Физика и Родина: точки соприкосновения.
статья по физике

мастеркласс для учителей физики «Физика и Родина: точки соприкосновения»

Формат: дистанционный
Целевая аудитория: учителя физики общеобразовательных школ и учреждений дополнительного образования.

Цель: вооружить учителей физики практическими методиками интеграции патриотического воспитания в уроки через связь научных законов с достижениями российских учёных и историческими событиями страны.

Задачи:

систематизировать знания о вкладе отечественных физиков в мировую науку;

показать связь научных открытий с ключевыми событиями истории России;

обучить созданию учебных задач с историческим и патриотическим контекстом;

отработать приёмы включения патриотического компонента в разные типы уроков физики;

сформировать банк готовых методических материалов для использования на уроках;

создать онлайнсообщество учителей физики для обмена опытом.

Ключевой вопрос: «Как сделать так, чтобы формулы и законы не просто запоминались, а вызывали у учеников гордость за отечественную науку?».

1. Введение

Добрый день уважаемые коллеги. Я учитель физики высшей категории МБОУ СОШ 14 г. Владикавказ.

Посмотрите пожалуйста на слайд? Кто это? И почему он указывает на 118 химический элемент?  (Юрий Цолакович Оганесян (род. 14 апреля 1933 года, РостовнаДону) — советский и российский физикядерщик армянского происхождения, академик РАН (с 2003 года), научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, заведующий кафедрой ядерной физики университета «Дубна»В честь Юрия Оганесяна назван 118й химический элемент — оганесон (Og):

Название утверждено ИЮПАК 28 ноября 2016 года.

Оганесян стал вторым учёным в истории (после Гленна Сиборга), при жизни которого его именем назвали химический элемент.

Это единственный случай, когда элемент назван в честь живущего человека, который остаётся в строю науки. Я горжусь, что знакома с таким величайшим Умом человечества, и мы с ним соотечественники!

Анкетирование:

Назовите 3–5 российских физиков.

Какие отечественные научные открытия вы считаете наиболее значимыми?

Как часто вы упоминаете российских учёных на уроках?

 Я же отмечу только некоторых:

М. В. Ломоносов (закон сохранения массы и энергии, молекулярно‑кинетическая теория);

А. С. Попов (изобретение радио);

П. Н. Лебедев (давление света);

Л. Д. Ландау (теория сверхтекучести);

Н. Г. Басов и А. М. Прохоров (квантовая электроника, лазеры);

С. П. Королёв (космонавтика).

Эти и другие ученные, их открытия и изобретения,  непосредственно связаны с историей нашей страны!

И сегодня мы поговорим о том как соединить изучение законов физики с воспитанием патриотизма. Наша цель- не просто передать знания, а показать ученикам, что физика - не абстрактные формулы, а живая история нашей страны, достижения наших соотечественников, котрые изменили мир.

Почему это важно и необходимо?

Патриотическое воспитание помогает человеку осознать свою принадлежность к народу, стране, культуре, почувствовать связь с прошлым и настоящим своей Родины, ответственность за будущее; формирует устойчивую систему ценностей и нравственных ориентиров. Патриотизм объединяет людей разных возрастов, профессий и социальных групп вокруг общих идеалов и целей. Патриотически настроенное общество более устойчиво  к внешним и внутренним угрозам, может противостоять попыткам искажения истории и чуждым ценностям; готово встать на защиту страны.

2. Нормативныее документы

Все эти требования прописаны следующими нормативными документами:

Федеральный закон от 29 декабря 2012 года №273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации». Закон гарантирует обеспечение воспитания как неотъемлемой части образования, взаимосвязанной с обучением, но осуществляемой также в форме самостоятельной деятельности. Воспитание направлено на развитие личности, создание условий для самоопределения и социализации детей на основе социокультурных, духовно-нравственных ценностей и принятых в обществе правил и норм поведения. 

Федеральный закон от 31 июля 2020 года №304-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон „Об образовании в Российской Федерации“ по вопросам воспитания обучающихся». Документ уточняет и дополняет положения о воспитательной деятельности в системе образования. 

Стратегия развития воспитания в Российской Федерации на период до 2025 года (утверждена Распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 мая 2015 года №996-р). Стратегия определяет приоритеты государственной политики в области воспитания и социализации детей, основные направления и механизмы развития институтов воспитания. Среди задач — формирование у детей патриотизма, чувства гордости за свою Родину, готовности к защите интересов Отечества, ответственности за будущее России. Патриотическое воспитание включает развитие уважения к государственным символам, историческим памятникам, а также поддержку поисковой и краеведческой деятельности. 

№286 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования» и №287 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования». Новые ФГОС закрепляют требования к личностным, метапредметным и предметным результатам обучения, воспитания и развития личности. Они включают воспитательный компонент, который предусматривает формирование актуальных приоритетов воспитания в РФ, в том числе патриотического. 

Указ Президента РФ от 21 июля 2020 года №474 «О национальных целях развития РФ на период до 2030 года». В документе среди национальных целей развития упоминается формирование гармонично развитой и социально ответственной личности на основе духовно-нравственных ценностей народов РФ, исторических и национально-культурных традиций. 

Федеральный проект «Патриотическое воспитание граждан Российской Федерации» (реализуется в рамках национального проекта «Образование»). Проект стартовал с 1 января 2021 года и направлен на усиление патриотического воспитания в системе образования. 

Эти документы устанавливают требования к формированию у обучающихся высокого патриотического сознания, чувства верности своему Отечеству, готовности к выполнению гражданского долга и конституционных обязанностей по защите интересов Родины. Они также определяют направления работы педагогов по интеграции патриотического компонента в учебный процесс.

Как же это реализовать на практике? Предлагаю несколько,  проверенных на практике, идей:

3.»Банк идей»

Урочная деятельность: Обязательно использовать исторические и биографические вставки, но подойти к этому творчески: провести косплей, снять видеоролик, создать с помощью ИИ  открытки. В памятные даты можно проводить «День научного открытия». А для повышения познавательного интереса среди младших школьников, старшекласники могут показать опыты и эксперименты.

 И куда же без задач с исторической основой:

-Раздел 1. Космическая эра

Задача 1. Первый спутник
4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли. Его масса составляла 83,6 кг, а наибольшая высота полёта над поверхностью Земли — 947 км. Определите силу всемирного тяготения между спутником и Землёй в максимальной точке подъёма. Радиус Земли RЗ​=6371 км, масса Земли MЗ​=6×1024 кг, гравитационная постоянная G=6,67×10−11 Н·м²/кг².

Решение:
Расстояние от центра Земли до спутника: r=RЗ​+h=6371+947=7318 км =7,318×106 м.
Сила тяготения:

F=Gr2MЗ​⋅m​=6,67×10−11⋅(7,318×106)26×1024⋅83,6​≈615 Н.

Задача 2. Перегрузка космонавтов
Ракета-носитель «Союз» имеет стартовую массу 300 т. При старте запускаются четыре двигателя первой ступени (сила тяги каждого 1 МН) и один двигатель второй ступени (сила тяги 940 кН). Какую перегрузку испытывают космонавты в начале старта? Ускорение свободного падения g=9,8 м/с².

Решение:
Суммарная сила тяги: F=4×106+940×103=4,94×106 Н.
Ускорение ракеты: a=mF​=300×1034,94×106​≈16,47 м/с².
Перегрузка: n=ga+g​=9,816,47+9,8​≈2,68.

Задача 3. Первая космическая скорость
По расчётам К. Э. Циолковского, для выхода на орбиту Земли необходимо достичь первой космической скорости. Рассчитайте её значение для высоты 200 км над поверхностью Земли. Радиус Земли RЗ​=6371 км, масса Земли MЗ​=6×1024 кг, гравитационная постоянная G=6,67×10−11 Н·м²/кг².

Решение:
Расстояние от центра Земли: r=RЗ​+h=6571 км =6,571×106 м.
Первая космическая скорость:

v=rG⋅MЗ​​​=6,571×1066,67×10−11⋅6×1024​​≈7800 м/с=7,8 км/с.

Задача 4. Полёт «Востока1»
Корабль «Восток1» с Ю. А. Гагариным на борту совершил виток вокруг Земли за 89,1 минуты. Рассчитайте среднюю высоту полёта, считая орбиту круговой. Радиус Земли RЗ​=6371 км.

Решение:
Период обращения: T=89,1⋅60=5346 с.
Из формулы периода: T=v2πr​, где v=rGMЗ​​​.
Решая уравнение, получаем r≈6580 км, высота h=r−RЗ​≈209 км.

Раздел 2. Атомный проект (И. В. Курчатов)

Задача 3. Критическая масса урана
В рамках советского атомного проекта учёные рассчитали критическую массу урана235 — 50 кг. Если плотность урана 19 г/см³, найдите радиус сферической критической массы.

Решение:
Объём: V=ρm​=1950 000​≈2632 см³.
Радиус сферы:

R=34π3V​​≈34⋅3,143⋅2632​​≈8,6 см.

Задача 4. Энергия деления
При делении одного ядра урана235 выделяется около 200 МэВ энергии. Рассчитайте энергию, выделяющуюся при полном делении 1 г урана. Число Авогадро NA​=6,02×1023 моль⁻¹, молярная масса урана235 M=235 г/моль.

Решение:
Количество ядер в 1 г: N=MNA​​=2356,02×1023​≈2,56×1021.
Энергия: E=N⋅200 МэВ ≈5,12×1023 МэВ ≈8,2×1010 Дж.

Раздел 2. Великая Отечественная война

Задача 3. Дорога жизни
Во время блокады Ленинграда по льду Ладожского озера проходила «Дорога жизни». Рассчитайте, какой максимальной массы груз мог перевозить автомобиль по льду толщиной 50 см, если площадь контакта одного колеса с поверхностью 0,2 м². Лёд выдерживает давление 700 кПа. Считайте, что автомобиль имеет 4 колеса.

Решение:
Максимальное давление на одно колесо: p=700 кПа =7×105 Па.
Максимальная сила на одно колесо: F1​=p⋅S=7×105⋅0,2=1,4×105 Н.
Общая максимальная сила: Fобщ​=4⋅F1​=5,6×105 Н.
Максимальная масса груза: m=gFобщ​​=9,85,6×105​≈57 т.

Задача 4. «Катюша»
Первый залп «Катюши» состоялся 1 июля 1941 года. Реактивный снаряд массой 42,5 кг имел реактивную силу 19,6 кН. Какое ускорение приобретал снаряд при запуске?
Решение:
По второму закону Ньютона: a=mF​=42,519,6×103​≈461 м/с².

Задача 5. Размагничивание кораблей
В годы войны учёные под руководством И. В. Курчатова разработали метод размагничивания кораблей для защиты от магнитных мин. Рассчитайте силу тока в обмотке длиной 100 м, создающей магнитное поле напряжённостью 100 А/м.
Решение:
Для соленоида: H=lN⋅I​, где N — число витков, I — сила тока, l — длина.
Если считать, что N=1 (один виток на метр), то I=H⋅l=100⋅100=10 000 А.

Раздел 3. Радиотехника (А. С. Попов)

Задача 5. Радиосвязь Попова
Первый радиоприёмник А. С. Попова работал на волне длиной 250 м. Определите частоту радиосигнала. Скорость света c=3×108 м/с.

Решение:
Частота: ν=λc​=2503×108​=1,2×106 Гц =1,2 МГц.

Задача 6. Дальность радиосвязи
В 1897 году А. С. Попов продемонстрировал радиосвязь на расстоянии 250 м. Рассчитайте минимальную мощность передатчика, необходимую для приёма сигнала приёмником с чувствительностью 10−9 Вт. Считайте распространение сферическим.

Решение:
Площадь сферы: S=4πr2=4⋅3,14⋅(250)2≈7,85×105 м².
Мощность: P=S⋅I=7,85×105⋅10−9≈0,785 мВт.

Раздел 4. Физика низких температур (П. Л. Капица)

Задача 7. Кипение гелия
П. Л. Капица изучал свойства жидкого гелия при температурах около 4 К. Рассчитайте давление насыщенного пара гелия при 4,2 К, если его плотность 0,125 г/л. Молярная масса гелия 4 г/моль, универсальная газовая постоянная R=8,31 Дж/(моль·К).

Решение:
Концентрация: n=Mρ​⋅NA​=40,125​⋅6,02×1023≈1,88×1022 см⁻³.
Давление: p=nkT=1,88×1025⋅1,38×10−23⋅4,2≈1090 Па.

Раздел 5. Оптика (С. И. Вавилов, П. А. Черенков)

Задача 8. Эффект ВавиловаЧеренкова
Эффект ВавиловаЧеренкова наблюдается, когда заряженная частица движется в среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Рассчитайте минимальный угол излучения для электрона в воде (n=1,33), если его скорость составляет 0,95 c.

Решение:
Скорость света в воде: vсвета​=nc​=1,33c​≈0,75c.
Условие Черенкова: v>vсвета​, что выполняется.
Угол излучения: cosθ=vvсвета​​=0,95​≈0,79, откуда θ≈38∘.

Раздел 6. Авиация (Н. Е. Жуковский)

Задача 9. Подъёмная сила крыла
По теории Н. Е. Жуковского, подъёмная сила крыла самолёта рассчитывается по формуле F=21​ρv2SCL​, где CL​ — коэффициент подъёмной силы. Рассчитайте подъёмную силу крыла площадью 50 м² при скорости 200 м/с, плотности воздуха 1,2 кг/м³ и CL​=0,5.

Решение:

F=21​⋅1,2⋅(200)2⋅50⋅0,5=600 000 Н=600 кН.

Задача 10. Свеча Яблочкова
«Свеча Яблочкова» (дуговая лампа) работала при напряжении 40 В и силе тока 10 А. Рассчитайте сопротивление дуги и выделяемую мощность.

Расчёт сопротивления дуги

По закону Ома для участка цепи:

R=IU​,

R=10 А40 В​=4 Ом.

Расчёт выделяемой мощности

P=U⋅I,

P=40 В⋅10 А=400 Вт.

Во внеурочной работе я предлагаю:

-проведение квестов, интелектуальных игр;

-конечно же проведение предметных недель. Но здесь нуожно распеределять задания. Например– каздый класс должен представить стенгазету с биографией и открытиями российских ученных.

-огранизовывать выставки;

-проектную деятельность,

 Темы могут быть самыми разнообразными:

- «Тайны радио: как звук путешествует без проводов»

- «Остров стабильности»

- « По Владикавказу на велосипеде», и т.п.

Обязательно привлечение регионального компонента!

Мои ученики -часые гости в планетарии г.Владикавказ  и школе космонавтики им. Р.В. Комаева, ежегодные участники интелектуальной игры «Космоквиз».

Мы посещаем предприятия, связанные с научными разработками, такие  как «Баспик». Это уникальный, единственный в России, завод по производству оптических составляющих для приборов ночного видения.

Я считаю, что ребята должны знать имена ученных нашей республики и тот вклад, который они вносят в развитие науки и техники.

Рефлексия

• Что было самым полезным?
• Какие приёмы вы планируете использовать на уроках?
• Какие трудности вы видите в реализации идей?

Заключение

Уважаемые коллеги, я убеждена: патриотизм — это не лозунги, а гордость за реальные достижения. А наука — одна из самых ярких страниц истории нашей страны.

Наши ученики должны знать:

-что радио изобрёл русский учёный А. С. Попов;

-что первый полёт в космос совершил гражданин СССР Юрий Гагарин; и

-что атомный проект возглавил выдающийся физик И. В. Курчатов;

-что основы космонавтики заложил К. Э. Циолковский;

-что периодическую систему создал Д. И. Менделеев;

-что М. В. Ломоносов заложил основы российской науки.

И наша задача — не просто рассказать об этом, а показать, как эти открытия связаны с физическими законами, которые мы изучаем на уроках.