Сейко В.В. Физика и научно-технический прогресс. XI класс

Цель урока: формирование у учащихся представлений о роли науки в жизни общества, о ее гуманистической сущности, о значении нравственной позиции ученого, его моральной ответственности за последствия применения научных достижений.

Вопросы, которые предлагаются учащимся для обсуждения в конце урока:

1. Можно ли говорить о влиянии нравственной позиции ученого на результат научного исследования? Если да, то в чем Вы видите это влияние.

2. «Моральные качества выдающейся личности имеют, вероятно, большее значение для молодого поколения и исторического процесса, чем чисто интеллектуальные достижения» (А. Эйнштейн). Так ли это?

3. Какие требования предъявляет современное общество к нравственному облику ученого? ;

Ход урока

I ведущий.

Целый мир охватив от земли до небес,
Всполошив не одно поколение,
По планете шагает научный прогресс.
Что стоит за подобным явлением?

II ведущий.

Это странный вопрос.
Что же тут не понять?
Мы сильней и счастливее будем.
Будем больше уметь и точнее...

III ведущий.

Стрелять...

II ведущий.

Как стрелять?

III ведущий.

Очень просто – по людям.
Тот, кто выдумал меч, тот и начал разить.
Нам история в этом порукой.

IV ведущий.

Не согласен и смело могу возразить:
Нас вперед продвигает наука,
Человек вышел в космос и был на Луне –
У природы все меньше секретов.

V ведущий.

Но любое открытие – подспорье войне:
Тот же атом и те же ракеты...

VI ведущий.

Как использовать знание –забота людей.
Не наука – ученый в ответе.

VII ведущий.

Чем прогресс обернется планете?
Все запутано в наш оглушающий век.
Разбираться в истории будем,
Что важнее всего на земле?

ЧЕЛОВЕК.

Значит, все заключается в людях.

Ученик.

Итак, XX век, еще не старый,
От первого до нынешнего дня.
XX век, грозящий гибельным пожаром.
XX век – век укрощения огня.

Ученик. Даже мудрый Уильям Томсон, он же лорд Кельвин, накануне нового века заявил, что наука вошла в спокойную гавань, разрешила все кардинальные вопросы, осталось лишь уточнить детали. Но именно за эти годы, годы XXстолетия, в физике, как и в целом в науке, было создано значительно больше, чем за всю ее предыдущую историю. Именно в этот период были сделаны величайшие открытия, уточнившие, а чаще и коренным образом изменившие наши представления о мире.

Ученик. К числу их открытий следует отнести:

1) открытие электрона, показавшее сложность ранее неделимого атома.

1910-1914 гг.Экспериментально доказана дискретность электрического заряда и впервые достаточно точно измерена величина заряда электрона американским физиком-экспериментатором Робертом Эндрусом Милликеном.

В 1913 году советский физик Абрам Федорович Иоффевыполнил цикл работ по измерению заряда электрона.

Ученик. 2) Была создана физика атомного ядра, открывающая новые, сокровенные тайны природы.

1911 г. Эрнест Резерфорд – английский физик,установил закон рассеяния альфа-частиц атомами различных элементов, что привело его к открытию в атоме ядра – плотного образования диаметром около 10-12 см, заряженного положительно, и созданию новой модели атома – планетарной: в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг, на разных расстояниях, двигаются электроны (таблица опыта Резерфорда). Заряд всех электронов равен заряду ядра атома, поэтому в целом атом нейтрален.

1913 г. Нидерландский юрист и физик Антониус Ван Ден Бруквыдвинул гипотезу, согласно которой заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента, и гипотезу строения атомных ядер из протонов и электронов.

Ученик. 1932 г. Английский физик-экспериментатор Джеймс Чедвик,исследуя излучение, возникающее при облучении бериллия альфа-частицами, показал, что оно является потоком электрически нейтральных частиц – нейтронов (Нобелевская премия, 1935 г.).

В этом же году советский физик-теоретик Дмитрий Дмитриевич Иванченкопредложил протонно-нейтронную модель ядра, рассматривая нейтрон как элементарную частицу. Эта модель, непосредственно развитая немецким физиком Вернером Карлом Гейзенбергом,устранила трудности старой протонно-электронной модели и явилась основой современного понимания строения атомных ядер.

Iведущий.

Быть может, эти электроны –
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом –
Вселенная, где сто планет.
Там все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.

(1922 г., Брюсов.)

Ученик. Прошлый век, совсем иной мир, когда не было автомобилей, радио, авиации, телевидения, атомной энергии, космических полетов.

В начале XXвека работами немецкого физика Пауля Карла Людвига Друде и нидерландского ученого Хендрика Антона Лоренцабыла создана электронная теория металлов, позволившая теоретически получить многие ранее открытые законы: Ома, Джоуля – Ленца.

Эта теория была построена на следующих положениях:

а) в металле есть свободные электроны – электроны проводимости;

б) остов металла образует кристаллическая решетка, в узлах которой находятся ионы;

в) при своем движении электроны сталкиваются с ионами;

г) при наличии электрического поля электроны приходят в упорядоченное движение под действием сил поля.

Ученик. Развитие электродинамики привело к пересмотру представлений о пространстве и времени. Согласно классическим представлениям о пространстве и времени, считавшимся на протяжении веков незыблемыми, движение не оказывает никакого влияния на течение времени, а линейные размеры любого тела не зависят от того, покоится тело или движется. Специальная теория относительности Эйнштейна – это новое учение о пространстве и времени, пришедшее на смену старым (классическим) представлениям.

В основу своей теории Эйнштейн кладет два постулата:

1) В любых инерциальных системах все физические процессы протекают одинаково.

2) Скорость света одинакова во всех направлениях, во всех инерциальных системах и равна 3∙10⁸ м/с.

Ученик. В 1907 году в работе «О принципе относительности и его следствиях» Эйнштейн говорит о связи массы и энергии и для проверки своего соотношения обращается к радиоактивным процессам.

(Отрывок из учебного кинофильма, в котором демонстрируется взрыв атомной бомбы.)

Свою родину – Германию – Эйнштейн покинул в годы прихода Гитлера к власти. Его труды сожгли на огромном костре на одной из берлинских площадей вместе с книгами Гейне и Толстого, Шиллера и Гете, а за его голову было обещано 50 тысяч марок.

В Германии был издан альбом с фотографиями противников гитлеровского режима. Альбом открывался фотографией Эйнштейна и списком его преступных деяний, который начинался созданием теории относительности, а непосредственно под фотографией стояло примечание: «Еще не повешен».

Учитель. Во время взрыва бомбы в Хиросиме погибли 200 тысяч человек. Свыше 375 тысяч погибли от последствий ядерной бомбардировки. Это не конечная цифра... Генерал Лесли Грове – главный администратор работ по созданию атомной бомбы первую бомбу назвал симпатичным словом «малыш», вторую – симпатичным и смешным словом «толстяк». Когда самолет с атомной бомбой вылетел на Хиросиму, у Лесли выдалось свободное время – от вылета до атаки должно было пройти несколько часов. Он пишет черным по белому: «Донесения запаздывали, и я решил пойти поиграть в теннис». Потом Лесли пообедал с женой и дочерью. Когда доели десерт, ему сообщили, что бомба взорвалась...

Можно понять все, кроме того, что генерал Лесли играл в теннис, обедал, кушал десерт. Можно было бы понять его, если бы после вылета самолета он ушел в церковь и помолился. Но он не молился.

Когда Эйнштейн услышал по радио об этой чудовищной акции уничтожения японских городов, спазм сдавил ему горло, и он смог только произнести: «О горе!»

{mospagebreak}Ученик. В 1949 году «отец атомной бомбы» Р.Оппенгеймер высказался против программы создания термоядерной бомбы и отказался принять участие в ней. В 1953 году эта и другие причины послужили основой для привлечения Оппенгеймера к суду по обвинению в шпионаже· в пользу Москвы. Энрико Ферми – создатель первого в мире ядерного реактора, Отто Ган и Лизе Мейтнер – крупнейшие физики-теоретики – отказались от продолжения работ по разработке ядерного оружия, совершив тем самым научный подвиг во имя человечества.

В 1949 году в СССР под руководством Игоря Курчатова была создана атомная, а в 1953 году – первая в мире водородная бомба.

В 1954 году под руководством Курчатова в СССР была построена первая в мире атомная электростанция.

IIведущий.

Ну что же, Атом, значит, атом!
Рабочим будешь – не солдатом,
К тебе подобраны ключи.
Здесь в генераторах огромных
(их не фиксирует экран)
Не упрощенный –
Укрощенный
Умом и волей всех ученых
В турбины просится уран.
Кому еще вот так служил он.
И был всегда служить готов,
Не смертной, пагубною силой,
А жизнью,
Бьющеюся в жилах
Высоковольтных проводов!

Ученик. В ночь с 25 на 26 апреля 1986 года в реакторе четвертого блока Чернобыльской АЭС пошла неуправляемая реакция деления – реактор «пошел в разгон...» Температура установленных в циркониевых трубках урановых топливных стержней выросла до нескольких тысяч градусов, и охлаждающая их вода мгновенно превратилась в пар. В условиях высокой температуры цирконий вступил в реакцию с водой – выделился водород. Это усугубило аварию. Грянул взрыв.

Ученик. Открытие сложного строения атома – важнейший этап современной физики. В процессе создания количественной теории строения атома были открыты новые законы движения микрочастиц – законы квантовой механики. Создателем новой квантовой теории является великий датский физик Нильс Бор. За создание квантовой теории планетарного атома в 1922 году Нильс Бор был удостоен Нобелевской премии.

Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик –
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык.

(Ф.И.Тютчев.)

Ученик. 1934 год – открытие искусственной радиоактивности (Фредерик и Ирен Жолио-Кюри).

1955 год – синтезирован 101-й элемент – менделевий (Сиборг, Гарвей, Чонин, Томпсон).

1964 год – синтезирован 104-й элемент – курчатовий (Флеров).

1970 год – … 105-й элемент (Флеров).

1974 год – … 106-й элемент.

Ученик. Изотопы – это разновидности атомов данного химического элемента. Их название происходит от греческого isos(одинаковый) и topos(место) и в дословном переводе означает «из одного места», иными словами, вещества, занимающие одно место в Периодической системе химических элементов.

Изотопы одного элемента отличаются друг от друга числом нейтронов в ядре, а радиоактивные изотопы – видом излучения, энергией испускаемых частиц и временем жизни в радиоактивном состоянии. Они очень широко применяются:

а) для обнаружения скрытых дефектов;

б) измерения уровня жидкости в замкнутых сосудах, баках, определения толщины и т.п.;

в) обеспечения стерильности продукции (в фармакологии);

г) исследования изнашиваемости металлических деталей, скорости стирания различных частей механических устройств и т.д.

Ученик. В 1911 году нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости. В 1986 году открыта высокотемпературная сверхпроводимость.

Если получить сверхпроводники при комнатной температуре, то генераторы и электродвигатели станут исключительно компактными и экономичными. Электроэнергию можно будет передавать на любые расстояния без потерь и аккумулировать в простых устройствах.

Ученик. 1930 год – К.Вагнер обнаружил существование двух типов полупроводников – дырочных и электронных.

1948 год – изобретен транзистор.

1949 год – Уильям Брэдфорд Шокли (американский физик) разработал теорию p-n-перехода и предложил p-n-транзистор. (Нобелевская премия в 1956 году.)

Преимущества полупроводниковых приборов по сравнению с ламповыми: 1) миниатюрность (малая масса, малые габариты), 2) высокая надежность, 3) большой срок службы.

Недостатки: сильно чувствительны к проникающим излучениям и могут работать лишь в ограниченном интервале температур (–70 – +25°С).

Ученик. Создание лазеров – пример того, как развитие квантовой теории приводит к гигантскому прогрессу в самых разных областях техники и технологии. По определению академика Николая Геннадьевича Басова, «лазер – это устройство, в котором энергия, например тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч». Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительное расстояние.

Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии, превышающую плотность энергии ядерного взрыва. С помощью лазерного излучения уже удалось достичь самых высоких значений температуры, давления, магнитной индукции. Лазерный луч является самым емким носителем информации и в этой роли – принципиально новым средством ее передачи и обработки. Первые квантовые генераторы (лазеры) были созданы советскими учеными Н.Г.Басовым и А.М.Прохоровым и одновременно американским ученым Чарльзом Хардом Таунсом. Международным признанием научной значимости их открытия этим ученым было присуждение в 1964 году Нобелевской премии.

Применение лазеров: обработка и сварка материалов, для сверления отверстий в металлах, сверление различных материалов, резка металлов, лазерная обработка сверхтвердых и тугоплавких материалов, керамики, стекол. Лазер стал одним из точнейших хирургических инструментов.

Учитель. Гарин закрутил магнето. В аппарате вспыхнуло и зашипело пламя. Он медленно стал поворачивать микрометрический винт.

Хлынов первый обратил внимание на странный клубочек света высоко в небе.

– А вот еще один, – сказал он тихо. Они остановились на половине дороги над обрывом и глядели, подняв головы. Пониже первого, над очертаниями деревьев, возник второй огненный клубок и, роняя искры, как догоревшая ракета, стал падать...

– Это горят птицы, – прошептал Вольф, – смотрите.

Над лесом на светлой полосе неба летел торопливо, неровным полетом, должно быть, козодой, кричавший давеча: «Сплю-сплю». Он вспыхнул, перевертываясь, и упал.

– Они задевают за проволоку.

– Какую проволоку?

– Разве не видите, Вольф?

Хлынов указал на светящуюся, прямую, как игла, нить. Она шла сверху от развалин по направлению заводов Анилиновой компании. Путь ее обозначался вспыхивающими листочками, горящими клубками птиц. Теперь она светилась ярко – большой отрезок ее перерезывал черную стену сосен.

– Она опускается! – крикнул Вольф. И не окончил. Оба поняли, что это была за нить. В оцепенении они могли следить только за ее направлением. Первый удар луча принялся по заводской трубе, – она заколебалась, надломилась посередине и упала. Еще левее стоял пятиэтажный корпус. Внезапно все окна его погасли. Сверху вниз, по всему фасаду, побежал огненный зигзаг, еще и еще...

Луч гиперболоида бешено плясал среди этого разрушения, нащупывая самое главное – склады взрывчатых полуфабрикатов .

(А.Н.Толстой. «Гиперболоид инженера Гарина».)

IIIведущий. «Всякое изобретение представляет собой потенциальную опасность для человечества, для людей» (Ф.Жолио-Кюри).

Жители XXстолетия,
Наш к концу идет XXвек.
Неужели вечно не ответит
На вопрос согласья человек?..

(А.Вознесенский.)

(Обсуждаются с учащимися ответы на поставленные в начале урока вопросы.)

Учитель.

Слышу я Природы голос,
Порывающийся крикнуть,
Как и с кем она боролась,
Чтоб из хаоса возникнуть,
Может быть, и не во имя
Обязательно нас с вами,
Но чтоб стали мы живыми,
Мыслящими существами.
И твердит Природы голос:
В вашей власти, в вашей власти,
Чтобы все не раскололось
На бессмысленные части.

(Л.Н.Мартынов.)