Основы формирования содержания курса физики в общеобразовательных учреждениях, страница 2

Схема построения механики в школьном курсе физики может быть такой.

Основание составляют следующие понятия и величины: механическое движение, материальная точка, система отсчета, перемещение, скорость, ускорение, прямолинейное равноускоренное движение, криволинейное движение и равномерное движение по окружности, динамическое определение силы, масса, сила тяжести, сила упругости.

Ядро механики – законы Ньютона, закон Всемирного тяготения, правило (принцип) сложения сил, мгновенное взаимодействие материальных объектов на расстоянии.

Следствия – законы сохранения энергии и импульса, выводимые из законов Ньютона, механическая работа и мощность.

Интерпретация – применение законов механики: принципы действия механических устройств, реактивное движение и т.п. Границы применения законов классической механики ограничены взаимодействием макротел и их скоростями много меньшими, чем скорость света.

 

Рис. 1. Блок-схема построения школьного курса механики

Перейдем к вопросу построения раздела Молекулярная физика и термодинамика  в школьном курсе физики.

Термодинамика и статистическая физика – эти две фундаментальные теории обслуживают область тепловых явлений. Но если для термодинамики типичен макро-подход, то статистический метод основан на учете внутреннего механизма явлений и микро-строения вещества.

К основанию термодинамики относится ряд исходных понятий: температура, тепловое равновесие, количество теплоты, внутренняя энергия, теплоемкость.

Ядро термодинамики представлено тремя ее принципами: первый - закон сохранения в механических и тепловых процессах; второй – утверждение о невозможности создания вечного двигателя второго рода, эквивалентное принципу направленности процессов или неубывания энтропии замкнутой системы; третий – принцип Нернста, по которому при любом изотермическом процессе, проведенном при абсолютном нуле температуры, изменение энтропии системы равно нулю, отсюда вытекает вывод о невозможности достижения абсолютного нуля температуры. К ядру относится так же уравнение состояния газов связывающее параметры р, V, T  () и универсальная газовая постоянная R.

Следствия термодинамики приводят к значениям термодинамических характеристик системы и зависимостям между ними.

Интерпретация теории в объяснении принципов действия тепловых машин.

Основание статистической физики использует ряд термодинамических понятий и величин: давление, температуру, внутреннюю энергию, энтропию, связывая их микросостоянием системы и микропараметрами частиц, входящих в систему. В основание статистики входит модель материальных объектов – статистическая система из огромного количества движущихся микрочастиц. Соответственно микросостояния описываются набором механических величин – координатами, импульсами, энергиями микрочастиц, а макросостояния – термодинамическими параметрами.

Ядро статистической физики составляют: законы классической и квантовой механики, законы вероятности, микроскопическое распределение Гиббса (распределение микрочастиц по параметрам), постоянная Больцмана k.

Следствия статистической физики состоят в расчете макроскопических величин системы, через состояния микрочастиц, составляющих систему, т.е. в получении информации о макросостоянии на основе микросостояний системы (в частности, внутренняя энергия системы находится как сумма энергий составляющих ее частиц).

Интерпретация статистической физики в объяснения явлений микромира.

Раздел школьного курса «Термодинамика и молекулярная физика» содержит в себе элементы термодинамики и статистической физики, в нем изучаются строение и свойства вещества, причем термодинамические и статистические понятия изучаются параллельно.

Основание раздела составляют: молекулярно-кинетическая модель вещества; понятия температуры, давления, объема, теплового равновесия, количества теплоты, внутренней энергии, теплоемкости.