Экспериментальная работа по использованию электронных учебников в процессе изучения физике. Опытно-экспериментальная работа по развитию умения учащихся профессиональных училищ решать задачи по физике

)

преподаватель физики
ГАОУ НПО Профессиональное училище №3 г.Бузулук

Pedsovet.su – тысячи материалов для ежедневной работы учителя

Опытно-экспериментальная работа по развитию умения учащихся профессиональных училищ решать задачи по физике.

Решение задач является одним из основных способов развития мышления учащихся, а также закрепления их знаний. Поэтому проанализировав сложившуюся ситуацию, когда некоторые учащиеся не могли решить даже элементарную задачу, не только из-за проблем с физикой, но и с математикой. Моя задача состояла из математической стороны и физической.

В своей работе по преодолению математических затруднений учащихся я использовала опыт учителей Н.И. Одинцовой (г.Москва, Московский педагогический государственный университет) и Е.Е. Яковец(г.Москва, средняя школа №873) с коррекционными карточками. Карточки составлены по образцу карточек, используемых в курсе математики, но ориентированы на курс физики. Карточки сделаны по всем вопросам курса математики, вызывающим трудности у учащихся на уроках физики(«Перевод единиц измерения», «Использование свойств степени с целым показателем», «Выражение величины из формулы» и др.)

Коррекционные карточки имеют сходные структуры:

правило→ образец→ задание

определение, действия→ образец→ задание

действия → образец→ задание

Коррекционные карточки применяются в следующих случаях:

Для подготовки к контрольной работе и как материал для самостоятельных занятий.

Учащиеся на уроке или дополнительном занятии по физике перед контрольной работой, зная свои пробелы по математике, могут получить конкретную карточку по слабо усвоенному математическому вопросу, позаниматься и устранить пробел.

Для работы над математическими ошибками, допущенными в контрольной.

После проверки контрольной работы педагог анализирует математические затруднения учащихся и обращает их внимание на допущенные ошибки, которые они ликвидируют на уроке либо на дополнительном занятии.

Для работы с учащимися по подготовке к ЕГЭ и различным олимпиадам.

При изучении очередного физического закона, и в конце изучения небольшой главы или раздела предлагаю учащимся первый раз совместно, а затем самостоятельно(домашнее задание) заполнить таблицу№2. При этом даю пояснение, что такие таблицы помогут нам при решении задач.

Таблица № 2

Наименование

физической величины

С этой целью на первом уроке по решению задач показываю учащимся на конкретном примере как пользоваться этой таблицей. И предлагаю алгоритм решения элементарных физических задач.

Установить, какая величина неизвестна в задаче.

Пользуясь таблице №1, выяснить обозначение, единицы измерения величины, а также математический закон, связывающий неизвестную величину и заданные в задаче величины.

Проверить полноту данных, необходимых для решения задачи. При их недостатке, использовать соответствующие значения из справочной таблицы.

Оформить краткую запись, аналитическое решение и численный ответ задачи в общепринятых обозначениях.

Обращаю внимание учащихся, что алгоритм достаточно прост и универсален. Он может применяться к решению элементарной задачи практически из любого раздела школьной физики. Позднее элементарные задачи будут входить как вспомогательные в задачи более высокого уровня.

Таких алгоритмов решения задач по конкретным темам достаточно много, но запомнить их все практически невозможно, поэтому целесообразнее научить учащихся не методам решения отдельных задач, а методу поиска их решения.

Процесс решения задачи заключается в постепенном соотнесении условия задачи с её требованием. Начиная изучать физику, учащиеся не имеют опыта решения физических задач, но некоторые элементы процесса решения задач по математике могут быть перенесены на решение задач по физике. Процесс обучения учащихся умению решать физические задачи основывается на сознательном формировании у них знаний о средствах решения.

С этой целью на первом уроке по решению задач следует познакомить учащихся с физической задачей: представить им условие задачи как конкретную сюжетную ситуацию, в которой происходит некоторое физическое явление.

Разумеется, что процесс формирования у учащихся умения самостоятельно решать задачи начинается с выработки у них умения выполнять простейшие операции. В первую очередь учащихся следует научить правильно и полно записывать краткую запись («Дано»). Для этого им предлагается выделить из текста нескольких задач структурные элементы явления: материальный объект, его начальное и конечное состояния, воздействующий объект и условия их взаимодействия. По этой схеме сначала учитель, а затем каждый из учеников самостоятельно анализируют условия полученных задач.

Проиллюстрируем сказанное примерами анализа условия следующих физических задач (таблица№3):

Эбонитовый шарик, заряженный отрицательно, подвешен на шёлковой нити. Изменится ли сила её натяжения, если второй такой же, но положительно заряженный шарик поместить в точке подвеса?

Если заряженный проводник покрыт пылью, то он быстро теряет свой заряд. Почему?

Между двумя пластинами, расположенными горизонтально в вакууме на расстояние 4,8 мм друг от друга, находятся в равновесии отрицательно заряженная капелька масла массой 10 нг. Сколько «избыточных» электронов имеет капля, если на пластины подано напряжение 1кВ?

Таблица № 3

Структурные элементы явления

Безошибочное нахождение структурных элементов явления в тексте задачи всеми учащимися (после анализа 5-6 задач) позволяет перейти к следующей части урока, имеющей целью усвоение учащимися последовательности выполнения операций. Таким образом, в общей сложности учащиеся анализируют около 14 задач (не доводя решения до конца), что оказывается достаточным для обучения выполнению действия «выделение структурных элементов явления».

Таблица №4

Карточка – предписание

Задание: выразите структурные элементы явления в

физических понятиях и величинах

Ориентировочные признаки

Замените указанный в задаче материальный объект соответствующим идеализированным объектом Выразите характеристики начального объекта с помощью физических величин. Замените указанный в задаче воздействующий объект соответствующим идеализированным объектом. Выразите характеристики воздействующего объекта с помощью физических величин. Выразите характеристики условий взаимодействия с помощью физических величин. Выразите характеристики конечного состояния материального объекта с помощью физических величин.

Далее учащиеся обучаются выражению структурных элементов рассматриваемого явления и их характеристик на языке физической науки, что чрезвычайно важно, поскольку все физические законы сформулированы для определённых моделей, и для реального явления, описанного в задаче, должна быть построена соответствующая модель. Например: «маленький заряженный шарик» - точечный заряд; «тонкая нить» - пренебрежимо мала масса нити; «шёлковая нить» - нет утёчки заряда и т.п.

Процесс формирования этого действия аналогичен предыдущему: сначала преподаватель в беседе с учащимися показывает на 2-3 примерах, как нужно его выполнять, затем учащиеся производят операции самостоятельно.

Действие «составление плана решения задачи» формируется у учащихся сразу, так как составляющие операции уже известны учащимся и освоены ими. После показа образца выполнения действия каждому учащемуся для самостоятельной работы выдаётся карточка – предписание «Составление плана решения задачи». Формирование этого действия проводится до тех пор, пока оно не будет выполняться безошибочно всеми учащимися.

Таблица №5

Карточка – предписание

«Составление плана решения задачи»

Выполняемые операции

Определите, какие характеристики материального объекта изменились в результате взаимодействия. Выясните причину, обусловливающую данное изменение состояния объекта. Запишите причинно-следственную связь между воздействием при данных условиях и изменением состояния объекта в виде уравнения. Выразите каждый член уравнения через физические величины, характеризующие состояния объекта и условия взаимодействия. Выделите искомую физическую величину. Выразите искомую физическую величину через другие известные.

Четвёртый и пятый этапы решения задач проводятся традиционно. После освоения всех действий, составляющих содержание метода поиска решения физической задачи, полный их перечень выписывается на карточку, которая служит учащимся ориентиром при самостоятельном решении задач в течение нескольких уроков.

Для меня этот метод ценен тем, что усвоенный учащимися при изучении одного из разделов физики (когда он становится стилем мышления), успешно применяется при решении задач любого раздела.

В ходе эксперимента возникла необходимость напечатать алгоритмы решения задач на отдельных листах для работы учащимися не только на уроке и после урока, но и дома. В результате работы по развитию предметной компетентности по решению задач была скомплектована папка дидактический материал для решения задач, которым мог воспользоваться любой учащийся. Затем совместно с учащимися было сделано несколько копий таких папок, на каждый стол.

Использование индивидуального подхода помогало формировать у учащихся важнейших компонентов учебной деятельности - самооценки и самоконтроля. Правильность хода решения задачи проверялась учителем и учащимися - консультантами, а затем всё больше учащихся все чаще стали помогать друг другу, непроизвольно втягиваясь в процесс решения задач.

Описание работы: Эта статья может быть полезна учителям физики, работающим в 7-9 классах по программам различных авторов. В ней приведены примеры домашних опытов и экспериментов, проводимых с помощью детских игрушек, а также качественные и экспериментальные задачи, в том числе и с решениями, распределенные по классам обучения. Материалом данной статьи могут воспользоваться и сами обучающиеся 7-9 классов, имеющие повышенный познавательный интерес и желание к проведению самостоятельных исследований в домашних условиях.

Введение. При обучении физике, как известно, большое значение имеет демонстрационный и лабораторный эксперимент, яркий и впечатляющий, он воздействует на чувства детей, возбуждает интерес к изучаемому. Для создания интереса к урокам физики, особенно в младших классах, можно, например, демонстрировать на уроках детские игрушки, которые часто проще в обращении и эффективнее, чем демонстрационное и лабораторное оборудование. Использование детских игрушек приносит большую пользу, т.к. они позволяют очень наглядно, на знакомых с детства объектах демонстрировать не только те или иные физические явления, но и проявление физических законов в окружающем мире и их применение.

При изучении некоторых тем игрушки будут почти единственными наглядными пособиями. Методика применения игрушек на уроках физике подчиняется требованиям, предъявляемым к различным видам школьного эксперимента:

1. Игрушка должна быть красочной, но без ненужных для опыта деталей. Все второстепенные детали, не имеющие принципиального значения в данном опыте, не должны отвлекать внимания учащихся и потому их либо нужно закрыть, либо сделать менее заметными.

2. Игрушка должна быть знакомой учащимся, т.к. повышенный интерес к конструкции игрушки может заслонить суть самой демонстрации.

3. Следует заботиться о наглядности и выразительности опытов. Для этого нужно выбирать игрушки наиболее просто и наглядно демонстрирующие данное явление.

4. Опыт должен быть убедительным, не содержать не относящихся к данному вопросу явлений и не давать повода к неправильному толкованию.

Игрушки могут быть использованы при проведении любого этапа учебного занятия: при объяснении нового материала, при фронтальном эксперименте, решении задач и закреплении материала, но наиболее целесообразным, на мой взгляд, является использование игрушек в домашних экспериментах, самостоятельных исследовательских работах. Применение игрушек помогает увеличить количество домашних опытов и исследовательских работ, что несомненно способствует выработке экспериментальных навыков и создает условия для творческой работы над изучаемым материалом, при котором главное усилие направлено не на запоминание того, что написано в учебнике, а на постановку эксперимента и обдумывание его результата. Опыты с игрушками будут для учащихся одновременно и учёбой и игрой, причём такой игрой, которая непременно требует усилия мысли.

1.Пояснительная записка.

Обучение физике в старшей школе строится на базе курса физики основной школы при условии дифференциации. Содержание образования должно способствовать осуществлению разноуровневого подхода. Лицей № 44 нацелен на оптимальное развитие творческих способностей учащихся, проявляющих особый интерес в области физики; этот уровень преподавания осуществляется в классах с углубленным изучением физики.

Объектами изучения в курсе физики на доступном для учащихся уровне наряду с фундаментальными физическими понятиями и законами должны быть эксперимент как метод познания, метод построения моделей и метод их теоретического анализа. Выпускники лицея должны понимать, в чем суть моделей природных объектов (процессов) и гипотез, как делаются теоретические выводы, как экспериментально проверять модели, гипотезы и теоретические выводы.

В лицее количество часов по физике в углубленных классах не соответствует новому статусу физико-математического лицея: в 9 классах – 2 часа. В связи с этим предлагается уроки технологии в 9 классе (1 час в неделю с делением на две группы) заменить на практическую экспериментальную физику дополнительно к основным урокам по сетке часов.

Цель курса - предоставление учащимся возможности удовлетворить индивидуальный интерес к изучению практических приложений физики в процессе познавательной и творческой деятельности при проведении самостоятельных экспериментов и исследований.

Основная задача курса - помощь учащимся в обоснованном выборе профиля дальнейшего обучения.

Программа состоит из следующих частей: а) погрешности; б) лабораторные работы; в) экспериментальные работы; г) экспериментальные задачи; д) тестирование.

На элективных занятиях школьники на практике познакомятся с теми видами деятельности, которые являются ведущими во многих инженерных и технических профессиях, связанных с практическим применением физики. Опыт самостоятельного выполнения сначала простых физических экспериментов, затем заданий исследовательского и конструкторского типа позволит либо убедиться в правильности предварительного выбора, либо изменить свой выбор и попробовать себя в каком-то ином направлении.

При этом теоретические занятия целесообразны лишь на первом этапе при формировании группы и определении интересов и способностей учащихся.

Основными формами занятий должны стать практические работы учащихся в физической лаборатории и выполнение простых экспериментальных заданий в домашних условиях.

На практических занятиях при выполнении лабораторных работ учащиеся смогут приобрести навыки планирования физического эксперимента в соответствии с поставленной задачей, научатся выбирать рациональный метод измерений, выполнять эксперимент и обрабатывать его результаты. Выполнение практических и экспериментальных заданий позволит применить приобретенные навыки в нестандартной обстановке, стать компетентными во многих практических вопросах.

Все виды практических заданий рассчитаны на использование типового оборудования кабинета физики и могут выполняться в форме лабораторных работ или в качестве экспериментальных заданий по выбору.

Элективный курс направлен на воспитание у школьников уверенности в своих силах и умение использовать разнообразные приборы и устройства бытовой техники в повседневной жизни, а также на развитие интереса к внимательному рассмотрению привычных явлений, предметов. Желание понять, разобраться в сущности явлений, в устройстве вещей, которые служат человеку всю жизнь, неминуемо потребует дополнительных знаний, подтолкнет к самообразованию, заставит наблюдать, думать, читать, изобретать.

Методы измерения физических величин (2 часа).

Основные и производные физические величины и их измерения. Единицы и эталоны величин. Абсолютные и относительные погрешности прямых измерений. Измерительные приборы, инструменты, меры. Инструментальные погрешности и погрешности отсчета. Классы точности приборов. Границы систематических погрешностей и способы их оценки. Случайные погрешности измерений и оценка их границ.

Этапы планирования и выполнения эксперимента. Меры предосторожности при проведении эксперимента. Учет влияния измерительных приборов на исследуемый процесс. Выбор метода измерений и измерительных приборов.

Способы контроля результатов измерений. Запись результатов измерений. Таблицы и графики. Обработка результатов измерений. Обсуждение и представление полученных результатов.

Лабораторные работы (16 часов).

1. Расчет погрешностей измерений физических величин.
2. Изучение равноускоренного движения.
3. Определение ускорения тела при равноускоренном движении.
4. Измерение массы тела.
5. Изучение второго закона Ньютона.
6. Определение жесткости пружины.
7. Определение коэффициента трения скольжения.
8. Изучение движения тела, брошенного горизонтально.
9. Изучение движения тела по окружности под действием нескольких сил.
10. Выяснение условий равновесия тел под действием нескольких сил.
11. Определение центра тяжести плоской пластины.
12. Изучение закона сохранения импульса.
13. Измерение КПД наклонной плоскости.
14. Сравнение произведенной работы с изменением энергии тела.
15. Изучение закона сохранения энергии.
16. Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника.

Экспериментальные работы (4 часа).

1. Расчет средней и мгновенной скорости.
2. Измерение скорости внизу наклонной плоскости.
3. Расчет и измерение скорости шара, скатывающегося по наклонному желобу.
4. Изучение колебаний пружинного маятника.

Экспериментальные задачи(10 часов).

1. Решение экспериментальных задач 7 класса (2 часа).
2. Решение экспериментальных задач 8 класса (2 часа).
3. Решение экспериментальных задач 9 класса (2 часа).
4. Решение экспериментальных задач при помощи компьютера (4 часа).

Тестированное задание (1 час).

Обобщающее занятие (1 час).

3.Аттестация учащихся.

Особенностям элективных занятий наиболее соответствует зачетная форма оценки достижений учащихся. Зачет по выполненной лабораторной работе целесообразно выставлять по представленному письменному отчету, в котором кратко описаны условия эксперимента. В систематизированном виде представлены результаты измерений и сделаны выводы.

По результатам выполнения творческих экспериментальных заданий, кроме письменных отчетов, полезно практиковать сообщения на общем занятии группы с демонстрацией выполненных экспериментов, изготовленных приборов. Для проведения общих итогов занятий всей группы возможно проведение конкурса творческих работ. На этом конкурсе учащиеся смогут не только продемонстрировать экспериментальную установку в действие, но и рассказать о ее оригинальности и возможностях. Здесь особенно важно оформить свой доклад графиками, таблицами, кратко и эмоционально рассказать о самом главном. В этом случае появляется возможность увидеть и оценить свой труд и себя на фоне других интересных работ и таких же увлеченных людей.

Итоговый зачет учеником по всему элективному курсу можно выставлять, например, по таким критериям: выполнение не менее половины лабораторных работ; выполнение не менее одного экспериментального задания исследовательского или конструкторского типа; активное участие в подготовке и проведении семинаров, дискуссий, конкурсов.

Предлагаемые критерии оценки достижения учащихся могут служить лишь ориентиром, но не являются обязательными. На основе своего опыта учитель может устанавливать иные критерии.

4. Литература:

1. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе./Под ред. А. А. Покров
   ского. Ч. 1.- М.:Просвещение,1978.
2. Методика преподавания физики в 7-11 классах средней школы./Под редакцией В.П.
   Орехова и А.В. Усовой. - М.:Просвещение,1999.
3. Мартынов И.М., Хозяинова Э.Н. Дидактический материал по физике. 9 класс. - М.:
   Просвещение,1995.
4. В.А.Буров, А.И.Иванов, В.И.Свиридов. Фронтальные экспериментальные задания по
   физике.9 класс.– М: Просвещение.1988.
5. Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. Сборник задач по физике для 9 – 11 классов. – М.: Про
   свещение, 2000.
6. Степанова Г.Н. Сборник задач по физике: Для 9-11 классов общеобразовательных уч
   реждений. - М.: Просвещение,1998.
7. Городецкий Д.Н., Пеньков И.А. Проверочные работы по физике. – Минск “Вышэйш
   школа”, 1987
8. В.А.Буров,С.Ф.Кабанов, В.И.Свиридов. “Фронтальные экспериментальные задания по
   физике”. – М: Просвещение.1988
9. Кикоин И.К.,Кикоин А.К.Физика: Учебник для 10 классов – М.: Просвещение, 2003

ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ПО ФИЗИКЕ В 9 В КЛАССЕ

Элективный курс: “Практическая и экспериментальная физика”

(углубленное изучение - 34 часа)

Ступень – третья

Уровень – углубленный

№	Вид урока	Часы	Содержание урока	Д/з
1	Лекция	1ч	Техника безопасности.	Конспект
2	Лекция	1ч	Погрешности измерений физических величин.	Конспект
3	Лабораторная работа № 1	1ч	Расчет погрешностей измерений физических величин	Закончить расчеты
4		1ч		задачи
5	Экспериментальная работа	1ч	Расчет средней и мгновенной скорости	Закончить расчеты
6	Лабораторная работа № 2	1ч	Изучение равноускоренного движения	Закончить расчеты
7	Лабораторная работа № 3.	1ч.	Определение ускорения тела при равноускоренном движении.	Закончить расчеты
8	Экспериментальная работа	1ч.	Измерение скорости внизу наклонной плоскости.	Закончить расчеты
9	Лабораторная работа № 4	1ч	Измерение массы тел	Закончить расчеты
10	Лабораторная работа № 5	1ч	Изучение второго закона Ньютона	Закончить расчеты
11	Лабораторная работа № 6	1ч.	Определение жесткости пружины.	Закончить расчеты
12	Лабораторная работа № 7	1ч.	Определение коэффициента трения скольжения.	Закончить расчеты
13	Лабораторная работа № 8	1ч.	Изучение движения тела, брошенного горизонтально.	Закончить расчеты
14	Лабораторная работа № 9	1ч.	Изучение движения тела по окружности под действием нескольких сил”.	Закончить расчеты
15	Решение экспериментальных задач	1ч	Решение экспериментальных задач 7 класса	задачи
16	Лабораторная работа № 10	1ч.	Выяснение условий равновесия тел под действием нескольких сил.	Закончить расчеты
17	Лабораторная работа № 11	1ч.	Определение центра тяжести плоской пластины.	Закончить расчеты
18	Решение экспериментальных задач	1ч		задачи
19	Решение экспериментальных задач	1ч	Решение экспериментальных задач 8 класса	задачи
20	Лабораторная работа № 12	1ч	Изучение закона сохранения импульса	Закончить расчеты
21	Лабораторная работа № 13	1ч	Измерение КПД наклонной плоскости	Закончить расчеты
22	Лабораторная работа №14	1ч.	Сравнение произведенной работы с изменением энергии тела”	Закончить расчеты
23	Лабораторная работа № 15	1ч	Изучение закона сохранения энергии	Закончить расчеты
24	Экспериментальная работа	1ч	Расчет и измерение скорости шара, скатывающегося по наклонному желобу	Закончить расчеты
25	Решение экспериментальных задач	1ч		Задачи
26	Решение экспериментальных задач	1ч	Решение экспериментальных задач 9 класса	задачи
27	Экспериментальная работа	1ч	Изучение колебаний пружинного маятника	Закончить расчеты
28	Лабораторная работа № 16	1ч	Измерение ускорения свободного падания с помощью маятника	Закончить расчеты
29		1ч	Решение экспериментальных задач 9 класса	Закончить расчеты
30	Решение экспериментальных задач с помощью компьютера	1ч	Решение экспериментальных задач с помощью компьютера	Закончить расчеты
31	Решение экспериментальных задач с помощью компьютера	1ч	Решение экспериментальных задач с помощью компьютера	Закончить расчеты
32	Решение экспериментальных задач с помощью компьютера	1ч	Решение экспериментальных задач с помощью компьютера	Закончить расчеты
33	Тестированное задание	1ч	Тест
34	Обобщающее занятие	1ч	Подведение итогов и задачи на следующий год

ЛИТЕРАТУРА:

1. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе./Под ред. А. А. Покровского. Ч. 1.- М.:Просвещение,1978.
2. Методика преподавания физики в 7-11 классах средней школы./Под редакцией В.П. Орехова и А.В. Усовой. - М.:Просвещение,1999.
3. Енохович А.С. Справочник по физике. - М.: Просвещение, 1978.
4. Мартынов И.М., Хозяинова Э.Н. Дидактический материал по физике. 9 класс. - М.: Просвещение,1995.
5. Скрелин Л.И. Дидактический материал по физике. 9 класс. – М.: Просвещение, 1998.
6. Хрестоматия по физике /Под ред. Б.И. Спасского. – М.: Просвещение, 1982.
7. Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. Сборник задач по физике для 9 – 11 классов. – М.: Просвещение, 2000.
8. Степанова Г.Н. Сборник задач по физике: Для 9-11 классов общеобразовательных учреждений. - М.: Просвещение,1998.
9. Городецкий Д.Н., Пеньков И.А. Проверочные работы по физике. – Минск “Вышэйшая школа”, 1987.

Приложение 1

Урок № 1: “Измерение физических величин и оценка погрешностей измерения”.

Цели урока: 1. Познакомить учащихся с математической обработкой результатов измерения и научить представлять экспериментальные данные;

2. Развитие вычислительных способностей, памяти и внимания.

Ход урока

Результаты любого физического эксперимента необходимо уметь проанализировать. Это значит, что в лаборатории необходимо научиться не только измерять различные физические величины, но и проверять и находить связь между ними, сопоставлять результаты эксперимента с выводами теории.

Но что значит измерить физическую величину? Как быть, если искомую величину нельзя измерить непосредственно и ее значение находится по значению других величин?

Под измерением понимают сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу измерения.

Измерение подразделяют на прямые и косвенные.

При прямых измерениях определяемую величину сравнивают с единицей измерения непосредственно или при помощи измерительного прибора, проградуированного в соответствующих единицах.

При косвенных измерениях искомая величина определяется (вычисляется) из результатов прямых измерений других величин, которые связаны с измеряемой величиной определенной функциональной зависимостью.

При измерении любой физической величины обычно приходится выполнять три последовательные операции:

1. Выбор, проверку и установку приборов;
2. Наблюдение показаний приборов и отсчет;
3. Нычисление искомой величины из результатов измерений, проведение оценки погрешностей.

Погрешности результатов измерений.

Истинное значение физической величины обычно абсолютно точно определить невозможно. Каждое измерение дает значение определяемой величины х с некоторой погрешностью?х. Это значит, что истинное значение лежит в интервале

х изм - dх < х ист < х изм + dх, (1)

где х изм - значение величины х, полученная при измерении; ?х характеризует точность измерения х. Величину?х называют абсолютной погрешностью, с которой определяется х.

Все погрешности подразделяют на систематические, случайные и промахи(ошибки). Причина возникновения погрешностей самые разнообразные. Понять возможные причины погрешностей и свести их к минимуму - это и означает грамотно поставить эксперимент. Ясно, что это непростая задача.

Систематической называют такую погрешность, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной о той же величины.

Такие погрешности возникают в результате конструктивных особенностей измерительных приборов, неточности метода исследования, каких-либо упущений экспериментатора, а также при применении для вычислений неточных формул, округленных констант.

Измерительным прибором называют такое устройство, с помощью которого осуществляется сравнение измеряемой величины с единицей измерения.

В любом приборе заложена та или иная систематическая погрешность, которую невозможно устранить, но порядок которой можно учесть.

Систематические погрешности либо увеличивают, либо уменьшают результаты измерений, то есть эти погрешности характеризуются постоянством знака.

Случайные погрешности-ошибки, появление которых не может быть предупреждено.

Поэтому они могут оказать определенное влияние на отдельное измерение, но при многократных измерениях они подчиняются статистическим законам и их влияние на результаты измерений можно учесть или значительно уменьшить.

Промахи и грубые погрешности - чрезмерно большие ошибки, явно искажающие результат измерения.

Этот класс погрешностей вызван чаще всего неправильными действиями наблюдателя. Измерения, содержащие промахи и грубые погрешности, следует отбрасывать.

Измерения могут быть проведены с точки зрения их точности техническим и лабораторным методами.

В этом случае удовлетворяются такой точностью, при которой погрешность не превышает некоторого определенного, наперед заданного значения, определяемого погрешностью примененной измерительной аппаратуры.

При лабораторных методах измерений требуется более точно указать значение измеряемой величины, чем это допускает однократное ее измерение техническим методом.

Тогда делают несколько измерений и вычисляют среднее арифметическое полученных значений, которое принимают за наиболее достоверное значение измеряемой величины. Затем производят оценку точности результата измерения (учет случайных погрешностей).

Из возможности проведения измерений двумя методами вытекает и существование двух методов оценки точности измерений: технического и лабораторного.

Классы точности приборов.

Для характеристики большинства измерительных приборов часто используют понятие приведенной погрешности Е п (класса точности).

Приведенная погрешность это отношение абсолютной погрешности ?х к предельному значению х пр измеряемой величины (то есть наибольшему ее значению, которое может быть измерено по шкале приборов).

Приведенная погрешность, являясь по существу относительной погрешностью, выражается в процентах:

Е п = /dх/ х пр /*100%

По приведенной погрешности приборы разделяют на семь классов: 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4.

Приборы класса точности 0,1; 0,2; 0,5 применяют для точных лабораторных измерений и называют прецизионными.

В технике применяют приборы классов 1, 0; 1,5; 2,5 и 4 (технические). Класс точности прибора указывают на шкале прибора. Если на шкале такого обозначения нет, но данный прибор внеклассный, то есть его приведенная погрешность более 4%. В тех случаях, когда на приборе класс точности не указан, абсолютная погрешность принимается равной половине цены наименьшего деления.

Так, при измерении линейкой, наименьшее деление которой 1 мм, допускается ошибка до 0,5 мм. Для приборов, оснащенных нониусом, за приборную погрешность принимают погрешность, определяемую нониусом (для штангенциркуля-0,1 мм или 0,05 мм; для микрометра-0,01 мм).

Приложение 2

Лабораторная работа: “Измерение КПД наклонной плоскости”.

Оборудование: деревянная доска, деревянный брусок, штатив, динамометр, линейка измерительная.

Задание.Исследуйте зависимость КПД наклонной плоскости и выигрыш в силе, получаемого с ее помощью от угла наклона плоскости к горизонту.

КПД любого простого механизма равен отношению полезной работы А пол, к совершенной работе А сов и выражается в процентах:

n = А пол / А сов *100% (1).

При отсутствии трения КПД простого механизма, в том числе и наклонной плоскости, равен единице. В этом случае совершенная работа А сов силы F т, приложенной к телу и направленной вверх вдоль наклонной плоскости, равна полезной работе А пол.

А пол = А сов.

Обозначив путь, пройденный телом вдоль наклонной плоскости буквой S , высоту подъема? , получим F*S=hgm.

При этом выигрыш в силе будет равен: к = gm/F=l/h.

В реальных условиях действие силы трения снижает КПД наклонной плоскости и уменьшает выигрыш в силе.

Для определения КПД наклонной плоскости выигрыша в силе, полученного с ее помощью, следует использовать выражение:

n = hgm/ F т l*100% (2), к= gm/F т (3).

Целью работы является измерить КПД наклонной плоскости и выигрыш в силе при разных углах? ее наклона к горизонту и объяснить полученный результат.

Порядок выполнения работы.

1. Соберите установку по рис1. Измерьте высоту? и длину l наклонной плоскости (рис.2).

2. Вычислите максимально возможное значение выигрыша в силе, получаемое при заданном наклоне плоскости (a=30).

3. Положите брусок на наклонную плоскость. Прикрепив к нему динамометр, равномерно тяните его вверх вдоль наклонной плоскости. Измерьте силу тяги F т.

4. Измерьте с помощью динамометра силу тяжести mg бруска и найдите экспериментальное значение выигрыша в силе, полученного с помощью наклонной плоскости: к= gm/F т.

5. Вычислите КПД наклонной плоскости при заданном угле ее наклона

n = hgm/ F т l*100%

6. Повторите измерения при других углах наклона плоскости: a 2 =45?, a 3 =60 ?.

7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

№	a	m, кг	h, м	l, м	F , Н	к	n ,%
1	30
2	45
3	60

8. Дополнительное задание

Полученную теоретическую зависимость n(a) и к(a) сравните с результатами эксперимента.

Контрольные вопросы.

1. С какой целью применяют наклонную плоскость?
2. Каким образом можно увеличить КПД наклонной плоскости?
3. Каким образом можно увеличить выигрыш в силе, полученный с помощью наклонной плоскости?
4. Зависит ли КПД наклонной плоскости от массы груза?
5. Объясните качественно зависимость КПД наклонной плоскости и выигрыша в силе, получаемого с ее помощью, от угла наклона плоскости.

Приложение 3

Перечнь эксперементальных заданий для 7 класса

1. Измерение размеров бруска.
2. Измерение объема жидкости при помощи мензурки.
3. Измерение плотности жидкости.
4. Измерение плотности твердого тела.

Все работы проводятся с расчетом погрешностей и проверкой

размерностей.

1. Измерение веса тела при помощи рычага.
2. Вычисления выигрыша в силе инструментов, в которых применен (ножницы, кусачки, плоскогубцы)
3. Наблюдение зависимости кинетической энергии тела от его скорости и массы.
4. Выяснить от чего зависит сила трения экспериментально.

Перечень экспериментальных заданий для 8 класса

1. Наблюдение действий электрического тока (теплового, химичеcкого, магнитного и по возможности физиологического).
2. Расчет характеристик смешанного соединения проводников.
3. Определение удельного сопротивления проводника с оценкой погрешностей.
4. Наблюдение явления электромагнитной индукции.

1. Наблюдение поглощения энергии при плавлении льда.
2. Наблюдение выделения энергии при кристаллизации гипосульфита.
3. Наблюдение поглощения энергии при испарении жидкостей.
4. Наблюдение зависимости скорости испарения жидкости от рода жидкости, площади ее свободной поверхности, температуры и скорости удаления паров.
5. Определение влажности воздуха в кабинете.

Перечень экспериментальных работ 9 класса

1. 1.Измерение модулей угловой и линейной скоростей тела при равномерном движении по окружности.
2. 2.Измерение модуля центростремительного ускорения тела при равномерном движении по окружности.
3. 3.Наблюдение зависимости модулей сил натяжения нитей от угла между ними при постоянной равнодействующей силе.
4. 4.Изучение третьего закона Ньютона.

1. Наблюдение изменения модуля веса тела, движущегося с ускорением.
2. Выяснение условий равновесия тела, имеющего ось вращения, при действии на него сил.
3. Изучение закона сохранения импульса при упругом соударении тел.
4. Измерение КПД подвижного блока.

Приложение 4

Экспериментальные задания

Измерение размеров бруска

Приборы и материалы (рис. 2): 1) линейка измерительная, 2) брусок деревянный.

Порядок выполнения работы:

• Вычислите цену деления шкалы линейки.
• Укажите предел этой шкалы.
• Измерьте линейкой длину, ширину, высоту бруска.
• Результаты всех измерений запишите в тетрадь.

Измерение объема жидкости при помощи мензурки

Приборы и материалы (рис. 3):

• цилиндр измерительный (мензурка),
• стакан с водой.

Порядок выполнения работы

1. Вычислите цену деления шкалы мензурки.
2. Зарисуйте в тетради часть шкалы мензурки и сделайте запись, поясняющую порядок вычисления цены деления шкалы.
3. Укажите предел этой шкалы.
4. Измерьте объем воды в стакане при помощи мензурки. " "
5. Результат измерения запишите в тетрадь.
6. Вылейте воду обратно в стакан.

Налейте в мензурку, например, 20 мл воды. После проверки учителем долейте в нее еще воды, доведя уровень до деления, например, 50 мл. Сколько воды было долито в мензурку

Измерение плотности жидкости

Приборы и материалы (рис. 14): 1) весы учебные, 2) гири, 3) цилиндр измерительный (мензурка), 4) стакан с водой.

Порядок выполнения работы

1. Запишите:цену деления шкалы мензурки; верхний предел шкалы мензурки.
2. Измерьте массу стакана с водой при помощи весов.
3. Перелейте воду из стакана в мензурку и измерьте массу пустого стакана.
4. Вычислите массу воды в мензурке.
5. Измерьте объем воды в мензурке.
6. Вычислите плотность воды.

Вычисление массы тела по его плотности и объему

Приборы и материалы (рис. 15): 1) весы учебные, 2) гири, 3) цилиндр измерительный (мензурка) с водой, 4)тело неправильной формы на нити, 5)таблица плотностей.

Порядок выполнения работы (Рис. 15)

1. Измерьте объем тела при помощи мензурки.
2. Вычислите массу тела.
3. Проверьте результат вычисления массы тела при помощи весов.
4. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

Вычисление объема тела по его плотности и массе

Приборы и материалы (рис. 15): 1) весы учебные, 2) гири, 3) цилиндр измерительный (мензурка) с водой, 4) тело неправильной формы на нити, б) таблица плотностей.

Порядок выполнения работы

1. Запишите вещество, из которого состоит тело неправильной формы.
2. Найдите в таблице значение плотности этого вещества.
3. Измерьте массу тела при помощи весов.
4. Вычислите объем тела.
5. Проверьте результат вычисления объема тела при помощи мензурки.
6. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

Изучение зависимости силы трения скольжения от рода трущихся поверхностей

Приборы и материалы (рис. 23): 1) динамометр, 2) трибометр 3) грузы с двумя крючками -2 шт., 4) лист бумаги, 5) лист наждачной бумаги.

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений:

2.Вычислите цену деления шкалы динамометра.
3.Измерьте силу трения скольжения бруска с двумя грузами:

4. Результаты измерений запишите в таблицу.

5. Ответьте на вопросы:

1. Зависит ли сила трения скольжения:
   а) от рода трущихся поверхностей?
   б) от шероховатости трущихся поверхностей?
2. Какими способами можно увеличить и уменьшить силу трения скольжения?(рис. 24):
   1) динамометр, 2) трибометр.

Изучение зависимости силы трения скольжения от силы давления и независимости от площади трущихся поверхностей

Приборы и материалы: 1) динамометр,2) трибометр;3) грузы с сдвумя крючками - 2 шт.

Порядок выполнения работы

1. Вычислите цену деления шкалы динамометра.
2. Положите на линейку трибометра брусок большой гранью, а на него - груз и измерьте силу трения скольжения бруска по линейке (рис. 24, а).
3. Положите на брусок второй груз и снова измерьте силу трения скольжения бруска по линейке (рис. 24, б).
4. Положите на линейку брусок меньшей гранью, поставьте на него опять два груза и снова измерьте силу трения скольжения бруска по линейке (рис. 24, в)
5. 5. Ответьте на вопрос: зависит ли сила трения скольжения:
   а) от силы давления, и если зависит, то как?
   б) от площади трущихся поверхностей при постоянной силе давления?

Измерение веса тела при помощи рычага

Приборы и материалы: 1) рычаг-линейка, 2) линейка измерительная, 3) динамометр, 4) грузе двумя крючками, 5) цилиндр металлический, 6) штатив.

Порядок выполнения работы

1. Подвесьте рычаг на оси, закрепленной в муфте штатива. Вращая гайки на концах рычага, установите его в горизонтальное положение.
2. Подвесьте к левой части рычага металлический цилиндр, а к правой - груз, предварительно измерив динамометром его вес. Опытным путем добейтесь равновесия рычага с грузом.
3. Измерьте плечи сил, действующих на рычаг.
4. Используя правило равновесия рычага, вычислите вес металлического цилиндра.
5. Измерьте вес металлического цилиндра при помощи динамометра и полученный результат сравните с расчетным.
6. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
7. Ответьте на вопросы: изменится ли результат опыта, если:

• рычаг уравновесить при другой длине плеч сил, действующих на него?
• цилиндр подвесить к правой части рычага, а уравновешивающий груз - к левой?

Вычисление выигрыша в силе инструментов, в которых применен рычаг

"Приборы и материалы (рис. 45): 1) ножницы, 2) кусачки, 3) плоскогубцы, 4) линейка измерительная.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с устройством предложенного вам инструмента, в котором применен рычаг: найдите ось вращения, точки приложения сил.
2. Измерьте плечи сил.
3. Вычислите примерно, в каких пределах может изменяться вы-
   игрыш в силе при пользовании данным инструментом.
4. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
5. Ответьте на вопросы:

• Как нужно располагать разрезаемый материал в ножницах, чтобы получить наибольший выигрыш в силе?
• Как нужно держать кусачки в руке, чтобы получить наибольший выигрыш в силе?

Наблюдение зависимости кинетической энергии тела от его скорости и массы

Приборы и материалы (рис. 50): I) шары разной массы - 2 шт., 2) желоб, 3) брусок, 4) лента измерительная, 5) штатив. Рис. 50.

Порядок выполнения работы

1. Укрепите жёлоб в наклонном положении при помощи штатива, как показано на рисунке 50. К нижнему концу желоба приставьте деревянный брусок
2. Положите на середину желоба шарик меньшей массы и, отпустив его, наблюдайте, как шарик, скатившись с желоба и ударившись о деревянный брусок, передвинет последний на некоторое расстояние,совершая работу по преодолению силы трения.
3. Измерьте расстояние, на которое переместился брусок.
4. Повторите опыт, пустив шарик с верхнего конца желоба, и снова измерьте расстояние, на которое переместился брусок.
5. Пустите с середины желоба шарик большей массы и снова измерьте перемещение бруска.

Измерение модулей угловой и линейной скоростей тела при равномерном движении по окружности

Приборы и материалы* 1) шарик диаметром 25 мм на нити длиной 200 мм, 2) линейка измерительная 30-35 см с миллиметровыми делениями, 3) часы с секундной стрелкой или метроном механический (один на класс).

Порядок выполнения работы

1. Поднимите шарик за конец нити над линейкой и приведите его в равномерное движение по окружности так, чтобы он при вращении каждый раз проходил через нулевое и, например, десятое деление шкалы (рис. 9). Для получения устойчивого движения шарика локоть руки, удерживающей нить, поставьте на стол
2. Измерьте время, например, 30 полных оборотов шарика.
3. Зная время движения, число оборотов и радиус вращения, вычислите модули угловой и линейной скоростей шарика относительно стола.
4. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
5. Ответьте на вопросы:

Измерение модуля центростремительного ускорения тела при равномерном движении по окружности

Приборы и материалы те же, что в задании 11.

Порядок выполнения работы

1. Выполните пп. 1, 2 задания 11.
2. Зная время движения, число оборотов и радиус вращения, вычислите модуль центростремительного ускорения шарика.
3. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь:
4. Ответьте на вопросы:

• Как изменится модуль центростремительного ускорения шарика, если число его оборотов в единицу времени увеличить в 2 раза?
• Как изменится модуль центростремительного ускорения шарика, если радиус его вращения увеличить в 2 раза?

Наблюдение зависимости модулей сил натяжения нитей от угла между ними при постоянной равнодействующей силе

Приборы и материалы: 1) груз массой 100 г с двумя крючками, 2) динамометры учебные - 2 шт., 3) нить длиной 200 мм с петлями на концах.

Порядок выполнения работы

• Чему равны модули сил натяжения нитей? Изменялись ли они во время опыта?
• Чему равен модуль равнодействующей двух сил натяжения нитей? Изменялся ли он во время опыта?
• Что можно сказать о зависимости модулей сил натяжения нитей от угла между ними при постоянной равнодействующей силе?

Изучение третьего закона Ньютона

Приборы и материалы: I) динамометры учебные - 2 шт., 2) нить длиной 200 мм с петлями на концах.

Порядок выполнения работы

• С какой силой по модулю левый динамометр действует на правый? В какую сторону направлена эта сила? К какому динамометру она приложена?
• С какой силой по модулю правый динамометр действует на левый? В какую сторону направлена эта сила? К какому динамометру она приложена?

3. Увеличьте взаимодействие динамометров. Заметьте их новые показания.

4. Соедините динамометры нитью и натяните ее.

5. Ответьте на вопросы:

• С какой силой по модулю левый динамометр действует на нить?
• С какой силой по модулю правый динамометр действует на нить?
• С какой силой по модулю растягивается нить?

6. Сделайте общий вывод из проделанных опытов.

Наблюдение изменения модуля веса тела, движущегося с ускорением

Приборы и материалы: 1) динамометр учебный, 2) груз массой 100 г с двумя крючками, 3) нить длиной 200 мм с петлями на концах.

Порядок выполнения работы

• Изменялась ли скорость движения груза при его движении вверх и вниз?
• Как изменялся модуль веса груза при его ускоренном движении вверх и вниз?

4. Поставьте динамометр на край стола. Отклоните груз в сторону на некоторый угол и отпустите (рис. 18). Наблюдайте за показаниями динамо метра во время колебаний груза.

5. Ответьте на вопросы:

• Изменяется ли скорость груза при его колебаниях?
• Изменяются ли ускорение и вес груза при его колебаниях?
• Как изменяются центро стремительное ускорение и вес груза при его колебаниях?
• В каких точках траектории центростремительное ускорение и вес груза по модулю наибольшие, в каких наименьшие? Рис 18.

Выяснение условий равновесия тела, имеющего ось вращения, при действии на него сил

Приборы и материалы: 1) лист картона размером 150Х 150 мм с,вумя нитяными петлями, 2) динамометры учебные-2 шт., 3) лист картона размером 240X340 Мм с вбитым гвоздем, 4) угольник ученический, 5) линейка измерительная 30-35 см с миллиметровыми делениями, 6) карандаш.

Порядок выполнения работы

1. Наденьте на гвоздь лист картона. Зацепите динамометры за петли, натяните их с силами примерно 2 и 3 Н и расположите петли под углом 100-120° друг к другу, как показано на рисунке 27. Убедитесь, что лист картона при его отклонении в сторону возвращается в состояние

Рис. 27. Измерьте модули приложенных сил (силой тяжести картона пренебрегите).

2. Ответьте на вопросы:

• Сколько сил действует на картон?
• Чему равен модуль равнодействующей приложенных к картону сил?

3. На листе картона проведите отрезки прямых линий, вдоль которых действуют силы, и при помощи угольника постройте плечи этих сил, как показано на рисунке 28.

4. Измерьте плечи сил.

5. Вычислите моменты действующих сил и их алгебраическую сумму. При каком условии тело с закрепленной осью вращения находится в состоянии равновесия? Рис. 28. Ответ запишите в тетрадь.

Изучение закона сохранения импульса при упругом соударении тел

Приборы и материалы: 1) шарики диаметром 25 мм - 2 шт., 2) нить длиной 500 мм, 3) штатив для фронтальных работ.

Порядок выполнения работы

• Чему равен общий импульс шариков до взаимодействия?
• Одинаковые ли импульсы по модулю приобрели шарики после взаимодействия?
• Чему равен общий импульс шариков после взаимодействия?

4. Отпустите отведенный шарик и заметьте отклонения шариков после удара. Опыт повторите 2-3 раза.Отклоните один из шариков на 4-5 см от положения равновесия, а второй оставьте в покое.

5. Ответьте на вопросы п. 3.

6. Сделайте вывод из проделанных опытов

Измерение КПД подвижного блока

Приборы и материалы: 1) блок, 2) динамометр учебный, 3) лента измерительная с сантиметровыми делениями, 4) грузы массой по 100 г с двумя крючками - 3 шт., 5) штатив для фронтальных работ, 6) нить длиной 50 см с петлями на концах.

Порядок выполнения работы

1. Соберите установку с подвижным блоком, как показано на рисунке 42. Через блок перебросьте нить. Один конец нити зацепите за лапку штатива, второй - за крючок динамометра. К обойме блока подвесьте три груза массой по 100 г.
2. Возьмите динамометр в руку, расположите его вертикально так, чтобы блок с грузами повис на нитях, и измерьте модуль силы натяжения нити.
3. Поднимите равномерно грузы на некоторую высоту и измерьте модули перемещений грузов и динамометра относительно стола.
4. Вычислите полезную и совершенную работы относительно стола.
5. Вычислите КПД подвижного блока.
6. Ответьте на вопросы:

• Какой выигрыш в силе дает подвижный блок?
• Можно ли при помощи подвижного блока получить выигрыш в работе?
• Как повысить КПД подвижного блока?

Приложение5

Требования к уровню подготовки выпускников основной школы.

1. Владеть методами научного познания.

1.1. Собирать установки для эксперимента по описанию, рисунку или схеме и проводить наблюдения изучаемых явлений.

1.2. Измерять: температуру, массу, объем, силу (упругости, тяжести, трения скольжения), расстояние, промежуток времени, силу тока, напряжение, плотность, период колебаний маятника, фокусное расстояние собирающей линзы.

1.3. Представлять результаты измерений в виде таблиц, графиков и выявлять эмпирические закономерности:

• изменения координаты тела от времени;
• силы упругости от удлинения пружины;
• силы тока в резисторе от напряжения;
• массы вещества от его объема;
• температуры тела от времени при теплообмене.

1.4. Объяснять результаты наблюдений и экспериментов:

• смену дня и ночи в системе отсчета, связанной с Землей, и в системе отсчета, связанной с Солнцем;
• большую сжимаемость газов;
• малую сжимаемость жидкостей и твердых тел;
• процессы испарения и плавления вещества;
• испарение жидкостей при любой температуре и ее охлаждение при испарении.

1.5. Применять экспериментальные результаты для предсказания значения величин, характеризующих ход физических явлений:

• положение тела при его движении под действием силы;
• удлинение пружины под действием подвешенного груза;
• силу тока при заданном напряжении;
• значение температуры остывающей воды в заданный момент времени.

2. Владеть основными понятиями и законами физики.

2.1. Давать определение физических величин и формулировать физические законы.

2.2. Описывать:

• физические явления и процессы;
• изменения и преобразования энергии при анализе: свободного падения тел, движения тел при наличии трения, колебаний нитяного и пружинного маятников, нагревания проводников электрическим током, плавления и испарения вещества.

2.3. Вычислять:

• равнодействующую силу, используя второй закон Ньютона;
• импульс тела, если известны скорость тела и его масса;
• расстояние, на которое распространяется звук за определенное время при заданной скорости;
• кинетическую энергию тела при заданных массе и скорости;
• потенциальную энергию взаимодействия тела с Землей и силу тяжести при заданной массе тела;
• энергию, выделяемую в проводнике при прохождении электрического тока (при заданных силе тока и напряжении);
• энергию, поглощаемую (выделяемую) при нагревании (охлаждении) тел;

2.4. Строить изображение точки в плоском зеркале и собирающей линзе.

3. Воспринимать, перерабатывать и предъявлять учебную информацию в различных формах (словесной, образной, символической).

3.1. Называть:

• источники электростатического и магнитного полей, способы их обнаружения;
• преобразования энергии в двигателях внутреннего сгорания, электрогенераторах, электронагревательных приборах.

3.2. Приводить примеры:

• относительности скорости и траектории движения одного и того же тела в разных системах отсчета;
• изменение скорости тел под действием силы;
• деформация тел при взаимодействии;
• проявление закона сохранения импульса в природе и технике;
• колебательных и волновых движений в природе и технике;
• экологических последствий работы двигателей внутреннего сгорания, тепловых, атомных и гидроэлектростанций;
• опытов, подтверждающих основные положения молекулярно-кинетической теории.

3.4. Выделять главную мысль в прочитанном тексте.

3.5. Находить в прочитанном тексте ответы на поставленные вопросы.

3.6. Конспектировать прочитанный текст.

3.7. Определять:

• промежуточные значения величин по таблицам результатов измерений и построенным графикам;
• характер тепловых процессов: нагревание, охлаждение, плавление, кипение (по графикам изменения температуры тела со временем);
• сопротивление металлического проводника (по графику колебаний);
• по графику зависимости координаты от времени: в координату тела в заданный момент времени; промежутки времени, в течение которых тело двигалось с постоянной, увеличивающейся, уменьшающейся скоростью; промежутки времени действия силы.

3.8. Сравнивать сопротивления металлических проводников (больше - меньше) по графикам зависимости силы тока от напряжения.

Эффективность использования экспериментальных задач на уроках в значительной степени определяется их технологичностью, непритязательностью в оборудовании, широтой рассматриваемых явлений. Базируясь на самом простейшем оборудовании и даже на предметах обихода, экспериментальная задача приближает физику к нам, превращая ее в представлениях учащихся из абстрактной системы знаний в науке, изучающую «мир вокруг нас».

Механика

Задача 1. Коэффициент трения

Задание. Измерьте коэффициент трения скольжения деревянного бруска по поверхности доски (линейки).

Оборудование: брусок, доска, штатив с лапкой, линейка длиной 30(40) см .

Возможный способ решения. Кладем брусок на дощечку, в соответствии с рисунком 4. Постепенно поднимая один конец доски, получаем наклонную плоскость и добиваемся равномерного скольжения бруска. Так как сила трения покоя намного больше силы трения скольжения, необходимо немного подталкивать бусок в начале скольжения. Для фиксации нужного наклона используем штатив. Измеряем высоту а и длину основания наклонной плоскости b .

Измерения и анализ погрешностей:

Опыт повторяем несколько раз. В данном случае это необходимо сделать главным образом потому, что трудно добиться именно равномерного скольжения бруска по плоскости. Результаты заносим в таблицу 2.

Таблица 2

Погрешности измерений

а, см	Дa, см	(Дa) 2 ,см 2	в, см	Дb, см	(Дb) 2 ,см 2
<a >=12,2		У(a ) 2 = 1,81			У(b ) 2 = 0,32

Кроме случайных погрешностей в общую погрешность, конечно, входят и обычные погрешности отслета: Да = Дb = 0,5 см .Это составляет:

Таким образом, получаем:

a = 12,2 ± 1,1 см, д = 8,6%

b = 27,4 ± 0,7 см, д = 2,6%

По результатам первого опыта:

Окончательный результат измерения коэффициента трения:

м = 0,46 ± 0,05 д = 10,9%

Задача 2. Измерение высоты дома

Задание. Представьте, что для измерения высоты дома вам было предложено воспользоваться пустой консервной банкой и секундомером. Сумели бы вы справиться с заданием? Расскажите, как нужно действовать.

Подсказка. Если банку сбросить с крыши дома, то звук удара банки о земную поверхность будет отчетливо слышен.

Решение. Встав на крышу дома, нужно выпустить банку из рук, одновременно нажав на пусковую кнопку секундомера. Услышав звук удара банки о землю, следует остановить секундомер. Показания секундомера t складываются из времени падения банки t 1 и времени t 2 , за которое звук удара ее о земную поверхность дойдет до наблюдателя.

Первое время связано с высотой дома h следующим образом:

тогда как связь между h и t 2 имеет вид

где с - скорость звука, которую при расчетах мы положим равной 340 м/сек .

Определяя t 1 и t 2 из этих выражений и подставляя их значения в формулу, связывающую t 1 , t 2 и t , получим иррациональное уравнение

Из которого можно найти высоту дома.

При приближенном вычислении (в особенности, если дом невысок) второе слагаемое слева можно считать малым и отбросить. Тогда

Молекулярная физика

Задача 3. Карандаш

Задание. Оцените механическую работу, которую необходимо совершить для того, чтобы равномерно поднять плавающий в сосуде карандаш до уровня касания нижним его торцом поверхности воды. Считайте положение карандаша вертикальным. Плотность воды с 0 = 1000 кг/м 3 .

Оборудование: круглый карандаш, почти полная бутылка с водой, линейка.

Возможный способ решения. Опускаем карандаш в бутылку - он будет плавать, как поплавок, в соответствии с рисунком 5. Пусть L - длина всего карандаша, V - его объем, h - длина погруженной в воду части карандаша, V 1 - ее объем, S - площадь сечения и d - диаметр карандаша. Найдем среднюю плотность карандаша с из условия плавания тела:

с 0 gSh = сgSL , откуда с = с 0 hL .

Предположим, что мы с постоянной скоростью вытаскиваем карандаш из воды, используя динамометр. Когда карандаш свободно плавает, динамометр показывает ноль. Если же карандаш полностью вытащить из воды, то динамометр покажет силу, равную весу Р карандаша:

F = P = mg = сgV = с0hLgSL = с0hgрd24

Получается, что показания динамометра при вытаскивании карандаша из воды изменяются от 0 до P по линейному закону, в соответствии с рисунком 6. При этом механическая работа А будет равна площади выделенного треугольника:

A = 12Ph = с 0 h 2gрd 2 8.

Например, при h = 13,4 см и d = 7,5 мм работа составляет около 0,004 Дж .

Задача 4. Сплав

Задание. Определите процентное содержание (по массе) олова в оловянно-свинцовом припое. Предположите, что объемы свинца и олова в сплаве сохраняются. Плотность свинца с c = 11350 кг/м 3 , олова с 0 = 7300 кг/м 3 .

Оборудование: линейка, груз (гайка), цилиндрический кусок припоя, штангенциркуль или микрометр. Возможный способ решения. Эта задача аналогична задаче Архимеда по определению доли золота в царской короне. Однако для опытов оловянно-свинцовый припой достать проще, чем корону.

Измерив диаметр куска припоя D и его длину L , найдем объем цилиндрического куска припоя:

V = рD 2 L 4

Массу припоя определим, изготовив рычажные весы. Для этого уравновесим линейку на краю стола (на карандаше, на стержне от шариковой ручки и т.п.). Затем, используя гайку известной массы, уравновесим кусок припоя на линейке и с помощью равенства моментов сил найдем массу припоя m . Запишем очевидные равенства для масс, объемов и плотностей свинца и олова:

m = m c +m o = сcV c +с o V o , V = V c +V o .

Решая эти уравнения совместно, найдем объем олова, его массу и долю в общей массе:

V o = rh o cV?mrh o c?rh oo , mo = с o V o , m o m = rh oo V o m

Задача 5. Поверхностное натяжение

Задание. Определите коэффициент поверхностного натяжения воды.

Оборудование: тарелка, вода, ложка, линейка, кусок ровной алюминиевой проволоки длиной 15-20 см и плотностью 2700 кг/м 3 , микрометр, спирт, вата.

Возможный способ решения. Нальем почти полную тарелку воды. Положим на край тарелки проволоку так, чтобы один конец ее касался воды, а другой был за пределами тарелки. Проволока выполняет две функции: она является рычажными весами и аналогом проволочной рамки, которую обычно вытаскивают из воды для измерения поверхностного натяжения. В зависимости от уровня воды могут наблюдаться различные положения проволоки. Наиболее удобно для расчетов и измерений горизонтальное расположение проволоки при уровне воды на 1-1,5 мм ниже края тарелки, в соответствии с рисунком 7. С помощью ложки можно регулировать уровень, доливая или отливая воду. Проволоку следует выдвигать из тарелки до тех пор, пока пленка воды под проволокой не начнет разрываться. В этом крайнем положении пленка имеет высоту 1,5-2 мм , и можно сказать, что силы поверхностного натяжения, приложенные к проволоке, направлены практически вертикально вниз.

Пусть m - масса проволоки, L = L 1 + L 2 - длина проволоки, m/L - масса единицы длины проволоки. Запишем условие равновесия проволоки относительно края тарелки, т.е. равенство моментов сил:

F p (L 1 ?x 2)+m 1 gL 12 = m 2 gL 22 .

Подставим сюда силу поверхностного натяжения F p =2x у , массы

m 1 =L 1 mL , m 2 = L 2 mL , m = сV = срd 2 L 4

и выразим коэффициент поверхностного натяжения у . Измерения и вычисления упростятся, если вода будет смачивать всю длину L 1 . Окончательно получим

у = срd 2 g 8((LL 1 ?1) 2 ?1).

Величины L и L 1 измеряются линейкой, а диаметр проволоки d - микрометром.

Например, при L = 15 см , L 1 = 5,4 см , d = 1,77 мм получаем O = 0,0703 Н/м , что близко к табличному значению 0,0728 Н/м .

Задача 6. Влажность воздуха

Задание. Определите относительную влажность воздуха в комнате.

Оборудование: стеклянный комнатный термометр, бытовой холодильник, таблица давлений насыщенных паров воды при различных температурах.

Возможный способ решения. При обычном методе измерения влажности объект охлаждают ниже точки росы и он «запотевает». Сделаем наоборот. Температура в холодильнике (около +5 °C ) намного ниже точки росы для комнатного воздуха. Поэтому, если вытащить охлажденный стеклянный термометр из холодильника, то он сразу «запотеет» - стеклянный корпус станет непрозрачным от влаги. Затем термометр начнет нагреваться, и в какой-то момент сконденсировавшаяся влага на нем испарится - стекло станет прозрачным. Это и есть температура точки росы, по которой с помощью таблицы можно рассчитать относительную влажность.

Задача 7. Испарение

Задание. Налейте почти полный стакан воды и поставьте его в комнате в теплое место - для того чтобы вода быстрее испарялась. Измерьте линейкой начальный уровень воды и запишите время начала опыта. Через несколько дней уровень воды понизится за счет испарения. Измерьте новый уровень воды и запишите время окончания опыта. Определите массу испарившейся воды. Сколько в среднем молекул вылетало с поверхности воды за 1 секунду? Сколько приблизительно молекул находится на поверхности воды в стакане? Сравните эти два числа. Диаметр молекулы воды примите равным d 0 = 0,3 нм . Зная удельную теплоту парообразования, определите скорость передачи тепла (Дж/с ) воде от окружающей среды.

Возможный способ решения. Пусть d - внутренний диаметр стакана, с - плотность воды, М - молярная масса воды, r - удельная теплота парообразования, Дh - понижение уровня воды за время t . Тогда масса испарившейся воды равна

m = сv = с ДhS = с Дhрd 2 4.

В этой массе содержится N = mN A /М молекул, где N A - постоянная Авогадро. Число испарившихся за 1 секунду молекул равно

N 1 = Nt = mN A Mt .

Если S = рd 2 /4 - площадь поверхности воды в стакане, а S 0 = рd 2 0 /4 - площадь сечения одной молекулы, то на поверхности воды в стакане находится приблизительно

N 2 = SS 0 = (dd 0) 2 .

Вода для испарения получает в единицу времени количество теплоты

Qt = rmt .

Если производить какие-либо расчеты, связанные с молекулами, то всегда получаются интересные результаты. Например, пусть за время t = 5 суток в стакане диаметром d = 65 мм уровень воды понизился на Дh = 1 см . Тогда получим, что в пар превратилось 33 г воды, за 1 с испарилось N 1 = 2,56?10 18 молекул, на поверхности воды в стакане находилось N 2 = 4,69?1016 молекул, а из окружающей среды поступило 0,19 Вт тепла. Интересным является отношение N 1 /N 2 ? 54, из которого видно, что за 1 с испарялось столько молекул, сколько помещалось в стакане в 54 слоях воды.

Задача 8. Растворение

Задание. Высыпая соль или сахар в кипящую воду, можно заметить, что кипение ненадолго прекращается за счет снижения температуры воды. Определите количество теплоты, необходимое для растворения 1 кг пищевой соды в воде комнатной температуры.

Оборудование: самодельный калориметр, термометр, вода, сода, мерный цилиндр (стакан), груз известной массы (гайка массой 10 г ), пластиковая ложка.

Возможный способ решения. В задачу входит дополнительное конструкторское задание по изготовлению простого самодельного калориметра. Для внутреннего сосуда калориметра следует взять обычную алюминиевую банку объемом 0,33 л. У банки удаляется верхняя крышка так, чтобы получился алюминиевый стакан (массой всего 12 г ) с жестким верхним ободком. Внутри верхнего ободка делается прорезь для того, чтобы вода полностью выливалась из банки. Внешняя пластмассовая оболочка изготавливается на основе пластиковой бутылки объемом 1,5 л . Бутылка разрезается на три части, верхняя часть удаляется, а средняя и нижняя части с некоторым усилием вставляются друг в друга и плотно фиксируют внутреннюю алюминиевую банку в вертикальном положении. (Если нет калориметра, то опыты можно проводить и в одноразовом пластиковом стаканчике, массой и теплопередачей которого можно пренебречь).

Предварительно следует сделать два измерения: 1) определить, сколько соды помещается в ложку (для этого надо заглянуть в кулинарный справочник или «вычерпать» этой ложкой пакет соды известной массы); 2) определиться с количеством воды - в малом количестве воды раствор сразу же станет насыщенным и часть соды не растворится, в большом количестве воды температура изменится на доли градуса, что затруднит измерения.

Очевидно, что количество теплоты, необходимое для растворения вещества, пропорционально массе этого вещества: Q ~ m . Для записи равенства следует ввести коэффициент пропорциональности, например z , который можно назвать «удельной теплотой растворения». Тогда

Q = zm .

Растворение соды осуществляется за счет энергии, выделяющейся при охлаждении сосуда с водой. Величина z находится из следующего уравнения теплового баланса:

mvcv(t 2 -t 1 )+ma cc (t 2 -t 1 ) = zm .

где m v - масса воды в калориметре, m a - масса внутреннего алюминиевого стакана калориметра, m - масса растворенной соды, (t 2 -t 1) - понижение температуры в калориметре. Массу внутреннего сосуда калориметра можно легко найти, используя правило моментов сил, уравновесив сосуд и груз известной массы при помощи линейки и ниток.

Измерения и расчеты показывают, что при m = 6 г и m v = 100 г вода остывает на 2-2,5 єC , а величина z оказывается равной 144-180 кДж/кг .

Задача 9. Емкость кастрюли

Задание. Каким образом можно найти емкость кастрюли, пользуясь весами и набором гирь?

Подсказка. Взвесьте пустую кастрюлю, а потом - кастрюлю с водой.

Решение. Пусть масса пустой кастрюли равна m 1 , а после наполнения водой она составляет m 2 . Тогда разность m 2 -m 1 дает массу воды в объеме кастрюли. Поделив эту разность на плотность воды с , находим объем кастрюли:

Задача 10. Как разделить содержимое стакана

Задание. Имеется цилиндрический стакан, до краев наполненный жидкостью. Как разделить содержимое стакана на две совершенно равные части, располагая еще одним сосудом, но уже иной формы и несколько меньшего размера?

Подсказка. Подумайте, как можно провести плоскость, разделяющую цилиндр на две равные по объему части.

Решение. Если через точки М и N мысленно провести плоскость так, как это показано на рисунке 1а , то она рассечет цилиндр на две симметричные и поэтому равные по объему фигуры, в соответствии с рисунком 8. Отсюда вытекает решение задачи.

Постепенно наклоняя стакан, нужно отливать содержащуюся в нем жидкость до тех пор, пока чуть-чуть не покажется дно (рисунок 1б ). В этот момент в стакане останется ровно половина жидкости.

Электричество

Задача 11. Электрический «черный ящик»

«Черный ящик» представляет собой непрозрачную закрытую коробку, которую нельзя вскрывать, чтобы изучить ее внутреннее устройство. Внутри ящика находятся несколько электрических элементов, соединенных между собой в простую электрическую цепь. Обычно такими элементами являются: источники тока, постоянные и переменные резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые диоды. Снаружи ящика находятся несколько выводов.

Основная цель задания «черный ящик»: сделав минимальное число электрических измерений с использованием внешних выводов, «расшифровать» «черный ящик», т.е.:

• - установить, какие именно электрические приборы находятся внутри «черного ящика».
• - установить схему их соединения.
• - определить номиналы (величины сопротивлений резисторов, емкости конденсаторов и т.д.)

Задание. Три резистора соединены между собой и помещены в «черный ящик» с тремя выводами, в соответствии с рисунком 9. Точно такие же резисторы соединены между собой по-другому и помещены во второй «черный ящик» с тремя выводами. Определить сопротивление каждого резистора. Перемычки применять запрещено.

Оборудование: мультиметр.

Измерение сопротивления между выводами дали результаты:

Ящик № 1: R 1-2 = 12 Ом, R 2-3 = 25 Ом, R 1-3 = 37 Ом

Ящик № 2: R 1-2 = 5,45 Ом, R 2-3 = 15 Ом, R 1-3 = 20,45 Ом

Возможный способ решения. Возможны четыре способа соединения трех резисторов с тремя наружными выводами так, чтобы три измерения давали разное значение сопротивлений:

1) последовательное, 2) смешанное, 3) звездой, 4) треугольником, в соответствии с рисунком 10.

Покажем последовательность поиска ответов.

Характерным признаком двух первых схем является то, что одно из измерений равно сумме двух других, что и соответствует условию задачи:

Следовательно, в одном ящике последовательное соединение, но тогда в другом - смешанное, поскольку результаты измерений не совпадают, хотя номиналы резисторов те же самые.

Известно, что всегда выполняется соотношение

А поскольку R 1-3 cлева больше, чем R 1-3 справа, то в левом ящике (№1) находится последовательное соединение, а в правом (№2) - смешанное.

В состав последовательного соединения в левом ящике входят резисторы с номиналами 12 или 25 Ом . Так как ни то, ни другое значение не наблюдается в составе смешанного соединения, следовательно, номинал одного из резисторов R 1 = 15 Ом .

Остальные номиналы: R 2 = 12 Ом и R 3 = 10 Ом .

Очевидно, к тем же результатам можно прейти и с помощью иной цепочки рассуждений.

Отметим также, что возможны еще 5 комбинаций схем по два «черных ящика» из приведённых четырех. Наиболее громоздка математическая часть задачи по «расшифровке» черного ящика, о котором известно, что там находится треугольник.

В заключении отметим, что не все может идти так гладко, как в данном примере. Значения сопротивлений или других электрических величин, естественно, содержат погрешности. И, например, соотношение может выполняться только приблизительно.

Задача 12. Температура воздуха в комнате

Задание. За окном снег, а в комнате тепло. К сожалению, измерить температуру нечем - нет термометра. Но зато есть батарея, очень точный вольтметр и такой же амперметр, сколько угодно медной проволоки и подробный физический справочник. Нельзя ли с их помощью найти температуру воздуха в комнате?

Подсказка. При нагревании металла его сопротивление возрастает по линейному закону.

Решение. Соединим последовательно батарею, моток проволоки и амперметр включим так, чтобы он показывал напряжение на мотке, в соответствии с рисунком 11. Запишем показания приборов и рассчитаем сопротивление мотка при комнатной температуре:

После этого принесем с улицы снег, погрузим в него моток и, подождав немного, чтобы снег начал таять, а проволока его температуру, тем же способом определим сопротивление проволоки R 0 при температуре тающего снега, т.е. при 0 є С . Пользуясь затем зависимостью между сопротивлением проводника и его температурой

находим температуру воздуха в комнате:

При расчете используется значение температурного коэффициента сопротивления б , взятое из справочника. В области комнатных температур для чистой меди б = 0,0043 град - 1 . Если содержание примесей в меди, из которой изготовлена проволока, не особенно велико, а электроизмерительные приборы имеют класс точности 0,1, то температуру воздуха можно определить с погрешностью, значительно меньшей одного градуса.

Оптика

Задача 13.

Задание. Требуется найти радиус сферического зеркала (или радиус кривизны вогнутой линзы) с помощью секундомера и стального шарика известного радиуса. Как это сделать?

Подсказка. Центр катающегося по поверхности зеркала шарика совершает такое же движение, как маятник.

Решение. Следует расположить зеркало горизонтально и опустить на него шарик. Если шарик опущен не в самую нижнюю точку, он начнет двигаться по поверхности зеркала. Нетрудно догадаться, что если шарик движется без вращения (т.е. скользит по поверхности зеркала), то его движение полностью аналогично движению маятника с длиной подвеса R - r . Тогда из формулы маятника

можно найти интересующую нас величину:

Период Т определяется с помощью секундомера, а r известно по условию.

Поскольку обычно трение достаточно велико, чтобы шарик двигался по поверхности зеркала с вращением, это решение плохо согласуется с опытом. На самом деле

Приведем пример исследовательской задачи на весь урок.

Задача 14. Особенности колебания крутильного маятника.

Задание. Исследуйте особенности колебания крутильного маятника и опишите основные закономерности его движения.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, отрезки медной, стальной и нихромовой проволоки длиной около 1 м и различных диаметров, например 0,3, 0,50, 0,65, 1,0 мм, тонкая легкая деревянная палочка длиной 15-20 см , пластилин, скрепка, линейка, транспортир, секундомер.

Общий вид крутильного маятника должен быть в соответствии с рисунком 12. Скрепка, изогнутая определенным образом, служит для уравновешивания стержня с грузами. Выведенный из состояния равновесия маятник начинает совершать вращательно-колебательное движение.

Заранее нужно изготовить из пластилина пары шариков разной массы. Массы шариков пропорциональны кубу их диаметров, поэтому есть возможность выстроить ряд, например: m 1 = 1, m 2 = 2,5, m 3 = 5,2, m 3 = 6,8, m 4 = 8,3 отн. ед.

Диаметр проволок можно сообщить учащимся заранее или предоставить им возможность провести эти измерения самостоятельно с помощью штангенциркуля или микрометра.

Примечание. Успех исследование во многом зависит от правильного подбора оборудования, особенно диаметров выданных проволок. Кроме того, желательно, чтобы подвес крутильного маятника находился во время опытов в натянутом состоянии, для чего массы грузов должны быть достаточно большими.

Тематика исследования крутильного маятника вытекает из предположения о гармоническом характере его колебаний. Общий перечень экспериментальных наблюдений, которые можно осуществить по данной проблеме и на предложенном оборудовании, достаточно велик. Приведем наиболее простые и доступные.

• - Зависит ли период колебаний от амплитуды (угла поворота)?
• - Зависит ли период колебаний от длины подвеса маятника?
• - Зависит ли период колебаний маятника от массы грузов?
• - Зависит ли период колебаний маятника от положения грузов на стержне?
• - Зависит ли период колебаний от диаметра проволоки?

Естественно, требуется не просто односложно отвечать на поставленные вопросы, но и исследовать характер ожидаемых зависимостей.

Пользуясь приёмом аналогий, выдвигаем гипотезы о колебаниях крутильного маятника, сравнивая его с математическим маятником, изучаемым по школьной программе. За основу берём период колебаний и его зависимость от различных параметров маятника. Намечаем следующие гипотезы. Период колебаний крутильного маятника:

При малых углах поворота не зависит от амплитуды;

• - пропорционален корню квадратному из длины подвеса - T ;
• - пропорционален корню квадратному из массы груза - T ;
• - пропорционален расстоянию от центра подвеса до центров грузов - Tr ;
• - обратно пропорционален квадрату диаметра проволоки - T1/d 2 .

Кроме того, период колебаний зависит от материала подвеса: медь, сталь, нихром. Здесь также имеется ряд гипотез, предлагаем проверить их самостоятельно.

1. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от амплитуды (угла поворота). Результаты измерений представлены в таблице 3:

Таблица 3

Зависимость периода колебаний маятника от амплитуды

L = 60 см, m = 8,3 г, r = 12 см, d = 0,5 мм

Вывод . В пределах до 180 зависимость периода колебаний крутильного маятника от амплитуды не обнаруживается. Разброс результатов измерений можно объяснить погрешностями измерения периода колебаний и случайными причинами.

Чтобы «открыть» другие зависимости необходимо менять только один параметр, оставляя все другие неизменными. Математическую обработку результатов лучше всего проводить графически.

2. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от его длины: Т = f(l). При этом не меняем m, r, d. Результаты измерений представлены в таблице 4:

Таблица 4

Зависимость периода колебаний маятника от длины

m = 8,3 отн. ед., r = 12 см, d = 0,5 мм

График зависимости Т от l представляет собой кривую возрастающую линию, похожую на зависимость, в соответствии с рисунком 13а T 2 = l , в соответствии с рисунком 13, б .

Вывод. Период колебаний крутильного маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины подвеса. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и длины маятника

3. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от массы грузов: Т=f(m). При этом не меняем l, r, d. Результаты измерений представлены в таблице 5:

Таблица 5

Зависимость периода колебаний маятника от массы грузов

l = 0,6 м, r = 12 см, d = 0,5 мм

График зависимости Т от m представляет собой кривую возрастающую линию, похожую на зависимость, в соответствии с рисунком 14а . Чтобы убедиться в этом, строим зависимость T 2 =f(m) , в соответствии с рисунком 14б .

Вывод. Период колебаний крутильного маятника прямо пропорционален корню квадратному из массы грузов. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и масс грузов, а также случайными причинами.

4. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от положения грузов: Т = f(r). При этом не меняем l, m, d. Результаты измерений представлены в таблице 6:

Таблица 6

Зависимость периода колебаний маятника от положения грузов

m = 8,3 отн.ед., l = 0,6 м, d = 0,5 мм

Вывод. Период колебаний крутильного маятника прямо пропорционален расстоянию r . Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и расстояния r , а также случайными причинами.

Изучаем зависимость периода колебаний маятника от диаметра проволоки: Т = f(d) , в соответствии с рисунком 15. При этом не меняем m, r, l .

Результаты измерений представлены в таблице 7.

Таблица 7

Зависимость периода колебаний маятника от диаметра проволоки

m = 8,3 отн.ед., r = 12 см, l = 0,6 м

График зависимости Т от d представляет собой ниспадающую кривую, в соответствии с рисунком 16а . Можно предположить, что это зависимость, где n = 1, 2, 3 и т.д. Для проверки этих предположений необходимо строить графики и т. д. Из всех таких графиков наиболее линейным является график, в соответствии с рисунком 16б .

Вывод. Период колебаний крутильного маятника обратно пропорционален квадрату диаметра проволоки подвеса. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и диаметра проволоки d , а также случайными причинами.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что период колебаний крутильного маятника должен вычисляться по формуле, где k - коэффициент пропорциональности, зависящий также от упругих свойств материала подвеса - модуль кручения, модуль сдвига.

Физике»

У читель физики :

Горшенёва Наталья Ивановна

2011 г
Роль эксперимента в обучении физике.

Уже в определении физики как науки заложено сочетание в ней как теоретической, так и практической частей. Очень важно, чтобы в процессе обучения физике учитель смог как можно полнее продемонстрировать своим ученикам взаимосвязь этих частей. Ведь когда учащиеся почувствуют эту взаимосвязь, то они смогут многим процессам, происходящим вокруг них в быту, в природе, дать верное теоретическое объяснение.

Без эксперимента нет, и не может быть рационального обучения физике; одно словесное обучение физике неизбежно приводит к формализму и механическому заучиванию. Первые мысли учителя должны быть направлены на то, чтобы учащийся видел опыт и проделывал его сам, видел прибор в руках преподавателя и держал его в своих собственных руках.

Учебный эксперимент - это средство обучения в виде специально организованных и проводимых учителем и учеником опытов.

Цели учебного эксперимента:

• 
  Решение основных учебно – воспитательных задач;
• 
  Формирование и развитие познавательной и мыслительной деятельности;
• 
  Политехническая подготовка;
• 
  Формирование мировоззрения учащихся.

Функции эксперимента:

• 
  Познавательная (осваиваются основы наук на практике);
• 
  Воспитывающая (формирование научного мировоззрения);
• 
  Развивающая (развивает мышление и навыки).

Виды физических экспериментов .

Какие формы обучения практического характера можно предложить в дополнение к рассказу преподавателя? В первую очередь , конечно, это наблюдение учениками за демонстрацией опытов, проводимых учителем в классе при объяснении нового материала или при повторении пройденного, так же можно предложить опыты, проводимые самими учащимися в классе во время уроков в процессе фронтальной лабораторной работы под непосредственным наблюдением учителя. Еще можно предложить: 1)опыты, проводимые самими учащимися в классе во время физического практикума; 2)опыты-демонстрации, проводимые учащимися при ответах; 3)опыты, проводимые учащимися вне школы по домашним заданиям учителя; 4)наблюдения кратковременных и длительных явлений природы, техники и быта, проводимые учащимися на дому по особым заданиям учителя.

Что можно сказать о приведенных выше формах обучения?

Демонстрационный эксперимент является одной из составляющих учебного физического эксперимента и представляет собой воспроизведение физических явлений учителем на демонстрационном столе с помощью специальных приборов. Он относится к иллюстративным эмпирическим методам обучения. Роль демонстрационного эксперимента в обучении определяется той ролью, которую эксперимент играет в физике-науке как источник знаний и критерий их истинности, и его возможностями для организации учебно-познавательной деятельности учащихся.

Значение демонстрационного физического эксперимента заключается в том, что:

Учащиеся знакомятся с экспериментальным методом познания в физике, с ролью эксперимента в физических исследованиях (в итоге у них формируется научное мировоззрение);

У учащихся формируются некоторые экспериментальные умения: наблюдать явления, выдвигать гипотезы, планировать эксперимент, анализировать результаты , устанавливать зависимости между величинами, делать выводы и т.п.

Демонстрационный эксперимент, являясь средством наглядности, способствует организации восприятия учащимися учебного материала, его пониманию и запоминанию; позволяет осуществить политехническое обучение учащихся; способствует повышению интереса к изучению физике и созданию мотивации учения. Но при проведении учителем демонстрационного эксперимента основную деятельность выполняют сам учитель и, в лучшем случае, один - два ученика, остальные учащиеся только пассивно наблюдают за опытом, проводимым учителем, сами при этом ничего не делают собственными руками. Следовательно, необходимо наличие самостоятельного эксперимента учащихся по физике.

Лабораторные занятия.

При обучении физике в средней школе экспериментальные умения формируются, когда они сами собирают установки, проводят измерения физических величин, выполняют опыты. Лабораторные занятия вызывают у учащихся очень большой интерес, что вполне естественно, так как при этом происходит познание учеником окружающего мира на основе собственного опыта и собственных ощущений.

Значение лабораторных занятий по физике заключается в том, что у учащихся формируются представления о роли и месте эксперимента в познании. При выполнении опытов у учащихся формируются экспериментальные умения, которые включают в себя как интеллектуальные умения, так и практические. К первой группе относятся умения: определять цель эксперимента, выдвигать гипотезы, подбирать приборы, планировать эксперимент, вычислять погрешности, анализировать результаты, оформлять отчет о проделанной работе . Ко второй группе относятся умения: собирать экспериментальную установку, наблюдать, измерять, экспериментировать.

Кроме того, значение лабораторного эксперимента заключается в том, что при его выполнении у учащихся вырабатываются такие важные личностные качества, как аккуратность в работе приборами; соблюдение чистоты и порядка на рабочем месте, в записях, которые делаются во время эксперимента, организованность, настойчивость в получении результата. У них формируется определенная культура умственного и физического труда.

В практике обучения физике в школе сложились три вида лабораторных занятий:

Фронтальные лабораторные работы по физике;

Физический практикум;

Домашние экспериментальные работы по физике.

Выполнение самостоятельных лабораторных работ.

Фронтальные лабораторные работы - это такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование. Фронтальные лабораторные работы выполняются чаще всего группой учащихся, состоящей из двух человек, иногда имеется возможность организовать индивидуальную работу. Тут возникает сложность: не всегда в школьном кабинете физики есть достаточное количество комплектов приборов и оборудования для проведения таких работ. Старое оборудование приходит в негодность, а, к сожалению, не все школы могут позволить себе закупку нового. Да и от ограничения по времени никуда не денешься. А если у одной из бригад что-то не получается, не работает какой-то прибор или чего-либо не хватает, тогда они начинают просить о помощи учителя , отвлекая других от выполнения лабораторной работы.

В 9-11 классах проводится физический практикум.

Физический практикум проводится с целью повторения, углубления, расширения и обобщения полученных знаний из разных тем курса физики; развития и совершенствования у учащихся экспериментальных умений путем использования более сложного оборудования, более сложного эксперимента; формирования у них самостоятельности при решении задач, связанных с экспериментом. Проводится физический практикум, как правило, в конце учебного года, иногда - в конце первого и второго полугодий и включает серию опытов по той или иной теме. Работы физического практикума учащиеся выполняют в группе из 2-4 человек на различном оборудовании; на следующих занятиях происходит смена работ, что делается по специально составленному графику. Составляя график, учитывают число учащихся в классе, число работ практикума, наличие оборудования. На каждую работу физического практикума отводятся два учебных часа, что требует введения в расписание сдвоенных уроков по физике. Это представляет затруднения. По этой причине и из-за недостатка необходимого оборудования практикуют одночасовые работы физического практикума. Следует отметить, что предпочтительными являются двухчасовые работы, поскольку работы практикума сложнее, чем фронтальные лабораторные работы, выполняются они на более сложном оборудовании, причем доля самостоятельного участия учеников значительно больше, чем в случае фронтальных лабораторных работ.

К каждой работе учитель должен составить инструкцию, которая должна содержать: название, цель, список приборов и оборудования, краткую теорию, описание неизвестных учащимся приборов, план выполнения работы. После проведения работы учащиеся должны сдать отчет, который должен содержать: название работы, цель работы, список приборов, схему или рисунок установки, план выполнения работы, таблицу результатов, формулы, по которым вычислялись значения величин, вычисления погрешностей измерений, выводы. При оценке работы учащихся в практикуме следует учитывать их подготовку к работе, отчет о работе, уровень сформированности умений, понимание теоретического материала, используемых методов экспериментального исследования.

А что будет, если учитель предложит ученикам выполнить опыт или провести наблюдение вне школы, то есть дома или на улице? опыты, задаваемые на дом, должны не требовать применения каких-либо приборов и существенных материальных затрат. Это должны быть опыты с водой, воздухом, с предметами которые есть в каждом доме. Кто-то может усомниться в научной ценности таких опытов, конечно, она там минимальна. Но разве плохо, если ребенок сам может проверить открытый за много лет до него закон или явление? Для человечества пользы никакой, но какова она для ребенка! Опыт - задание творческое, делая что-либо самостоятельно, ученик, хочет он этого или нет, а задумается: как проще провести опыт, где встречался он с подобным явлением на практике, где еще может быть полезно данное явление. Здесь надо заметить то, чтобы дети научились отличать физические опыты от всяческих фокусов, не путать одно с другим.

Домашние экспериментальные работы. Домашние лабораторные работы - простейший самостоятельный эксперимент, который выполняется учащимися дома, вне школы, без непосредственного контроля со стороны учителя за ходом работы.

Главные задачи экспериментальных работ этого вида:

Формирование умения наблюдать физические явления в природе и в быту;

Формирование умения выполнять измерения с помощью измерительных средств, использующихся в быту;

Формирование интереса к эксперименту и к изучению физики;

Формирование самостоятельности и активности.

Домашние лабораторные работы могут быть классифицированы в зависимости от используемого при их выполнении оборудования:

Работы, в которых используются предметы домашнего обихода и подручные материалы (мерный стакан, рулетка, бытовые весы и т.п.);

Работы, в которых используются самодельные приборы (рычажные весы, электроскоп и др.);

Что необходимо ребенку, чтобы провести опыт дома? В первую очередь, наверное, это достаточно подробное описание опыта, с указанием необходимых предметов, где в доступной для ребенка форме сказано, что надо делать, на что обратить внимание. Кроме того, учитель обязан провести подробный инструктаж.

Требования, предъявляемые к домашним экспериментам. Прежде всего, это, конечно, безопасность. Так как опыт проводится учеником дома самостоятельно, без непосредственного контроля учителя, то в опыте не должно быть никаких химических веществ и предметов, имеющих угрозу для здоровья ребенка и его домашнего окружения. Опыт не должен требовать от ученика каких-либо существенных материальных затрат, при проведении опыта должны использоваться предметы и вещества, которые есть практически в каждом доме: посуда, банки, бутылки, вода, соль и так далее. Выполняемый дома школьниками эксперимент должен быть простым по выполнению и оборудованию, но, в то же время, являться ценным в деле изучения и понимания физики в детском возрасте, быть интересным по содержанию. Так как учитель не имеет возможности непосредственно контролировать выполняемый учащимися дома опыт, то результаты опыта должны быть соответствующим образом оформлены (примерно так, как это делается при выполнении фронтальных лабораторных работ). Результаты опыта, проведенного учениками дома, следует обязательно обсудить и проанализировать на уроке. Работы учащихся не должны быть слепым подражанием установившимся шаблонам, они должны заключать в себе широчайшее проявление собственной инициативы, творчества, исканий нового. На основе вышесказанного кратко сформулируем предъявляемые к домашним экспериментальным заданиям требования :

Безопасность при проведении;

Минимальные материальные затраты;

Простота по выполнению;

Легкость последующего контроля учителем;

Наличие творческой окраски.
Домашний эксперимент можно задавать после прохождения темы в классе. Тогда ученики увидят собственными глазами и убедятся в справедливости изученного теоретически закона или явления. При этом полученные теоретически и проверенные на практике знания достаточно прочно отложатся в их сознании.

А можно и наоборот, задать задание на дом, а после выполнения провести объяснение явления. Таким образом, можно создать у учащихся проблемную ситуацию и перейти к проблемному обучению, которое непроизвольно рождает у учащихся познавательный интерес к изучаемому материалу, обеспечивает познавательную активность учащихся в ходе обучения, ведет к развитию творческого мышления учеников. В таком случае, даже если школьники не смогут объяснить увиденное дома на опыте явление сами, то они будут с интересом слушать рассказ преподавателя.

Этапы проведения эксперимента:

1. 
   Обоснование постановки эксперимента.
2. 
   Планирование и проведение эксперимента.
3. 
   Оценка полученного результата.

Любой эксперимент должен начинаться с гипотезы, а заканчиваться выводом.

1. 
   Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента.
2. 
   Определение цели эксперимента.
3. 
   Выяснение условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента.
4. 
   Планирование эксперимента, включающего ответ на вопросы:
   • 
     какие наблюдение провести
   • 
     какие величины измерить
   • 
     приборы и материалы, необходимые для проведения опытов
   • 
     ход опытов и последовательность их выполнения
   • 
     выбор формы записи результатов эксперимента
5. 
   Отбор необходимых приборов и материалов
6. 
   Сбор установки.
7. 
   Проведение опыта, сопровождаемое наблюдениями, измерениями и записью их результатов
8. 
   Математическая обработка результатов измерений
9. 
   Анализ результатов эксперимента, формулировка выводов

Общую структуру физического эксперимента можно представить в виде:

Проводя любой эксперимент, необходимо помнить о требованиях, предъявляемых к эксперименту.

Требования к эксперименту:

• 
  Наглядность;
• 
  Кратковременность;
• 
  Убедительность, доступность, достоверность;
• 
  Безопасность.

Кроме вышеперечисленных видов экспериментов, существуют мысленные, виртуальные эксперименты (см. Приложение), которые проводятся в виртуальных лабораториях и имеют большое значение в случае отсутствия оборудования.

Психологи отмечают, что сложный зрительный материал запоминается лучше, чем его описание. Поэтому демонстрация опытов запечатлевается лучше, чем рассказ учителя о физическом опыте.

Школа -это самая удивительная лаборатория, потому что в ней создается будущее! И какое оно будет, зависит от нас, учителей!

Я считаю, что если учитель в преподавании физики пользуется экспериментальным методом, при котором учащиеся систематически включаются в поиски путей решения вопросов и задач, то можно ожидать, что результатом обучения будет развитие разностороннего, оригинального, не скованного узкими рамками мышления. А - это путь к развитию высокой интеллектуальной активности обучаемых.

Приложение.
Классификация видов экспериментов .
Полевой

(экскурсии)

Домашний

Школьный

Мысленный

Реальный

Виртуальный

В зависимости от количества и размеров

Лаборатор
Практичес
демонстрационные

По месту проведения

По способу проведения

В зависимости от субъекта

Эксперимент