§ 2. Научные методы изучения природы

Физика, 7 класс. Учебник: Кронгарт Б.А. и др. (Мектеп, 2025). Глава 1: Физика — наука о природе. Страницы 10–16.

Чему научишься

• Называть методы изучения природы: наблюдение, эксперимент, теоретический вывод.
• Объяснять, что такое гипотеза и как её проверяют.
• Выстраивать цепочку «наблюдение → гипотеза → эксперимент → вывод».
• Отличать физический закон от физической теории.
• Приводить примеры, как открытия физики превращаются в технику.

Ключевые слова: наблюдение, гипотеза, эксперимент, физический закон, физическая теория.

Разминка

• Что ты делаешь, когда хочешь выяснить, почему что-то происходит? Сначала смотрю, потом предполагаю причину, потом проверяю. Это и есть путь учёного.
• Можно ли верить предположению просто потому, что оно красиво звучит? Нет. В физике предположение нужно проверить опытом.

💡 Подумай: откуда на холодной бутылке, которую достали из холодильника, берутся капельки воды? Сейчас разберём это, как настоящие физики.

Разбираемся

Сначала смотрим: наблюдение

Любое изучение явления начинается с наблюдения. Ты просто смотришь на явление так, как оно идёт само, и ничего не меняешь.

Вот пример. Люди заметили: роса особенно обильна после жаркого дня и прохладной ночи. Это факт, который дало наблюдение. Но тут же возникает вопрос: откуда на траве вообще берётся вода?

📌 Наблюдение — изучение явления в естественных условиях, без вмешательства человека в его ход.

Догадываемся: гипотеза

Чтобы ответить на вопрос «откуда?», выдвигают гипотезу. Это предположение, которое ещё нужно проверить.

Для росы гипотеза такая: вода в воздухе есть всегда, просто мы её не видим, потому что она в другом состоянии. Красиво? Да. Доказано? Пока нет.

⚠️ Частая ошибка. «Гипотеза — это уже доказанная истина». Нет! Гипотеза — только догадка. Правдой она становится после проверки опытом.

Проверяем: эксперимент

Эксперимент (опыт) — это явление, которое исследователь воспроизводит нарочно. Он может менять условия: холоднее, теплее, дольше, меньше. И смотрит, что от этого меняется.

Для росы поставим опыт. Охладим металлический предмет в холодильнике и принесём в тёплую комнату. На нём быстро выступит роса. В прохладной комнате росы будет меньше, а в совсем холодной её не будет вовсе. Значит, количество росы зависит от условий.

Ещё нагляднее такой опыт. Сухую морозильную камеру ставят в тёплую комнату и включают, оставив дверцу открытой. Воздух остывает, стенки запотевают, а потом капельки превращаются в лёд. Вывод: вода в воздухе действительно есть, только в другом состоянии. Её называют водяным паром.

🌟 Если гипотеза не сходится с опытом, она отбрасывается. Если опыты её подтверждают, она становится научным знанием. Опыт в физике главнее любых красивых рассуждений.

Цепочка учёного

Приборы, которые помогают

Для экспериментов нужны приборы. Некоторые очень просты: линейка, весы, отвес (груз на нитке, им проверяют, вертикальна ли стена). Есть и сложные: источники тока, электрический двигатель, электромагнит. С ними ты познакомишься позже.

🌟 Отвес знал любой строитель юрт и домов. Нитка с грузом всегда показывает вертикаль, и обмануть её нельзя.

От опытов к закону

Одного опыта мало. Чтобы убедиться, что связь между явлениями не случайна, её проверяют на множестве похожих случаев. Если связь между величинами каждый раз получается одной и той же, это физический закон.

Закон можно записать формулой. Такая запись называется математической записью закона.

А потом закон объясняют с помощью физической теории. В теорию входят описание явлений, величины, которые их характеризуют, и результаты опытов. В этом году ты будешь изучать механические движения: движение транспорта, деталей машин, небесных тел, животных. Их объясняет теория, которая называется механикой.

📌 Физический закон — устойчивая связь между величинами, проверенная на множестве явлений. Физическая теория — объяснение закона, в которое входят явления, величины и результаты опытов.

Физика и техника

Физика и техника друг без друга не живут. Открытия физиков легли в основу станков, двигателей, генераторов, телевизоров. Мечты о ковре-самолёте и «волшебном зеркальце» сбылись: это самолёты, вертолёты, радио, телевидение, телефоны.

Работает это в обе стороны. Открыли радиоволны, изучили их свойства, и появились радиосвязь, радионавигация, радиолокация, телевидение. Развитие этих областей помогло изучать электрические явления, и пришли калькуляторы, компьютеры, сотовая связь, цифровая фотография. Так физика рождает технику, а техника помогает развиваться физике.

🌟 Многие спутники и космические корабли с космонавтами стартуют с космодрома Байконур, который находится в Казахстане. Там же создан ракетный комплекс «Байтерек», его работа основана на современных достижениях физики и техники.

👨‍👩‍👧 Родителю. Спросите, как ребёнок проверил бы любую домашнюю догадку: «почему чай остывает с блюдца быстрее?» Пусть назовёт, что наблюдает, что предполагает и какой опыт поставил бы. Так цепочка «наблюдение → гипотеза → эксперимент» запоминается навсегда.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что называется наблюдением, а что экспериментом? Чем они отличаются друг от друга, а чем похожи? Наблюдение — изучение явления в естественных условиях без вмешательства. Эксперимент — явление, которое исследователь воспроизводит сам и может менять условия. Отличие: в опыте мы вмешиваемся и управляем условиями. Сходство: и то и другое даёт факты о явлении, и в обоих случаях можно использовать приборы.
• Что называют гипотезой? Предположение, которое объясняет явление и которое нужно проверить опытом.
• Какова последовательность изучения явлений природы? Наблюдение → гипотеза → эксперимент → теоретический вывод.
• Каким образом устанавливается физический закон? Опыты повторяют на множестве похожих явлений. Если связь между величинами каждый раз получается одинаковой, её называют физическим законом.
• Где используют физические явления и законы? В технике: станки, двигатели, генераторы, телевизоры, самолёты, радио, телефоны, компьютеры, космические корабли.
• Куда исчезает лужа с асфальта? Предложите свою гипотезу. Каким опытом её подтвердить? Гипотеза: вода испаряется, превращаясь в невидимый водяной пар. Опыт: налить одинаковые лужицы на солнце и в тени (или на тёплой и холодной поверхности) и засечь, где они высохнут быстрее. Можно также накрыть лужицу стеклянной банкой: на стенках появятся капельки, значит, вода никуда не пропала, она в воздухе.

Решаем упражнения

Наблюдайте

№ 1

«Наблюдайте», задача 1. Ты едешь в поезде Алматы — Астана. За окном движется товарный поезд, и кажется, что едет именно он. Как узнать, кто на самом деле движется? Используй цепочку: наблюдение — гипотеза — эксперимент — объяснение явления — вывод.

Как думать. Мы видим, что один поезд движется относительно другого. Но кто из двух движется «по-настоящему», по этому одному взгляду сказать нельзя. Нужно третье тело, которое точно стоит на месте.

Решение.

1. Наблюдение: за окном движется товарный поезд, и нам кажется, что это он едет.
2. Гипотезы: либо едет он, либо мы, либо оба.
3. Эксперимент: смотрим на неподвижные предметы за поездом (столбы, станцию, деревья). Если они тоже «уплывают» назад, едем мы. Если нет, а товарный поезд «уезжает» от столбов, едет он. Ещё можно прислушаться: стук колёс и вибрация пола показывают, что движется наш вагон. А когда наш поезд стоит на станции, пол не вибрирует.
4. Объяснение: движение всегда определяют относительно какого-то тела отсчёта. Относительно одного тела поезд движется, относительно другого стоит.
5. Вывод: чтобы узнать, кто движется, надо сравнить положение обоих поездов с неподвижным предметом (например, с землёй).

Ответ: надо посмотреть на неподвижные объекты за окном (станцию, столбы, землю) и сравнить с ними. Если неподвижные предметы смещаются относительно нашего окна, едем мы.

Исследуйте

№ 2

«Исследуйте», задача 1. Юра Ким каждый день смотрел, как растёт бамбук, который посадил его дедушка. Его брат Ян каждый день измерял, на сколько вырос росток. Кто из них может высказать гипотезу о скорости роста бамбука? Какой ещё прибор нужен, чтобы определить скорость роста?

Как думать. Вспомни, чем наблюдение отличается от измерения. «Растёт» и «растёт на 5 см в сутки» — не одно и то же. Гипотеза о скорости должна быть с числами.

Решение.

• Юра только наблюдает: видит, что бамбук растёт, но не знает, насколько быстро. Он может сказать «бамбук растёт быстро», но это не гипотеза о скорости.
• Ян измеряет высоту каждый день. По его данным можно предположить, например: «Бамбук растёт примерно на одно и то же число сантиметров в сутки». Это гипотеза о скорости, и она подтверждается числами.
• Чтобы найти скорость, нужен прибор для измерения времени: часы или календарь. Высоту ростка Ян измеряет линейкой (или рулеткой). Скорость роста — это на сколько вырос бамбук за единицу времени, поэтому нужны и линейка, и часы.

Ответ: гипотезу о скорости роста может выдвинуть Ян, потому что у него есть измерения. Для определения скорости нужен ещё прибор для измерения времени: часы (секундомер, календарь).

🌟 Некоторые виды бамбука растут до метра в сутки. Это одни из самых быстрорастущих растений на Земле.

Объясните

№ 3

«Объясните», задача 1. Ракета стартует с космодрома Байконур. Какими физическими явлениями сопровождается её запуск?

Как думать. Вспомни «физические явления»: механические, тепловые, звуковые, световые. Пройди по запуску по порядку: от включения двигателей до выхода в космос.

Пример ответа.

• Механические: ракета движется (сначала медленно, потом всё быстрее), поднимается вверх, отделяются ступени.
• Тепловые: при горении топлива выделяется огромное количество тепла, нагревается воздух, плавится и испаряется всё, что рядом с соплом.
• Световые: яркое пламя и вспышка.
• Звуковые: оглушительный рёв двигателей, который слышен за много километров.
• Электромагнитные: связь с центром управления по радиоволнам, радиолокация (слежение).
• Явление притяжения: Земля тянет ракету вниз, и двигатели должны эту силу преодолеть.

Ответ: запуск сопровождается механическими (движение, подъём), тепловыми (горение топлива, нагревание), световыми (пламя), звуковыми (рёв), электромагнитными (радиосвязь) явлениями и притяжением Земли.

№ 4

«Объясните», задача 2. Бутылка воды долго стояла в холодильнике. Её поставили на стол, и она запотела (покрылась мелкими капельками воды). Выдвинь гипотезу, которая объясняет факт. Какими экспериментами её можно подтвердить?

Как думать. Те же рассуждения, что и с росой. Откуда на холодной бутылке мог появиться этот слой воды? Выдвини возможные источники и придумай опыт, который разделит их.

Решение.

• Гипотеза: в воздухе комнаты есть невидимый водяной пар. Соприкасаясь с холодной бутылкой, воздух остывает, и пар превращается в капельки воды.
• Конкурирующая гипотеза: вода просачивается из бутылки сквозь стенки. Её тоже можно проверить.
• Эксперименты:
  1. Взвесить сухую бутылку на кухонных весах в холодильнике и после того, как она запотела. Если вес вырос, а воды из бутылки не убыло (проверить по уровню), вода пришла из воздуха.
  2. Вытереть бутылку и ничего не менять: капельки появятся снова. Если вытирать досуха, а они снова появляются, значит, их приносит воздух.
  3. Поставить такую же холодную бутылку в сухой воздух (например, в пакет с силикагелем из упаковки обуви) или, наоборот, во влажную комнату (рядом с кипящим чайником, под присмотром взрослого). В сухом воздухе запотевает меньше, во влажном больше.
  4. Налить в бутылку тёплую воду. Бутылка не запотеет. Это значит, что дело в холоде.

Ответ: гипотеза: в воздухе есть невидимый водяной пар, который на холодной бутылке превращается в капельки воды. Подтвердить можно опытами: сравнить запотевание в сухой и во влажной комнате, сравнить холодную и тёплую бутылки, взвесить бутылку до и после появления капель.

⚠️ Опыт с кипящим чайником делай только вместе с взрослым: пар обжигает.

Анализируйте

№ 5

«Анализируйте», задача 1. Выжми немного лимонного сока в стакан с водой и размешай. Потом добавь чайную ложку пищевой соды. Какую реакцию ты наблюдаешь? Чем она характерна? Это физическое или химическое явление?

🧪 Опыт. Понадобятся: прозрачный стакан, вода, лимон, пищевая сода, ложка. Всё безопасно и съедобно, но пить смесь не надо.

Как думать. Задай себе вопрос: получилось ли новое вещество или всё осталось прежним, но поменяло вид (форму, состояние)? Если получилось новое вещество с другими свойствами, значит, явление химическое.

Решение.

1. Сок лимона содержит кислоту. Сода реагирует с кислотой.
2. После добавления соды сразу выделяется много пузырьков газа (это углекислый газ), раствор шипит и пенится.
3. Признаки реакции: выделение газа, пена. Появилось новое вещество (газ), которого в стакане не было.
4. Раз образовалось новое вещество, это химическое явление.

Ответ: наблюдается химическая реакция. Она характерна бурным выделением пузырьков газа (шипением, пеной). Образуется новое вещество, поэтому явление химическое.

№ 6

«Анализируйте», задача 2. ⭐ задача повышенной сложности. С помощью трубочки для сока выдуй на дно стакана с тёплой водой каплю растительного масла. Опиши весь процесс, начиная с выхода капли из трубочки. Как меняется форма капли при движении вверх и после всплытия? Повтори опыт с трубочками разного диаметра и опиши.

🧪 Опыт. Понадобятся: прозрачный высокий стакан, тёплая (не горячая!) вода, растительное масло, соломинки для сока разного диаметра.

Как думать. Это задача повышенной сложности, поэтому похвали себя уже за то, что взялся! Подумай о двух вещах: масло легче воды (поэтому всплывает) и капли жидкости «хотят» собраться в шарик (поверхность воды и масла стягивается).

Решение.

1. Набери в трубочку немного масла (закрой верх пальцем, как в пипетке) и опусти кончик на дно стакана. Осторожно выдави каплю.
2. Капля выходит из трубочки, быстро округляется и принимает форму шарика. Масло и вода не смешиваются, поэтому у капли чёткая граница.
3. Масло легче воды, поэтому капля поднимается вверх. Вода выталкивает её. Во время подъёма капля остаётся почти круглой, иногда слегка вытягивается в виде груши.
4. У поверхности капля останавливается. Когда она всплыла, то растекается по поверхности воды и становится плоской линзой (блинчиком). Верх её почти плоский, а нижняя часть слегка выпуклая.
5. Если трубочка тонкая, капли получаются маленькими, они круглее и всплывают медленнее. Если трубочка толстая, капли крупнее, они быстрее поднимаются и при подъёме чаще сплющиваются.
6. Вывод: форма капли зависит от того, что с ней делает вода (выталкивает вверх) и от «стремления» жидкости собраться в шарик. Чем больше капля, тем сильнее она деформируется.

Ответ: капля вырывается из трубочки круглым шариком, поднимается вверх (масло легче воды), у поверхности растекается блинчиком. Капли из тонкой трубочки меньше и круглее, из толстой больше и легче сплющиваются.

⚠️ Горячую воду не бери: обожжёшься. Хватит тёплой, как для мытья рук.

№ 7

«Анализируйте», задача 3. Возьми длинную линейку или палку. Положи на указательные пальцы правой и левой руки, держа пальцы под краями линейки. Начни сводить пальцы вместе. Объясни, что ты наблюдаешь.

🧪 Опыт. Понадобится: длинная линейка, палка или швабра.

Как думать. Подумай, какой палец давит на линейку сильнее и где при этом трение больше.

Решение.

1. Палец, который ближе к середине линейки, нагружен больше. Давление на него сильнее, а значит, и трение больше.
2. Сводя пальцы, ты увидишь, что линейка скользит сначала по одному пальцу, а другой остаётся на месте. Скользит тот, где трение меньше, то есть палец дальше от середины.
3. Когда скользящий палец подходит ближе к середине, давление на него растёт, трение тоже. В какой-то момент трение у него становится больше, и тогда останавливается он, а начинает скользить второй палец.
4. Так пальцы поочерёдно скользят и останавливаются, и в итоге встречаются точно под серединой линейки, где вес линейки распределён поровну.

Ответ: пальцы поочерёдно скользят и останавливаются и сходятся под серединой линейки. Причина: скользит тот палец, на который линейка давит слабее (там меньше трение), а ближе к середине давление и трение растут.

№ 8

«Анализируйте», задача 4. Вырежи из пенопласта небольшой кружок и положи его в широкую тарелку с водой. Опусти в воду перед ним, на расстоянии 5–10 см, кусочек мыла. Что ты наблюдаешь? Повтори опыт с кусочком сахара-рафинада. Что наблюдаешь теперь?

🧪 Опыт. Понадобятся: кусочек пенопласта (круглый), широкая плоская тарелка, вода, кусочек мыла, кусочек сахара-рафинада. Вода должна быть спокойной.

Как думать. Это опыт про то, что происходит с водой рядом с растворяющимся веществом. Мыло и сахар меняют воду по-разному, значит и кружок поведёт себя по-разному.

Решение.

1. Мыло, растворяясь, меняет свойства воды вблизи себя: поверхность воды там «тянет» слабее. С другой стороны кружка вода тянет сильнее, и кружок уплывает от мыла.
2. Сахар, растворяясь, делает воду рядом с собой более «густой». Кроме того, вокруг кусочка возникает слабое течение воды к нему. Кружок обычно приближается к сахару.
3. Если опыт получился не сразу, повтори: вода должна быть чистой и неподвижной, кусочки класть осторожно.
4. Вывод: растворяясь, разные вещества по-разному влияют на воду вокруг, а пенопластовый кружок показывает это движением.

Ответ: кружок отплывает от кусочка мыла и (обычно) приближается к кусочку сахара. Объяснение: мыло и сахар по-разному меняют воду вокруг себя, и вода «тянет» кружок то от них, то к ним.

№ 9

«Анализируйте», задача 5. Посмотри видео по QR-коду, проанализируй показанный процесс и выскажи свою гипотезу образования инея.

Как думать. Видео нам недоступно, поэтому разберём известный процесс. Иней — тонкие кристаллики льда на холодных предметах. Откуда лёд, если дождя не было? Вспомни историю с росой.

Решение.

1. Наблюдение: ясной морозной ночью поверхности (трава, ветки, провода, стёкла) покрываются белыми кристалликами льда, хотя дождя и снега не было.
2. Гипотеза: в воздухе есть водяной пар. Предметы за ночь сильно остывают. Если температура ниже нуля, пар, касаясь холодной поверхности, сразу превращается в крошечные кристаллы льда. Это и есть иней.
3. Проверка опытом: если в морозилку поставить предмет и вынести его, то в тёплой комнате появится роса. А если достаточно холодный металлический предмет подержать на влажном воздухе, на нём вырастет иней (так же, как в камере в опыте § 2).
4. Вывод: иней образуется из водяного пара воздуха на очень холодных предметах.

Ответ: иней образуется из водяного пара, который в воздухе всегда есть. На сильно охлаждённой поверхности пар превращается в кристаллики льда.

Шпаргалка

• Сначала смотрим, потом догадываемся, потом проверяем, потом делаем вывод.
• Главный судья в физике — опыт.
• Гипотеза, которую опыт опроверг, отбрасывается.
• Физика даёт технике открытия, а техника помогает физике двигаться вперёд.
• Движение определяют относительно другого тела.

Мини-тест