Формирование понятия «плазма» в школьном курсе физики

 

                    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.