Опытно-экспериментальная работа по развитию умения учащихся профессиональных училищ решать задачи по физике. Презентация к уроку по физике (10 класс) на тему: экспериментальная работа по физике "Изменение давления"

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).

Расчет погрешностей измерений физических величин.
Изучение равноускоренного движения.
Определение ускорения тела при равноускоренном движении.
Измерение массы тела.
Изучение второго закона Ньютона.
Определение жесткости пружины.
Определение коэффициента трения скольжения.
Изучение движения тела, брошенного горизонтально.
Изучение движения тела по окружности под действием нескольких сил.
Выяснение условий равновесия тел под действием нескольких сил.
Определение центра тяжести плоской пластины.
Изучение закона сохранения импульса.
Измерение КПД наклонной плоскости.
Сравнение произведенной работы с изменением энергии тела.
Изучение закона сохранения энергии.
Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника.

Экспериментальные работы (4 часа).

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

Экспериментальные задачи(10 часов).

Решение экспериментальных задач 7 класса (2 часа).
Решение экспериментальных задач 8 класса (2 часа).
Решение экспериментальных задач 9 класса (2 часа).
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:

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

Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе./Под ред. А. А. Покровского. Ч. 1.- М.:Просвещение,1978.
Методика преподавания физики в 7-11 классах средней школы./Под редакцией В.П. Орехова и А.В. Усовой. - М.:Просвещение,1999.
Енохович А.С. Справочник по физике. - М.: Просвещение, 1978.
Мартынов И.М., Хозяинова Э.Н. Дидактический материал по физике. 9 класс. - М.: Просвещение,1995.
Скрелин Л.И. Дидактический материал по физике. 9 класс. – М.: Просвещение, 1998.
Хрестоматия по физике /Под ред. Б.И. Спасского. – М.: Просвещение, 1982.
Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. Сборник задач по физике для 9 – 11 классов. – М.: Просвещение, 2000.
Степанова Г.Н. Сборник задач по физике: Для 9-11 классов общеобразовательных учреждений. - М.: Просвещение,1998.
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:

Выбор, проверку и установку приборов;
Наблюдение показаний приборов и отсчет;
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.

С какой целью применяют наклонную плоскость?
Каким образом можно увеличить КПД наклонной плоскости?
Каким образом можно увеличить выигрыш в силе, полученный с помощью наклонной плоскости?
Зависит ли КПД наклонной плоскости от массы груза?
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

Измерение размеров бруска.
Измерение объема жидкости при помощи мензурки.
Измерение плотности жидкости.
Измерение плотности твердого тела.

Все работы проводятся с расчетом погрешностей и проверкой

размерностей.

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

Перечень экспериментальных заданий для 8 класса

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

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

Перечень экспериментальных работ 9 класса

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

Наблюдение изменения модуля веса тела, движущегося с ускорением.
Выяснение условий равновесия тела, имеющего ось вращения, при действии на него сил.
Изучение закона сохранения импульса при упругом соударении тел.
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

Вычислите цену деления шкалы мензурки.
Зарисуйте в тетради часть шкалы мензурки и сделайте запись, поясняющую порядок вычисления цены деления шкалы.
Укажите предел этой шкалы.
Измерьте объем воды в стакане при помощи мензурки. " "
Результат измерения запишите в тетрадь.
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

Запишите:цену деления шкалы мензурки; верхний предел шкалы мензурки.
Измерьте массу стакана с водой при помощи весов.
Перелейте воду из стакана в мензурку и измерьте массу пустого стакана.
Вычислите массу воды в мензурке.
Измерьте объем воды в мензурке.
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)

Измерьте объем тела при помощи мензурки.
Вычислите массу тела.
Проверьте результат вычисления массы тела при помощи весов.
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

Запишите вещество, из которого состоит тело неправильной формы.
Найдите в таблице значение плотности этого вещества.
Измерьте массу тела при помощи весов.
Вычислите объем тела.
Проверьте результат вычисления объема тела при помощи мензурки.
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:

Зависит ли сила трения скольжения:
а) от рода трущихся поверхностей?
б) от шероховатости трущихся поверхностей?
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

Вычислите цену деления шкалы динамометра.
Положите на линейку трибометра брусок большой гранью, а на него - груз и измерьте силу трения скольжения бруска по линейке (рис. 24, а).
Положите на брусок второй груз и снова измерьте силу трения скольжения бруска по линейке (рис. 24, б).
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. 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

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

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

Укрепите жёлоб в наклонном положении при помощи штатива, как показано на рисунке 50. К нижнему концу желоба приставьте деревянный брусок
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.
Измерьте расстояние, на которое переместился брусок.
Повторите опыт, пустив шарик с верхнего конца желоба, и снова измерьте расстояние, на которое переместился брусок.
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

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
Измерьте время, например, 30 полных оборотов шарика.
Зная время движения, число оборотов и радиус вращения, вычислите модули угловой и линейной скоростей шарика относительно стола.
Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
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

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

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.
Возьмите динамометр в руку, расположите его вертикально так, чтобы блок с грузами повис на нитях, и измерьте модуль силы натяжения нити.
Поднимите равномерно грузы на некоторую высоту и измерьте модули перемещений грузов и динамометра относительно стола.
Вычислите полезную и совершенную работы относительно стола.
Вычислите КПД подвижного блока.
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.

Введение

Глава 1. Теоретические основы использования экспериментального метода на уроках физики в старших классах

1 Роль и значение экспериментальных заданий в школьном курсе физики (определение эксперимента в педагогике, психологии и в теории методике обучения физики)

2 Анализ программ и учебников по использованию экспериментальных заданий в школьном курсе физики

3 Новый подход в проведении экспериментальных заданий по физики с помощью Лего-констукторов на примере раздела «Механика»

4 Методика проведения педагогического эксперимента на уровне констатирующего эксперимента

5 Выводы по первой главе

Глава 2. Разработка и методика проведения экспериментальных заданий по разделу «Механика» для учащихся 10 классов общеобразовательного профиля

1 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Кинематика точки». Методические рекомендации по применению на уроках физики

2 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Кинематика твердого тела». Методические рекомендации по применению на уроках физики

3 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Динамика». Методические рекомендации по применению на уроках физики

4 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Законы сохранения в механике». Методические рекомендации по применению на уроках физики

5 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Статика». Методические рекомендации по применению на уроках физики

6 Выводы по второй главе

Заключение

Список литературы

Ответ на вопрос

Введение

Актуальность темы. Общепризнано, что изучение физики дает не только фактические знания, но и развивает личность. Физическое образование, несомненно, является сферой развития интеллекта. Последний, как известно, проявляется и в мыслительной, и в предметной деятельности человека.

В этой связи особое значение приобретает экспериментальное решение задач, которое с необходимостью предполагает оба вида деятельности. Как и любой вид решения задач, оно имеет общую для процесса мышления структуру и закономерности. Экспериментальный подход открывает возможности развития образного мышления.

Экспериментальное решение физических задач, в силу их содержания и методологии решения, может стать важным средством развития универсальных исследовательских навыков и умений: постановки эксперимента, опирающегося на определенные модели исследования, собственно экспериментирования, способности выделить и сформулировать наиболее существенные результаты, выдвинуть гипотезу, адекватную изучаемому предмету, и на ее основе построить физическую и математическую модель, привлечь к анализу вычислительную технику. Новизна содержания физических задач для учащихся, вариативность в выборе экспериментальных методик и средств, необходимая самостоятельность мышления при разработке и анализе физической и математической моделей создают предпосылки для формирования творческих способностей.

Таким образом, разработка системы экспериментальных заданий по физике на примере механики актуальна в плане развивающего и личностно - ориентированного обучения.

Объектом исследования является процесс обучения учащихся десятых классов.

Предметом исследования является система экспериментальных заданий по физике на примере механики, направленная на развитие интеллектуальных способностей, формирование исследовательского подхода, творческой активности учащихся.

Цель исследования - разработка системы экспериментальных заданий по физике на примере механики.

Гипотеза исследования - Если в систему физического эксперимента раздела «Механика» включить демонстрации учителя, связанные с ними домашние и классные опыты учащихся, а также экспериментальные задания для учащихся по элективным курсам, а познавательную деятельность учащихся при их выполнении и обсуждении организовать на основе проблемности, то у школьников появится возможность приобретать, наряду со знанием основных физических понятий и законов, информационные, экспериментальные, проблемные, деятельностные умения, что и приведет к повышению интереса к физике как предмету. Исходя из цели и гипотезы исследования, были доставлены следующие задачи:

1. Определить роль и значение экспериментальных заданий в школьном курсе физики (определение эксперимента в педагогике, психологии и в теории методике обучения физики).

Проанализировать программы и учебники по использованию экспериментальных заданий в школьном курсе физики.

Раскрыть сущность методики проведения педагогического эксперимента на уровне констатирующего эксперимента.

Разработать систему экспериментальных заданий по разделу «Механика» для учащихся 10 классов общеобразовательного профиля.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующем: Установлена роль экспериментального решения физических заданий как средства в развитии познавательных способностей, исследовательских навыков и творческой активности учащихся 10 - х классов.

Теоретическое значение исследований определяется разработкой и обоснованием методических основ технологии проектирования и организации учебного процесса по экспериментальному решению физических задач как средства развивающего и личностно-ориентированного обучения.

Для решения поставленных задач использовалась совокупность методов:

·теоретический анализ психолого-педагогической литературы и сравнительно-сопоставительный методы;

·системный подход к оценке результатов теоретического анализа, метод восхождения от абстрактного к конкретному, синтез теоретического и эмпирического материала, метод содержательного обобщения, логико-эвристическая разработка решений, вероятностное прогнозирование, прогностическое моделирование, мысленный эксперимент.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка, приложений.

Апробация разработанной системы заданий проводилась на базе школы - интерната № 30 Среднего Общего Образования Открытого Акционерного Общества «Российские Железные Дороги», адрес: город Комсомольск - на Амуре, проспект Ленина 58/2.

Глава 1. Теоретические основы использования экспериментального метода на уроках физики в старших классах

Роберт Вудвортс (R. S. Woodworth), опубликовавший свой классический учебник по экспериментальной психологии («Experimental psychology», 1938), определял эксперимент как упорядоченное исследование, в ходе которого исследователь непосредственно изменяет некий фактор (или факторы), поддерживает остальные неизменными и наблюдает результаты систематических изменений .

В педагогике Сластенин В. определял эксперимент как исследовательскую деятельность с целью изучения причинно-следственных связей в педагогических явлениях .

В философии Соколов В.В. описывает эксперимент, как метод научного познания .

Основатель физики - Знаменский А.П. описывал эксперимент как вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном действии .

По Роберту Вудвортсу констатирующий эксперимент - это эксперимент, устанавливающий наличие какого-либо непреложного факта или явления .

По Сластенину В. - констатирующий эксперимент проводится в начале исследования и направлен на выяснение состояния дел в школьной практике по изучаемой проблеме .

По Роберту Вудвортсу формирующий (преобразующий, обучающий) эксперимент ставит своей целью активное формирование или воспитание тех или иных сторон психики, уровней деятельности и т.д.; используется при изучении конкретных путей формирования личности ребёнка, обеспечивая соединение психологических исследований с педагогическим поиском и проектированием наиболее эффективных форм учебно-воспитательной работы .

По Сластенину В. - формирующий эксперимент, в процессе которого конструируются новые педагогические явления .

По Сластенину В. - экспериментальные задания - это кратковременные наблюдения, измерения и опыты, тесно связанные с темой урока .

Личностно ориентированное обучение - это такое обучение, где во главу угла ставится личность ребенка, ее самобытность, самоценность, субъектный опыт каждого сначала раскрывается, а затем согласовывается с содержанием образования. Если в традиционной философии образования социально-педагогические модели развития личности описывались в виде извне задаваемых образцов, эталонов познания (познавательной деятельности), то личностно ориентированное обучение исходит из признания уникальности субъектного опыта самого ученика, как важного источника индивидуальной жизнедеятельности, проявляемой, в частности, в познании. Тем самым признается, что в образовании происходит не просто интериоризации ребенком заданных педагогических воздействий, а «встреча» задаваемого и субъектного опыта, своеобразное «окультуривание» последнего, его обогащение, приращение, преобразование, что и составляет «вектор» индивидуального развития Признание ученика главной действующей фигурой всего образовательного процесса и есть личностно-ориентированная педагогика.

При проектировании образовательного процесса нужно исходить из признания двух равноправных источников: обучения и учения. Последнее не есть просто дериват первого, а является самостоятельным, личностно-значимым, а потому очень действенным источником развития личности.

Личностно-ориентированное обучение строится на принципе субъектности. Из него вытекает целый ряд положений.

Учебный материал не может быть одинаковым для всех учащихся. Ученику надо дать возможность выбрать то, что соответствует его субъектности при изучении материала, выполнении заданий, решении задач. В содержании учебных текстов возможны и допустимы противоречивые суждения, вариативность изложения, проявление разного эмоционального отношения, авторские позиции. Ученик не заучивает обязательный материал с заранее заданными выводами, а сам его отбирает, изучает, анализирует и делает собственные выводы. Упор делается не на развитие только памяти ученика, а на самостоятельность его мышления и самобытность выводов. Проблемность заданий, неоднозначность учебного материала подталкивают ученика к этому.

Формирующий эксперимент, - это специфический исключительно для психологии вид эксперимента, в котором активное воздействие экспериментальной ситуации на испытуемого должно способствовать его психическому развитию и личностному росту .

Рассмотрим роль и значение экспериментальных заданий в психологии, педагогике, философии, и теории методики обучения физики.

Основным методом исследовательской работы психолога является эксперимент. Известный отечественный психолог С.Л. Рубинштейн (1889-1960) выделял следующие качества эксперимента, обуславливающие его значение для получения научных фактов: «1) В эксперименте исследователь сам вызывает изучаемое им явление, вместо того чтобы ждать, как при объективном наблюдении, пока случайный поток явления доставит ему возможность его наблюдать. 2) Имея возможность вызывать изучаемое явление, экспериментатор может варьировать, изменять условия, при которых протекает явление, вместо того чтобы, как при простом наблюдении, брать их таким, каким ему их доставляет случай. 3) Изомеруя отдельные условия и изменяя одно из них при сохранении неизменными остальных, эксперимент тем самым выявляет значение этих отдельных условий и устанавливает закономерные связи, определяющие изучаемый им процесс. Эксперимент, таким образом, очень мощные методическое средство для выявления закономерностей. 4) Выявляя закономерные связи между явлениями, эксперимент часто может варьировать не только самые условия в смысле их наличия или отсутствия, но и их количественные соотношения. В результате эксперимент устанавливает допускающие математическую формулировку качественные закономерности» .

Наиболее ярким педагогическим направлением, призванным реализовать идеи «нового воспитания», выступает экспериментальная педагогика, ведущим стремлением которой является разработка научно обоснованной теории обучения и воспитания, способной развить индивидуальность личности. Возникшая в XIX в. экспериментальная педагогика (термин предложил Э. Мейман) ставила своей целью всестороннее исследование ребёнка и обоснование педагогической теории экспериментальным путём. Она оказала сильное влияние на ход развития отечественной педагогической науки. .

Ни одна тема не должна быть пройдена чисто теоретически, как ни одна работа не должна быть проделана без освещения ее научной теории. Умелое сочетание теории с практикой и практики с теорией даст нужный воспитательный и образовательный эффект и обеспечит выполнение требований, которые предъявляет нам педагогика. Основное орудие обучения физике (ее практической части) в школе - демонстрационный и лабораторный эксперимент, с которым учащийся должен иметь дело в классе при объяснениях учителя, на лабораторных работах, в физическом практикуме, в физическом кружке и в домашних условиях.

Без эксперимента нет и не может быть рационального обучения физике; одно словесное обучение физике неизбежно приводит к формализму и механическому заучиванию .

Эксперимент в школьном курсе физики - это отражение научного метода исследования, присущего физике.

Постановка опытов и наблюдений имеет большое значение для ознакомления учащихся с сущностью экспериментального метода, с его ролью в научных исследованиях по физике, а так же в формировании умений самостоятельно приобретать и применять знания, развитии творческих способностей.

Сформированные умения в ходе проведения экспериментов являются важным аспектом для положительной мотивации учащихся на исследовательскую деятельность. В школьной практике эксперимент, экспериментальный метод и экспериментальная деятельность учащихся реализуются в основном при постановке демонстрационных и лабораторных опытов, в проблемно-поисковом и исследовательском методах обучения.

Отдельную группу экспериментальных основ физики составляет фундаментальные научные эксперименты. Ряд экспериментов демонстрируется на имеющемся в школе оборудовании, другие - на моделях, третьи, - просматривая кинофильмы. Изучение фундаментальных экспериментов позволяет активизировать деятельность учащихся, способствует развитию их мышления, вызывает интерес, побуждает к самостоятельным исследованиям.

Большое количество наблюдений и демонстраций не обеспечивает формирование у учащихся умения самостоятельно и целостно проводить наблюдение. Этот факт можно связать с тем, что в большинстве экспериментов, предлагаемых учащимся, определены состав и последовательность выполнения всех операций. Эта проблема еще более усугубилась после появления тетрадей для лабораторных работ на печатной основе. Учащиеся, выполнив по таким тетрадям только за три года обучения (с 9 по 11 классы) более тридцати лабораторных работ, не могут определить основные операции эксперимента. Хотя для учащихся с низким и удовлетворительным уровнями обучаемости они обеспечивают ситуацию успеха и создают познавательный интерес, положительную мотивацию. Что еще раз подтверждают исследования: более 30% школьников любят уроки физики за возможность самостоятельно выполнять лабораторные и практические работы.

Для того чтобы на уроках и лабораторных работах у учащихся формировались все элементы экспериментальных методов учебного исследования: измерений, наблюдения, фиксация их результатов, проведение математической обработки полученных результатов, и при этом их выполнение сопровождалось высокой степенью самостоятельности и эффективности, перед началом проведения каждого эксперимента учащимся предлагается эвристическое предписание «Учусь ставить эксперимент», а перед наблюдением эвристическое предписание «Учусь наблюдать». Они подсказывают учащимся, что нужно сделать (но не как) намечают направление движения вперед.

Большие возможности для организации самостоятельных экспериментов учащихся имеет «Тетрадь для экспериментальных исследований учащихся 10 классов» (авторы Н.И. Запрудский, А.Л. Карпук). В зависимости от способностей учащихся им предлагается два варианта проведения (самостоятельно с использованием общих рекомендаций по планированию и проведению эксперимента - вариант А или в соответствии с предложенными в варианте Б пошаговыми действиями). Выбор дополнительных к программным экспериментальных исследований и экспериментальных задач дает большие возможности для реализации интересов учащихся .

В целом, в процессе самостоятельной экспериментальной деятельности учащиеся приобретают следующие конкретные умения:

·наблюдать и изучать явления и свойства веществ и тел;

·описывать результаты наблюдений;

·выдвигать гипотезы;

·отбирать, необходимые для проведения экспериментов, приборы;

·выполнять измерения;

·вычислять погрешности прямых и косвенных измерений;

·представлять результаты измерений в виде таблиц и графиков;

·интерпретировать результаты экспериментов;

·делать выводы;

·обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссии.

Учебный физический эксперимент является неотъемлемой, органической частью курса физики средней школы. Удачное сочетание теоретического материала и эксперимента дает, как показывает практика, наилучший педагогический результат .

.2 Анализ программ и учебников по использованию экспериментальных заданий в школьном курсе физики

В старшей школе (10 - 11 классах) распространены и используются в основном пять УМК.

УМК - «Физика 10-11» авт. Касьянов В.А.

класс. 1-3 часа в неделю. Учебник, авт. Касьянов В.А.

Курс предназначен для учащихся общеобразовательных классов, для которых физика не является профильным предметом и должна изучаться в соответствии с базисным компонентом учебного плана. Основная цель - формирование у школьников представлений о методологии научного познания, роли, месте и взаимосвязи теории и эксперимента в процессе познания, об их соотношении, о структуре Вселенной и о положении человека в окружающем мире. Курс призван сформировать у учащихся мнение об общих принципах физики и основных задачах, которые она решает; осуществить экологическое образование школьников, т.е. сформировать у них представление о научных аспектах охраны окружающей среды; выработать научный поход к анализу вновь открываемых явлений. Данный УМК в плане содержания и методики изложения учебного материала доработан автором в большей степени, чем другие, но требует для изучения 3 и более часов в неделю (10-11 кл.) В комплект входят:

Методическое пособие для учителя.

Тетрадь для лабораторных работ к каждому из учебников.

УМК - «Физика 10-11», авт. Мякишев Г.Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н.

класс. 3-4 часа в неделю. Учебник, авт. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.

класс. 3-4 часа в неделю. Учебник, авт. Мякишев Г.Я., Буховцев Б. Б.

Физика 10 класс. Рассчитан на 3, и более часов в неделю, к коллективу первых двух хорошо известных авторов Мякишеву Г.Я., Буховцеву Б.Б. добавился Сотский Н.Н., написавший раздел механики, изучение которого теперь стало необходимо в старшей профильной школе. Физика 11 класс. 3 - 4 часа в неделю. Авторский коллектив прежний: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Этот курс переработан мало, по сравнению со «старым Мякишевым» почти не изменился. Имеет место незначительное перенесение отдельных частей в выпускной класс. Данный комплект является переработанным вариантом традиционных учебников (по ним учился почти весь СССР) для старшей школы тех же авторов.

УМК - «Физика 10-11», авт. Анциферов Л. И.

класс. 3 часа в неделю. Учебник, авт. Анциферов Л.И.

В основу программы курса положен циклический принцип построения учебного материала, предусматривающий изучение физической теории, ее использование при решении задач, применение теории на практике. Выделены два уровня содержания образования: базовый минимум, обязательный для всех, и учебный материал повышенной трудности, адресуемый школьникам, особо интересующимся физикой. Этот учебник написан известным методистом из г. Курска проф. Анциферовым Л.И. Многолетняя работа в педагогическом ВУЗе и чтение лекций студентам привела к созданию данного школьного курса. Эти учебники трудны для общеобразовательного уровня, требуют переработки и дополнительных методических материалов.

УМК - «Физика 10-11», авт. Громов С. В.

класс. 3 часа в неделю. Учебник, авт. Громов С. В.

класс. 2 часа в неделю. Учебник, авт. Громов С. В.

Учебники предназначены для старших классов общеобразовательных школ. Включают теоретическое изложение «школьной физики». При этом значительное внимание уделяется историческим материалам и фактам. Порядок изложения необычен: механика завершается главой СТО, далее следуют электродинамика, МКТ, квантовая физика, физика атомного ядра и элементарных частиц. Такая структура, по мнению автора курса, позволяет формировать в сознании учащихся более строгое представление о современной физической картине мира. Практическая часть представлена описаниями минимального числа стандартных лабораторных работ. Прохождение материала предполагает решение большого количества задач, приведены алгоритмы решения их основных типов. Во всех представленных выше учебниках для старшей школы должен реализоваться так называемый общеобразовательный уровень, но это во многом будет зависеть от педагогического мастерства учителя. Все эти учебники в современной школе вполне могут использоваться в классах естественнонаучного, технического и др. профилей, с сеткой 4-5 ч. в неделю.

УМК - «Физика 10-11», авт. Мансуров А. Н., Мансуров Н. А.

11 класс. 2 часа (1час) в неделю. Учебник, авт. Мансуров А. Н., Мансуров Н. А.

По данному комплекту работают единичные школы! Но он является первым учебником, для предполагаемого гуманитарного профиля физики. Авторы попытались сформировать представление о физической картине мира, последовательно рассматриваются механическая, электродинамическая и квантово-статистическая картины мира. В содержание курса включены элементы методов познания. Курс содержит фрагментарное описание законов, теорий, процессов и явлений. Математический аппарат почти не используется и заменен словесным описанием физических моделей. Решение задач и проведение лабораторных работ не предусмотрено. Дополнительно к учебнику изданы методические пособия и планирование .

физика школьный экспериментальный механика

Реализация современных требований к сформированности экспериментальных умений невозможна без использования новых подходов к проведению практических работ. Необходимо использовать методику, при которой лабораторные работы выполняют не иллюстративную функцию к изучаемому материалу, а являются полноправной частью содержания образования и требуют применения исследовательских методов в обучении. При этом возрастает роль фронтального эксперимента при изучении нового материала с использованием исследовательского подхода и максимальное количество опытов должно переноситься с демонстрационного стола учителя на парты учащихся. При планировании учебного процесса необходимо уделить внимание не только количеству лабораторных работ, но и видам деятельности, которые они формируют. Желательно переносить часть работ с проведения косвенных измерений на исследования по проверке зависимостей между величинами и построение графиков эмпирических зависимостей. При этом уделить внимание формированию следующих умений: конструировать экспериментальную установку исходя из формулировки гипотезы опыта; строить графики и рассчитывать по ним значения физических величин; анализировать результаты экспериментальных исследований, выраженных в виде экспериментальных исследований, выраженных в виде таблицы или графика, делать выводы по результатам эксперимента.

Федеральный компонент государственного образовательного стандарта по физике предполагает приоритет деятельностного подхода к процессу обучения, развития у учащихся умений проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать результаты наблюдений, использовать простые измерительные приборы для изучения физических явлений; представлять результаты наблюдений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости; применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия важнейших технических устройств, для решения физических задач. Использование в учебном процессе Лего-технологий имеет огромное значение для реализации этих требований.

Использование Лего-конструкторов повышает мотивацию учащихся к обучению, т.к. при этом требуются знания практически из всех учебных дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук. Межпредметные занятия опираются на естественный интерес к разработке и постройке различных механизмов.

Современная организация учебной деятельности требует того, чтобы теоретические обобщения учащиеся дали на основе результатов собственной деятельности. Для учебного предмета «физика» - это учебный эксперимент.

Принципиально изменились роль, место и функции самостоятельного эксперимента при обучении физики: учащиеся должны овладевать не только конкретными практическими умениями, но и основами естественнонаучного метода познания, а это может быть реализовано только через систему самостоятельных экспериментальных исследований. Lego-конструкторы существенно мобилизируют такие исследования.

Особенностью преподавания учебного предмета «Физика» в 2009/2010 учебном году является использование образовательных Лего - конструкторов, которые позволяют в полной мере реализовать принцип личностно-ориентированного обучения, провести демонстрационные эксперименты и лабораторные работы, охватывающие практически все темы курса физики и выполняющие не столько иллюстративную функцию к изучаемому материалу, а требующие применения исследовательских методов, что способствует повышению интереса к изучаемому предмету.

1.Индустрия развлечений. ПервоРобот. В наборе: 216 ЛЕГО-элементов, включая RCX-блок и ИК передатчик, датчик освещенности, 2 датчика касания, 2 мотора 9 В.

2.Автоматизированные устройства. ПервоРобот. В наборе: 828 ЛЕГО-элементов, включая Лего-компьютер RCX, инфракрасный передатчик, 2 датчика освещенности, 2 датчика касания, 2 мотора 9 В.

.ПервоРобот NXT. В наборе: программируемый блок управления NXT, три интерактивных сервомотора, набор датчиков (расстояния, касания, звука, света и др.), аккумулятор, соединительные кабели, а также 407 конструктивных ЛЕГО-элементов - балки, оси, зубчатые колеса, штифты, кирпичи, пластины и др.

.Энергия, работа, мощность. В наборе: четыре одинаковых, полностью укомплектованных мини-набора по 201 детали в каждом, включая моторы и электрические конденсаторы.

.Технология и физика. В наборе: 352 детали, предназначенных для изучения основных законов механики и теории магнетизма.

.Пневматика. В наборе: насосы, трубы, цилиндры, клапаны, воздушный ресивер и манометр для построения пневматических моделей.

.Возобновляемые источники энергии. В наборе: 721 элемент, в том числе микромотор, солнечная батарея, различные шестеренки и соединительные провода.

Наборы ПервоРобот на базе блоков управления RCX и NXT предназначены для создания программируемых роботизированных устройств, которые позволяют производит сбор данных с датчиков и их первичную обработку.

Образовательные Лего-конструкторы серии «EDUCATIONAL» (образование) могут быть использованы при изучении раздела «Механика» (блоки, рычаги, виды движения, преобразование энергии, законы сохранения). При достаточной мотивации и методической подготовке с помощью тематических комплектов Lego возможно охватить основные разделы физики, что сделает занятия интересными и эффективными, а, следовательно, осуществлять качественную подготовку учащихся .

.4 Методика проведения педагогического эксперимента на уровне констатирующего эксперимента

Есть два варианта построения педагогического эксперимента.

Первый - когда в эксперименте участвуют две группы детей, одна из которых занимается по экспериментальной программе, а вторая - по традиционной. На третьем этапе исследования будут сравниваться уровни знаний и умений обеих групп.

Второй - когда в эксперименте участвует одна группа детей, и на третьем этапе сравнивается уровень знаний до формирующего эксперимента и после.

В соответствии с гипотезой и задачами исследования был разработан план педагогического эксперимента, который включал три этапа.

Констатирующий этап проводился в месяц, год. Целью его явилось изучение особенностей / знаний / навыков и т.д. ... у детей... возраста.

На формирующем этапе (месяц, год), проводилась работа по формированию..., с использованием....

Контрольный этап (месяц, год) ставил своей целью проверку усвоения детьми... возраста экспериментальной программы знаний/умений.

Эксперимент проводился в.... В нем участвовало кол-во детей (указать возраст).

На первом этапе констатирующего эксперимента изучались представления/знания/умения детей о....

Была разработана серия заданий для изучения знаний детей....

задание. Цель:

Анализ выполнения задания показал: ...

задание. Цель:

Анализ выполнения задания...

задание. ...

От 3 до 6 заданий.

Результаты анализа заданий стоит разместить в таблицах. В таблицах указывают кол-во детей или процент от общего их количества. В таблицах можно указывать уровни развития данного умения у детей, или кол-во выполненных заданий, и т.д. Пример таблиц:

Таблица №....

Количество детей №№Абсолютное число%1 задание (на определенные знания, умения)2 задание3 задание

Или такая таблица: (в этом случае необходимо указать, по каким критериям дети относятся к тому или иному уровню)

Для выявления у детей уровня..., нами были разработаны следующие критерии:

Были выделены три уровня.... :

Высокий: ...

Средний: ...

Низкий: ...

В таблице № представлено соотношение количества детей контрольной и экспериментальной групп по уровням.

Таблица №....

Уровень знаний/уменийКоличество детей №№Абсолютное число%ВысокийСреднийНизкий

Полученные данные свидетельствуют о том, что....

Проведенная экспериментальная работа дала возможность определить пути и средства... .

1.5 Выводы по первой главе

В первой главе нами рассмотрена роль и значение экспериментальных заданий при изучении физики в школе. Даны определения: эксперимента в педагогике, психологии, философии, методике обучения физике, экспериментальных заданий в этих же областях.

Проанализировав все определения, можно сделать следующий вывод о сути экспериментальных заданий. Разумеется, определение этих заданий как исследовательских, имеет несколько условный характер, так как возможность школьного кабинета физики и уровень подготовленности учащихся даже в старших классах делают задачу проведения физических исследований не выполнимой. Поэтому к исследовательским, творческим следует отнести те задания, в которых ученик может открыть новые, неизвестные для него закономерности или для решения которых, он должен сделать какие - то изобретения. Такое самостоятельное открытие известного в физике закона или изобретение способа измерения физической величины не является простым повторением известного. Это открытие или изобретение, обладающее лишь субъективной новизной, для ученика является объективным доказательством его способности к самостоятельному творчеству, позволяет приобрести необходимую уверенность в своих силах и способностях. И все же можно решить эту задачу.

Проанализировав программы и учебники «Физика» 10 класс по использованию экспериментальных заданий в разделе «Механика». Можно сказать о том, что лабораторных работ и опытов в данном курсе проводится недостаточно для того, чтобы полноценно воспринимать весь материал по разделу «Механика».

Также рассмотрен новый подход в преподавании физики - использование Лего - конструкторов, позволяющих развивать творческое мышление учащихся.

На изучение темы кинематика точки отводится 13 часов.

Движение с постоянным ускорением.

Для этой темы разработано экспериментальное задание:

Для выполнения работы используется машина Атвуда.

Для выполнения работы машина Атвуда должна быть установлена строго вертикально, что легко проверить по параллельности шкалы и нити.

Цель опыта: Проверка закона скоростей

Измерения

Проверяют вертикальность установки машины Атвуда. Балансируют грузы.

Укрепляют на шкале кольцевую полочку П1. Регулируют ее положение.

Накладывают на правый груз перегрузок в 5-6 г.

Двигаясь равноускоренно из верхнего положения до кольцевой полочки, правый груз проходит путь S1 за время t1 и приобретает к концу этого движения скорость v. На кольцевой полочке груз сбрасывает перегрузок и дальше движется равномерно со скоростью, которую он приобрел в конце разгона. Для определения ее следует измерить время t2 движения груза на пути S2. Таким образом, каждый опыт состоит из двух измерений: сначала измеряется время равноускоренного движения t1, а затем груз повторно запускается для измерения времени равномерного движения t2.

Проводят 5-6 опытов при различных значениях пути S1 (с шагом 15-20 см). Путь S2 выбирается произвольно. Полученные данные заносят в таблицу отчета.

Методические особенности:

Несмотря на то, что основные уравнения кинематики прямолинейного движения имеют простую форму и не вызывают сомнения, экспериментальная проверка этих соотношений весьма сложна. Трудности возникают в основном по двум причинам. Во-первых, при достаточно больших скоростях движения тел необходимо с большой точностью измерять время их движения. Во-вторых, в любой системе движущихся тел действуют силы трения и сопротивления, которые трудно учесть с достаточной степенью точности.

Поэтому необходимо проводить такие эксперименты и опыты, которые снимают все трудности.

На изучение темы Кинематика отводится 3 часа, и включает в себя следующие разделы:

Механическое движение и его относительность. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Материальная точка. Траектория движения. Равномерное и равноускоренное движение. Свободное падение. Движение тела по окружности. По этой теме нами предложено следующее экспериментальное задание:

Цель работы

Экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела вокруг закрепленной оси.

Идея эксперимента

В эксперименте исследуется вращательное движение закрепленной на оси системы тел, у которой может меняться момент инерции (маятник Обербека). Различные моменты внешних сил создаются грузами, подвешенными на нити, намотанной на шкив.

Экспериментальная установка

Ось маятника Обербека закреплена в подшипниках, так что вся система может вращаться вокруг горизонтальной оси. Передвигая грузы по спицам, можно легко изменять момент инерции системы. На шкив виток к витку наматывается нить, к которой привязана платформа известной массы. На платформу накладываются грузы из набора. Высота падения грузов измеряется с помощью линейки, укрепленной параллельно нити. Маятник Обербека может быть снабжен электромагнитной муфтой - пускателем и электронным секундомером. Перед каждым опытом маятник следует тщательно отрегулировать. Особое внимание необходимо обратить на симметричность расположения грузов на крестовине. При этом маятник оказывается в состоянии безразличного равновесия.

Проведение эксперимента

Задание 1. Оценка момента силы трения, действующей в системе

Измерения

Устанавливают грузы m1 на крестовине в среднее положение, размещая их на равном расстоянии от оси таким образом, чтобы маятник находился в положении безразличного равновесия.

Накладывая небольшие грузы на платформу, определяют приближенно минимальную массу m0 , при которой маятник начнет вращаться. Оценивают момент силы трения из соотношения

где R - радиус шкива, на который намотана нить.

Дальнейшие измерения желательно проводить с грузами массой m 10m0.

Задание 2. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения

Измерения

Укрепляют грузы m1 на минимальном расстоянии от оси вращения. Балансируют маятник. Измеряют расстояние r от оси маятника до центров грузов.

Наматывают нить на один из шкивов. По масштабной линейке выбирают начальное положение платформы, производя отсчет, например, по ее нижнему краю. Тогда конечное положение груза будет находиться на уровне поднятой приемной платформы. Высота падения груза h равна разности этих отсчетов и может быть оставлена во всех опытах одинаковой.

Кладут на платформу первый груз. Расположив груз на уровне верхнего отсчета, фиксируют это положение, зажимая нить электромагнитной муфтой. Подготавливают к измерению электронный секундомер.

Отпускают нить, предоставив грузу возможность падать. Это достигается отключением муфты. При этом автоматически включается секундомер. Удар о приемную платформу останавливает падение груза и останавливает секундомер.

Измерение времени падения при одном и том же грузе выполняется не менее трех раз.

Проводят измерения времени падения груза m при других значениях момента Мн. Для этого либо добавляют на платформу дополнительные перегрузки, либо перебрасывают нить на другой шкив. При одном и том же значении момента инерции маятника необходимо провести измерения не менее чем с пятью значениями момента Мн.

Увеличивают момент инерции маятника. Для этого достаточно симметрично переместить грузы m1 на несколько сантиметров. Шаг такого перемещения должен быть выбран таким образом, чтобы получить 5-6 значений момента инерции маятника. Проводят измерения времени падения груза m (п.2-п.7). Все данные заносят в таблицу отчета.

На изучение темы Динамика отводится 18 часов.

Силы сопротивления при движении твердых тел в жидкостях и газах.

Цель эксперимента: Показать, как скорость воздуха влияет на полет самолета.

Материалы: маленькая воронка, мячик для настольного тенниса.

Переверните воронку широкой частью вниз.

Вложите мячик в воронку и поддерживайте его пальцем.

Дуйте в узкий конец воронки.

Перестаньте поддерживать пальцем мячик, но продолжайте дуть.

Итоги: Мячик остается в воронке.

Почему? Чем быстрее мимо мяча проходит воздух, тем меньше давления он оказывает на мяч. Давление воздуха над мячом гораздо меньше, чем под ним, поэтому мячик поддерживается находящимся под ним воздухом. Благодаря давлению движущегося воздуха крылья самолета как бы подталкиваются вверх. Благодаря форме крыла воздух быстрее передвигается над его верхней поверхностью, чем под нижней. Поэтому возникает сила, которая толкает самолет вверх - подъемная сила. .

На тему законы сохранения в механике отводится 16 часов.

Закон сохранения импульса. (5 часов)

Для этой темы нами было предложено следующее экспериментальное задание:

Цель: изучение закона сохранения импульса.

Каждый из Вас наверное сталкивался с такой ситуацией: Вы бежите с определенной скоростью по коридору и сталкиваетесь со стоящим человеком. Что происходит с этим человеком? Действительно, он начинает двигаться, т.е. приобретает скорость.

Проделаем опыт по взаимодействию двух шаров. На тонких нитях висят два одинаковых шарика. Отведем в сторону левый шар и отпустим. После столкновения шаров левый остановится, а правый придет в движение. Высота, на которую поднимется правый шар, будет совпадать с той, на которую до этого был отклонен левый шар. То есть левый шар передает правому весь свой импульс. На сколько уменьшится импульс первого шара, на столько же увеличится импульс второго шара. Если же говорить о системе 2-х шаров, то импульс системы остается неизменным, то есть сохраняется.

Такое соударение называется упругим (слайды № 7-9).

Признаки упругого соударения:

-Нет остаточной деформации и, следовательно, выполняются оба закона сохранения в механике.

-Тела после взаимодействия движутся совместно.

-Примеры подобного вида взаимодействия: игра в теннис, хоккей и т. п.

-Если масса подвижного тела больше массы неподвижного (m1 > m2), то оно уменьшает скорость, не меняя направления.

-Если наоборот, то первое тело от него отражается и движется в противоположную сторону.

Существует также неупругое соударение

Понаблюдаем: возьмем один большой шарик, один маленький. Маленький шарик покоится, а большой приводим в движение по направлению к маленькому.

После столкновения шарики движутся вместе с одной скоростью.

Признаки упругого соударения:

-В результате взаимодействия тела движутся совместно.

-У тел появляется остаточная деформация, следовательно, механическая энергия превращается во внутреннюю энергию.

-Выполняется только закон сохранения импульса.

-Примеры из жизненного опыта: столкновение метеорита с Землёй, удары молотком по наковальне и т. п.

-При равенстве масс (одно из тел неподвижно) теряется половина механической энергии,

-Если m1 много меньше m2, то теряется её большая часть (пуля и стена),

-Если наоборот, передается незначительная часть энергии (ледокол и маленькая льдина).

То есть существует два вида столкновений: упругие и неупругие. .

На изучение темы «Статика. Равновесие абсолютно твердых тел» отводится 3 часа.

Для этой темы нами было предложено следующее экспериментальное задание:

Цель эксперимента: Найти положение центра тяжести.

Материалы: пластилин, две металлические вилки, зубочистка, высокий стакан или банка с широким горлом.

Скатайте из пластилина шарик диаметром около 4 см.

Воткните в шарик вилку.

Вторую вилку воткните в шарик под углом в 45 градусов по отношению к первой вилке.

Воткните зубочистку в шарик между вилками.

Зубочистку поместите концом на край стакана и двигайте к центру стакана, пока не наступит равновесие.

Итоги: При определенном положении зубочистки вилки уравновешиваются.

Почему? Поскольку вилки расположены под углом друг к другу, то их вес как бы сосредоточен в определенной точке палочки, находящейся между ними. Эта точка называется центром тяжести.

.6 Выводы по второй главе

Во второй главе нами были представлены экспериментальные задания по теме «Механика».

Было выяснено, что каждый эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики в форме числа. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления.

Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.

Заключение

Уже в определении физики как науки заложено сочетание в ней как теоретической, так и практической частей. Считается важным, чтобы в процессе обучения учащихся 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. Это может являться показателем достаточно полного владения материалом.

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.

Опыт же не только учит он увлекает ученика заставляет лучше понимать то явление, которое он демонстрирует. Ведь известно, что человек заинтересованный в конечном результате добивается успеха. Так и в данном случае заинтересовав ученика, пробудем тягу к знаниям.

Список литературы

1.Блудов М.И. Беседы по физике. - М.: Просвещение, 2007. -112 с.

2.Буров В.А. и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике в средней школе. - М.: Академия, 2005. - 208 с.

.Галлингер И.В. Экспериментальные задания на уроках физики // Физика в школе. - 2008. -№ 2 . - С. 26 - 31.

.Знаменский А.П. Основы физики. - М.: Просвещение, 2007. - 212 с.

5.Иванов А.И. и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике: для 10 класса. - М.: Вузовский учебник, 2009. - 313 с.

6.Иванова Л.А. Активизация познавательной деятельности учащихся на уроках физики при изучении нового материала. - М.: Просвещение, 2006. - 492 с.

7.Исследование в психологии: методы и планирование / Дж. Гудвин. СПб.: Питер, 2008. - 172 с.

.Кабардин О.Ф. Педагогический эксперимент // Физика в школе. - 2009. -№ 6 . - С. 24-31.

9.Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б, Сотский Н.Н Физика. 10 класс. Учебник: Учебник. - М.: Гардарика, 2008. - 138 с.

10.Программы для общеобразовательных учреждений. Физика. Составители Ю.И. Дик, В.А. Коровин. - М.: Просвещение, 2007. -112 с.

11.Рубинштейн С.Л. Основы психологии. - М.: Просвещение, 2007. - 226 с.

.Сластенин В. Педагогика. - М.: Гардарики, 2009. - 190 с.

.Соколов В.В. Философия. - M.: Высшая школа, 2008. - 117 с.

14.Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы. Под ред.С.Е.Каменецкого, Н.С.Пурышевой. - М.: ГЕОТАР Медиа, 2007. - 640 с.

15.Харламов И.Ф. Педагогика. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2009 - 576с.

16.Шилов В.Ф. Домашние экспериментальные задания по физике. 9 - 11 классы. - М.: Знание, 2008. - 96 с.

Ответ на вопрос

Отношение реального и возможного, отношение между есть и может быть - вот та интеллектуальная инновация, которая, согласно классическим исследованиям Ж.Пиаже и его школы, становится доступной детям после 11-12 лет. Многочисленные критики Пиаже пытались показать, что возраст 11-12 лет является весьма условным и может быть сдвинут в любую сторону, что переход на новый интеллектуальный уровень совершается не рывком, а проходит целый ряд промежуточных стадий. Но никто не оспаривал сам факт того, что на границе младшего школьного и подросткового возраста в интеллектуальной жизни человека появляется новое качество. Подросток начинает анализ вставшей перед ним задачи с попытки выяснить возможные отношения, применимые к имеющимся в его распоряжении данным, а потом пытается путем сочетания эксперимента и логического анализа установить, какие из возможных отношений здесь реально имеются.

Фундаментальная переориентация мышления с познания того, как устроена реальность, на поиск потенциальных возможностей, лежащих за непосредственной данностью, именуется переходом к гипотетико-дедуктивному мышлению.

Новые гипотетико-дедуктивные средства постижения мира резко раздвигают границы внутренней жизни подростка: его мир наполняется идеальными конструкциями, гипотезами о себе, окружающих, человечестве в целом. Эти гипотезы далеко выходят за границы наличных взаимоотношений и непосредственно наблюдаемых свойств людей (себя в том числе) и становятся основой экспериментального опробования собственных потенциальных возможностей.

Гипотетико-дедуктивное мышление основывается на развитии комбинаторики и пропозициональных операций. Первый шаг когнитивной перестройки характеризуется тем, что мышление становится менее предметным и наглядным. Если на стадии конкретных операций ребенок сортирует предметы только по признаку тождества или сходства, теперь становится возможной классификация неоднородных объектов в соответствии с произвольно выбранными критериями высшего порядка. Анализируются новые сочетания предметов или категорий, отвлеченные высказывания или идеи сопоставляются друг с другом самыми разнообразными способами. Мышление выходит за рамки наблюдаемой и ограниченной действительности и оперирует произвольным числом каких угодно комбинаций. Комбинируя предметы, теперь можно систематически познавать мир, обнаруживать возможные в нем изменения, хотя подростки пока еще не способны выразить формулами скрывающиеся за этим математические закономерности. Однако сам принцип такого описания уже найден и осознан.

Пропозициональные операции - умственные действия, осуществляемые, в отличие от конкретных операций, не с предметными представлениями, а с отвлеченными понятиями. Они охватывают суждения, которые комбинируются с точки зрения их соответствия илинесоответствия предложенной ситуации (истинности или неистинности). Это не просто новый способ увязывать факты, а логическая система, которая гораздо богаче и вариабельнее конкретных операций. Проявляется возможность анализировать любую ситуацию независимо от реальных обстоятельств; подростки впервые обретают способность систематически строить и проверять гипотезы. Одновременно идет дальнейшее развитие конкретных мыслительных операций. Абстрактные понятия (типа объема, веса, силы и т.д.) теперь обрабатываются в уме независимо от конкретных обстоятельств. Становится возможной рефлексия по поводу собственных мыслей. На ней основаны умозаключения, уже не нуждающиеся в проверке на практике, поскольку в них соблюдены формальные законы логики. Мышление начинает подчиняться формальной логике.

Таким образом, между 11 и 15-м годами жизни в когнитивной области происходят существенные структурные изменения, выражающиеся в переходе к абстрактному и формальному мышлению. Они завершают линию развития, начавшуюся в младенчестве формированием сенсомоторных структур и продолжающуюся в детстве вплоть до предпубертатного периода, становлением конкретных умственных операций.

Лабораторная работа «Электромагнитная индукция»

В этой работе проводится изучение явления электромагнитной индукции.

Цели работы

Измерить напряжение, возникающее при перемещении магнита в катушке.

Исследовать влияния смены полюсов магнита при перемещении в катушке, изменение скорости перемещения магнита, использование разных магнитов на возникающее напряжение.

Найти изменение магнитного потока при опускании магнита в катушку.

Порядок выполнения работы

Поместите трубку в катушку.

Закрепите трубку на штативе.

Подключите датчик напряжения к выходу 1 Панели. При работе с Панелью CoachLab II/II+ вместо датчика напряжения используются провода с 4-мм штекерами.

Подсоедините провода к желтому и черному гнездам выхода 3 (эта схема приведена на рисунке и описана в разделе Лабораторные работы Coach).

Откройте Лабораторные работы Coach 6 Изучение физики >Электромагнитная индукция.

Начните измерения, нажав кнопку Пуск. При выполнении работы используется автоматическая запись. Благодаря этому, несмотря на то, что эксперимент длится примерно полсекунды, можно измерить возникающую ЭДС индукции. Когда амплитуда измеряемого напряжения достигнет определенного значения (по умолчанию при увеличении напряжения и достижении значения 0.3 В), компьютер начнет запись измеряемого сигнала.

Начните вдвигать магнит в пластмассовую трубку.

Измерения начнутся, когда значение напряжения достигнет 0.3 В, что соответствует началу опускания магнита.

Если минимальное значение для запуска очень близко к нулю, то запись может начаться из-за помех сигнала. Поэтому минимальное значение для запуска не должно быть близко к нулю.

В случае если значение для запуска выше максимального (ниже минимального) значения напряжения, то запись никогда не начнется автоматически. В этом случае нужно изменить условия запуска.

Анализ полученных данных

Может оказаться, что полученная зависимость напряжения от времени не симметрична относительно нулевого значения напряжения. Это означает, что имеют место помехи. Это не повлияет на качественный анализ, но при расчетах нужно внести поправки, учитывающие эти помехи.

Объясните форму сигнала (минимумы и максимумы) записанного напряжения.

Объясните, почему максимумы (минимумы) несимметричны.

Определите, когда магнитный поток меняется сильнее всего.

Определите суммарное изменение магнитного потока во время первой половины стадии перемещения, когда магнит вдвигали в катушку?

Для нахождения этого значения используйте опции либо Обработать/Анализировать > Площадь или Обработать/Анализировать > Интеграл.

Определите суммарное изменение магнитного потока во время второй половины стадии перемещения, когда магнит выдвигали из катушки?

Теги: Разработка системы экспериментальных заданий по физике на примере раздела "Механика" Диплом Педагогика

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.

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:

Обоснование постановки эксперимента.
Планирование и проведение эксперимента.
Оценка полученного результата.

Любой эксперимент должен начинаться с гипотезы, а заканчиваться выводом.

Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента.
Определение цели эксперимента.
Выяснение условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента.
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
Отбор необходимых приборов и материалов
Сбор установки.
Проведение опыта, сопровождаемое наблюдениями, измерениями и записью их результатов
Математическая обработка результатов измерений
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

Значение и виды самостоятельного эксперимента учащихся по физике. При обучении физике в средней школе экспериментальные умения формируются при выполнении самостоятельных лабораторных работ.

Обучение физике нельзя представить только в виде теоретических занятий, даже если учащимся на занятиях показываются демонстрационные физические опыты. Ко всем видам чувственного восприятия надо обязательно добавить на занятиях “работу руками”. Это достигается при выполнении учащимися лабораторного физического эксперимента, 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.

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

Фронтальные лабораторные работы по физике;

Физический практикум;

Домашние экспериментальные работы по физике.

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. Соответственно в кабинете должно быть 15-20 комплектов приборов для фронтальных лабораторных работ. Общее количество таких приборов будет составлять около тысячи штук. Названия фронтальных лабораторных работ приводятся в учебных программах. Их достаточно много, они предусмотрены практически по каждой теме курса физики. Перед проведением работы учитель выявляет подготовленность учащихся к сознательному выполнению работы, определяет вместе с ними ее цель, обсуждает ход выполнения работы, правила работы с приборами, методы вычисления погрешностей измерений. Фронтальные лабораторные работы не очень сложны по содержанию, тесно связаны хронологически с изучаемым материалом и рассчитаны, как правило, на один урок. Описания лабораторных работ можно найти в школьных учебниках по физике.

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. Физический практикум не связан по времени с изучаемым материалом, он проводится, 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. Физические практикумы предусмотрены в основном программами 9-11 классов. В каждом классе на практикум отводится примерно 10 часов учебного времени. 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.

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.

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

Работы, выполняемые на приборах, выпускаемых промышленностью.

Классификация взята из .

В своей книге С.Ф. Покровский показал, что домашние опыты и наблюдения по физике, проводимые самими учащимися: 1)дают возможность нашей школе расширить область связи теории с практикой; 2)развивают у учащихся интерес к физике и технике; 3)будят творческую мысль и развивают способность к изобретательству; 4)приучают учащихся к самостоятельной исследовательской работе; 5)вырабатывают у них ценные качества: наблюдательность, внимание, настойчивость и аккуратность; 6)дополняют классные лабораторные работы тем материалом, который никак не может быть выполнен в классе (ряд длительных наблюдений, наблюдение природных явлений и прочее), и 7)приучают учащихся к сознательному, целесообразному труду.

Домашние опыты и наблюдения по физике имеют свои характерные особенности, являясь чрезвычайно полезным дополнением к классным и вообще школьным практическим работам.

Уже достаточно давно рекомендовано учащимся иметь домашнюю лабораторию. в нее включались в первую очередь линейки, мензурка, воронка, весы, разновесы, динамометр, трибометр, магнит, часы с секундной стрелкой, железные опилки, трубки, провода, батарейка, лампочка. Однако, несмотря на то, что в набор включены весьма простые приборы, это предложение не получило распространения.

Для организации домашней экспериментальной работы учащихся можно использовать так называемую мини-лабораторию, предложенную учителем-методистом Е.С. Объедковым, в которую входят многие предметы домашнего обихода (бутылочки от пенициллина, резинки, пипетки, линейки и т.п.) что доступно практически каждому школьнику. Е.С. Объедков разработал весьма большое число интересных и полезных опытов с этим оборудованием.

Появилась также возможность использовать ЭВМ для проведения в домашних условиях модельного эксперимента. Понятно, что соответствующие задания могут быть предложены только тем учащимся, у которых дома есть компьютер и програмно-педагогические средства.

Чтобы ученики хотели учиться, необходимо чтобы процесс обучения был интересен для них. Что же интересно ученикам? Для получения ответа на этот вопрос обратимся к выдержкам из статьи И.В. Литовко, МОС(П)Ш №1 г. Свободного “Домашние экспериментальные задания как элемент творчества учащихся”, опубликованной в интернете. Вот что пишет И.В. Литовко:

“Одна из важнейших задач школы - научить учащихся учиться, укрепить их способность к саморазвитию в процессе образования, для чего необходимо сформировать у школьников соответствующие устойчивые желания, интересы, умения. Большую роль в этом играют экспериментальные задания по физике, представляющие по своему содержанию кратковременные наблюдения, измерения и опыты, тесно связанные с темой урока. Чем больше наблюдений физических явлений, опытов проделает учащийся, тем лучше он усвоит изучаемый материал.

Для изучения мотивации учащихся им были предложены следующие вопросы и получены результаты:

Что вам нравится при изучении физике ?

а)решение задач -19%;

б)демонстрация опытов -21%;