Практикум по физике (стр. 1 )

ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ

ДЛЯ 8-11 КЛАССОВ

ПРОФИЛЬНОГО УРОВНЯ ОБУЧЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ

АНДРЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ ТАРЧЕВСКИЙ

ПОД РЕДАКЦИЕЙ

СЕРГЕЯ ДМИТРИЕВИЧА ВАРЛАМОВА

школа 179 МИОО, г. Москва

11 апреля 2011

по сравнению с версией от 24 апреля 2010 переработаны разделы:

"Обзор работ для учителя", материал "Необходимо знать…" Л. р. № 7 (она стала №1), 8, 9, 10, 11, 12, 14, 19, 20, 22, 24

добавлены работы № 5, 6, 18

Появились разделы:

-Компьютеры NOVA 5000 и программа Multilab. проблемы в работе и способы справляться с ними;

- Особенности датчиков лаборатории "Архимед".проблемы с датчиками и как с ними справляться

во многие места текста также внесены поправки и дополнения, устранены неточности.

ОБ ЭТОЙ КНИГЕ:

ЦЕЛИ ЭТОЙ РАБОТЫ:

- Предоставить созданные материалы и методические пособия в помощь коллегам, использующим цифровые лаборатории. Сборник ориентирован на широко распространенные лаборатории "Архимед", но приведенные работы можно с успехом выполнять и на других лабораториях.

- Поделиться накопленным опытом и дать полезные советы по организации и обеспечению успешной работы при проведении практикума для учащихся профильных классов.

- Проанализировать характерные трудности, возникающие при использовании лабораторий "Архимед" и показать пути их успешного преодоления.

Представлен ряд лабораторных работ по физике по темам "Механика", "Газы", "Электричество", "Колебания" для проведения практикума в 8 - 11 классах с углубленным изучением предмета. Большинство работ многократно выполнялось учащимися школы № 000 МИОО г. Москвы. Предложенные материалы могут использоваться на практикуме по физике, а также при выполнении демонстраций учителем.

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ПОСОБИЙ:

Ø  Каждая работа - небольшое научное исследование.

Ø  Глубоко изучается «физика явлений».

Ø  Создано, проверено, описано работающее оборудование.

Ø  Учтены характерные трудности, с которыми сталкивались школьники.

Ø  Описаны типичные ошибки при выполнении работ.

Ø  Разработаны многочисленные рекомендации для успешного выполнения работ.

Ø  Учтены особенности и проблемы, связанные с компьютерами NOVA-5000SE

и программой MULTILAB

Ø  В каждой методичке сформулированы чёткие требования к отчёту об исследовании.

Ø  Разработаны вспомогательные материалы в помощь учителю.

Ø  Разработаны вспомогательные материалы для школьников.

Разрешается копирование и некоммерческое применение данного материала.

Методические пособия постоянно обновляются. Используя работу, пожалуйста, свяжитесь с автором - возможно, появилась новая исправленная версия! Кроме того, разрабатываются новые методические пособия. Автор готов общаться с заинтересованными людьми, будет рад конструктивным замечаниям и контактам с коллегами, которые поделятся отлаженными пособиями для проведения интересных работ по физике.

школа 179 МИОО, г. Москва

Контакты :

"vkontakte" Андрей Тарчевский

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАЧЕМ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

КОГДА НЕ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

УЧИТЕЛЮ О РАБОТАХ С "АРХИМЕДОМ"

- НАВЫКИ ШКОЛЬНИКА ЗАСТАВЛЯТЬ ОБОРУДОВАНИЕ РАБОТАТЬ

- НАВЫКИ ШКОЛЬНИКА ПРИМЕНЯТЬ ТЕОРИЮ НА ПРАКТИКЕ

- ПРИДЁТСЯ ТРЕБОВАТЬ ОТ ДЕТЕЙ РЕАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

- РАБОТЫ ДЕЛАЮТСЯ ДОЛГО

- ПРАКТИКУМ - ДЛЯ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ ЛЮДЕЙ

- ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК

- КОМПЬЮТЕРЫ NOVA-5000 ВЕСЬМА ДАЛЕКИ ОТ СОВЕРШЕНСТВА

- НЕСООТВЕТСТВИЕ ДАТЧИКОВ ЗАЯВЛЕННЫМ ПАРАМЕТРАМ НА НЕКОТОРЫХ РЕЖИМАХ ИЗМЕРЕНИЙ

- ЗАЧЕМ Я НАПИСАЛ РУКОВОДСТВА ДЛЯ НЕКОТОРЫХ РАБОТ

КОМПЬЮТЕРЫ NOVA 5000 И ПРОГРАММА MULTILAB. ПРОБЛЕМЫ В РАБОТЕ И СПОСОБЫ СПРАВЛЯТЬСЯ С НИМИ

ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД". ПРОБЛЕМЫ С ДАТЧИКАМИ И КАК С НИМИ СПРАВЛЯТЬСЯ

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ОБЗОР РАБОТ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ

О ГРАФИКАХ И ПРАВИЛЬНЫХ МАСШТАБАХ

О ПОСТРОЕНИИ ГРАФИКОВ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ "MULTILAB"

НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ ПРИ РАБОТЕ С КОМПЬЮТЕРАМИ "NOVA"

Работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ НАСОСА

Работа № 8

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОХОРНОГО ПРОЦЕССА

Работа № 9

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ АЦЕТОНА

Работа № 9А

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ЗАЖИГАЛКЕ

Работа № 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННГО ПАРА ВОДЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Работа № 11

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО И АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССА

Работа № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА

Работа № 13

ИЗМЕРЕНИЕ ЁМКОСТИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА (АККУМУЛЯТОРА)

Работа № 14

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ ТОКА В ЦЕПИ

Работа № 15

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Работа № 17

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЯРКОСТИ СВЕЧЕНИЯ НИТИ НАКАЛА ЛАМПОЧКИ

Работа № 18

ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

Работа № 19

ПРОВЕРКА ЗАКОНА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Работа № 20

ИЗУЧЕНИЕ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ В ТРУБЕ

Работа № 22

ИЗУЧЕНИЕ РАСТЯЖЕНИЯ ПРОВОЛОКИ

Работа № 23

ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ТЕННИСНОГО ШАРИКА

Работа № 24

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

ЗАЧЕМ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Применение лаборатории открывает ряд уникальных возможностей:

Ø  "Архимед" содержит ряд редких для школы датчиков (давления, магнитного поля, счётчик Гейгера и др.). В некоторых случаях очень удобно использовать лабораторию в качестве измерительного прибора. Можно проводить как демонстрационный эксперимент, так и лабораторные работы.

Ø  Наблюдение и изучение динамических процессов.

Целый ряд простых и наглядных работ получается с датчиками давления - здесь и изучение изохорного процесса (с расчётом "абсолютного нуля" температуры), и наблюдение процесса испарения жидкости в закрытом сосуде, и исследование зависимости давления насыщенного пара воды от температуры.

Множество уникальных работ можно выполнить и при изучении электричества и магнетизма. Например, изучить и сравнить с теоретическими предсказаниями динамику процесса разрядки конденсатора, "почувствовать" распределение напряжений и сдвиги фаз в RLC цепочке, наблюдать резонанс в колебательном контуре.

Можно ярко проиллюстрировать "вечно обиженную" красивыми экспериментами механику. Например, показать зависимость координаты, скорости, ускорения теннисного шарика от времени при отскоках от пола (правда, здесь придётся говорить и о дискретной записи данных и о неверно рассчитываемом ускорении при дифференцировании скорости).

Можно изучить колебания математического маятника, измеряя одновременно угол отклонения и силу натяжения нити.

Ø  Несомненное достоинство лабораторий - возможность достаточно серьёзной обработки экспериментальных данных (выбор фрагмента графика, различные виды аппроксимации, интегрирование и взятие производной, различные операции с графиками).

КОГДА НЕ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Ø  Когда есть соблазн вместо участия в процессе исследования (включая оценку достоверности и точности получаемых данных) самоустраниться и решить, что лаборатория сама по себе даст верные результаты от нажимания на "кнопочки" в соответствии с инструкцией. Коллеги, ведь это же глобальная проблема нашего времени - нежелание глубоко вникать в "физику явлений". Сегодня многим хочется получить "компьютерный", уже готовый результат, совсем не думая о том, какими приборами он получен и насколько достоверен. А мы ведь хотим вырастить не "пользователя телевизора", а инженера и учёного. А вы?

Например, в работе "Изучение вольт - амперной характеристики диода" "NOVA" совсем неполезна. Помните, там график зависимости тока от подаваемого напряжения идёт до 0,5 вольта около нуля, потом ток очень резко возрастает. А при измерении обратного тока диода (а он очень мал) - надо взять другие приборы и выбрать другой масштаб графика. Школьник должен понять, что за график он строит, честно измерять ток, повышая напряжение например, на 0,1 вольта (а когда надо, то на меньшую величину - он сам увидит это по ходу опыта). Построить аккуратный график на большом листе миллиметровки, с правильным масштабом. Понять, при каком напряжении диод "открывается", увидеть это на графике. Может быть, выполнить дополнительные измерения для обнаружения этой точки. Понять, а при меньших напряжениях был ток нулевым или всё же не нулевым? При измерении обратного тока он, вероятно, удивится малости тока утечки, возьмёт блок питания вольт на 100. Позовёт учителя и под его присмотром будет работать с высоким напряжением (раньше всё можно было трогать руками, а теперь - страшно и опасно), возьмёт чувствительный микроамперметр и построит график обратного тока, поймёт, что он не виден в масштабе первого графика и построит его на отдельном листе. И вот тогда он поймёт, что такое вольт-амперная характеристика диода. Что по сравнению с этим может значить не особенно наглядная половинка графика, извлеченного из недр компьютера "NOVA"? (график обратного тока вообще не получится).

Ø  При выполнении работы "Исследование влияния масляной плёнки на быстроту остывания воды в стаканчике" есть соблазн дать новичкам - восьмиклассникам вместо термометра и секундомера компьютер с датчиками температуры, тогда нужный красивый график получится быстро и легко. Но сделав так, мы упустим главное – ученик не увидит и не почувствует, как собираются данные, с какой периодичностью разумно делать измерения, как выбрать масштабы на осях, какие числа следует там писать, а какие - не следует, как не перепутать оси, как выбрать хороший масштаб, как соединять полученные точки (и почему их не надо соединять, а следует провести линию наилучшего приближения). Большая работа, куча ошибок, их исправление, получение своего научного результата и – понимание того, как строится график. Заменить процесс познания готовым ответом из компьютера в данном случае - плохо. А вот в следующей похожей работе - конечно, можно использовать и цифровую лабораторию.