Формирование понятий "неинерциальные системы отсчета" и "силы инерции" в курсе механики средней школы

• Автор: Петрова, Светлана Николаевна
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 171 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение . .

ГЛАВА I. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВВЕДЕНИЯ ПОНЯТИЙ НЕИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

И СИЛЫ ИНЕРЦИИ

1.1.Исторические аспекты развития понятий неинерциальные системы отсчета и силы инерции .

1.2.Роль моделей и моделирования в формировании научного

мировоззрения учащихся

1.3.Обоснование введения понятий неинерциальные системы отсчета и силы инерции в курс механики средней школы .

ГЛАВА II. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯМЕХАНИЧЕСКИХ

ЯВЛЕНИЙ В НЕИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ ОТСЧЕТА .

2.1. Методика изучения понятий неинерциальные системы отсчета и силы инерции

2.2. Методика изучения динамики движения тел во вращающихся системах отсчета
2.3. Сила тяжести и вес тела в системах отсчета, движущихся
с ускорением
ГЛАВА III. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ И ЕГО РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Организация педагогического эксперимента .
3.2. Анализ результатов педагогического эксперимента
Заключение
ЛИТЕРАТУРА


Классическая механика стала источником нового стиля научного мышления, и ее влияние сказалось во всех областях культуры. Развитие механики является важнейшим элементом духовного развития человечества и вместе с тем важнейшей основой его успехов в познании природы, в проникновении в космос и микромир. Развитие общих принципов механики в античную эпоху стояло в прямой зависимости от развития античной техники, преимущественно основывающейся на знании статики. Техника, реализованная на знаниях законов динамики, была еще в зачаточном состоянии, а потому значительные научные обобщения в этой области могли появиться лишь значительно позже. Вопросы о движении тел в пространстве встречаются еще в произведениях античных атомистов (V - IV век до н. К их фундаментальным завоеваниям относится учение о закономерности и установлении принципов сохранения материи и движения. В дальнейшем принцип сохранения материи ньютоновой механики выражен законом сохранения массы; принцип сохранения движения - галилеевым законом инерции и декартовым законом сохранения количества движения. Атомисты разработали первые важнейшие положения динамики. Движение тел и его закономерности достаточно подробно рассмотрены в трудах Аристотеля (IV век до н. Центром Вселенной Аристотеля и его физики считалась Земля. Тяжелые предметы, по его мнению, должны падать на нее, а легкие - подниматься вверх. Все виды движения разбивались Аристотелем на два класса, естественное движение, то есть движение, определяемое природой тела и не требующее никакого внешнего воздействия, и силовое (принудительное) движение, не зависящее от природы тела, а определяемое внешними силами [2,0]. Элементы, из которых Аристотель построил свою Вселенную, различались между собой в основном не по материальному содержанию, а по характеру их естественных движений и стремлению занять различные места в пространстве. Если тело находится в состоянии своего естественного движения, значит, согласно Аристотелю, на него действует внешняя сила. Физические теории Аристотеля являлись систематизацией взглядов того времени; они соответствовали фактам в той мере, в какой Аристотель их понимал. Он никогда не рассматривал то, что мы называем теперь трением или сопротивлением, как силу, отделенную от движения, а следовательно, у Аристотеля и не было необходимости введения понятия инерции. Под силой Аристотель понимает «всякую способность, поскольку последняя может быть причиной, началом действия или противодействия»[2, с. Система механических взглядов древних, в наиболее отчетливой форме выраженная Аристотелем, противоречила закону инерции. Тем не менее, Аристотель сделал первые шаги по пути, который со временем привел к понятию движения по инерции, - он говорил о вечном движении. Но таковым для него являлось только вращательное движение небесных сфер [5]. Представления Аристотеля о закономерностях движения были опровергнуты гением Галилея лишь через две тысячи лет. В современной физике суждения о законах классической механики Галилея-Ньютона претерпели некоторые изменения, которые будут отмечены ниже, и приняли интерпретацию Фока-Маха-Кикоина [1]. Сложности в понимании закономерностей относительного движения подчас встречаются у школьников в силу сложности материала. В XV и XVI веках, в период Возрождения, люди узнали об окружающем мире больше, чем за тысячи предшествующих лет. Наиболее сильное влияние новые веяния оказали на механику. Некоторое приближение к пониманию сути инерционного движения видны у Николая Кузанского, Кардано, Бенедетги, Стевина [,,]. Их высказывания заключались в следующем: если устранить сопротивление воздуха, то, начав двигаться, сферическое тело будет двигаться всегда. И все же они были еще далеки от формулировки закона инерции. Большое значение для развития механики имела гелиоцентрическая система Коперника []. Естественное круговое движение Земли, фигурирующее у Коперника, аналогично относительному инерциальному движению в классической механике [4]. Развитие механики в этом периоде завершилось трудами Галилео Галилея. Он разработал основы новой динамики, сформулировал принцип относительности [, 3].