

Физика. 9 класс.