Преподавание спецкурса по теории относительности в основной школе

• Автор: Яшина, Галина Алексеевна
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОТБОРА СОДЕРЖАНИЯ СПЕЦКУРСА ПО ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В

ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ

1.1 Некоторые аспекты становления, развития и современного состояния

преподавания теории относительности в средней школе

1.2 Цели преподавания теории относительности в основной школе

1.3 Изменения, внесенные теорией относительности в ньютоновские представления о пространстве и времени.. .
1.4 Взаимосвязь свойств пространства и времени систем отсчета с физическими законами.

1.5 Циклический характер познания природы в физике.

1.6 А.Эйнштейн о методе научного познания в физике.

ГЛАВА И. СОДЕРЖАНИЕ И МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ СПЕЦКУРСА
ПО ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ
2.1 Структура курса
2.2 Формирование представлений о свойствах пространства и времени систем отсчета и их взаимосвязи с физическими законами
2.3 Принцип относительности.
2.4 Обоснование предельности скорости света в вакууме.
2.5 Некоторые особенности изучения кинематики СТО.
2.6 Определение расстояний и промежутков времени в инерциальной системе отсчета.
2.7 Относительность одновременности.
2.8 Интервап
2.9 Относительность промежутков времени.
2. Замедление времени движущейся системы отсчета.
2. Относительность расстояний
2. Преобразования Лоренца
2. Релятивистский закон сложения скоростей.
2. Влияние свойств пространства и времени инерциальных систем отсчета на законы динамики.
2. Масса тела в СТО
2. Взаимосвязь массы тела и его энергии покоя
2. Физические основы общей теории относительности и ее следствия
2. Обобщающие занятия по СТО и ОТО,.
2. Планируемые результаты обучения.
2. Педагогический эксперимент
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Литература


Подобный курс, отличаясь большой теоретической и мировоззренческой глубиной, необходимо должен включать в себя и изложение основ СТО. Изучение основ СТО осуществляется в X классе, после темы “Оптика”, и включает следующие вопросы [3, с. Исторические предпосылки возникновения СТО. Постулаты СТО и их экспериментальное обоснование. Абсолютность скорости света, относительность пространства и времени. Преобразования Лоренца. Релятивистская кинематика (закон преобразования скоростей). Релятивистская динамика (относительность массы и силы, релятивистский импульс, основной закон релятивистской динамики, взаимосвязь энергии и массы, энергии и импульса). Материальность поля (новая трактовка поля в СТО, масса, импульс-энергия поля, преобразование полей, кванты и их характеристики, взаимопревращения поля и вещества). В своей диссертации Р. Э.Нудельман дает подробный логический и физический анализ противоречий, из которых возникла СТО, и обосновывает методическую целесообразность ее изложения в “историко-физическом аспекте”. Поскольку становление СТО неразрывно связано с проблемой эфира, то ее рассмотрение является важным средством формирования сознательных и прочных научных знаний, существенным элементом формирования их методологических представлений и диалекгического мировоззрения. Возражения Б. Н.Яворского, В. П.Угарова [8] против упоминания об эфире не представляются ему убедительными. Р.Э. Нудельман также полагает, что обоснование принципа относительности возможно лишь при изложении всей совокупности опытов от Майкельсона до Кеннеди-Торндайка. В то же время он с. Майкельсона в дополнительный материал, а освободившееся время использовать для качественного анализа этого и других опытов. Большое внимание Р. Лоренца. Он считает, что формальное или постулативное введение данных преобразований затушевывает эвристическую ценность теории и особенности физического познания вообще. Напротив, развертывание изложения от экспериментальных фактов к их синтезу в виде основных постулатов и их математического выражения (преобразования Лоренца), а затем дедуктивное, аналитическое выведение фундаментальных предсказаний вплоть до их сопоставления с опытом дает учащимся представление о пути человеческого познания: от наглядного созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике, позволяет им активно участвовать в обучении и сознательно овладевать излагаемым материалом. Структура изложения основ СТО в факультативном курсе X класса выглядит у Р. Э.Нудельмана следующим образом. Напомнив о зависимости механических явлений от системы отсчета, показываем, что законы механики ковариантны относительно преобразование Галилея, в основе которых лежит гипотеза о неизменности длины и длительности. Подчеркиваем связь свойств пространства-времени с видами физических законов и относительностью скорости тел. Переходя к законам электродинамики, упоминаем об эфирной трактовке поля. Выявляем сходство этой трактовки с представлениями учащихся. Показываем, что при наличии эфира законы Максвелла выполняются неточно. Возникает проблема проверки принципа относительности для электродинамики. Разъясняем смысл закона независимости скорости света от движущегося источника. Качественно предсказываем ожидаемый результат опыта Майкельсона (неизотропность скорости светового сигнала в движущейся системе). Сообщаем о результатах опыта. Анализируем, что осталось доказать. Качественно рассматриваем опыты Миллера, Кеннеди-Торндайка. Общим результатом этих опытов является доказательство принципа относительности и инвариантности скорости света. Рассказываем о современных повторениях опытов и об опровержении гипотезы Ритца (зависимость скорости света от движущегося источника) в опытах -х годов. Обосновывая принцип относительности, показываем несовместимость абсолютной скорости и преобразований Галилея, делаем вывод о несовместимости законов Ньютона и Максвелла, разъясняем ее физический смысл. Отсюда делаем логическое заключение о необходимости выбора между двумя основами физики. Формулируем второй постулат СТО и разъясняем, что в нем совершится указанный выбор.