Методы исследования в физике.

После урока ты сможешь отличить наблюдаемый факт от предположения и предложить опыт для проверки предположения.

Авторская иллюстрация. Сначала рассмотрим явление, а затем будем искать его объяснение.

Вопрос, который можно увидеть

В солнечный день непрозрачный столбик отбрасывает тень. Посмотри на одну и ту же площадку утром, около солнечного полудня и вечером. Длина тени меняется.

Наблюдение — изучение явления по тому, что мы видим или регистрируем приборами. Сначала опиши результат без объяснения: «У столбика есть тень». После нескольких наблюдений можно записать ещё один факт: «Её длина в течение дня меняется». На рисунках показано ожидаемое изменение; настоящий результат зависит от места и времени наблюдения.

Слова «Солнце находится ниже над горизонтом» объясняют, почему лучи приходят под другим углом. А фраза «свет распространяется прямолинейно» — уже гипотеза, предположение о причине образования тени. Не стоит записывать догадку в колонку результатов наблюдения.

Что делает гипотеза

Гипотеза объясняет известные факты и помогает предсказать новые. Если лучи света идут по прямым линиям, непрозрачный предмет перекроет часть лучей. За предметом возникнет тень. Если два источника светят на предмет, возможны области, куда не попадает свет обоих источников, и области, освещённые только одним.

Предсказание можно проверить. Понадобятся белый экран или лист бумаги, непрозрачный предмет, один или два небольших светодиодных фонарика. Поставь предмет между источником и экраном. Сравни границы тени при одном включённом фонарике и при двух. Работай с устойчивой установкой; не направляй яркий свет в глаза. Если оборудование в руках учителя, наблюдай демонстрацию и запиши именно то, что увидел.

Так выглядит установка с одним фонариком. По иллюстрации нельзя записать результат собственного опыта.

Схема показывает, что нужно искать в опыте с одним небольшим источником. Она не является фотографией измеренного результата. Реальный фонарик имеет размеры, поэтому граница тени может быть не совершенно резкой.

Теперь приготовь второй источник. Перед включением предскажи, какие участки появятся на экране.

При таком расположении источников полная тень — участок экрана, до которого не доходит свет ни одного из них. Полутень получает свет от одного источника, а второй закрыт предметом. Поменяй расстояния или положение фонариков — границы областей изменятся. Схема помогает спланировать опыт, но вывод делай по настоящему наблюдению.

В § 3 учебника рассматривается и большой источник света: он тоже может дать полутень. В этом случае разные части источника видны из разных точек экрана.

Как строится исследование

В учебнике путь показан так: наблюдения → накопление фактов → гипотеза → экспериментальная проверка → закон. В нашем примере первые факты относятся к тени; гипотеза касается распространения света; опыт проверяет предсказанную картину тени и полутени.

Эксперимент, или опыт, отличается от обычного наблюдения тем, что исследователь специально задаёт условия и меняет их, чтобы проверить вопрос. Во время опыта он тоже наблюдает. Опыт можно провести в кабинете, дома или на открытом воздухе при подходящих безопасных условиях.

Если результат не совпал с предсказанием, сначала проверь установку и запись. Затем пересмотри предположение или уточни условия, при которых оно работает. Один удачный опыт поддерживает гипотезу, но надёжный закон опирается на многократные проверки. Для этого школьного примера достаточно понимать: в однородной прозрачной среде свет обычно распространяется по прямым линиям.

Попробуй сам

1. Что из двух фраз — наблюдение, а что — гипотеза? А: «На экране появился тёмный участок». Б: «Предмет перекрыл прямолинейно идущий свет».
2. В комнате включили второй фонарик, и на экране возникла более светлая область рядом с полной тенью. Как проверить, что это полутень, а не светлое пятно на экране?
3. Ученик сказал: «После одного опыта моё предположение стало законом». Что ему ответить?
4. Если в опыте с двумя фонариками часть экрана освещена только верхним фонариком, как назвать эту область? Объясни.
5. Придумай собственный вопрос для исследования тени. Назови, что будешь менять, что наблюдать и какие условия сохранишь одинаковыми.

Ответы и пояснения

1. А — наблюдение: его можно зафиксировать на экране. Б — гипотеза, объясняющая увиденное.
2. По очереди выключить источники, сохранив положение предмета и экрана. Если участок получает свет только от одного фонарика, это полутень. Сначала предскажи, при выключении какого фонарика участок станет тёмным.
3. Один опыт может поддержать гипотезу. Для надёжного вывода нужны повторные проверки и уточнение условий. Новый факт, противоречащий гипотезе, требует её пересмотра.
4. Полутень: туда доходит свет одного источника, а свет другого перекрыт предметом.
5. Например: «Как меняется ширина тени при удалении экрана от предмета?» Закрепляем источник и предмет, перемещаем только экран, наблюдаем ширину тени. Результат нужно получить опытом, а не вписать заранее.

Прочитай § 3 учебника, с. 11–13. Устно ответь на его контрольные вопросы. Дополнительное домашнее задание из параграфа: познакомься с биографией одного учёного, выбранного тобой, и запиши два факта о его исследовательской работе. Для этого подойдёт печатная энциклопедия или библиотечная книга.