Тольяттинский Государственный Университет
Кафедра методики преподавания физики и физической электроники
Курсовая работа
Формирование понятия «плазма» в школьном курсе физики.
Выполнил: Королёв А. В. /Ф-501/
Руководитель: к.п.н. Антонов В. В.
Тольятти 2002 г.
Оглавление:
1. Введение…………………………………………………………………...3
2. Формирование понятия «плазма»………………………………………..4
2.1 Основные этапы формирования физического понятия…………….4
2.2 Введение понятия «плазма»………………………………………….5
2.3 Свойства плазмы……………………………………………………..10
2.4 Применение плазмы……………………………………….…………11
3. Перспективы в области изучение плазмы в школьном курсе………….12
Возможные пути для изучения плазмы…………………………………12
*** Материал для спецкурса по физике по теме «ПЛАЗМА»…………….13
4. Заключение………………………………………………………………...31
5. Используемые источники информации………………………………….32
1. Введение
В настоящее время уровень развития такой науки, как физика, в мире достаточно высок. И, естественно, программы обучения физики, школьного курса, так же не должны отставать от уровня развития самой науки. Учащимся нужно, по возможности, находиться в курсе всех новшеств и наиболее интересных открытий и разработок.
Но ознакомить учащихся с понятием плазмы необходимо, так как в последние годы свойства веществ, находящихся, как принято говорить в «четвёртом состоянии», привлекают всё больше внимания учёных, что находит отражение и в научно – популярной литературе и в широкой печати.
В школьном курсе понятие «плазма» даётся в 10 классе, в ходе изучения раздела «Электрический ток в различных средах».
С педагогической точки зрения учебный материал по физике плазмы имеет огромное познавательное и мировоззренческое значение, большой практический интерес. На этом материале решается ряд педагогических проблем: политехническая направленность курса физики, формирование диалектико-материалистического мировоззрения учащихся, развитие их естественнонаучных представлений и общего кругозора. Изучение плазменного состояния должно стать частью учения о веществе и его физических свойствах.
Тема «Плазма» очень интересна и познавательна но, к сожалению, даётся в школьном курсе в минимальном, не достаточном, объёме. Поэтому, данная работа преследует две цели:
1. Объяснить процесс формирования понятия «плазма» в школе
2. Наметить возможные перспективы в области изучения плазмы и обозначить возможный материал для этого.
1. Формирование понятия «плазма»
2.1 Основные этапы формирования физического понятия.
Физика преподаётся как экспериментальная наука. Исходный материал для изучаемых вопросов в основном приобретается учащимися из целенаправленно поставленных наблюдений и опытов, в том числе и в домашних условиях. Последующее абстрагирование и обобщение данных опытов и наблюдений приводит к выделению основных физических понятий, созданию каких либо моделей, установлению принципов, законов и теорий. Заключительный этап – практика для учащихся выступает как применение приобретённых знаний в различной учебной деятельности, при решении задач, на лабораторных работах и, наконец, в общественно полезном и производительном труде.
Процесс формирования всякого физического понятия состоит в последовательном раскрытии качественных и количественных свойств изучаемых предметов и явлений, до состояния их словесного определения и осознания возможностей их практического применения.
Формирование физических понятий происходит на двух этапах.
Первый этап – движение от чувственно – корректного восприятия к абстрактному. В ходе чего детей учат видеть и уметь выделять в предмете или явлении его наиболее существенные признаки. Показывают, как в науке происходит абстрагирование. В итоге вводится словесное определения нового понятия.
На втором этапе осуществляется обобщение введённого понятия, более полно раскрывается его содержание и связь с другими.
Соответственно к моменту начала процесса формирования понятия учащийся должен обладать базой необходимых для этого знаний, умений и навыков.
2.2 Введение понятия «плазма»
Одно из важных условий обучения состоит в том, чтобы дать основы научных знаний о природе. Эти знания должны соответствовать динамично развивающимся научным взглядам, т.е. преподаватель должен иметь понятие и о новых физических теориях, и о перспективных с точки зрения применения областях науки, прежде всего о тех, которые становятся базой новой техники. Согласно проекту Стандарта образования требуется сформировать определенную систему знаний о веществе. Она включает в себя знания о строении и физических свойствах вещества в трех его состояниях: твердом, жидком и газообразном. Но существует еще и четвертое агрегатное состояние - плазма.
Ведение понятия «плазма» лучше начать с истории его возникновения, и объяснения значения слова «плазма».
Долгий путь вёл человека к познанию плазмы, к её использованию в различных отраслях техники. Когда же наука и техника включили плазму в сферу своего внимания, рост знаний о ней и её практическое применение пошли семимильными шагами. Тут и возникли плазмохимия и плазмохимическая технология.
Ещё крупнейший древнегреческий учёный Аристотель предполагал, что все тела состоят из четырёх низших элементов-стихий: земли, воды, воздуха и огня. Дальнейшее развитие науки наполнило новым содержанием эти термины. Действительно вещество может быть в четырёх состояниях: твёрдом, жидком, газообразном и плазменном.
Человек познакомился с плазмой на заре своего существования, увидев молнию. Плазма окружает нашу Землю в виде ионосферы, обеспечивая устойчивую радиосвязь на Земле. Плазму представляют собой наше Солнце и все звезды (человек уже давно пытается воспроизвести Солнце на Земле в установках управляемого термоядерного синтеза). Наконец, плазма заполняет всю Вселенную в виде очень разреженного межпланетного газа. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной — звёзды, звёздные атмосферы, туманности галактические и межзвёздная среда. Около Земли плазма существует в космосе в виде солнечного ветра, заполняет магнитосферу Земли (образуя радиационные пояса Земли) и ионосферу. Процессами в околоземной плазме обусловлены магнитные бури полярные сияния. Отражение радиоволн от ионосферной плазме обеспечивает возможность дальней радиосвязи на Земле.
Термин плазма был введен физиологами в середине прошлого века для обозначения бесцветного жидкого компонента крови, молока или живых тканей. Кровь представляет собой красную непрозрачную жидкость, состоящую из плазмы (55 %) и взвешенных в ней клеток, форменных элементов (45 %) - эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Плазма крови содержит 90-92 % воды и 8-10 % неорганических и органических веществ. Неорганические вещества составляют 0,9-1% (ионы К, Na, Mg, Са, Cl, P и др.). Остальное приходится на органические вещества плазмы: 6-8 % составляют белки (альбумины, глобулины, фибриноген). Около 2 % приходится на них комолекулярные органические вещества (глюкоза, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота, липиды, креатин). Водный раствор, который по концентрации солей соответствует плазме крови, называют физиологическим раствором.
В 1923 г. американские физики И.Ленгмюр и Л.Тонкс назвали плазмой особое состояние ионизованного газа. Физиков плазма сначала интересовала как своеобразный проводник электрического тока, а также как источник света. В настоящее время мы рассматриваем физические свойства плазмы под другим углом зрения - и плазма предстает перед нами в новом облике. Во-первых, это естественное состояние вещества, нагретого до очень высокой температуры, во-вторых, это динамическая система - объект приложения электромагнитных сил. Новые подходы к изучению поведения плазмы органически связаны с большими техническими проблемами, для которых физика служит научным фундаментом. Важнейшие из них - это управляемый термоядерный синтез и магнитогидродинамическое преобразование внутренней энергии в электрическую.
Плазма (греч. plasma) – оформленное.
При очень низких температурах все вещества находятся в твёрдом состоянии. Нагревание вызывает переход вещества из твёрдое в жидкое, а затем и в газообразное….
Для более быстрого и ёмкого восприятия темы процесс возникновения плазмы можно показать на достаточно простом опыте (процесс нагревания):
Пусть в замкнутом сосуде, сделанном из очень тугоплавкого материала, находиться небольшое количество какого-либо вещества. Начнём подогревать сосуд, постепенно повышая его температуру. Если первоначально вещество, содержащееся в сосуде, было в твёрдом состоянии, то в некоторый момент оно начнёт плавиться, а при ещё более высокой температуре испариться и образовавшийся газ равномерно заполнит весь объём. Когда температура достигнет достаточно высокого уровня, все молекулы газа (если это молекулярный газ) диссоциируют, т.е. распадутся на отдельные атомы. В результате в сосуде будет содержаться газообразная смесь элементов, из которых состоит вещество. Атомы этих элементов будут быстро и беспорядочно двигаться, испытывая время от времени столкновения между собой.
Естественно, возникает вопрос: как будут изменяться свойства
вещества, если нагревание продолжиться дальше и температура выйдет за пределы нескольких тысяч градусов? Конечно, при очень высокой температуре изображаемую нами картину нагревания вещества в тугоплавком сосуде можно представить только теоретически, т.к. предел термической стойкости даже самых тугоплавких материалов сравнительно невелик – 3 000 – 4 000 градусов. Допустим, что стенки сосуда способны противостоять сколь угодно высокой температуре, не разрушаясь и не испытывая никаких изменений. Итак, нагревание продолжается. В таком случае уже при 3 000 – 5 000 градусов мы сможем заметить признаки проявления новых процессов, которые будут связаны с изменением свойств самих атомов вещества.