Программа курса физики для 8-го класса

«Физика как способ размышлять»

Курс физики для восьмиклассников — это не знакомство с содержанием физики, что традиционно для курса 8-го класса, а знакомство с методом мышления, который по традиции называется научным.

Две главные особенности курса: энергия как стержневое понятие курса; воображаемый диалог как основной способ изложения.

Учитывая возраст школьников, знакомство с научным методом носит характер регулярной демонстрации плодотворности немногих простых физических законов и моделей для объяснения реальных бытовых явлений и эффектов (человеческий организм, автомобиль, спорт, погода, кулинария)

Каждый раздел начинается с общего описания («Круг описываемых явлений») — идея, заимствованная у Клиффорда Суорца (см. его «Необыкновенную физику обыкновенных явлений»). Очень часто (насколько это технически возможно) используются рисунки, графики, схемы. Потолок необходимой математики — умение решать квадратные уравнения, понятие пропорциональности величин, в основном без использования векторов. В ряде случаев предполагаются «математические отступления». Повсеместно анализируется размерность, делаются численные оценки. Что касается эксперимента, то в основном это мысленный эксперимент или же домашний эксперимент, требующий самого примитивного оборудования («кухонная физика»). Любое утверждение сопровождается «оглядкой» — можно ли его (утверждение) экспериментально проверить и как это сделать. Одно из центральных понятий курса — модель явления.

Тематический план

  1. Что такое физика — 6 часов
  2. Энергия — 25 часов
  3. Сила — 20 часов
  4. Электричество и магнетизм — 16 часов
  5. Волны и звук — 4 часа
  6. Свет — 5 часов
  7. Физика живых организмов — 6 часов
  8. Великие физ. теории 20 века — 6 часов
  9. Общая картина мира — 2 часа

Всего: 90 часов

Содержание программы

1. Что такое физика (6).
Виды человеческой деятельности. Физика и математика. Пример работы физика. Метод размерностей. Оценки. Границы применимости результата. Эксперимент и теория. Что изучают физики: пространство, время, материя. Чем пользуются физики: приборы, материалы, компьютеры, книги, информационные сети. Структура физики.

2. Энергия (25)
Что такое энергия. Сохранение энергии. Кинетическая и потенциальная энергия. Внешняя и внутренняя энергия. Масштаб энергий.Кинетическая энергия - подробности. Потенциальная энергия - подробности. Единицы энергии. Переходы потенциальной энергии в кинетическую. Гравитационная энергия. Электрическая энергия. Переходы энергий с участием электрической энергии. Упругая энергия. Принцип минимума потенциальной энергии. Потенциальная кривая. Энергия теплового движения. Тепловая энергия и температура. Разные температуры. Температура как указатель направления. Другие результаты передачи тепловой энергии. Распределение молекул по энергиям. Газы, жидкости, твердые тела (точка зрения энергии). Энергия взаимодействия молекул. Энергия внутри молекул и атомов.

3. Сила (20)
Силовое и энергетическое описание. Импульс. Сохранение импульса. Скорость и ускорение. Сила - скорость изменения импульса. Второй закон Ньютона. Принцип относительности. Система отсчета. Связь силы и энергии. Работа силы. Виды сил: гравитационная, кулоновская, трения, упругая, Архимеда. Силовые законы.

4. Электричество и магнетизм (16)
Материя: частицы и взаимодействия. Элекктромагнитное взаимодействие, его роль. Электрические явления. Электрический заряд. Электрическое поле. Проводники и изоляторы (диэлектрики). Электростатическая индукция. Закон Кулона. Поле и потенциал. Перенос заряда. Электроемкость. Электрический ток. Закон Ома. Сопротивление. Электрические цепи. Источники тока. Тепловое действие тока. Магнетизм. Магниты. Магнитное поле. Поле тока. Геометрия поля. Заряды в магнитном поле. Электромагнитные явления. Индукция. Опыты Фарадея. Идея Максвелла. Генератор и электродвигатель. Электромагнитные волны. Радио.

5. Волны (4)
Волны в природе: видимые и невидимые. Механизм волнового процесса - перенос энергии. Типичные волновые эффекты: интерференция, дифракция, эффект Доплера. Звук: природа, распространение, диапазон, поглощение и отражение, энергия звука.

6. Свет (5)
Природа света. Отражение. Принцип Ферма. Преломление. Глаз как приемник света. Поглощение. Прозрачные и окрашенные тела. Солнечное излучение. Энергия света.

7. Физика живых организмов (6)
Сохранение тепла. Роль сухожилий.Прочность скелета. Пульсовая волна. Давление крови. Энергия дыхания.Баланс энергии в человеческом организме. Магнитное поле и человек. Глаз - термометр. Большие и маленькие : физика эволюции.

8. Главные физические теории ХХ века (6)
Специальная теория относительности. Смысл. Причины появления. Основные постулаты. Следствия. Подтверждение. Общая теория относительности.Происхождение. Связь двух масс. Принцип эквивалентности. Следствия. Гравитация без гравитационных сил. ОТО и космология. Индукционная гравитация. Квантовая теория.Роль и смысл.Предпосылки появления.Основные идеи.Соотношение неопределенностей. Роль измерения. (Сверхпроводимость- пример удивительного явления и развитие его понимания.)

9. Общая картина мира (2)

Литература

  1. Кл. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений.
  2. Ландау и Китайгородский. Физика для всех. Книги 1, 2.
  3. Я. И. Перельман.Занимательная физика.
  4. Л. Купер. Физика для всех.
  5. М. Г. Иванов. Физика как способ размышлять. Препринт. 1998.
  6. М. Г. Иванов. Великие физические теории ХХ века. СПб, 2006.
  7. Журнал «Квант».

Программа успешно опробована в 1995/96 учебном году в Лицее ФТШ (8-й класс) и параллельно в Arkansas School for Mathematics and Sciences (Hot Springs, США) — для учащихся, впервые изучавших физику.

 

Составитель: М. Г. Иванов.