Экспериментальные задачи по физике в домашней обстановке



X муниципальная научно-практическая конференция

«Ломоносовские чтения. ЮНИОР»

Экспериментальные задачи
по физике
в домашней обстановке

Автор:

Хрузина Екатерина Андреевна

МОУ «СОШ №12»

8 класс

Руководитель:

Ветрова Ольга Михайловна

учитель физики

МОУ «СОШ №12»

I кв. категория.

г. Ангарск. 2011 год.

Содержание: стр.

Введение ……………………………………..……………….. ……….3 – 4

Теоретическая часть ……………………………………………………5 — 7

Практическая часть ……………………………………………………8 — 12

Заключение …………………………………………………………….13

Литература………………………………………………………………14

Приложения…………………………………………………………….15-31

1.Введение.

Фи́зика (от др.-греч. φύσις «природа») — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира.[1] Физика — это наука о природе. Она изучает материю (вещество и поля) и наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы её движения, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.

Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности — Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление.

В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым, когда он издал первый в России учебник физики в переводе с немецкого языка. В современном мире значение физики чрезвычайно велико.

В основе своей физика — экспериментальная наука: все её законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Однако зачастую именно новые теории являются причиной проведения экспериментов и, как результат, лежат в основе новых открытий. Поэтому принято различать экспериментальную и теоретическую физику.

Экспериментальная физика исследует явления природы в заранее подготовленных условиях. В её задачи входит обнаружение ранее неизвестных явлений, подтверждение или опровержение физических теорий. Многие достижения в физике были сделаны благодаря экспериментальному обнаружению явлений, не описываемых существующими теориями.

В задачи теоретической физики входит формулирование общих законов природы и объяснение на основе этих законов различных явлений, а также предсказание до сих пор неизвестных явлений.

Физик-экспериментатор как бы задаёт природе вопрос, но природа отвечает только на правильно заданный вопрос. Мы должны научиться грамотно, задавать природе вопросы, а для этого научиться правильно, ставить эксперименты. Современная экспериментальная физика использует очень сложную и дорогостоящую технику, но простые и, тем не менее, увлекательные экспериментальные задачи можно поставить и у себя дома.

Цель моей работы создать копилку экспериментальных заданий, которые можно выполнять в домашней обстановке.

Для реализации поставленной цели, я поставила перед собой задачи:

Изучить и проанализировать литературу по теме работы;

Подобрать экспериментальные задачи, которые можно выполнить в домашней обстановке без лабораторного оборудования;

Выполнить ряд экспериментальных задач самой дома.

Объект исследования – экспериментальные задачи по физике.

Гипотеза выполнение экспериментальных задач по физике в домашней обстановке повысит интерес обучающихся к предмету и к экспериментальной деятельности.

В своей работе я применяла эмпирические методы исследования: анализ, сравнение, наблюдение, эксперимент, обобщение.

Практическая значимость работы, на мой взгляд, заключается в следующем:

Копилку экспериментальных задач можно использовать на уроках физики и в домашних условиях в качестве раздаточного материала.

Планы на будущее:

Продолжить работу по формированию копилки экспериментальных задач по физике для выполнения в домашней обстановке;

Создать подборку домашних экспериментальных задач межпредметного содержания (биология-физика, физика-химия).

2.Теоретическая часть.

Наука о природе физика, открывающая суть и основы материального мира, ведет нас строгим и нелегким путем к истине. Любопытство и удивление толкают человека на этот путь, заставляя учиться всю долгую вечную дорогу. За это природа дарит ему великое благо знание, и оно служит человеку, облегчая его труд на Земле, открывая путь в Космос. Итак, пусть любопытство заставит Вас сделать усилие для понимания,

и «вперед без страха и сомненья!»

Главные задачи экспериментальных работ (задач, экспериментов, лабораторных работ):

-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.

Я предлагаю Вам проверить свои способности, выполняя эксперименты — физические опыты и наблюдения в домашних условиях. Мне бы хотелось, чтобы Вы почувствовали себя исследователями, создали простейшую домашнюю физическую лабораторию и научились познавать окружающий Вас мир, т. е., как говорят ученые, освоили основные методы познания. Научное познание начинается с наблюдения.

Наблюдение длительное, целенаправленное и планомерное восприятие предметов и явлений окружающей действительности. Наблюдение является не только элементарным способом познания, но и составной частью эксперимента, который без наблюдения лишен всякого смысла.

Эксперимент — это наблюдение и анализ исследуемого явления в определенных условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздавать его всякий раз при фиксированных (искусственно создаваемых) условиях.

Планировать и проводить наблюдения нужно в следующем порядке:

1. Формулируем цели наблюдения. (Для чего наблюдаем?)

2. Выбираем объекты наблюдения. (Что наблюдаем?)

3. Исследуем условия наблюдения. (Где наблюдаем?)

4. Составляем план наблюдения. (Как наблюдаем?)

5. Выбираем способ фиксирования информации, получаемой в ходе наблюдения. (Чем наблюдаем?)

6. Проводим собственное наблюдение, сопровождающееся фиксированием полученной информации, выбранным способом.

7. Анализируем полученные в ходе наблюдения данные (что получилось?)

8. Формулируем выводы. (Как описать?)

А планировать и проводить эксперимент нужно так:

1. Формулируем цели эксперимента. (Реши, что ты хочешь делать и для чего!)

2. Формулируем гипотезы эксперимента. (Что предполагаешь получить!)

3. Выявляем условия, необходимые для достижения поставленной цели. (Устрани все помехи!)

4. Проектируем эксперимент (мысленный эксперимент). (Подумай, а потом делай!)

5. Отбираем необходимые приборы и материалы. (Найди, изготовь!)

6. Собираем установку. (Собери, проверь!)

7. Проводим опыты в запланированной последовательности, сопровождаем их фиксированием получаемых результатов. (Зарисуй, заполни таблицу!)

8. Обрабатываем результаты измерений. (Вычисли, построй график!)

9. Анализируем результаты эксперимента. (Проверяй, срaвнивай, выясняй причину!)

10. Формулируем выводы. (Обобщай, подтверждай или опровергай свою гипотезу!)

Экспериментальные задачи можно разделить на группы [2, стр.9-10]:

— 1 группа — Изучение человека. Это задания на определение различных параметров человека (длина шага, средняя скорость движения, работа, совершаемая при ходьбе, мощность работы сердца и т.д.).

— 2 группа – Пользование бытовыми измерительными приборами. Задания на применение измерительных приборов: рулетки, мерной кружки, шприца, термометра и т.д.

— 3 группа – Применение бытовых предметов. Эти задания знакомят с физическими характеристиками повседневных продуктов питания: соли, сахара, картофеля и т.д.

— 4 группа — Правильное использование транспортных средств (автомобиль, велосипед и т.д.) и изучение их комплектующих: двигателя внутреннего сгорания, коленчатого вала и т.д.

— 5 группа – Использование спортивного инвентаря и спортивных сооружений (горки, качели, мяча, лыжи и т.д.)

— 6 группа – Конструирование приборов и приспособлений с последующим использованием их в домашнем эксперименте.

Кроме экспериментальных задач, есть ещё домашние лабораторные работы.

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

Домашние лабораторные работы могут быть классифицированы в зависимости от используемого при их выполнении оборудования [4]:

— 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.);

— работы, выполняемые на приборах, выпускаемых промышленностью.

3.Практическая часть.

Я прочитала несколько очень интересных и увлекательных книг, в которых нашла описание экспериментальных заданий. Собрала копилку экспериментальных заданий (приложение 1), домашних лабораторных работ (приложение 2).

Некоторые из них я решила выполнить сама и попробовать их объяснить с помощью законов физики, изученных на уроках физики в школе.

Задача 1.

На катушках ниток пишут номера (№20, №40 и т.д.). Вычислить толщину ниток. Я взяла две катушки с нитками №10 и №40. Для определения толщины ниток я решила использовать способ рядов. На круглую ручку я намотала по 20 оборотов разных ниток. С помощью линейки определила длину ряда:

Нитки №20 – 1 см

Нитки №40 – 0,8 см

Чтобы найти толщину нитки надо длину ряда разделить на число оборотов:

Нитки №20 – 0,05 см

Нитки №40 – 0,04 см

Вывод: способом рядов я определила толщину ниток.

Задача 2.

Как с помощью деревянной линейки измерить диаметр футбольного мяча?

1 способ. Я поставила карандашом на мяче отметку. Намочив мяч водой, я прокатала его по полу, чтобы он сделал один оборот. Достаточно прокатить смоченный водой мяч

по полу, чтобы он сделал один оборот. Линейкой измерила след мяча на полу (l).

Диаметр D вычислила по формуле D = l/π.

2 способ. Обернула мяч по «экватору» один раз ниткой, определила ее длину (l).

По той же формуле вычислила диаметр мяча.

Кроме экспериментальных задач, я выполнила ряд домашних лабораторных работ.

Домашняя лабораторная работа № 1.

Тепло спички.

Цель: рассчитать количество теплоты при сгорании одной спички.

Оборудование: коробок спичек, линейка, весы с гирями, таблица плотностей и таблица удельной теплоты сгорания топлива.

План работы:

Внутренняя энергия спички.

Определение количества теплоты при полном сгорании спички.

А) Определение массы одной спички.

Б) Нахождение диаметра спички.

В) Расчёт количества теплоты.

3.Вывод.

Ход работы:

1. Внутренняя энергия спички.

Спичка загорается при трении о коробок. Она вспыхивает и при внесении её в пламя свечи. В чем сходство и различие причин, приведших к воспламенению спички в обоих случаях? При воспламенении спички изменяется внутренняя энергия тела. Это возможно только двумя способами: совершением механической работы над телом и при теплообмене.

В случаях, когда спичка загорается при трении о коробок, мы совершаем работу. При внесении спички в пламя свечи происходит теплообмен. В быту чаще всего мы зажигаем спичку, совершая работу.

2. Определение количества теплоты при полном сгорании спички.

А) Определение массы одной спички.

Определить массу спички можно двумя способами:

с помощью прямых измерений путем взвешивания на бытовых весах;

через косвенные измерения, по формуле: m=ρV

1-способ. Уравновешиваем весы. На одну из чаш весов положим спичку.

С помощью гирь приведем весы в равновесие. Масса спички получилась равной 120 г, переведем её в единицы СИ в кг m=0,120*10 -3 кг=120*10 -6кг

2-способ. А если дома нет весов, то, как определить массу спички? По формуле m=ρV. Из таблицы плотностей находим плотность дерева (сосна) ρ=700кг/м 3. По формуле вычисляем объем спички V=a*S, где a-длина,

S=πD 2/4 — площадь сечения спички.

Б) Для нахождения диаметра спички можно использовать так же прямые (с помощью штангенциркуля) и косвенные измерения, используя способ рядов.

Рассмотрим способ рядов. Возьмем 10 спичек и расположим их вдоль линейки и вычислим длину ряда L. Она получилась, равной 2,3 см. Вычислим диаметр спички по формуле Dспички=L/N, где N число спичек в ряду. Сделаем вычисления:

Dспички =2,3см/10=0,23см=0,0023м;

a=4см=0,04м;

V=3,14*(23м)2 *10 -8/4*0,04м=1661,06*10 -10м3.

m=17*10 -8 м 3*700кг/м 3=119*10 -6кг.

Оба способа дали почти одинаковый результат для определения массы одной спички, погрешность составила 0,01*10-6кг.

В) Количество теплоты, которое выделяется при сгорании можно вычислить по формуле Q=mq, где m – масса вещества, q – удельная теплота сгорания топлива. По таблице находим удельную теплоту сгорания дерева (сосны) q= 1*107Дж/кг и вычисляем Q.

Q=119*10-6кг*1*107 Дж/кг=119*10=1190 Дж

Вывод: я экспериментальным путем рассчитала количество теплоты, которое выделяется при сгорании одной спички.

Домашняя лабораторная работа № 2.

Определение крахмала в картофеле в зависимости от его плотности.

Цель: определить содержание крахмала в картофеле в зависимости от его плотности, и определить для каких целей его можно использовать.

Оборудование: нитки, сосуд с водой, соль, плечики, линейка, клубни картофеля, тело известной массы (сотовый телефон).

Ход работы:

1.Подготовить клубни картофеля (взяла картофель распространенного сорта Адретта).

2. Чтобы определить массу картофеля, я использовала следующий способ.

Из плечиков изготовила рычаг. Взяла сотовый телефон Nokia 5200, массу которого узнала по паспортным данным (104,2 г =0,1042 кг). К одному плечу рычага подвесила телефон и измерила с помощью линейки его длину l1. Картофель перемотала нитками и подвесила к другому плечу рычага и уравновесила рычаг. Измерила плечо l2. Данные занесла в таблицу.

масса m1, кг

масса сотового телефона

плечо рычага

l1, м

F1, Н

плечо рычага

l2, м

F2, Н

0,1042

0,07

1,042

0,026

2,856

Из формулы момента сил для рычага М12, F1 l1= F2 l2 выразила F2=

По формуле F1= m1g вычислила силу тяжести, действующую на сотовый телефон.

По формуле m2= вычислила массу картофеля, g=10 Н/кг.

m2=2,856 Н/10 Н/кг=0,2856 кг=285,6 г – масса клубня картофеля.

3.Определение объема клубня картофеля.

Так как дома нет мензурки, чтобы определить объем картофеля, я использовала следующий способ, основанный на условии плавания тел.

Картофель в пресной воде тонет, а в соленой воде можно добиться, чтобы он плавал. Из условия плавания тел Fтяж=Fа , можно вычислить объем тела.

Fтяж= mg , где m масса картофеля, которую определили в пункте 2.

Fа= ρgVт формула силы Архимеда.

Vт=, где ρ плотность соленой воды.

Vт=2,856 Н/1030кг/м3*10 Н/кг=277*10-6 м3

4.По формуле ρ=m/v вычисляем плотность картофеля.

ρ=0,2856 кг/277*10-6 м3=0,001031*106 =1031 кг/м3

5. Используя таблицу (приложение 3) сделать вывод о содержании крахмала в клубне картофеля и определить для каких целей его можно использовать.

Картофель, содержащий крахмал < 20% от массы клубня, идет на корм скоту. Картофель с содержанием крахмала > 60 % лучше использовать для технических целей, например, для переработки на крахмал и патоку.

Вывод: для нашего картофеля содержание крахмала < 13 %, что свидетельствует о том, что его можно использовать только в качестве корма для скота. Но я проверила только один клубень. Для точных выводов надо работу повторить несколько раз.

Домашняя лабораторная работа № 3

Вычисление работы, совершаемой при подъеме с первого на второй этаж дома.

Оборудование: рулетка.

Ход работы:

1.С помощью рулетки я измерила высоту одной ступеньки:S0.

2.Вычислила число ступенек: n

3.Определила высоту лестницы: S= S0*n.

4. Определила массу своего тела с помощью напольных весов: m, кг.

5.Вычислила силу тяжести, действующую на свое тела: F=mg

6.Определила работу: А=F*S.

7.Полученные данные занесла в таблицу:

S0 , м

n, шт.

S, м

m, кг

F, Н

А, Дж

0,12

20

2,4

56

560

1344



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст




sitemap sitemap