Сценарий урока-вебинара по физике в 10 классе Тема урока «Симметрия в физике, природе, искусстве и технике»
Скачать 111.15 Kb.
|
| Сценарий урока-вебинара по физике в 10 классе Тема урока «Симметрия в физике, природе, искусстве и технике» Автор: Тимохина Валентина Николаевна учитель физики МБОУ СОШ № 11 г.Владимира, Россия I Вступление. Приветствие. Проверка связи. Регламент вебинара. 10 мин. II Презентация1. Доклад. Режим: презентация. 15 мин. 1.Что такое симметрия? Изучая тему «Кристаллические и аморфные тела», вы познакомились со строением и свойствами кристаллов, этих «удивительных угловатых тел», как называли их в древности. Поражающие, правильные очертания кристаллов вызывали у наших предков суеверные представления. «Такое могли сотворить только боги» - утверждали они. На сегодняшнем уроке мы с другой стороны посмотрим на кристаллы — на их красоту и гармонию, а значит симметрию. Учение о симметрии своим развитием обязано в первую очередь естествоиспытателям, углубленно изучавшим кристаллические образования, это: И. Кеплер, Н. Стенон, Браве, Федоров и др. Опрос. Что же такое симметрия? Симметрия, как и любовь, и красота, и добро, и другие часто упоминаемые категории, не имеют однозначного определения. «Что такое красота? - ставит вопрос протоиерей А. Мень и говорит — Сколько не пытались определить, не смогли дать точного определения, ибо важнейшие аксиомы мира неопределимы. Или определимы условно, отдаленно и опосредованно». Эти слова в полной мере можно отнести и к понятию симметрия. В переводе же с греческого симметрия — соразмерность (пропорциональность, гармония). Часто проводят параллели: симметрия и уравновешенность, симметрия и совершенство. (Слайд 3). Обратившись к кристаллам, попытаемся раздвинуть рамки наших представлений о симметрии и через это понятие раскрыть важнейшие связи физики с живой природой, искусством, техникой. И ответить на вопросы: зачем человеку надо знать о симметрии? во всем ли в жизни должна быть симметрия? 2.Отличительные черты кристаллического состояния. Кристаллы и геометрия. (Слайды 4-6). Еще в доисторические времена люди находили и собирали природные кристаллы. Их воображение поражало постоянство углов между гранями кристалла одного и того же типа. Невольно возникает вопрос: каким образом материя может принимать такие упорядоченные и совершенные формы? Впервые закон постоянства углов между гранями кристалла для частного случая кристалликов льда — снежинок установил И. Кеплер (1571-1630 г.г.). В небольшой работе «Новогодний подарок», или о шестиугольных снежинках он размышлял о новогоднем подарке советнику императора, покровителю наук и философу. Этот господин сильно любил....НИЧТО не по причине его незначительной ценности, а скорее как прелестную забаву шаловливо щебечущего соловья. Мучительно перебирая, какой же предмет может быть НИЧТО, Кеплер вдруг заметил снежинки, тихо падающие на его одежду, все как одна шестиугольные, с пушистыми лучами. НИЧТО найдено! Кеплер подарит советнику в Новый год снежинки. Каждая снежинка — это маленькие кристаллики замерзшей воды. Снежинки очень разнообразные, но все они имеют форму шестиугольника. Пытливый ум Кеплера в простых снежинках сразу распознал загадку, почему все снежинки шестиугольные, почему не бывает пятиугольных или семиугольных? Кеплер вспомнил о других примерах тел шестиугольной формы — о пчелиных сотах и о зернышках граната, надеясь найти ответ по аналогии. Однако такого ответа ему получить не удалось. Закон постоянства углов между гранями кристалла окончательно установил датчанин Николаус Стенон. Он получил медицинское образование и в возрасте 22 лет сделал крупное открытие, относящееся к жизнедеятельности человеческого организма: обнаружил проток околоушной слюнной железы. В это время он занимался исследованием твердых тел — кристаллов, раковин, моллюсков, ископаемых растений, заключенных в горных породах, и результаты этих исследований изложил в книге «О твердом, естественно содержащемся в твердом». 3. Симметрия в физике. (Слайд 8) Проявление симметрии можно наблюдать в физических явлениях. Опрос. По какой траектории движется тело, брошенное под углом к горизонту? Траектория тела, брошенного под углом к горизонту, если рассматривать его движение только под действием силы тяжести, т.е. не учитывать силу трения, является параболой. Эта кривая симметрична. Симметрия между электричеством и магнетизмом. В 1820г. Эрстед опытно обнаружил магнитное поле вокруг проводника с током, наблюдая поворот магнитной стрелки. Фарадей поставил перед собой обратную задачу «Превратить магнетизм в электричество» и в 1831 г. он ее успешно решил, открыв явление электромагнитной индукции. Изучая свойства электромагнитного поля, Максвелл выдвинул гипотезу о взаимосвязи электрического и магнитного полей. А ведь красота натолкнула его на путь познания. В одном из писем к отцу 13-летний Джеймс Максвелл сообщает как бы невзначай, что он сделал из картона тетраэдр, додекаэдр и два других «эдра» ( т.е. правильных многогранника), названий которых он не знает. Казалось бы ничего особенного, но вот что знаменательно: примерно с этого времени товарищи стали замечать, что Максвелл, до той поры равнодушный к учебе, вдруг почувствовал к ней интерес. Его фантазия, подобно фантазии древнегреческих геометров, была захвачена этими образцами совершенной симметрии. Впоследствии симметрия подсказала Максвеллу идею тока смещения, которая привела его к знаменитым уравнениям электромагнитного поля. Говоря о симметрии физических законов, надо сказать о справедливости законов сохранения энергии и импульса, потому что они являются следствием пространственно-временной симметрии законов природы. С этими законами мы встречались в механике; в молекулярной физике — первый закон термодинамики. Для этих законов нет перегородок между разделами физики, да и вообще между естественными науками, т.к. они изучаются и в химии, и в биологии. 4. Симметрия в природе. (Слайды 10-11) С симметрией мы повсюду встречаемся и в живой природе. Опрос. Приведите, пожалуйста, примеры симметрии в живой природе. Так, бабочка симметрична по отношению к отражению в воображаемом зеркале, разделяющем бабочку пополам вдоль ее туловища. Симметричны формы жука, червяка, гриба, листа, цветка и др. Обратимся к растениям. Переходя от одного поколения данного растения к другому, будем наблюдать сохранение определенных свойств. Так из семечка вырастает новый подсолнух с таким же огромным соцветием — корзинкой, также исправно поворачивается к Солнцу. Это тоже есть симметрия, ее обычно называют наследственностью. С вопросами зеркальной симметрии-асимметрии на молекулярном уровне тесно связана проблема возникновения жизни на Земле, ведь живая материя возникла в свое время из неживой. Это возникновение обусловлено нарушением существовавшей до того зеркальной симметрии, образованием кирально чистых молекул, т.е.зеркально асимметричных. Современная наука пришла к выводу, что переход от мира зеркально-симметричных соединений к кирально чистому миру произошел не в процессе длительной эволюции, а скачком — в виде своеобразного Большого биологического взрыва. Итак, нашей жизни на Земле мы обязаны нарушению зеркальной симметрии и образованию асимметричных молекул. Человек построен из молекул определенной киральности. Потребляемая им пища также построена из молекул определенной киральности. Ясно, что киральность молекул пищи согласуется с киральностью молекул человеческого организма (подобно тому как правые гайки «согласуются» с правыми болтами, а левые — с левыми). Если киральность молекул нашей пищи вдруг изменится, такая пища будет для нас уже непригодна (как непригодны левые гайки для правых болтов), она может оказаться биологически ядовитой. В известной детской книге Л. Кэррола «Алиса в Зазеркалье» есть такая сценка: собираясь «пройти» сквозь зеркало в скрытый за ним зазеркальный мир, Алиса обращается к своему котенку с вопросом: «Но понравится ли тебе в Зазеркалье, киска? Дадут ли тебе там молочка? Может быть, молоко в Зазеркалье не годится для питья?». Действительно, в состав молока входит много зеркально-асимметричных соединений — жиры, лактоза (тип сахара), белки. При переходе из обычного мира в зазеркальный все асимметричные молекулы должны были бы превратиться из одних стереоизомеров в другие («отраженные»), в результате зазеркальное молоко должно было бы отличаться от обычного. Впрочем, при переходе в Зазеркалье Алиса и ее котенок сами превращаются в своих зазеркальных двойников. А в таком случае зазеркальное молоко будет для них, конечно, столь же вкусным и полезным, каким было раньше обычное («неотраженное») молоко. 5. Симметрия в литературе. (Слайды 12-15). В литературе проблема прекрасного связана с симметрией в широком значении этого слова. Например, в структуре литературных произведений. Так, «Божественная комедия» Данте состоит из трех частей: «Ад», «Чистилище» и «Рай». При этом каждая часть поэмы содержит почти одинаковое количество строк: «Ад» - 4720, «Чистилище» - 4755, «Рай» - 4758. В литературных произведениях существует целый ряд забавных словесных конструкций, основанных на свойствах зеркальной симметрии. Опрос. Какие слова называют палиндромами? Например, слова «топот», «казак», «шалаш» и подобного типа называют палиндромами. Палиндромическими могут быть фразы, стихотворения, рассказы. Например: «Я иду с мечом судия» (Т. Державин), «А роза упала на лапу Азора» (А. Фет), «Аргентина манит негра» (Булгаков). Поэзию отличает от прозы симметричность слогов, строк, ударных и безударных звуков. Отрывок из стихотворения А. Фета: Какая грусть! Конец аллеи А Опять с утра исчез в пыли, В Опять серебряные змеи А Через сугробы поползли. В Здесь имеется элемент повторяемости — это симметрия. Этот стихотворный элемент называют ямбом. Симметрией обладают так называемые фигурные стихи, текст которых имеет очертание какого-либо предмета — звезды, креста, треугольника, пирамиды и др. О, где же те мечты? Где радости, печали, Светившие нам столько долгих лет? От их огней в туманной дали Чуть виден слабый свет И те пропали, Их нет. (А. Апухтин). 6. Симметрия в архитектуре и изобразительном искусстве. (Слайды 16-18) Прекрасные образцы симметрии демонстрируют произведения архитектуры. Большинство зданий зеркально симметричны. Общие планы построек, фасады, карнизы, колонны обнаруживают соразмерность, гармонию. Много примеров использования симметрии дает старая русская архитектура: колокольни, сторожевые башни, внутренние опорные столбы. Симметрия широко встречается в прикладном искусстве. Орнаменты, фризы имеют в своей основе периодически повторяющийся узор . Художники, хотя и часто прибегают к симметрии, используют ее очень осторожно. Поясним эту мысль аналогией с весами. Если весы находятся в равновесии, то их коромысло горизонтально, чашки весов расположены симметрично относительно опоры весов. Но стоит на одну из чашек положить дополнительный груз, как равновесие нарушится, коромысло наклонится, чашки начнут двигаться. Исчезла симметрия — нарушилось равновесие, появилась асимметрия — система пришла в движение. Таким образом, строгая симметрия воспринимается как покой, равновесие, небольшое отклонение от симметрии воспринимается, как динамика, движение. Проанализируем с этих позиций картину А. Рублева «Троица». Симметричная в целом композиция этой картины (расположение трех ангелов симметрично) в деталях асимметрична, и это создает впечатление динамики действия, повышает выразительность произведения искусства. Некоторые отклонения от симметрии имеются и в живой природе. Об этом говорил известный художник О. Репуар: «Два глаза даже на самом красивом лице всегда чуть-чуть различны, нос никогда не находится в точности над серединой рта; долька апельсина, листья на деревьях, лепестки цветка никогда не бывают в точности одинаковыми». Таким образом, художники исходят из основных законов природной симметрии, вместе с тем они выявляют «чуть заметные отклонения от нее». 7. Симметрия в технике. (Слайды 20-21). Опрос. Как же можно использовать симметрию в технике? В технике красота, соразмерность механизмов часто бывает связана с их надежностью, устойчивостью в работе. Симметричная форма дирижабля, самолета, подводной лодки, автомобиля и т.д. обеспечивает хорошую обтекаемость воздухом или водой, а значит и минимальное сопротивление движению. В технике существует своего рода постулат: наиболее целесообразные и функционально совершенные изделия являются наиболее красивыми. В подтверждение этого постулата приведем слова генерального авиаконструктора О.К. Антонова: «Мы прекрасно знаем, что красивый самолет летает хорошо, а некрасивый плохо, а то и вообще не будет летать. Это не суеверие, а совершенно материалистическое положение. Конструктор может идти часто от красоты к технике, от решений эстетических к решениям техническим». III Вопросы-ответы1. Ответы на вопросы через голос и видео. Режим: дискуссия. 10 мин.
IV Презентация 2. Заключительная часть. Режим: презентация. 10 мин. Опрос. Во всем ли в жизни должна быть симметрия? Мир не может быть абсолютно симметричным ( ничто бы не изменялось, не было бы никаких различий). Не мог бы существовать абсолютно асимметричный мир. Это был бы мир без законов, где ничто не сохраняется, где нет каких-либо причинных связей, где все случайно. Реальный мир основывается на диалектике симметрии и асимметрии. Например, строители современных мостов, высотных зданий, башен, храмов знают, что конструкция не должна быть безупречно симметричной, поэтому ее сознательно нарушают, вводя асимметричные элементы, т.е.чистая симметрия может оказаться опасной. Исследования неустойчивости симметрии привели к рождению нового научного направления — теории катастроф. Эта теория изучает взаимосвязи симметрии и случайности с точки зрения развития различных процессов и явлений. Примеры катастроф: внезапная кристаллизация переохлажденной жидкости в сосуде, рождение горного обвала, возникновение генерации излучения в лазере, возникновение жизни на Земле — благоприятная для нас катастрофа. Во всех этих случаях система характеризуется неустойчивой симметрией, которая может разрушиться под действием различного рода случайных факторов. Они могут оказывать весьма незначительное воздействие, но разрушают симметрию и тем самым развязывают в неустойчивой системе бурно протекающие процессы, которые могут рассматриваться как своего рода катастрофы. Именно в теории катастроф особенно четко проявляется вся глубина связи между симметрией-асимметрией и необходимостью-случайностью. Притча о буридановом осле поможет нам окончательно убедиться в том, что мир не может быть абсолютно симметричным: «Некий философ, которого звали Буридан, уезжая, оставил своему ослу две одинаковые охапки сена. Осел не смог решить, с какой охапки начинать, и умер с голоду». Опрос. Что погубило осла? Осла могла погубить зеркальная симметрия. Если он находился посредине между двумя одинаковыми охапками сена, то не в состоянии был предпочесть одну охапку другой. В действительности же осел живет не просто в «симметричном мире», а в «симметричном мире, построенном на вероятности». Какая-либо незначительная случайность (на осла села муха, осел вздрогнул или просто чуть-чуть пошевелился) легко разрушает симметрию — одна из охапок сена оказывается немного ближе, чем другая. Можно ли отсюда заключить, что симметрия губительна, а случай спасителен? Симметрия, конечно, уменьшает число вариантов поведения, сокращает альтернативы. Логично допустить, что это уменьшение может привести к безвыходной ситуации. И тогда жизненно важна спасительная случайность. С другой стороны, чрезмерность случайностей, обилие разнообразных вариантов, существенная разупорядоченность — все это также может оказаться губительным. И тогда на помощь приходит упорядочивание, т.е. на помощь приходит симметрия и необходимость. V Вопросы-ответы 2. Ответы на вопросы через голос и видео. Режим: дискуссия. 5 мин.
VI Итоги. Опрос. Режим: конференция. 3 мин.
VII Практическое задание. Подготовить сообщение на 5-7 мин. по вопросу «Симметрия в математике» и выступить на следующем занятии. (2 мин.) VIII Вопросы IX Спасибо за внимание. Следующее занятие в это же время. Успехов в подготовке и всего доброго! |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | План урока по физике с использованием информационных технологий.... Повторение и обобщение полученных ранее знаний (используя мультимедийный курс «Физика 7-11 классы») | | Конспект урока по физике Тема : Механическое движение Цель урока: формирование у обучающихся понятия «реактивное движение» и ознакомление их с примерами реактивного движения в природе... |
| Конспект урока по физике. Класс: Дата: 12. 2003 Учитель: Соколов В. Н Цель урока: формирование у обучающихся понятия «реактивное движение» и ознакомление их с примерами реактивного движения в природе... | | Конспект урока по физике в 10 классе тема «Реактивное движение». Цели урока Обучающая: ввести понятие реактивного движения; познакомить учащихся с примерами реактивного движения в живой природе и возможностями... |
| Разработка открытого урока по физике «Строение вещества. Молекулы» Тема урока: Металлы, положение в пс, физические свойства, нахождение в природе, применение | | Конспект урока по физике в 10 классе по теме «Изопроцессы». Учитель... ... |
| Конспект урока "Кристаллы в природе и технике" Тема урока: Металлы, положение в пс, физические свойства, нахождение в природе, применение | | Урок истории в 10 классе Тема урока: Реформы и личность Петра I Цель урока: формирование у обучающихся понятия «реактивное движение» и ознакомление их с примерами реактивного движения в природе... |
 | Реферат «Симметрия в искусстве, скульптуре, архитектуре, живописи» Тема моего реферата была выбрана после изучения раздела «Осевая и центральная симметрия» в геометрии. Остановилась я именно на этой... | | Конспект урока по физике в 10 классе тема урока: «Движение точки... Цели урока: объяснить необходимость изучения механики; ввести понятия «траектория», «перемещение», «путь», «система отсчета» |
| Конспект урока по физике в 9 классе тема «Звук». Цели урока Обучающая: закрепление понятий звуковые колебания, звук, распространение и отражение звука посредствам решения качественных, количественных... | | Сценарий проведения урока-игры по физике в 7 классе Конкурс педагогического... Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение – средняя общеобразовательная школа села Преображенка Катангского района Иркутской... |
| Рабочая программа по физике для 7-9 классов по 2 часа в неделю (всего... Рабочая программа по физике 7-9 класс составлена на основе федерального компонента государственного стандарта, примерной программы... | | Конспект урока по физике в 11 классе. Тема урока «Волновые свойства света» Цели урока Обучающая: Повторить, обобщить систематизировать знания учащихся по теме «Волновые свойства света» посредствам решения качественных... |
| Сценарий урока по физике в 11 классе на тему «Различные виды электромагнитных... Повторение основных свойств различных диапазонов шкалы электромагнитных волн при помощи программно-технического комплекса «Космос... | | Рабочая программа по физике в 9 классе Челноковой Татьяны Павловны Рабочая программа составлена на основе Федерального компонента государственного стандарта и примерной программы основного общего... |
