Главная > Документ


Независимость скорости света от движения его источника понимается глубже. Второй постулат СТО подразумевает, что скорость света, во-первых, одинакова во всех направлениях и во всех ИСО, а во-вторых, является наибольшей скоростью в природе. Ни одно взаимодействие, ни один сигнал не может распространяться с большей скоростью.

Очевидно, что данный постулат основан на многочисленных опытных фактах, напрямую связанных с измерениями.

1. Измерение промежутков времени.

Из-за конечности скорости передачи сигналов невозможно точно синхронизировать движущиеся относительно друг друга часы. Поясним эту мысль, рассматривая так называемые световые часы. Данную модель прибора для измерения времени ввели из соображений наглядности. Устройство таких часов схематично изображено на рисунке 2. Пусть в некоторый момент времени лампой-вспышкой излучается очень короткий световой импульс, который, отразившись от зеркала, улавливается фотодатчиком. При этом счетчик времени увеличивает свои показания на 2l/c, где расстояние от лампы и датчика до зеркала. Кроме этого, счетчик заставляет лампу произвести следующий импульс и т. д. Таким образом, мы получили определенный периодический процесс, позволяющий нам измерять промежутки времени.

Рис. 1. Зависимость отклонения «реального» положения тела от «вычисленного» от времени. По горизонтальной оси отмечено
время (в 104 с), по вертикальной — отклонение (в м)

Точная синхронизация часов из-за ограниченности скорости передачи информационных сигналов возможна только для рядом расположенных часов. Пусть в некоторый момент времени движущийся наблюдатель (Н'), пролетая мимо неподвижного (Н), синхронизирует с ним часы, то есть оба наблюдателя одновременно включают часы с обнулением счетчика времени. Подразумевается, что часы у них совершенно одинаковые. Затем, по мере удаления Н' наблюдатель Н, смотрящий на часы наблюдателя Н' заметит, что на том счетчике показания нарастают медленнее, чем на его собственных часах, так как свет в движущихся часах будет проходить расстояние, большее l (рис. 3). Благодаря принципу относительности неподвижный и подвижный наблюдатели совершенно равноправны. Даже сами термины «подвижный» и «неподвижный» конечно условны. Для наблюдателя Н' медленнее идут часы наблюдателя Н.

Рис. 2 Рис. 3

Очевидный вывод будет таков, что удаленные часы в разных системах отсчета не могут быть точно синхронизированы. Кроме того, часы в разных ИСО идут с разной скоростью.

Опираясь на мысленный эксперимент по измерению времени в разных ИСО, описанный нами выше, Эйнштейн пришел к выводу, что для неподвижного наблюдателя все процессы в движущемся теле будут протекать медленнее, чем для наблюдателя, движущегося вместе с телом. В самом деле, для движущегося наблюдателя импульс за первую половину такта на его часах проходит расстояние от лампы до зеркала l = cτ'. Для неподвижного же он преодолевает расстояние l' = cτ, где τ — время прохождения импульса от лампы до зеркала часов Н', измеренное по часам Н. При этом часы Н' сдвинутся на расстояние s = vt относительно наблюдателя Н. Все эти расстояния связаны между собой теоремой Пифагора:

c2τ2 = c2τ' 2 + v2τ2;

;

.

Заметим, что время τ', измеренное в ИСО, связанной с движущимися часами по определению не зависит от выбора системы отсчета, в которой рассматривается движение часов. Его называют собственным временем.

2. Измерение длин тел.

Кроме того, мысленные эксперименты Эйнштейна позволили получить вывод о том, что и длина движущегося тела вдоль оси его движения зависит от его скорости — наблюдается сокращение длины движущегося тела. Данный вывод был получен в мысленных операциях над измерительной линейкой с учетом конечности скорости света.

Проведем мысленный эксперимент по измерению длины твердого стержня. Пусть данное измерение производят два исследователя — один покоится относительно стержня (говорят, что он измеряет собственную длину стержня), а другой — движется вдоль него со скоростью V. Измерение длины будет производиться по времени прохождения светового луча от одного конца стержня до другого.

Для неподвижного наблюдателя = ct, для подвижного — l' = ct', учитывая, что , получаем , то есть для наблюдателя проносящегося мимо стержня его длина меньше, чем для неподвижного наблюдателя. Учитывая принцип относительности, делаем вывод, что для наблюдателя, относительно которого движется некоторое тело, длина этого тела вдоль движения сокращается.

Тот же эффект будет наблюдаться при измерении линейкой. При измерении длины тела с помощью линейки необходимо сделать на линейке засечки обоих концов движущегося стержня одновременно. Движущийся наблюдатель будет уверен, что неподвижный сделал засечки не одновременно, а неподвижному покажется наоборот — не одновременно засекал движущийся наблюдатель.

3. Измерение скоростей.

Особенности измерений в СТО приводят к новому закону сложения скоростей, который отличается от классического. Пусть некоторая ИСО K' движется относительно ИСО K со скоростью V. Материальная точка относительно системы K' движется со скоростью v. Положим для простоты , направлен вдоль оси Ox в системе K, а ось O'x' системы K' параллельна оси Ox системы K.Тогда ее скорость относительно ИСО K будет определяться законом сложения:

 — в классической механике и

 — в СТО.

Общий вывод можно сделать такой: раз пространственные и временные характеристики тел по отдельности зависят от выбора системы отсчета, то нельзя говорить о каком-то абсолютном, неизменном, безразличном к протекающим в нем явлениям пространстве, а также об абсолютном времени. Вернемся к выражению c2τ2 = c2τ' 2 + v2τ2. Перепишем его в виде c2τ' 2 = c2τ2 − v2τ2 или . Поскольку величина cτ' не зависит от выбора системы отсчета, то и величина также не зависит от этого выбора. Эта величина получила название пространственно-временного интервала, она связывает пространственные свойства явления с временными его свойствами. Причем величина пространственно-временного интервала между несколькими событиями не зависит от выбора системы отсчета. Пространство и время событий неразрывно связаны между собой с единое пространство-время, свойства которого определяются материей и ее движением.

Таким образом, на примере СТО мы видим, что современная научная теория не может игнорировать практическую сущность познания, она должна давать как следствие теоретические предпосылки действий ученого по осмыслению физических величин, по выбору и приготовлению измерительных приборов и методов.

Наконец, обратимся к квантовой механике.

Прежде всего нужно иметь в виду, что микрообъекты, движение и взаимодействие которых изучает квантовая физика, принципиально не могут наблюдаться нами непосредственно. Поэтому их изучение весьма сильно связано с теорией. Вообще говоря, прежде чем что-либо измерять, необходимо знать, что собственно измеряется, нужно определить смысл величины и оправдать теоретически соответствующую процедуру измерения. Так, например, в квантовой механике из теоретических соображений, основанных на многочисленных экспериментальных фактах, следует невозможность применения силы для характеристики взаимодействия, тогда как понятие потенциальной энергии вполне оправдано.

Обсудим некоторые следствия такого подхода. Необходимо выделить так называемый принцип неопределенности Гейзенберга, который утверждает, что невозможно одновременное одинаково точное измерение пространственно-временных характеристик объекта и его энергии и импульса. То есть, чем точнее мы можем определить положение частицы в пространстве, тем более неопределенным будет ее импульс (а значит, и скорость). Данный принцип является фактически обобщением множества опытных фактов.

Связано это с тем, что, как считал один из основоположников квантовой механики Н. Бор, ученый, наблюдая явления с помощью макроскопического прибора, не может не создавать при этом возмущений в исследуемой системе. Здесь уже нельзя утверждать, что объект исследования не зависит от экспериментального измерения. Состояние микрообъектов сильно зависит от того, каким методом производится наблюдение. Сам В. Гейзенберг говорил по этому поводу: «То, что мы наблюдаем, — это не сама природа, а природа, которая выступает в том виде, в каком она выявляется благодаря нашему способу постановки вопросов».

Из вышеизложенного следует, что свойства микрообъектов проявляются явно только в искусственной экспериментальной обстановке, то есть микрообъекты проявляют в некоторых случаях корпускулярные свойства, а в других — волновые. Какие именно — зависит от условий эксперимента. Таким образом, характеристики микрообъектов будут зависеть некоторым образом от наблюдателя.

Проиллюстрируем сказанное одним интересным примером. После предположения Луи де Бройля о присутствии у частиц вещества волновых свойств была экспериментально обнаружена дифракция электронов на кристаллической решетке вещества. Рассмотрим дифракцию электронов на двух щелях (рис. 4). Если закрыть одну из щелей, то распределение электронов по экрану будет таково, как это показано на рис. 5 а и б. (Кривая линия за экраном показывает, в какие точки экрана попадает больше электронов.) Если открыты обе щели, то, учитывая корпускулярные свойства электронов, можно ожидать результат, изображенный на рис. 6, а, так как вроде бы никак не может один электрон пройти сразу через две щели. Однако реальный результат таков, как если бы каждый электрон проходил через обе щели одновременно (рис. 6, б). Самое интересное начинается, когда мы поставим эксперимент таким образом, чтобы можно было точно определять, через какую щель проходит каждый электрон.

Для этого можно пропустить вдоль ширмы со щелями световой пучок, по рассеянию которого на электронах можно определить, как они преодолевают щели. В результате про каждый электрон будет известно совершенно определенно, через которую щель он прошел. Как же это будет согласовываться с тем, что дифракционная картина на экране не совместима с допущением о том, что электрон проходит только через одну щель?

Рис. 4 Рис. 5

Рис. 6

Оказывается, что в этом случае результаты опыта будут такие, как это изображено на рисунке 6, а. Связано это с тем, что, пытаясь обнаружить электрон с помощью фотонов большой частоты, мы меняем длину волны электрона. При таком измерении нарушается когерентность волн де Бройля электронов и дифракционная картина на экране размывается.

Конечно, дело здесь не в субъективном знании экспериментатора о прохождении электронов через щели, а в объективной разнице между установками. Ученый может выбрать либо установку с устройством по рассеянию света на электронах, либо установку без такого устройства. Далее результаты от наблюдателя не зависят: в первом случае интерференции электронов не происходит, а во втором она наблюдается.

Итак, мы убедились, что формирование адекватного представления о современной физической картине мира невозможно без рассмотрения методологических особенностей процедуры физических измерений. Кроме того, можно видеть, что все основные современные физические теории напрямую обращаются к измерительной процедуре как основному критерию связи теоретических законов с реальной действительностью.

Литература

1. Методология научного познания в учебном процессе: Учеб.-метод. пособие / Науч. ред. Г. А. Дзида. — Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2009. — 194 с.

2. Атепалихин, М. С. Физические измерения в познании природы: элективный курс: пособие для учащихся / М. С. Атепалихин, Ю. А. Сауров. — Киров: Изд-во Кировского ИУУ, 2004. — 51 с.

3. Атепалихин, М. С. Физические измерения и познание природы / М. С. Атепалихин, Ю. А. Сауров // Физика: приложение к газете «Первое сентября». — 2004. — № 31. — С. 20-25.

4. Атепалихин, М. С. Проблема формирования мировоззрения школьников при проведении физических измерений : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02. — Киров, 2005. — 159 с.

5. Атепалихин, М. С. Вопросы методологии физических измерений при обучении физике: Монография / М. С. Атепалихин, Ю. А. Сауров. — Киров: Изд-во Кировского ИПК и ПРО, 2005. — 106 с.

Васильева А. П.
Развитие общих логических знаний в курсе обучения химии в учреждении начального профессионального образования

В данной работе рассматриваются проблемы развития общих логических знаний в курсе обучения химии в учреждениях начального профессионального образования специальности «Автомеханик». В последнее время радикально изменились экономические условия в России, быстро меняется рынок труда. Перед учителем стоит задача не только обучить учащихся, но и прививать любовь к выбранной ими профессии. В разных городах и регионах России спрос на разные профессии неодинаков. Профессия автомеханика в г. Новый Уренгой пользуется популярностью не только у молодежи, но и у работодателей, ведь автомобильный транспорт играет важнейшую роль во всех сферах жизни.

Работе автомеханика присуща сложная мыслительная деятельность, направленная на решение комплекса разноплановых задач. Автомеханику в работе необходимы внимательность, хорошая память, тщательность, аккуратность и логическое мышление. Достаточно сложно перечислить все механизмы, с которыми приходится работать специалистам этой сферы. Работа автомеханика является творческой, т. к. им приходится выявлять неисправности, производить разборку, ремонт и сборку различных узлов, механизмов и машин в целом. В связи с этим автомеханик должен обладать большим запасом знаний и умений.

Начальное профессиональное образование реализует ведущую цель — подготовку конкурентоспособных рабочих определенного профиля.

Главной задачей «Новоуренгойского профессионального училища» является профессиональное становление и развитие личности будущего специалиста в процессе приобретения обучающимися профессиональных знаний и умений в соответствии с их ценностным выбором, индивидуальными способностями, социальным заказом общества, потребностями государства в квалифицированных кадрах.

В настоящей работе рассматривается межпредметная связь общеобразовательной дисциплины «химия» со специальной дисциплиной «материаловедение». Рассматриваются методические особенности повторения и обобщения полученных ранее сведений о металлах, закрепления и проверки знаний о физических и химических свойствах, умения применять знания, полученные при изучении темы «Металлы», особенности обучения учащихся воспринимать, анализировать и обрабатывать услышанное и увиденное на уроке.

Теоретический материал изложен в определенной последовательности в соответствии с его практическим применением в профессии «автомеханик», что в последующем поможет развитию системного, творческого мышления у учащихся в процессе освоения профессии.

При использовании на уроках химии межпредметной связи у учащихся значительно повышается эффективность обучения, что способствует расширению познавательной деятельности и построению целостного восприятия любой информации. Повышается уровень мотивации, развивается эмоционально-волевая сфера учащегося. Учащиеся учатся сравнивать, делать логические выводы, закрепляя их наглядными примерами, практикой, умениями и навыками. Так, во время проведения урока учащимся предлагается, например, выполнить рисунки соответствующих деталей, используя синтез, основанный на следующих принципах:

  • принцип одномоментного включения всех анализаторов (зрительных, слуховых, осязательных), обеспечивающих прочность условных связей в коре головного мозга и активность всех психических процессов;

  • принцип результативности, предполагающего общение преподавателя с учащимися, для выяснения того, что и как он понял, прочувствовал, оценил;

  • принцип единства теории и практики.

Во время проведения таких занятий у учащихся формируются коммуникативные профессионально важные качества. Учащиеся учатся быть более открытыми не только в обучении, но и в будущей производственной деятельности, как личности, живущей в социуме.

В домашнем задании учащимся обычно предлагается выполнить задачу, преобразовывая свои знания, полученные на занятиях в соответствии с требованиями задачи. Решение подобных задач позволяет вовлекать учащихся в продуктивную познавательную деятельность, где необходимы правильные рассуждения и глубоко осмысленные изученные понятия. Учащиеся развивают химические компетенции: усваивают химические понятия, законы, учатся воспринимать химические знания и на их основе самостоятельно оценивать информацию, объяснять результаты. Дифференцированные задания позволяют учитывать индивидуальные способности учащихся, а также способствуют повышению познавательного интереса к предмету.

В аспекте обсуждаемой проблемы рассмотрим некоторые особенности методики проведения урока на тему «Сплавы», целями которого являются:

  • ознакомить учащихся со сплавами как образованиями, имеющими строение, похожее на металлы, но обладающие свойствами, качественно иными, чем составляющие их компоненты, что обусловлено взаимным влиянием атомов друг на друга;

  • познакомить учащихся с важнейшими сплавами, применяемыми в профессиональной деятельности автомехаников;

  • обучить самостоятельному поиску необходимой информации, умению делать выводы;

  • развивать познавательные интересы, мыслительные процессы, склонности и способности;

  • прививать и развивать навыки делового общения, развивать монологическую речь.

Таблица 1

Опорный конспект «Сплавы»

Получение металлов

Черные и цветные металлы

Что такое сплав

Структура сплавов

Пирометаллургия: прокаливанием с углем (коксом)

Сu2О+С=2Сu+СО2 ,

Восстановлением углем можно получить Fe, Zn, Sn, Pb и др.

Гидрометаллургия: восстановление металлов из их солей в растворе, процесс идет в 2 этапа:

СuО+Н2SO4= CuSO4 +H2O

CuSO4+Fe=Cu+FeSО4

Электро-металлур­гия: восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений

Черные металлы —железо и его сплавы. Цветные металлы —все остальные металлы и их сплавы

Это системы, состоящие из двух и более металлов, а также металлов и неметаллов

1) Твердые растворы замещения

2) Твердые растворы внедрения

3) Механические смеси

С целью актуализации изученного ранее материала обсуждаются сообщения учащихся по теме «Металлы и сплавы в химии и технике», «Механическая память металлов», согласно следующему плану:

  • история создания данного сплава;

  • состав сплава;

  • его свойства;

  • применение данного сплава.

В процессе изучения нового материала рассматривается следующее.

В земной коре металлы встречаются в виде соединений: оксиды, сульфиды, сульфаты, хлориды, карбонаты и т. д. Основными способами их получения являются пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния; гидрометаллургия — восстановление металлов из их солей в растворе, электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

Железо и его сплавы называют черными металлами, а все остальные — цветными.

Современная металлургия получает свыше 60 видов металлов и на их основе более 5000 сплавов.

Сплавами называются системы, состоящие из двух и более металлов, а также металлов и неметаллов. Свойства сплавов самые разнообразные и отличаются от исходных компонентов. Cвоеобразные структуры сплавов: твердые растворы замещения (мельхиор — сплав меди с никелем), твердые растворы внедрения (сталь — сплав железа с углеродом), механические смеси (третник — сплав олова и свинца). Химическая связь в сплавах металлическая. Поэтому они обладают металлическим блеском, электрической проводимостью и другими свойствами металлов.

Таблица 2



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Научно-педагогические издания рао

    Документ
    ... научногознания: материалы Всерос. методол. конф.-семинара ... обучаемых ... // МатериалыВсероссийскойнаучно-практической ... развития региона – 2009: материалы науч. конф. / под ред. Г. А. Дзида. – Нов.Уренгой ... подход в развитииметодологической культуры ...
  2. Непрерывное образование ориентиры инновационного развития

    Документ
    ... развития педагогов и организации практического освоения новых педагогических знаний, но научная ... НовыйУренгой ... МатериалыВсероссийскойнаучно ... знаний, обучаемости ... научно-практическими конференциями педагогов; 2) методологическими и методическими семинарами ...
  3. «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ»

    Тезисы
    ... ГУБКИНА «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА РОССИИ» VIII Всероссийскаянаучно-техническая конференция, ... материалов и учебном пособии «Oil & Gas English», предполагают: - ознакомление обучаемых с базовыми профессиональными знаниями ...
  4. Материалы III Международной научно-практической конференции 2010 г

    Документ
    ... Всероссийского ... 16. Материалы международного семинара «Мобильность ... развитиянаучногознания, но в первую очередь потребностью осмысления новых ... обучаемыми ... материалов; сравнение и сопоставление обучающей программы научно-методологическим ... НовыйУренгой ...
  5. Методологические и теоретические проблемы психологии

    Документ
    ... развитиянаучной психологии. В периоды кризисов, как это хорошо известно, оказываются наиболее востребованными методологическиезнания ... МатериалыВсероссийского ... А. Кореляков (Москва), Г. А. Дзида (НовыйУренгой), О. С. Зяблова (Воронеж), Н. И. ...

Другие похожие документы..