Пример научного наблюдения: Наблюдения, опыты, измерения, гипотеза, эксперимент — урок. Физика, 7 класс.

10 самых потрясающих научных экспериментов

Комсомольская правда

НаукаИнтересное

Светлана КУЗИНА

31 мая 2010 16:28

Сотни тысяч физических экспериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько «самых-самых»

Среди физиков США и Западной Европы был проведен опрос. Исследователи Роберт Криз и Стони Бук просили их назвать самые красивые за всю историю физические эксперименты. Об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука, рассказал научный сотрудник Лаборатории нейтринной астрофизики высоких энергий, кандидат физико-математических наук Игорь Сокальский. 1. Эксперимент Эратосфена Киренского Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским. Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени.

В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет около 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров. Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами, сообщает сайт «Химия и жизнь». 2. Эксперимент Галилео Галилея В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это. Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела.
В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту.

Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения. Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова.

Результаты, полученные Галилеем, — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.
4. Эксперимент Генри Кавендиша После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=γ(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной γ- Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала. Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо.

Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы. Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой — экран. На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей — от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света.

Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный — при наименьшем. Ньютон же проделал дополнительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного. Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц — корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон («кольца Ньютона»), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной. Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга.
Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин «электрон», обозначавший некую частицу — носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально. В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны. Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента. Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения.
При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10-10 электростатических единиц. 10. Эксперимент Эрнста Резерфорда К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта «положительно-отрицательная» система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало. Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 108 см с плавающими внутри отрицательными электронами. В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в «рыхлом» атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома — массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см. Современные физические эксперименты значительно сложнее экспериментов прошлого. В одних приборы размещают на площадях в десятки тысяч квадратных километров, в других заполняют объем порядка кубического километра. А третьи вообще скоро будут проводить на других планетах. Кстати, а вы знаете, что рассказал Нобелевский лауреат Ричард Фрейман о личной жизни муравьев? Читайте в нашем блоге «Толкователи сновидений». И пишите о том, что вам приснилось, — мы растолкуем!

Возрастная категория сайта 18+

Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.

ШЕФ-РЕДАКТОР САЙТА — КАНСКИЙ ВИКТОР ФЕДОРОВИЧ.

АВТОР СОВРЕМЕННОЙ ВЕРСИИ ИЗДАНИЯ — СУНГОРКИН ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ.

Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой массовой информации или нарушением иных требований закона.

АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781 127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.

Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было форме без письменного разрешения правообладателя.

Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]

Отличия между обыденным и научным мышлением

Джон Сконози вместе со своим соавтором выпустили в 1994 году учебник «Essentials of Research Methods in Psychology», где представили сравнительные таблицы свойств обыденного и научного мышления:  

Параметры

Познание

Обыденное

Научное

В целом

Интуитивное

Эмпирическое

Наблюдения

Случайные, неконтролируемые

Систематические, контролируемые

Свидетельства

Субъективные, при­страстные

Объективные, непристрастные

Понятия

Смутные, с избыточ­ными значениями

Ясные, выделена их специфика и состав

Инструменты

Неточные, неопреде­лённые

Точные, определённые

Измерения

Невалидные, ненадёж­ные

Валидные, надёжные

Гипотезы

Нетестируемые

Тестируемые

Установки

Некритические, соглашательские

Критические, скептические

Можно выделить и другие параметры, по которым обыденное познание отличается от научного.

Так, предметом наблюдения обыденного познания служат, как правило, отдельные явления (события) в целом; научное познание выделяет в явлении (событии) отдельные признаки и свойства. Обыденное познание ориентировано на оценку конкретных людей по особенностям их поведения, личности, взглядов; научное познание изучает явления (события) по тому, как они выражены у разных людей.

Обыденному познанию присуща субъективность в подборе фактов: искусственно подбираются лишь те факты, которые подтверждают имплицитную «теорию»; противоречащие свидетельства недооцениваются и отбрасываются. Обобщения при обыденном познании безграничны; они имеют тенденцию к глобализации. Научные обобщения обязательно ограничены — генеральной совокупностью, законом, причинным отношением, конкретными явлениями, переменными и т.п. Как и научное, обыденное познание исходит из некой теории. Обыденные теории имплицитны и избыточно абстрактны; их невозможно фальсифицировать; конкретная сфера их действия не обозначена, их объяснения носят всеобщий характер. Научные теории эксплицитны; они основаны на эмпирических данных, поддаются фальсификации, имеют определённую (а не любую) сферу действия; их объяснения распространяются на эту сферу и ограничены этой сферой. Выводы обыденного познания основаны на частных случаях и ситуациях из индивидуального опыта и/или из опыта референтных лиц и групп. Обыденные выводы практически не имеют каких-либо отчётливых (обоснованных) ограничений. Предсказания являются всеобщими и неконкретными. В противоположность обыденным, научные выводы имеют вероятностный характер. Основанием для научных выводов служат эмпирические данные, полученные на выборке и распространённые на генеральную совокупность. Выводы ограничены определёнными условиями. Предсказания конкретны и распространяются на определённую область явлений.

Эти характеристики обыденного и научного познания сведены в новую таблицу: 

Параметры

Познание

Обыденное

Научное

Предмет наблюдения

Отдельные явления (события) в целом

Отдельные признаки, присущие нескольким явлениям (событиям)

 

Люди — явления

Оценки людей по особенностям их по­ведения, личности, взглядов

Изучение явлений (событий) по тому, как они выражены у разных людей

Подбор фактов

Субъективность: факты, подтверждающие «теорию», подбираются искусственно, противоречащие свидетельства отбрасываются

Учитываются факты и в пользу теории, и против неё

Обобщения

Не имеют ограничений, избыточно абстрактны

Ограничены генераль­ной совокупностью, законом, причинным отношением, определёнными явлениями, определёнными переменными и т. п.

Теории

Имплицитные, абстрактные, глобальные, нефальсифицируемые, не ограничены конкретной сферой действия, объяснения имеют всеобщий характер

Эксплицитные, основаны на эмпирических данных, поддаются фальсификации, имеют определённую сферу действия; объяснения распространяются только на эту сферу

Выводы

Основаны на частных случаях и являются случайными

Имеют вероятностный характер

Основания для выводов

Отдельные случаи и ситуации из индивидуального опыта и/или из опыта референтных лиц и групп

Эмпирические данные, полученные на выборке и распространенные на генеральную совокупность

 

Сфера действия выводов

Практически не имеют отчётливых (обоснованных) границ

Ограничены определёнными сферой и условиями

 

Предсказания

Всеобщие и неконкретные

Конкретные и распространяются на определённую область явлений

Цитируется по: Дорфман Л. Я., Методологические основы эмпирической психологии, М., «Смысл», 2005 г., с. 133-136. Цитата предоставлена Викентьевым И.Л.



Мы в Telegram:
подпишитесь!

Мы в Вконтакте:
добавляйтесь!

Наш канал
на YouTube

Мы в Дзен:
добавляйтесь!

Как помочь
проекту

Научное наблюдение

Пит Стеллинг, Университет Западного Вашингтона

Профиль автора

Это задание является частью коллекции Рецензируемых учебных мероприятий «На переднем крае».

Скрыть

Это задание было выбрано для проверенной учебной коллекции «На переднем крае»

Это задание получило положительные отзывы в процессе экспертной оценки по пяти категориям. Пять категорий, включенных в процесс:

  • Научная точность
  • Согласование целей обучения, мероприятий и оценок
  • Педагогическая эффективность
  • Прочность (удобство использования и надежность всех компонентов)
  • Полнота веб-страницы ActivitySheet

Для получения дополнительной информации о самом процессе рецензирования см. https://serc.carleton.edu/teachearth/activity_review.html.

Эта страница впервые опубликована: 27 июня 2009 г.


Резюме

В этом упражнении учащиеся учатся «заниматься» наукой самостоятельно, исследуя окружающий их мир. После того, как учащийся сделал наблюдение, его просят задать вопрос об этом наблюдении (обычно начинающийся со слов «почему» или «как»). Затем учащиеся делают дополнительные наблюдения, имеющие отношение к их вопросу. Используя эти дополнительные наблюдения, учащийся отвечает на свой вопрос, а затем формирует дополнительные гипотезы (выводы) о процессе (выходя за рамки данных, которые они собрали, чтобы сделать прогноз) или разрабатывает дополнительные вопросы о процессе и обсуждает, как они будут действовать. Ответьте на эти вопросы. В идеале это действие должно повторяться по крайней мере один раз в течение семестра.

Использовали эту активность? Поделитесь своим опытом и изменениями

Цели обучения

Цель этого задания – научить учащихся тому, как делать наблюдения об окружающем их мире и как исследовать свои наблюдения с научной точки зрения. Другая цель — показать студентам, которые боятся науки, что наука — это не тайна и не черный ящик — это то, чем они могут заниматься самостоятельно.

Цели научного процесса

Цели процесса для этого занятия состоят в том, чтобы учащиеся делали критические наблюдения и учились мыслить логически/научно. Второстепенная цель процесса состоит в том, чтобы учащиеся распознавали и разделяли наблюдения и выводы.

Контекст для использования

Это задание предназначено для учащихся, изучающих естественные науки, от средней школы до университетов. Его лучше всего использовать во внеклассном упражнении, хотя его можно выполнять и в классе (особенно в течение дня на свежем воздухе, когда можно сделать более широкий спектр наблюдений). Я использую это задание как возможность получить дополнительные баллы в своем курсе «Введение в геологию», в котором участвуют около 120 студентов, но его можно легко использовать в классе любого размера без изменений. Никаких предварительных знаний или навыков не требуется, а также не требуется никакого специального оборудования.
Эту деятельность можно легко расширить до долгосрочного проекта. Студенты начинали семестр, делая наблюдения и добавляя новые наблюдения, вопросы и гипотезы на протяжении всего семестра. В качестве альтернативы учащиеся могут время от времени повторять это задание в течение семестра, делая более сложные наблюдения и выводы в течение семестра.

Описание и учебные материалы


Описание деятельности по научному наблюдению (Microsoft Word 32kB 27 июня 09)

Учебные заметки и советы

Наблюдения должны быть посвящены процессу, а не простому объекту — это делает деятельность гораздо более открытой.
Кроме того, наблюдения должны касаться чего-то, чего они еще не знают или не понимают. Обычным наблюдением осенью является изменение цвета листьев с общей реакцией на потерю хлорофилла осенью. Если бы они еще не знали об этом процессе, они не смогли бы придумать это самостоятельно, если бы у них не было доступа к микробиологической лаборатории.
Если вы повторяете это задание в течение одного семестра, вы можете попробовать дать учащимся разные предметы, чтобы сузить их внимание (например, деревья и растительность, погода, камни, искусственные сооружения и т. д.)

Оценка

Оценка этой деятельности должна быть сосредоточена на трех основных темах: уместность/качество первичных и вспомогательных наблюдений, логика, используемая для ответа на исходную гипотезу, и качество дополнительных гипотез. Эти критерии должны быть прописаны в пояснении деятельности. Для достижения наилучших результатов попросите учащихся повторить это упражнение хотя бы один раз, чтобы у них была возможность попрактиковаться в выявлении подходящего наблюдения.

Ссылки и ресурсы

Посмотреть больше Просмотреть примеры для Преподавание научного процесса »

научное словосочетание наблюдения | значения и примеры использования

Эти слова часто используются вместе. Нажмите на ссылки ниже, чтобы изучить значения. Или посмотрите другие словосочетания с наблюдением.

Эти примеры взяты из корпусов и источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Кембриджского словаря, издательства Кембриджского университета или его лицензиаров.

Мы привыкли к его эмпирической версии: научному наблюдению «смешения» в телах метисов, культур, рас и так далее.

Из Кембриджского корпуса английского языка