![]() Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать неотразимый комплимент
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
![]() Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
![]() |
Решение экспериментальных задач по физике в курсе механикиПо большому счёту обучение ведётся для того, чтобы «научившийся» мог применять свои знания на практике. Поэтому важнейшим элементом обучения является практическое использование тех приборов и методов измерений, которые уже изучены школьниками. Традиционно при изучении физики эксперименты разделяются на две большие группы: демонстрационные эксперименты, выполняемые обычно учителем, и практические (экспериментальные) работы, выполняемые школьниками самостоятельно. Задача 1. Определить скорость вытекания воды из водопроводного крана. Решение. Задача 2. Исследовать зависимость скорости падения дробинок в глицерине от их радиуса. Оборудование; измерительный цилиндр с глицерином, набор свинцовых дробинок различных размеров, линейка, секундомер, микрометр. Решение. Радиус дробинок r измерим микрометром. Для исследования зависимости скорости падения дробинок от их радиуса необходимо построить график v = f(r). Из графика видно, что зависимость между v и r является квадратичной (v ~ r2). Поэтому можно построить график зависимости скорости от квадрата радиуса, т.е. v=φ(r2). В этом случае графиком будет прямая линия. Задача 3. Определить массу груза. Оборудование: динамометр, исследуемый груз, нить, масштабная линейка. Решение.
Fd=mgl,(1) m = Fd/(gl). 4. Определить массу шарика. Оборудование: шарик неизвестной массы, прищепка для белья, спички, линейка, шарик известной массы. Решение. mn =mcn1, Зная n1 можем уравновесить шарик известной массы m, закрепленный прищепкой на линейке (иначе он будет скатываться), некоторым количеством спичек n2. Считая, что масса каждой спички одинакова, находим ее. Во всех случаях плечо силы тяжести, действующей на уравновешиваемые предметы и спички, необходимо брать одинаковым, тогда mcn2 =mcn1 +mx, mo =m/(n2 −n1). mcn3 =mcn1 +mx, 5. Определить массу шарика. Оборудование: два стальных шарика (один из них известной массы), пластилин, штатив, транспортир, Две нити равной длины. Решение.
m1v1 = (m1 + m2 + Δm)v2. Скорость v1 шарика известной массы в момент соударения находим из закона сохранения механической энергии v1 =√{2gh}=√{2gl(1−cosα1)}. Аналогично определим скорость v2; v2 =√{2gl(1−cosα2)}. m2 =m1(√{(1−cosα1)/(1−cosα2)}−1). m2 = m1(sin(α1/2)/sin(α2/2) − 1). 6. Определить массу линейки. Оборудование: ученическая линейка, пятикопеечная монета или линейка и разновес. Решение. Первый способ. Уравновесим систему, состоящую из линейки и пятикопеечной монеты, на какой-либо опоре (рис.).
m1gl1 = m2gl2 + mgl, где m1 − масса части линейки АО, m2 − масса части линейки ОВ, m − масса пятикопеечной монеты (m = 5 г), l1 − расстояние от точкиO до центра тяжести участка AO, l − расстояние от точки O до центра тяжести пятикопеечной монеты, l2 − половина длины участка ОВ. Величины l1, l2, l легко измерить. Мы учли, что центры тяжести участков АО, ОВ линейки расположены посередине этих участков. При этом условие равновесия примет вид: Из последнего равенства находим, что ρ = ml/(2(l1 + l2)(l1 − l2)). mл =ml/(l1 −l2) Так как сила тяжести линейки приложена к ее середине (рис.), то условие равновесия системы линейка − монета (разновесок) имеет вид: mлgΔl = mgl, откуда: Нетрудно показать, что Δl = l1 − l2, где l1 и l2 указаны на рисунке. Очевидно, что второй способ решения более рационален. 7. Определить массу тела. Оборудование: металлическая линейка, медная проволока малого диаметра, карандаш, тело неизвестной массы, штатив. Решение. Закрепим карандаш в штативе. Уравновесим линейку на карандаше, закрепим на одном из ее концов тело, массу которого надо определить. Надевая на второе плечо полученного рычага проволочную петлю и натягивая проволоку по вертикали вниз, уравновесим тело (рис.). Запишем условие равновесия рычага: mgl2 = Fyh. (1) Из выражения (1) видно, что чем меньше плечо h, тем больше должна быть сила Fy. Очевидно, что уменьшая l1 путем перемещения петли к опоре, мы можем достигнуть такого положения, при котором проволока оборвется. Fy = σnS, (2) где σn − предел прочности меди при растяжении (значение находим по справочнику), a S = πd2/4 площадь поперечного сечения проволоки. Подставив выражение (2) в (1), получим: mgl2 = σnl1πd2/4 (3) откуда m = πd2l1σn/(4l2g). (4) Диаметр проволоки d определим, намотав ее на карандаш и измерив общую толщину п витков. Пусть она равна Lo, тогда d = Lo/n. m = πl1σnLo2/(4l2gn2). 8. Определить массу водяной капли. m = mв/n = mк/n. 9. Имеется 8 совершенно одинаковых по размеру и виду шаров, изготовленных из одного материала. В одном из шаров имеется полость. Найти шар с полостью, пользуясь весами, причем разрешается произвести только два взвешивания. Найти минимальное число взвешиваний, при которых будет определен полый шар, находящийся в группе с произвольным числом шаров. Решение. m = log3п, где n − число шаров. Примечание 1. Если m не целое число, его необходимо округлить до большего целого числа. Примечание 2. Алгоритм для определения полого шара из одинаковых по размеру шаров таков: n шаров делим на три группы. Всегда (если эти группы не равны) Можно сделать две группы с равным числом шаров, тогда в третьей группе число шаров будет либо больше, либо меньше на один шар, чем в первых двух. Положив равные группы на чашки весов, в случае равновесия ищем полый шар среди оставшихся. Если же равновесия нет − ищем шар в более легкой группе. Опыт при этом повторяется. 10. Определить силу, необходимую для того, чтобы опрокинуть брусок через точку O. Сила приложена в точке A параллельно верхнему основанию бруска (рис.). Оборудование: деревянный брусок известной массы, линейка. Решение. Учитывая это, равенство указанных моментов запишется в виде: откуда F = mga/(2b). Покажите, что в случае поворота бруска на угол α (рис. б) сила F, вращающая брусок, будет меньше по сравнению с начальным значением (рис. а). 11. Определить давление, производимое стальной иглой при прокалывании медной пластины. Решение. p = 4F/(πd2), где F − показания динамометра, d − диаметр острия иглы. 12. Определить прочность нити. Оборудование: грузы из набора по механике, транспортир, штатив, нить, гирька известной массы. Решение. Запишем второй закон Ньютона для нити где ац − центростремительное ускорение. Fp − mg = mац, отсюда Прочность нити как раз и определяется силой Fp, т. е. она является искомой величиной в выражении (1). Для нахождения v2/l используем закон сохранения механической энергии (для точек A и B). В этих точках энергии имеют значения: ЕpА = mgh; ЕкA = 0; ЕрB = 0; ЕкВ = mv2/2. Используя закон сохранения энергии, получим: h=l−lcosφ0, gl(1 − cosφ0) = v2/2, v2/l = 2g(1 − cosφо). Подставив полученное значение в (2), получим: Fp = mg(3 − 2cosφo). 13. Определить жесткость резинового шнура. Решение.
mg − F1cosα − F2cosα = 0. (1) Исходя из условия симметрии имеем: F1 − F2 = F. Тогда формула (1) запишется в виде: mg − 2Fcosα = 0. Учитывая, что где x = l/2 − lo/2, длина шнура после растяжения его грузиком, а cosα = 2h/g, получим: Отсюда Величины l, l0, h измеряются линейкой. Опыты необходимо проделать с различными грузиками. 14. Определить приближенное значение коэффициента трения песка о стекло. Решение. tgα = μ, где μ − коэффициент трения. |AO1| = (1/2)|AB|, |OO1| = (1/2)√{4|AO|2 − |AB|2}, тогда Теперь осталось измерить величину |AO| и |AB|, что легко сделать с помощью линейки.
15. Определить коэффициент трения бруска о горизонтальный стол, если длина и ширина бруска меньше его высоты. Решение. F = Fmp. (1) Если силу F переносить параллельно вверх от основания АВСD (рис.), то равномерное и прямолинейное движение бруска будет продолжаться, а брусок не будет поворачиваться относительно ребра основания DC до тех пор, пока вращающий момент силы не превысит момент силы тяжести mg относительно DC. Тогда из условия Fh=mga/2 (2) F=mga/(2h),(3) μ = a/(2h). 16. Исследовать зависимость КПД наклонной плоскости от угла ее наклона к горизонту. η = (An/Ac)•100 %, где Аn = Fтяг/l − полезная работа, т. е. работа по равномерному подъему тела без трения (l − длина наклонной плоскости), а Ас = Fтягl − работа при наличии трения (совершенная работа). В проекции на оси координат после несложных преобразований получим: Fтяг =mg(sinα+μcosα). Fтяг/ =mgsinα. η=sinα/(sinα+μcosα), η=1/(1+μctgα). l=at2/2.(1) Из выражения (1) имеем: ma=mgsinα0 −μmgcosα0.(3) μ = (gsinαo − 2l/t2)/(gcosαo). (4) Преобразовав выражение (4), имеем: μ=tgαo −2l/(gt2cosαo). 17. Стреляя из баллистического пистолета, установленного на столе, попадите, произведя только два выстрела, в картонную коробку, стоящую на полу (на столе). y = h + voyt − gt2/2, (1) x=voxt,(2) voy =vosinαо vox =vocosα0. y = h + vosinα0 − gt2/2, (3) х=vocosαot.(4) h+sotgαo −(g/2)(so2/(vo2cos2αo)).(5) vo =(so/cosαo)√{g/(2(h+sotgαo))}. h+stgα−gs2/(2vo2cos2α)=0.(6) α = (1/2)(arcos[(gs2 − vo2h)/(vo2√{h2 + s2})] + arcos[h/√{h2 + s2}]). 18. На каком максимальном расстоянии от центра диска электропроигрывателя может удержаться монета при вращении с заданной угловой скоростью? Решение. Fц = maц = 4π2Rmv2, (1) где m − масса монеты, R − расстояние от центра диска до центра монеты, ν − частота вращения диска. В данном случае центростремительной силой будет являться сила трения Fmp = μmg, (2) где g − ускорение свободного падения, μ − коэффициент трения. Приравняем выражения (1) и (2): μmg = 4π2Rmv2, откуда: R = μg/(4π2ν2). Коэффициент трения ν = tgαo находим из предварительных опытов по определению предельного угла αo наклона диска, при котором монета начинает скользить по диску. В этом случае, как известно, μ = tgαo. Окончательно получаем, что монета может удержаться на расстоянии 19. Придумать способ определения потенциальной энергии растянутого резинового шнура. Решение. Ep = k(Δl)2/2. (1) Чтобы найти жесткость шнура, необходимо к нему подвесить груз известной массы m. Условие равновесия запишется следующим образом: kΔlo = mg, где Δlo − величина удлинения резинового шнура при подвесе к ней массы m. k = mg/Δlo. Подставив значение k в формулу (1), будем иметь: Ep = mg(Δl)2/(2Δlo), где Δlo, Δl − величины, измеряемые линейкой. 20. Определить максимальную скорость движения пальца руки. Решение. v = l/t, (1) где t (время полета камешка) можно определить по формуле t = √{2h/g}. (2) Здесь h − высота стола, а g − ускорение свободного падения. v = l/√{2h/g}. Предложите другие возможные способы определения максимальной скорости пальца руки. Заключение Устаревшая материальная база многих кабинетов физики и другие субъективные причины приводят к тому, что преподавание физики становится «меловым». Учителя пытаются вернуть эксперимент на уроки физики в виде фронтального эксперимента с использованием простейшего оборудования («простой физический опыт») или в виде экспериментальных задач, которые могут быть поставлены как фронтально, так и демонстрационно. Практически любой занимательный опыт или программная демонстрация могут быть трансформированы в экспериментальную задачу. Ценность такой задачи в том, что сразу после разных ответов разных учащихся можно получить правильный ответ. При обучении школьников решению качественных экспериментальных задач следует договориться о «правилах игры». Это необходимо потому, что ученик часто отвечает не на вопрос учителя, а на «свой вопрос», связанный с той частью опыта, которая произвела на него самое большое впечатление. (Можно вспомнить, замечают ли учащиеся образование тумана в толстостенном сосуде, из которой с шумом вылетела пробка?) Чтобы избежать таких досадных недоразумений, нужно договориться, что каждый ответ будет начинаться со слова «Наблюдаю» и описания увиденного. Когда описание увиденного окончено, надо произнести другое ключевое слово: «Объясняю». Закончить ответ нужно словами «Делаю вывод» и формулировка вывода. Часто при проведении опыта учителя описывают свои действия. Как правило, это описание излишне подробное, дети сами видят, что вы берете в руки. Также многословие учителя при показе опытов отвлекает учащихся от наблюдений, рассеивает их внимание, утомляет. Поэтому многие учащиеся просто не слышат вопроса, который следует после монолога учителя. Чтобы активизировать внимание учащихся, можно предложить и такой прием. Если для проведения опыта нужна специальная установка и она заранее собирается учителем, тогда учащиеся называют ее основные части. Только после этого формулируется вопрос, ответ на который должны дать учащиеся. Итак, любой занимательный опыт или программная демонстрация могут быть трансформированы в экспериментальную задачу. Наиболее эффективный способ обучения – это ученический физический эксперимент. Список литературы 1. Акритов X. Развитие интереса учащихся к механике // Физика в шко-ле. 1985.№4,с.38-44. 2. Александров Д.А., Швайченко И.М. Методика решения задач по физике всредней школе: Пособие для учителей,- Л.:Учпедгиз, 1948.-240 с. 3. Антипин И.Г. Экспериментальные задачи по физике в 6-7 классах: Пособиедля учителей. М.Просвещение, 1974. - 127 с. 4. Балашов М.М. Физика: Учебник для IX класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 1994. - 319 с. 5. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы: Учебное пособие длястудентов вузов. М.: Высшая школа, 1986. - 256 с. 6. Берлеев Г.И. Сборник задач и вопрос по физике. М.: Учпедгиз, 1955. - 125 с. 7. Блохин B.C. Особенности познавательной деятельности учащихся при решении творческих задач // Психологические основы рационализации познавательно-практической деятельности учащихся. Ярославль, 1975. -с.34-40. 8. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы. М.: Просвещение, 1981. - 288 с. 9. Буров В.А., Иванов А.И., Свиридов В.И. Фронтальные экспериментальные задания по физике. М.: Просвещение, 1985, - 62 с. 10. Буров В.А. и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6-7классах средней школы: Пособие для учителей / В.А.Буров, С.Ф.Кабанов, В.И.Свиридов.- М.: Просвещение, 1981. 112 с. 11. Бутырский Г.А. Проблема использования экспериментальных задач при обучении физике в старших классах средней школы: Диссертация . кандидата педагогических наук в виде научного доклада. Киров, 1995. - 26 с. 12. Володарский В. Система задач как средство повышения эффективности обучения физике в средней школе: Диссертация . кандидата педагогических наук.-М., 1979.-239 с. 13. Голубовская М.П. Современный подход к решению задач по механике в курсе физики средней школы: Диссертация . кандидата педагогических наук. Санкт-Петербург, 1992. - 166 с.f* 32. Горев JI.A. Занимательные опыты по физике. М.: Просвещение, 1977. - 151с. 14. Грязева Н. Н. Творческие задачи по физике как средство формирования познавательной деятельности учащихся. Диссертация . кандидата педагогических наук. - Челябинск, 1996. - 170 с. 15. Давиден А.А. Экспериментальные задачи как средство повышения уровня и качества знаний учащихся по физике: Диссертация . кандидата педагогических наук. М., 1990. - 184 с. 16. Демкович В.П. Сборник вопросов и задач по физике. М.: Просвещение,1970.-240 с. 17. Довнар Э.А., Курочкин Ю.А., Сидорович П.Н. Экспериментальные олимпиадные задачи по физике. Минск: Народная асвета, 1981. - 96 с. 18. Евсеева Н.М. Экспериментальные упражнения в курсе физики как средство организации познавательной деятельности учащихся подросткового возраста: Диссертация . кандидата педагогических наук. М., 1990. - 189 с. 19. Знаменский П.А. Методика преподавания физики. 2-е изд. - М.: Учпедгиз,1954.-551 с. 20. Искандеров Н.Ф. Экспериментальные задачи как средство формированиязнаний о физическом явлении и развитии логического мышления в курсе физики основной школы: Диссертация . кандидата педагогических наук. -Челябинск, 1993. 195 с. 21. Мошков С.С. Постановка экспериментальных задач на уроках физики всредней школе: Диссертация . кандидата педагогических наук. Ленинград, 1953. - 242 с. 22. Мошков С.С. Экспериментальные задачи по физике в средней школе. 23. вопросы в курсе физики средней школы. М.: Просвещение, 1979. - 85 с. 24. Тулькибаева Н.Н., Фридман Л.М., Драпкин М.А., Валович Е.С., Бухарова, . Решение задач по физике: Психолого-методический аспект. Челябинск, 1995. - 119 с. 25. Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике: Пособие для учителя.: Просвещение, 1972. 239 с. 26. Хомутский В.Д. Познавательные задачи по физике. Челябинск: Изд-во1. ЧГПИ,1990. 150 с. 27. Шунин И.А. Совершенствование содержания и методики решения экспериментальных задач по физике в условиях современной школы: Диссертация . кандидата педагогических наук. Самара, 1995. - 197 с. 28. Эвенчик Э.Е. Преподавание механики в курсе физики средней школы. М.:1. Просвещение, 1967. 179 с.
|