Л. Е. Генденштейн, І. Ю. Ненашев ФІЗИКА

П І Д Р У Ч Н И К

клас

Рівень стандарту

Рекомендовано

Міністерством освіти і науки України

Харків

«Гімназія»

2010

УДК 373.167.1:53

ББК 22.3я721

Г34

Рекомендовано

Міністерством освіти і науки Україния для використання у загальноосвітніх навчальних закладах

Генденштейн Л. Е.

Г34 Фізика, 10 кл. : підруч. для загальноосвітніх навч. закладів / Генденштейн Л. Е., Ненашев І. Ю. — Х. : Гімназія, 2010. — 272 с. : іл.

ISBN 978-966-474-098-9.

УДК 373.167.1:53

ББК 22.3я721

ISBN 978-966-474-098-9 художнє оформлення, 2010

ДО ВЧИТЕЛЯ ТА УЧНЯ

Підручник призначено для вивчення фізики в 10-му класі за рівнем стандарту (2 уроки на тиждень).

Автори прагнули подати фізику як живу науку, що є частиною загальної культури: наведено багато прикладів виявлення та застосування фізичних законів у навколишньому житті, відомостей з історії фізичних відкриттів, подано ілюстрований опис фізичних дослідів.

Чітка структура підручника полегшує розуміння навчального матеріалу. У тексті виділено головне, а в кінці параграфів і розділів зібрано висновки для узагальнення, повторення та конспекту.

Виклад ведеться у формі діалогу: багато розділів починаються із запитань, відповідями на які є зміст цих розділів.

Один параграф підручника розраховано приблизно на один навчальний тиждень. Приблизне поурочне планування наведено в «Методичних матеріалах для вчителя», що є частиною навчально-методичного комплекту.

2 3

У кінці кожного параграфа наведено запитання та завдання для самоперевірки. Додаткові завдання наведено в Збірнику завдань і самостійних робіт, що є частиною навчальнометодичного комплекту.

ВСТУП

1. Зародження та розвиток фізики як науки 2. Роль фізичного знання в житті людини й розвитку суспільства 3. Методи наукового пізнання 4. Фізика і техніка в Україні

1. ЗАРОДЖЕННЯ ТА РОЗВИТОК ФІЗИКИ ЯК НАУКИ

Слово «фізика» походить від давньогрецького слова «природа». Так назвав першу відому нам наукову працю про природні явища давньогрецький учений Арістотель, який жив у 4-му столітті до нашої ери.

Книга Арістотеля служила основним «підручником фізики» протягом майже двох тисячоліть. Наступний важливий крок у розвитку фізики зробив великий італійський учений Ґалілео Ґалілей (1564–1642). Його вважають основоположником фізики в її сучасному розумінні — як дослідної (експериментальної) науки. Ґалілей спростував на дослідах деякі важливі положення вчення Арістотеля.

Фізика досліджує механічні, теплові, електромагнітні, світлові явища, а також будову речовини. Завданням фізики, як і інших наук, є пошук законів, за допомогою яких можна пояснювати та передбачати широке коло явищ.

2. РОЛЬ ФІЗИЧНОГО ЗНАННЯ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ Й РОЗВИТКУ СУСПІЛЬСТВА

Навчившись передбачати фізичні явища і керувати ними, людина стала «велетнем»: вона створила двигуни, у мільйони разів потужніші за людські руки, комп’ютери, що розширили можливості науки, техніки та мистецтва, об’єднала всіх людей Землі надійними системами зв’язку.

Чудеса сучасної техніки з’явилися насамперед завдяки фізиці: без знання фізичних законів неможливо проектувати й використовувати машини, механізми, прилади, космічні апарати тощо.

Однак справа не тільки в «практичній» цінності фізики: знання фізики необхідне кожному з нас, щоб задовольнити природну цікавість у розумінні навколишнього світу.

Фізичні знання та методи народжують нові науки, наприклад біофізику, геофізику, астрофізику.

3. МЕТОДИ НАУКОВОГО ПІЗНАННЯ

СПОСТЕРЕЖЕННЯ, НАУКОВА ГІПОТЕЗА Й ЕКСПЕРИМЕНТ

Явища світу, що нас оточує, надзвичайно складні, адже кожне з них залежить від дуже багатьох причин. Але, уважно спостерігаючи те чи інше явище, ми зауважуємо, що якісь причини більш істотні для його протікання, а якісь — менш істотні.

Зі спостережень виникають припущення, що для цілого кола явищ існують певні закономірності. Такі припущення називають науковими гіпотезами.

Щоб перевірити гіпотезу, учені проводять досліди (експерименти) з метою з’ясувати, як змінюється перебіг явищ у разі зміни умов їх перебігу. Для цього створюються спеціальні умови. Наприклад, в експериментах з вивчення руху

Ґалілей намагався зменшити роль тертя.

Так від спостережень учені переходять до експериментів, тобто починають «ставити запитання природі».

НАУКОВІ МОДЕЛІ ТА НАУКОВА ІДЕАЛІЗАЦІЯ

Для формулювання гіпотези, постановки експерименту та пояснення його результатів необхідно побудувати модель певного об’єкту, явища або процесу — спрощене, схематизоване уявлення, у якому виділено найбільш важливі риси. Прикладами таких моделей є матеріальна точка — тіло, розмірами якого в даній задачі можна знехтувати, або ідеальний газ — такий газ, розміри молекул якого нехтувано малі, причому взаємодія між молекулами відбувається тільки в разі їх зіткнень.

Повністю усунути в експерименті «перешкоди», як правило, не вдається. Але за результатами експерименту іноді можна здогадатися про те, що мало б спостерігатися в «ідеальній» ситуації, тобто в разі, коли всі перешкоди було б усунуто цілком. Цю ідеальну ситуацію називають науковою ідеалізацією. Саме вона дозволяє побачити простоту законів, що криються за зовнішньою складністю явищ.

З прикладами наукової ідеалізації ми будемо неодноразово зустрічатися в нашому курсі.

4 5

З поняттям наукової ідеалізації пов’язане поняття уявного експерименту, тобто експерименту, проведеного за допомогою уяви. При цьому особливе значення має логічна несуперечність результатів уявного експерименту.

Важливим прикладом наукової ідеалізації є так зване «вільне тіло», тобто тіло, на яке не діють інші тіла. Цілком вільних тіл зазвичай не існує: навіть галактики, що віддалені одна від одної на величезну відстань, взаємодіють між собою. Однак, поставивши уявний експеримент, тобто подумки продовживши закономірність, виявлену на дослідах з реальними тілами, можна уявити тіло, що зовсім не взаємодіє з будьякими іншими тілами. Роздуми про те, як рухатимуться такі тіла, привели Ґалілея до відкриття закону інерції.

НАУКОВИЙ ЗАКОН І НАУКОВА ТЕОРІЯ

Коли гіпотеза про перебіг фізичних явищ підтверджується експериментом, вона стає фізичним законом.

Основний зміст механіки становлять три закони, сформульовані видатним англійським ученим Ісаком Ньютоном (знамениті «три закони Ньютона»), закон всесвітнього тяжіння (відкритий теж Ньютоном), а також закономірності для сил пружності та сил тертя. Для газових процесів відкрито закони, що описують залежність між тиском, об’ємом і температурою газу. Взаємодія електрично заряджених частинок, що перебувають у спокої, підпорядковується закону, відкритому французьким фізиком Шарлем Кулоном.

Сукупність законів, що описують широке коло явищ, називається науковою теорією. Наприклад, закони Ньютона становлять зміст класичної механіки.

Поряд із законами наукова теорія містить означення фізичних величин і понять, за допомогою яких формулюються закони цієї теорії. Дуже важливо, щоб усі обумовлені у фізичній теорії величини могли бути виміряні на досліді, оскільки справедливість фізичних законів і теорій може бути перевірено тільки дослідним шляхом.

ПРИНЦИП ВІДПОВІДНОСТІ

Поява нової фізичної теорії не скасовує «стару» теорію, а уточнює та доповнює її. Однією з найважливіших вимог під час створення нових фізичних теорій є принцип відповідності, згідно з яким передбачення нової теорії повинні збігатися з передбаченнями «старої» теорії в межах її застосовності. Це означає, що нова теорія має включати «стару» теорію як окремий, граничний випадок. Принцип відповідності сформулював на початку 20-го століття данський фізик Нільс Бор — один із творців квантової механіки.

Так, передбачення спеціальної теорії відносності стосуються головним чином руху тіл зі швидкостями, порівнянними зі швидкістю світла, але вони збігаються з передбаченнями класичної механіки, якщо швидкості руху тіл набагато менші від швидкості світла. Квантову механіку було розроблено для опису рухів частинок з надзвичайно малою масою (наприклад, електронів), але вона «перетворюється» на класичну, якщо маси тіл досить великі.

СУЧАСНА ФІЗИЧНА КАРТИНА СВІТУ

Сучасна фізична картина світу заснована на уявленні про те, що речовина складається з дрібних частинок, між якими існує кілька видів фундаментальних взаємодій. Це — сильні взаємодії, електромагнітні, слабкі та гравітаційні. У другій половині 20-го століття електромагнітні взаємодії було об’єднано зі слабкими в «електрослабку» взаємодію. Сьогодні продовжуються інтенсивні спроби побудови «великого об’єднання» — теорії, що дозволила б об’єднати усі відомі види взаємодій.

Физика 10 класс Генденштейн стандарт (стр. 1 из 6)