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.

)

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.

В первой главе дипломной работы были рассмотрены теоретические аспекты проблемы использования электронных учебников в процессе обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы. В ходе теоретического анализа проблемы мы определили принципы и виды электронных учебников, выявили и теоретически обосновали педагогические условия использования информационных технологий в процессе обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы.

Во второй главе дипломной работы нами формулируются цель, задачи и принципы организации экспериментальной работы. В данной главе рассмотрена методика реализации выделенных нами педагогических условий использования электронных учебников в процессе обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы, в заключительном параграфе приводится интерпретация и оценка результатов, полученных в ходе экспериментальной работы.

Цель, задачи, принципы и методы организации экспериментальной работы

Во вводной части работы была выдвинута гипотеза, которая содержала основные условия, требующие проверки на практике. С целью проверки и доказательства выдвинутых в гипотезе предложений нами была проведена экспериментальная работа.

Эксперимент в «Философском энциклопедическом словаре» определяется как планомерно проведенное наблюдение; планомерная изоляция, комбинация и варьирование условий с целью изучения зависящих от них явлений. В этих условиях человек создает возможность наблюдений, на основе которых складывается его знание о закономерностях в наблюдаемом явлении. Наблюдения, условия и знания о закономерностях являются наиболее существенными, на наш взгляд, признаками, характеризующие данное определение.

В словаре «Психология» понятие эксперимента рассматривается как один из основных (наряду с наблюдением) методов научного познания вообще, психологического исследования в частности. Отличается от наблюдения активным вмешательством в ситуацию со стороны исследователя, осуществляющего планомерное манипулирование одной или несколькими переменными (факторами) и регистрацию сопутствующих изменений в поведении изучаемого объекта. Правильно поставленный эксперимент позволяет проверять гипотезы о причинно-следственных отношениях, не ограничивается констатацией связи (корреляции) между переменными. Наиболее существенными признаками, как показывает опыт, здесь являются: активность исследователя, характерная для поискового и формирующего типов эксперимента, а также проверка гипотезы.

Выделяя существенные признаки приведенных определений, как справедливо пишут А.Я. Наин и З.М. Уметбаев, можно построить использовать следующее понятие: эксперимент - это исследовательская деятельность, предназначенная для проверки выдвинутой гипотезы, разворачиваемая в естественных или искусственно созданных контролируемых и управляемых условиях. Результатом этого, как правило, является новое знание, включающее в себя выделение существенных факторов, влияющих на эффективность педагогической деятельности . Организация эксперимента невозможна без выделения критериев. И именно наличие их и позволяет отличить экспериментальную деятельность от какой-либо другой. Такими критериями, по мнению Э.Б. Каиновой, могут быть наличие: цели эксперимента; гипотезы; научного языка описания; специально созданных условий эксперимента; способов диагностики; способов воздействия на предмет экспериментирования; нового педагогического знания .

По целям различают констатирующий, формирующий и оценочный эксперименты. Цель констатирующего эксперимента - измерение наличного уровня развития. В данном случае мы получаем первичный материал для исследования и организации формирующего эксперимента. Это является чрезвычайно важным для организации любого изыскания.

Формирующий (преобразующий, обучающий) эксперимент ставит своей целью не простую констатацию уровня сформированное той или иной деятельности, развития тех или иных умений испытуемых, а их активное формирование. Здесь необходимо создать специальную экспериментальную ситуацию. Результаты экспериментального исследования часто представляют собой не выявленную закономерность, устойчивую зависимость, а ряд более или менее полно зафиксированных эмпирических фактов. Эти данные часто носят описательный характер, представляют лишь более определенный материал, который сужает дальнейшую сферу поиска. Результаты эксперимента в педагогике и психологии нередко следует рассматривать как промежуточный материал и исходную основу для дальнейшей исследовательской работы.

Оценочный эксперимент (контролирующий) - с его помощью через какой-то промежуток времени после формирующего эксперимента определяется уровень знаний, умений испытуемых по материалам формирующего эксперимента.

Целью проведения экспериментальной работы является апробация выделенных педагогических условий использования электронных учебников в процесс обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы и определение их эффективности.

Основными задачами экспериментальной работы являлись: выбор экспериментальных площадок для педагогического эксперимента; определение критериев для подбора экспериментальных групп; разработка инструментария и определение методов педагогической диагностики выбранных групп; разработка педагогических критериев для выявления и соотнесения уровней обученности учащихся контрольных и экспериментальных классов.

Экспериментальная работа осуществлялась в три этапа, включая в себя: диагностирующий этап (проведенный в форме констатирующего эксперимента); содержательный этап (организуемый в форме формирующего эксперимента) и аналитический (проведенный в форме контрольного эксперимента). Принципы осуществления экспериментальной работы.

Принцип всесторонности научно-методической организации экспериментальной работы. Принцип требует обеспечения высокого уровня профессионализма самого педагога-экспериментатора. На эффективность внедрения информационных технологий обучения школьников влияет множество факторов, и, несомненно, её базовым условием является соответствие содержание обучения возможностям школьников. Но даже в этом случае возникают проблемы в преодолении интеллектуальных и физических барьеров и поэтому, при использовании приёмов эмоционально-интеллектуального стимулирования познавательной активности обучающихся мы обеспечивали методическое консультирование, отвечающее следующим требованиям:

а) проблемно-поисковый материал представлялся с использованием персонифицированных объяснительных методов и инструкций, облегчающих усвоение школьниками учебного материала;

б) предлагались различные приёмы и пути усвоения содержания изучаемого материала;

в) отдельным педагогам представлялась возможность свободно выбирать приёмы и схемы решения компьютеризированных задач, работать по своим оригинальным педагогическим приёмам.

Принцип гуманизации содержания экспериментальной работы. Это идея приоритета человеческих ценностей над технократическими, производственными, экономическими, административными и др. Принцип гуманизации реализовывался путём соблюдения следующих правил педагогической деятельности: а) педагогический процесс и воспитательные отношения в нём строятся на полном признании прав и свобод обучающегося и уважении к нему;

б) знать и в ходе педагогического процесса опираться на положительные качества школьника;

в) постоянно осуществлять гуманистическое просвещение педагогов в соответствии с Декларацией «О правах ребёнка»;

г) обеспечивать привлекательность и эстетичность педагогического провеса и комфортность воспитательных отношений всех его участников .

Таким образом, принцип гуманизации, как считают И.А.Колесникова и Е.В.Титова, обеспечивает школьникам определённую социальную защиту в образовательном учреждении .

Принцип демократизации экспериментальной работы - это идея о представлении участникам педагогического процесса определённых свобод для саморазвития, саморегуляции, самоопределения. Принцип демократизации в процессе использования информационных технологий обучения школьников реализуется через соблюдение следующих правил:

а) создавать открытый для общественного контроля и влияния педагогический процесс;

б) создавать правовое обеспечение деятельности обучающихся, способствующие защите их от неблагоприятных воздействий среды;

в) обеспечивать взаимное уважение, такт и терпение во взаимодействии педагогов и обучающихся.

Реализация этого принципа способствует расширению возможностей обучающихся и учителей в определении содержания образования, выборе технологии использования информационных технологий в процесс обучения.

Принцип культуросообразности экспериментальной работы - это идея о максимальном использовании в воспитании, образовании и обучении той среды, в которой и для развития которой создано образовательное учреждение - культуры региона, народа, нации, общества, страны. Реализуется принцип на основе соблюдения таких правил:

а) понимание педагогическою общественностью в школе культуро-исторической ценности;

б) максимальное использование семейной и региональной материальной и духовной культуры;

в) обеспечение единства национального, интернационального, межнационального и интерсоциального начал в воспитании, образовании, обучении школьников;

г) формирование творческих способностей и установок учителей и обучающихся на потребление и создание новых культурных ценностей .

Принцип целостного изучения педагогических явлений в опытной работе, который предполагает: использование системного и интегративно - развивающего подходов; чёткого определения места изучаемого явления в целостном педагогическом процессе; раскрытие движущих сил и явлений изучаемых объектов.

Данным принципом мы руководствовались при моделировании процесса использования информационных технологий обучения.

Принцип объективности, предполагающий: проверку каждого факта несколькими методами; фиксацию всех проявлений изменения исследуемого объекта; сопоставление данных своего исследования с данными других аналойных исследований.

Принцип активно использовался в процессе проведения констатирующего и формирующего этапов эксперимента, при использовании электронного процесса в образовательном процессе, а также при анализе полученных результатов.

Принцип адаптации, требующий учёта личностных особенностей и познавательных способностей, обучающихся в процессе использования информационных технологий, использовался при проведении формирующего эксперимента. Принцип активности, предполагающий, что коррекция личного смыслового поля и стратегии поведения может осуществляться лишь в ходе активной и интенсивной работы каждого участника.

Принцип экспериментирования, направленный на активный поиск участниками занятий новых стратегий поведения. Этот принцип важен как толчок к развитию творчества и инициативы личности, а также как образец поведения в реальной жизни обучающегося .

Говорить о технологии обучения с использованием электронных учебников можно только в том случае, если: она удовлетворяет основным принципам педагогической технологии (предварительное проектирование, воспроизводимость, целеобразование, целостность); она решает задачи, которые ранее в дидактике не были теоретически и/или практически решены; средством подготовки и передачи информации обучаемому является компьютер.

В связи с этим приведём основные принципы системного внедрения компьютеров в учебный процесс, которые были широко использованы в нашей опытной работе .

Принцип новых задач. Суть его состоит в том, чтобы не перекладывать на компьютер традиционно сложившиеся методы и приёмы, а перестраивать их в соответствии с новыми возможностями, которые дают компьютеры. На практике это означает, что при анализе процесса обучения выявляются потери, происходящие от недостатков его организации (недостаточный анализ содержания образования, слабое знание реальных учебных возможностей школьников и др.). В соответствии с результатом анализа намечается список задач, которые в силу различных объективных причин (большой объем, громадные затраты времени и т.п.) сейчас не решаются или решаются неполно, но которые вполне решаются с помощью компьютера. Эти задачи должны быть направлены на полноту, своевременность и хотя бы приближенную оптимальность принимаемых решений.

Принцип системного подхода. Это означает, что внедрение компьютеров должно основываться на системном анализе процесса обучения. То есть должны быть определены цели и критерии функционирования процесса обучения, проведена структуризация, вскрывающая весь комплекс вопросов, которые необходимо решить для того, чтобы проектируемая система наилучшим образом соответствовала установленным целям и критериям.

Принципы максимально разумной типизации проектных решений. Это означает, что, разрабатывая программное обеспечение, исполнитель должен стремиться к тому, чтобы предлагаемые им решения подходили бы возможно более широкому кругу заказчиков не только с точки зрения используемых типов компьютеров, но и различных типов образовательных учреждений.

В заключение данного параграфа отметим, что использование вышеперечисленных методов с другими методами и принципами организации экспериментальной работы позволило определить отношение к проблеме использования электронных учебников в процессе обучения, и наметить конкретные пути эффективного решения проблемы.

Следуя логике теоретического исследования, мы сформировали две группы - контрольную и экспериментальную. В экспериментальной группе проверялась действенность выделенных педагогических условий, в контрольной группе организация процесса обучения была традиционной.

Образовательные особенности реализации педагогических условий использования электронных учебников в процессе обучения физике в старшем звене представлены в параграфе 2.2.

Результаты проделанной работы нашли отражение в параграфе 2.3.

 Колебания и волны.
 Оптика.

Задачи для самостоятельной работы .
 Задача 1. Гидростатическое взвешивание .
Оборудование : линейка деревянная длиной 40 см , пластилин, кусок мела, мерный стакан с водой, нитки, лезвие бритвы, штатив с держателем.
 Задание .
Измерьте

• плотность пластилина;
• плотность мела;
• массу деревянной линейки.

Примечания :

1. Кусок мела желательно не мочить – может развалиться.
2. Плотность воды считать равной 1000 кг/м 3

Задача 2. Удельная теплота растворения гипосульфита .
При растворении гипосульфита в воде температура раствора сильно понижается.
Измерьте удельную теплоту растворения данного вещества.
Под удельной теплотой растворения понимают количество теплоты, необходимое для растворения единицы массы вещества.
Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг × K), плотность воды 1000 кг/м 3 .
Оборудование : калориметр; мензурка или мерный стакан; весы с разновесами; термометр; гипосульфит кристаллический; теплая вода.

Задача 3. Математический маятник и ускорение свободного падения .

Оборудование : штатив с лапкой, секундомер, кусок пластилина, линейка, нить.
Задание : измерить ускорение свободного падения с помощью математического маятника.

Задача 4. Показатель преломления материала линзы .
Задание : измерьте показатель преломления стекла, из которого изготовлена линза.

Оборудование : двояковыпуклая линза на подставке, источник света (лампочка на подставке с источником тока и соединительными проводами), экран на подставке, штангенциркуль, линейка.

Задача 5. «Колебания стержня»

Оборудование : штатив с лапкой, секундомер, спица вязальная, ластик, иголка, линейка, пробка пластиковая от пластиковой бутылки.

• Исследуйте зависимость периода колебаний получившегося физического ма-ятника от длины верхней части спицы. Постройте график полученной зависимости. Проверьте выполнимость формулы (1) в вашем случае.
• Определите с максимально возможной точностью минимальный период колебаний полученного маятника.
• Определите значение ускорения свободного падения.

Задача 6. Определите с максимально возможной точностью сопротивление резистора .
Оборудование : источник тока, резистор с известным сопротивлением, резистор с неизвестным сопротивлением, стаканчик (стеклянный, на 100 мл), термометр, часы (можно использовать свои наручные), миллиметровая бумага, кусок пенопласта.

Задача 7. Определите коэффициент трения бруска о стол .
Оборудование : брусок, линейка, штатив, нитки, гиря известной массы.

Задача 8. Определите вес плоской фигуры .
Оборудование : плоская фигура, линейка, гирька.

Задача 9. Исследуйте зависимость скорости истечения струи, вытекающей из сосуда, от высоты уровня воды в этом сосуде .
Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, стеклянная бюретка со шкалой и резиновой трубкой; пружинный зажим; винтовой зажим; секундомер; воронка; кювета; стакан с водой; лист миллиметровой бумаги.

Задача 10. Определите температуру воды, при которой ее плотность максимальна .
Оборудование : стакан с водой, при температуре t = 0 °С ; металлическая подставка; термометр; ложечка; часы; маленький стакан.

Задача 11. Определите силу разрыва Т нити, mg < T .
Оборудование : планка, длина которой 50 см ; нить или тонкая проволока; линейка; груз известной массы; штатив.

Задача 12. Определите коэффициент трения металлического цилиндра, масса которого известна, о поверхность стола .
Оборудование : два металлических цилиндра приблизительно одинаковой массы (масса одного из них известна (m = 0,4 - 0,6 кг )); линейка длины 40 - 50 см ; динамометр Бакушинского.

Задача 13. Исследуйте содержимое механического «черного ящика» . Определите характеристики твердого тела, заключенного в «ящике».
Оборудование : динамометр, линейка, миллиметровая бумага, «черный ящик» – закрытая банка, частично заполненная водой, в которой находятся твердое тело с прикрепленной к нему жесткой проволокой. Проволока выходит из банки сквозь малое отверстие в крышке.

Задача 14. Оределите плотность и удельную теплоемкость неизвестного вам металла .
Оборудование : калориметр, пластмассовый стакан, ванночка для проявки фотографий, измерительный цилиндр (мензурка), термометр, нитки, 2 цилиндра из неизвестного металла, сосуд с горячей (t г = 60° –70° ) и холодной (t х = 10° – 15° ) водой. Удельная теплоемкость воды c в = 4200 Дж/(кг × K ).

Задача 15. Определите модуль Юнга стальной проволоки .
Оборудование : штатив с двумя лапками для крепления оборудования; два стальных стержня; стальная проволока (диаметром 0,26 мм ); линейка; динамометр; пластилин; булавка.
Примечание . Коэффициент жесткости проволоки зависит от модуля Юнга и геометрических размеров проволоки следующим образом k = ES/l , где l – длина проволоки, a S – площадь ее поперечного сечения.

Задача 16. Определите концентрацию поваренной соли в выданном вам водном растворе .
Оборудование : стеклянная банка объемом 0,5 л ; сосуд с водным раствором поваренной соли неизвестной концентрации; источник переменного тока с регулируемым напряжением; амперметр; вольтметр; два электрода; соединительные провода; ключ; набор из 8 навесков поваренной соли; миллиметровая бумага; емкость с пресной водой.

Задача 17. Определите сопротивления милливольтметра и миллиамперметра для двух диапазонов измерений .
Оборудование : милливольтметр (50/250 мВ ), миллиамперметр (5/50 мА ), два соединительных провода, медная и цинковая пластины, соленый огурец.

Задача 18. Определите плотность тела .
Оборудование : тело неправильной формы, металлический стержень, линейка, штатив, сосуд с водой, нить.

Задача 19. Определите сопротивления резисторов R 1 , …, R 7 , амперметра и вольтметра .
Оборудование : батарейка, вольтметр, амперметр, соединительные провода, переключатель, резисторы: R 1 – R 7 .

Задача 20. Определите коэффициент жесткости пружины .
Оборудование : пружина, линейка, лист миллиметровой бумаги, брусок, груз массой 100 г .
Внимание! Не подвешивайте груз на пружине, так как при этом вы превысите предел упругой деформации пружины.

Задача 21. Определите коэффициент трения скольжения спичечной головки о шероховатую поверхность спичечного коробка .
Оборудование : коробка со спичками, динамометр, груз, лист бумаги, линейка, нить.

Задача 22 . Деталь волоконно-оптического соединителя представляет собой стеклянный цилиндр (показатель преломления n = 1,51), в котором имеется два круглых цилиндрических канала. Торцы детали заклеены. Определите расстояние между каналами .
Оборудование : деталь соединителя, миллиметровая бумага, лупа.

Задача 23. «Черный сосуд» . В «черный сосуд» с водой на нити опущено тело. Найдите плотность тела ρ m , его высоту l уровень воды в сосуде с погруженным телом (h ) и когда тело находится вне жидкости (h o ).
Оборудование . «Черный сосуд», динамометр, миллиметровая бумага, линейка.
Плотность воды 1000 кг/м 3 . Глубина сосуда Н = 32 см .

Задача 24. Трение. Определите коэффициенты трения скольжения деревянной и пластмассовой линеек о поверхность стола .
Оборудование . Штатив с лапкой, отвес, деревянная линейка, пластмассовая линейка, стол.

Задача 25. Заводная игрушка. Определите энергию, запасенную пружиной заводной игрушки (машинки), при фиксированном «заводе» (числе поворотов ключа) .
Оборудование : заводная игрушка известной массы, линейка, штатив с лапкой и муфтой, наклонная плоскость.
Примечание . Заводите игрушку так, чтобы ее пробег не превышал длину стола.

Задача 26. Определение плотности тел . Определите плотность груза (резиновой пробки) и рычага (деревянной рейки), используя предложенное оборудование.
Оборудование : груз известной массы (пробка маркированная); рычаг (деревянная рейка); цилиндрический стакан (200 - 250 мл ); нить (1 м ); деревянная линейка, сосуд с водой.

Задача 27. Изучаем движение шарика .
Приподнимем на некоторую высоту над поверхностью стола шарик. Отпустим его и понаблюдаем за его движением. Если бы соударения были абсолютно упругими (иногда говорят упругими), то шарик всё время подскакивал бы на одну и ту же высоту. В действительности же, высота подскоков постоянно уменьшается. Уменьшается и интервал времени между последовательными подскоками, что явно ощутимо на слух. Спустя некоторое время подскоки прекращаются, и шарик остаётся на столе.
1 задание – теоретическое .
1.1. Определите долю теряемой (коэффициент энергетических потерь) энергии после первого, второго, третьего отскока.
1.2. Получите зависимость времени от количества отскоков.

2 задание – экспериментальное .
2.1. Прямым методом, используя линейку, определите коэффициент энергетических потерь после первого, второго, третьего удара.
Можно определить коэффициент энергетических потерь, используя метод, основанный на измерении суммарного времени движения шарика с момента его бросания с высоты H до момента прекращения подскоков. Для этого вам предстоит установить зависимость общего времени движения с коэффициентом энергетических потерь.
2.2. Определите коэффициент энергетических потерь, используя метод, основанный на измерении суммарного времени движения шарика.
3. Погрешности .
3.1. Сравните погрешности измерений коэффициента энергетических потерь в п. 2.1 и 2.2.

Задача 28. Устойчивая пробирка .

• Найдите массу выданной вам пробирки и её внешний и внутренний диаметры.
• Вычислите теоретически, при какой наименьшей высоте h min и наибольшей высоте h max налитой в пробирку воды она будет устойчиво плавать в вертикальном положении, и найдите численные значения, используя результаты первого пункта.
• Определите h min и h max экспериментально и сравните с результатами пункта 2.

Оборудование . Пробирка неизвестной массы с наклеенной шкалой, сосуд с водой, стаканчик, лист миллиметровой бумаги, нитка.
Примечание . Отклеивать шкалу от пробирки запрещается!

Задача 29. Угол между зеркалами. Определите двугранный угол между зеркалами с наибольшей точностью .
Оборудование . Система из двух зеркал, измерительная лента, 3 булавки, лист картона.

Задача 30. Шаровой сегмент .
Шаровым сегментом называется тело, ограниченное сферической поверхностью и плоскостью. При помощи данного оборудования постройте график зависимости объёма V шарового сегмента единичного радиуса r = 1 от его высоты h .
Примечание . Формула объёма шарового сегмента не предполагается известной. Плотность воды принять равной 1,0 г/см 3 .
Оборудование . Стакан с водой, теннисный шарик известной массы m с проколом, шприц с иглой, лист миллиметровой бумаги, скотч, ножницы.

Задача 31. Снег с водой .
Определите массовую долю снега в смеси снега и воды на момент выдачи.
Оборудование . Смесь снега со льдом, термометр, часы.
Примечание . Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг × °С), удельная теплота плавления льда λ = 335 кДж/кг.

Задача 32. Регулируемый «чёрный ящик» .
В «черном ящике», имеющем 3 вывода, собрана электрическая цепь, состоящая из нескольких резисторов с постоянным сопротивлением и одного переменного резистора. Сопротивление переменного резистора можно изменять от нуля до некоторого максимального значения R o с помощью регулировочной ручки, выведенной наружу.
С помощью омметра исследуйте схему «черного ящика» и, предполагая, что число находящихся в нем резисторов минимально,

• изобразите схему электрической цепи, заключенной в «черном ящике»;
• вычислите сопротивления постоянных резисторов и величину R o ;
• оцените точность вычисленных вами значений сопротивлений.

Задача 33. Измерение электрических сопротивлений .
Определите сопротивления вольтметра, батарейки и резистора. Известно, что реальную батарейку можно представлять как идеальную, последовательно соединенную с некоторым резистором, а реальный вольтметр – как идеальный, параллельно которому включен резистор.
Оборудование . Батарейка, вольтметр, резистор с неизвестным сопротивлением, резистор с известным сопротивлением.

Задача 34. Взвешивание сверхлёгких грузов .
Определить с помощью предложенного оборудования массу m кусочка фольги.
Оборудование . Банка с водой, кусок пенопласта, набор гвоздей, деревянные зубочистки, линейка с миллиметровыми делениями или миллиметровая бумага, остро отточенный карандаш, фольга, салфетки.

Задача 35. ВАХ ЧЯ .
Определите вольт амперную характеристику (ВАХ) «чёрного ящика» (ЧЯ ). Опишите методику снятия ВАХ и постройте её график. Оцените погрешности.
Оборудование . ЧЯ, ограничивающий резистор известным сопротивлением R, мультиметр в режиме вольтметра, регулируемый источник тока, соединительные провода, миллиметровая бумага.
Внимание . Подключать ЧЯ к источнику тока в обход ограничивающего резистора строго запрещается.

Задача 36. Мягкая пружина .

• Экспериментально исследуйте зависимость удлинения мягкой пружины под действием ее собственного веса от числа витков пружины. Дайте теоретическое объяснение найденной зависимости.
• Определите коэффициент упругости и массу пружины.
• Исследуйте зависимость периода колебания пружины от ее числа витков.

Оборудование : мягкая пружина, штатив с лапкой, рулетка, часы с секундной стрелкой, шарик из пластилина массой m = 10 г , миллиметровая бумага.

Задача 37. Плотность проволоки .
Определите плотность проволоки. Ломать проволоку не разрешается.
Оборудование : кусок проволоки, миллиметровая бумага, нить, вода, сосуд.
Примечание . Плотность воды 1000 кг/м 3 .

Задача 38. Коэффициент трения .
Определить коэффициент трения скольжения материала шпульки по дереву. Ось шпульки должна быть горизонтальна.
Оборудование : шпулька, нить длиной 0,5 м , деревянная линейка, закрепленная под углом в штативе, миллиметровая бумага.
Примечание . Во время проведения работы запрещается изменять положение линейки.

Задача 39. Доля механической энергии .
Определите долю механической энергии, теряемой шариком при падении без начальной скорости с высоты 1 м .
Оборудование : теннисный шарик, линейка длиной 1,5 м , лист белой бумаги формата А4 , лист копировальной бумаги, стеклянная пластинка, линейка; кирпич.
Примечание : при малых деформациях шарика можно (но не обязательно) считать справедливым закон Гука.

Задача 40. Сосуд с водой «черный ящик» .
«Черный ящик» представляет собой сосуд с водой, в который опущена нить, на которой закреплены два груза на некотором расстоянии друг от друга. Найдите массы грузов и их плотности. Оцените размеры грузов, расстояние между ними и уровень воды в сосуде.
Оборудование : «черный ящик», динамометр, миллиметровая бумага.

Задача 41. Оптический «черный ящик» .
Оптический «черный ящик» состоит из двух линз, одна из которых является собирающей, а другая - рассеивающей. Определите их фокусные расстояния.
Оборудование : трубка с двумя линзами (оптический «черный» ящик), лампочка, источник тока, линейка, экран с листом миллиметровой бумаги, лист миллиметровой бумаги.
Примечание . Допускается использование света удаленного источника. Приближать лампочку вплотную к линзам (то есть ближе, чем позволяют стойки) не разрешается.

Эксперимент в физике. Физический практикум. Шутов В.И., Сухов В.Г., Подлесный Д.В.

М.: Физматлит, 2005. - 184с.

Описаны экспериментальные работы, входящие в программу физико-математических лицеев в рамках физического практикума. Пособие представляет собой попытку создания единого руководства для проведения практических занятий в классах и школах с углубленным изучением физики, а также для подготовки к экспериментальным турам олимпиад высокого уровня.

Вводный материал традиционно посвящен методам обработки экспериментальных данных. Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения. В экспериментальной части приводятся описания экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений. Приводятся образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений, рекомендации по методам обработки и представления результатов и требования к оформлению отчетов. В конце описаний предлагаются контрольные вопросы, ответы на которые учащиеся должны подготовить к защите работ.

Для школ и классов с углубленным изучением физики.

Формат: djvu / zip

Размер: 2 ,6 Мб

/ Download файл

ВВЕДЕНИЕ

Физический практикум является неотъемлемой частью курса физики. Ясное и глубокое усвоение основных законов физики и ее методов невозможно без работы в физической лаборатории, без самостоятельных практических занятий. В физической лаборатории учащиеся не только проверяют известные законы физики, но и обучаются работе с физическими приборами, овладевают навыками экспериментальной исследовательской деятельности, учатся грамотной обработке результатов измерений и критическому отношению к ним.

Данное пособие представляет собой попытку создания единого руководства по экспериментальной физике для ведения занятий в физических лабораториях профильных физико-математических школ и лицеев. Оно рассчитано на учащихся, не обладающих опытом самостоятельной работы в физической лаборатории. Поэтому описания работ выполнены подробно и обстоятельно. Особое внимание уделено теоретическому обоснованию применяемых экспериментальных методов, вопросам обработки результатов измерений и оценки их погрешностей.

Описание каждой экспериментальной работы начинается с теоретического введения. В экспериментальной части каждой работы приводятся описания экспериментальных установок и задания, регламентирующие последовательность работы учащихся при проведении измерений, образцы рабочих таблиц для записи результатов измерений и рекомендации по методам обработки и представления результатов. В конце описаний предлагаются контрольные вопросы, ответы на которые учащиеся должны подготовить к защите работ.

В среднем за учебный год каждый учащийся должен выполнить 10–12 экспериментальных работ в соответствии с учебным планом.

Учащийся заранее готовится к выполнению каждой работы. Он должен изучить описание работы, знать теорию в объеме, указанном в описании, порядок выполнения работы, иметь предварительно подготовленный лабораторный журнал с конспектом теории и таблицами, а также, если это необходимо, иметь миллиметровую бумагу для выполнения прикидочного графика.

Перед началом выполнения работы учащийся получает допуск к работе.

Примерный перечень вопросов для получения допуска:

1. Цель работы.

2. Основные физические законы, изучаемые в работе.

3. Схема установки и принцип ее действия.

4. Измеряемые величины и расчетные формулы.

5. Порядок выполнения работы.

Учащиеся, допущенные к выполнению работы, обязаны следовать порядку выполнения строго в соответствии с описанием.

Работа в лаборатории заканчивается выполнением предварительных расчетов и обсуждением их с преподавателем.

К следующему занятию учащийся самостоятельно заканчивает обработку полученных экспериментальных данных, построение графиков и оформление отчета.

На защите работы учащийся должен уметь ответить на все вопросы по теории в полном объеме программы, обосновать принятую методику измерений и обработки данных, вывести самостоятельно расчетные формулы. Выполнение работы на этом завершается, выставляется окончательная итоговая оценка за работу.

Семестровая и годовая оценки выставляются при успешном выполнении всех работ в соответствии с учебным планом.

Курс "Экспериментальная физика" практически реализован на комплексном лабораторном оборудовании, разработанном Учебно-методической лабораторией Московского физико-технического института, включающем в себя лабораторные комплексы по механике материальной точки, механике твердого тела, молекулярной физике, электродинамике, геометрической и физической оптике. Такое оборудование имеется во многих специализированных физико-математических школах и лицеях России.

Введение.

Погрешности физических величин. Обработка результатов измерений.

Практическая работа 1. Измерение объема тел правильной формы.

Практическая работа 2. Исследование прямолинейного движения тел в поле земного тяготения на машине Атвуда.

Практическая работа 3. Сухое трение. Определение коэффициента трения скольжения.

Теоретическое введение к работам по колебаниям.

Практическая работа 4. Изучение колебаний пружинного маятника.

Практическая работа 5. Изучение колебаний математического маятника. Определение ускорения свободного падения.

Практическая работа 6. Изучение колебаний физического маятника.

Практическая работа 7. Определение моментов инерции тел правильной формы методом крутильных колебаний.

Практическая работа 8. Изучение законов вращения твердого тела на крестообразном маятнике Обербека.

Практическая работа 9. Определение отношения молярных теплоемкостей воздуха.

Практическая работа 10. Стоячие волны. Измерение скорости волны в упругой струне.

Практическая работа 11. Определение отношения ср/с ι? для воздуха в стоячей звуковой волне.

Практическая работа 12. Изучение работы электронного осциллографа.

Практическая работа 13. Измерение частоты колебаний путем исследования фигур Лиссажу.

Практическая работа 14. Определение удельного сопротивления нихромовой проволоки.

Практическая работа 15. Определение сопротивления проводников компенсационным методом Уитстона.

Практическая работа 16. Переходные процессы в конденсаторе. Определение емкости.

Практическая работа 17. Определение напряженности электрического поля в цилиндрическом проводнике с током.

Практическая работа 18. Исследование работы источника в цепи постоянного тока.

Практическая работа 19. Изучение законов отражения и преломления света.

Практическая работа 20. Определение фокусных расстояний собирающей и рассеивающей линз.

Практическая работа 21. Явление электромагнитной индукции. Исследование магнитного поля соленоида.

Практическая работа 22. Исследование затухающих колебаний.

Практическая работа 23. Изучение явления резонанса в цепи переменного тока.

Практическая работа 24. Дифракция Фраунгофера на щели. Измерение ширины щели «волновым методом».

Практическая работа 25. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как оптический прибор.

Практическая работа 26. Определение показателя преломления стекла «волновым» методом.

Практическая работа 27. Определение радиуса кривизны линзы в эксперименте с кольцами Ньютона.

Практическая работа 28. Исследование поляризованного света.