WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 27 |

«Э К С П Е Р И М Е Н ТА Л Ь Н Ы Е ЗАДАЧИ НА УРОКАХ ФИЗИКИ И ФИЗИЧЕСКИХ ОЛИМПИАДАХ Москва Издательство МЦНМО 2009 УДК 53 (023) ББК 22.3я721 + 74.262.22 В18 Поддержано ...»

-- [ Страница 1 ] --

С. Д. Варламов

А. Р. Зильберман

В. И. Зинковский

Э К С П Е Р И М Е Н ТА Л Ь Н Ы Е

ЗАДАЧИ

НА УРОКАХ ФИЗИКИ

И ФИЗИЧЕСКИХ

ОЛИМПИАДАХ

Москва

Издательство МЦНМО

2009

УДК 53 (023)

ББК 22.3я721 + 74.262.22 В18 Поддержано Департаментом образования г. Москвы в рамках программы «Одарённые дети»

Варламов С. Д., Зильберман А. Р., Зинковский В. И.

В18 Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах.— М.: МЦНМО, 2009. — 184 с.

ISBN 978-5-94057-467- Открытая вами книга адресована школьным учителям физики и тем ученикам старших классов, которым интересна настоящая, реальная (конкретная, крутая и т. д.) экспериментальная физика. Полезна эта книга будет и студентам первых курсов физических отделений вузов. Возможно, её будут использовать и организаторы школьных физических олимпиад разных уровней.

В первой части книги рассматриваются простые методы измерений различных физических величин, способы оценки погрешностей измерений, приёмы, позволяющие получить приемлемую (максимальную в данных условиях) точность измерений при ограниченных экспериментальных возможностях.

Во второй части книги описаны многочисленные экспериментальные задачи для физических олимпиад, значительная часть которых была предложена авторами. Большинство задач давались на экспериментальных турах Московской городской олимпиады в разные годы. Приведены условия задач, рекомендации для организаторов олимпиады по задачам, примерные решения этих задач.

ББК 22.3я721 + 74.262. © Варламов С. Д., Зильберман А. Р., Зинковский В. И., 2009.

© МЦНМО, 2009.

ISBN 978-5-94057-467-

ВВЕДЕНИЕ

По 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.

Демонстрационные эксперименты нужны в следующих случаях.

1. Когда нужно познакомить учеников с физическими явлениями и обстоятельствами, послужившими отправной точкой для формулировки основных физических законов их первооткрывателями. Как известно, обнаруженные при наблюдениях закономерности обобщаются и формулируются в виде соответствующих «законов природы». Иногда такие «законы» получают имена своих первооткрывателей, например всем известный закон Архимеда, или закон Кулона. Все законы физики имеют практическую основу — они являются обобщением опыта.

2. Когда рассматривается устройство и принципы действия измерительных приборов, основанных на различных физических явлениях. Приборов, которые позволяют измерять различные физические параметры, гораздо больше, чем основных физических законов. И хотя у каждого прибора имеется свой автор, то есть тот человек, который первым предложил и реализовал конструкцию прибора, имена авторов обычно не сообщаются школьникам. Внимание этому вопросу (авторству) уделяется только при изучении истории физики.

3. При изучении сложных технических устройств или процессов, в которых используются в комбинации различные физические явления.

4 Введение Практические самостоятельные экспериментальные работы тоже могут быть разделены на группы по назначению.

1. Качественные эксперименты: соберите — включите — посмотрите — зарисуйте — сделайте вывод (словесная формулировка). Такие эксперименты нужны для непосредственного ознакомления с физическими явлениями. Например, в таком эксперименте проверяется «закон сообщающихся сосудов».

2. Количественные эксперименты: соберите — измерьте — вычислите — постройте график — запишите результат в тетрадь. Этот тип экспериментов предназначен для выработки навыков применения простейших измерительных приборов и оформления экспериментальных работ. Например, эксперимент, в котором регистрируются различные удлинения одной и той же пружины, если на ней подвешены разные грузы, относится к этому типу.

3. Творческие эксперименты: дан некий набор оборудования, которое можно использовать в эксперименте, дан объект исследования, сформулирована конечная цель, однако не даны чёткие однозначные инструкции, следуя которым можно было бы добраться до конечной цели.

Именно последний тип экспериментальных творческих работ в подробностях рассматривается на страницах книги.

Работы этого типа «заставляют» учеников самостоятельно искать пути, ведущие к конечному результату, разрабатывать план действий, учитывать возможности предоставленных приборов и оборудования и добиваться получения максимально возможной точности не за счёт высокой точности приборов, а за счёт того, что выбран оптимальный метод измерений.

Такие работы позволяют ученикам реализовывать и развивать свои творческие способности, которые в других видах учебной деятельности используются в малой степени.

Предлагая серию экспериментальных заданий для школьников 9—11 классов, мы ставим целью дать им возможность освоить простые методы измерений различных физических величин, научить корректно (и без привлечения непонятных математических методов) оценивать погрешности измерений и на этой основе искать оптимальные методики и разумно организовывать эксперимент. Почти все предлагаемые задания рассчитаны на применение предельно простого оборудования, вполне доступного для кабинета физики в школе.

Точность получаемых результатов должна достигаться в эксперименте за счёт удачного выбора методики, а не за счёт применения фантастически точных (и столь же дорогих) заграничных приборов. В большинстве предлагаемых работ нет «наилучшего метода измерений» — такой метод обычно бывает продиктован наличием заранее собранной хитроумной измерительной установки, методы можно придумывать, комбинировать и сравнивать по достигаемой точности и удобству проведения эксперимента — именно в этом и заключается смысл обучения умению измерять. Во многих из предлагаемых задач не так легко додуматься не только до оптимальной, но и вообще до какой-нибудь «работающей» методики — тут у разумных и быстро соображающих школьников есть явное преимущество перед учителями (авторы не исключают из этой категории и себя — в справедливости приведённого утверждения они многократно убеждались за суммарные на всех авторов 70 лет работы с одарёнными детьми).

Работа 1. Измерение массы, размеров и плотности тел Цель работы — проделать простые измерения массы и размеров тел, определить плотности этих тел. Часть тел — простой и правильной формы (цилиндр, параллелепипед), часть — произвольной формы. На этих примерах показано, как оценить точность получаемых результатов. Работа носит тренировочный характер — никаких принципиальных трудностей при измерениях нет.

Приборы: весы и разновес, линейка металлическая (деревянная, на худой конец — пластмассовая), по возможности — штангенциркуль, мерная мензурка, нитки, сосуд с чистой водой. Металлический цилиндр (можно грузик из набора по механике), деревянный параллелепипед, пластиковая или металлическая фигурка неправильной формы — для измерений плотности материалов.

Выполнение работы: для тел простой формы выполнение понятно и описано во множестве пособий — измеряют размеры и по ним рассчитывают объём тела (сразу стоит сказать, что это не самое разумное решение для получения приемлемой точности — оптимальный метод ниже будет описан), массу тела измеряют при помощи весов — точность измерений массы получается очень высокой, далее находят плотность тела простым делением. Для тел неправильной формы прямые измерения размеров для нахождения объма не проходят — нужно воспользоваться мерной мензуркой, правда точность при этом получается довольно плохой.

Главная причина плохой точности — неточность определения объёма как прямым способом — для тел правильной формы, так и при помощи погружения в воду (рис. 1).

после быстрого после медленного погружения с волнами аккуратного Подробно о точности измерений и возникающих при таких измерениях погрешностях написано в разделе «Погрешности».

Работа 2. Оценка времени реакции экспериментатора Немного странное по форме задание: оценить время реакции экспериментатора при помощи простейшего оборудования — деревянной школьной линейки длиной 30 сантиметров. Опыт следует проводить вдвоём.

На самом деле задание можно поставить и иначе — не ограничивать экспериментаторов конкретным заданием оборудования, поскольку время реакции довольно мало — оно составляет 0,1—0,3 секунды, и обычным секундомером измерить его нельзя (мешает то же время реакции!). Либо придётся пользоваться электронным секундомером, добавляя к нему несложные электронные или электромеханические приставки, либо нужно придумать что-нибудь нетривиальное. Условие задачи поставлено не очень жёстко — экспериментатор может сам предложить определение «времени реакции», приспособленное к придуманному им методу измерений. В нашем случае разумно предложить такой вариант:

заметив какое-то событие (стимул), человек должен на него отреагировать, и время запаздывания мы будем считать искомым временем реакции. Конечно, всё тут нужно сделать так, чтобы не добавить к времени реакции ничего лишнего — действие экспериментатора, которым он реагирует на стимул, не должно само занимать значительного времени — скажем, тут не годится запись в журнал наблюдений времени прихода стимула. Предлагаемый автором вариант выглядит так:

помощник держит линейку так, что она свисает вниз, причём нулевое деление удобно иметь снизу. Экспериментатор держит большой и указательный палец правой (левой — если он левша) руки так, что нижний конец линейки находится между пальцами и ему легко схватить падающую линейку.

Помощник неожиданно отпускает линейку, экспериментатор зажимает её двумя пальцами так быстро, как сумеет. Линейка успеет пролететь некоторое расстояние — его можно измерить по её же делениям, удобно вначале держать пальцы напротив нулевого деления линейки. По этому расстоянию определим время падения, считая движение линейки равноЧасть ускоренным. Важно, чтобы экспериментатор держал пальцы поближе друг к другу, не касаясь при этом линейки.

Важно понять, что результаты такого эксперимента нуждаются в статистической обработке. Обычное расстояние, которое пролетает линейка, составляет 14—22 см, но в части опытов экспериментатор, зазевавшись, вообще не ловит линейку, а иногда ему удаётся «подстеречь» помощника и поймать линейку практически сразу. Ясно, что ни тот, ни другой результат не имеют прямого отношения к времени реакции (хотя — как посмотреть!), поэтому такие результаты мы просто отбросим. Проведём достаточно длинную серию измерений — несколько десятков, очень хорошо сделать несколько серий, меняясь местами с помощником (разумеется, результаты каждого участника нужно учитывать отдельно!).

Модификации этого опыта могут быть такими — испытуемый держит глаза закрытыми и должен отреагировать на звуковой сигнал, синхронизированный с моментом отпускания линейки. Сигналом может служить резкое изменение частоты звукового сигнала или прикосновение к его руке.

Во всех случаях среднее время реакции будет по порядку величины одним и тем же, но может отличаться весьма существенно (до 50%).



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 27 |
 


Похожие работы:

«УТВЕРЖДАЮ Декан факультета географии и геоэкологии _Е.Р. Хохлова 22 февраля 2010 г. Учебно-методический комплекс по дисциплине ЭКОЛОГИЯ, 2 курс 020400.62 География очная форма обучения Обсуждено на заседании кафедры Составитель: физической географии и к.г.н., доцент региональной геоэкологии Тихомирова Л.К. февраля 2010 г. Протокол № 1 Зав. кафедрой _О.А. Тихомиров Тверь 2010 2. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Цели и задачи дисциплины - формирование системы базовых знаний основных научных обобщений...»

«ВВЕДЕНИЕ Цитология – это биологическая наука, которая изучает строение, функции, индивидуальное развитие и эволюцию клеток. Термин “цитология” образован из двух греческих слов: китос – сосуд и логос – наука. Как самостоятельная наука цитология сформировалась к концу XIX в. В 1884 г. вышла книга французского ученого Жана Батиста Карнуа “Биология клетки”, в которой был обобщен накопленный к этому времени материал и дано обоснование трех основных задач микроскопического исследования живых...»

«Радиоактивность – самопроизвольный распад атомов некоторых химических элементов – явление значительно более старое, чем наша Земля. Возможно, ей, как и всему сущему, положил начало Большой взрыв, который, по мнению современных астрофизиков, произошел около 20 миллиардов лет тому назад. С тех пор радиация постоянно заполняет космическое пространство. О радиоактивности написаны десятки тысяч статей и сотни книг. Открытие этого явления – одно из величайших событий в истории науки. Оно вызвало...»

«Пультовая ВЭПП-2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМ.Г.И.БУДКЕРА Сибирского отделения РАН Первые коллайдеры ИЯФ. К 50-летию начала экспериментов по физике элементарных частиц. Главный редактор – академик А.Н.Скринский. Авторский коллектив: академик Г.Н.Кулипанов, академик А.Н.Скринский, д.ф.-м.н., профессор С.И.Середняков, д.ф.-м.н., профессор А.П.Онучин, д.ф.-м.н., профессор Г.М.Тумайкин, к.ф.-м.н. В.В.Петров. Новосибирск 2014 УДК 53:061 Первые...»

«Кабалистический миф из уст Орфея – название статьи Йегуды Либеса, в которой он доказывает древность кабалистической традиции (Libes 1998). Либес не имеет в виду голос Орфея: речь идет о том, что миф, рассказанный Орфеем (“as told by Orpheus” в английском варианте статьи), – эхо недошедшего до нас еврейского источника. Моя идея в другом – кабалистическая традиция включает в себя орфический момент: кабала живет в устах Орфея. Либес сравнивает орфический миф – из космического яйца выклевывается...»

«Физики продолжают шутить: МИР; Москва; 1968 Аннотация Что это такое? — Сборник научного юмора, скажете вы. — Но разве слова „наука“ и „юмор“ не исключают друг друга? — конечно НЕТ. Эта книга — несомненное доказательство того, что наука, как и другие сферы человеческой деятельности, имеет свои смешные стороны. Здесь вы найдте сплав сатирической науки и научной сатиры. (Из Предисловия) Физики продолжают шутить (сборник переводов) Физику Владимиру Иванову в знак признательности за создание...»

«Программа вступительного испытания (собеседование/устный экзамен) по дисциплине Физическая география и ландшафты и Экономическая и социальная география России, для поступающих на направление подготовки магистратуры 05.04.02 – География Физическая география и ландшафты России Объект и предмет региональной физической географии. Факторы пространственной физико-географической дифференциации и формирование ПТК регионального уровня. Природные компоненты и природные территориальные комплексы (ПТК)....»

«Утверждаю: Декан ф-та географии и геоэкологии _ 2013 г. Рабочая программа дисциплины Общая экология, 2 курс _ (наименование дисциплины, курс) 022000.62 Экология и природопользование Направление подготовки Геоэкология _ Профиль подготовки Квалификация (степень выпускника) Бакалавр Форма обучения Очная_ Обсуждено на заседании кафедры Составитель: к.г.н., доцент Л.К. Тихомирова к.б.н., доцент Е.С. Пушай 23 октября 2013г. Протокол № 3 Зав. кафедрой Л.П....»

«Эфирная среда и универсум Апатиты 2004 Ф.Ф. Горбацевич Посвящается светлой памяти Феликса Иосифовича Горбацевича Эфирная среда и универсум Апатиты 2004 Издание осуществлено на средства автора Ф.Ф. Горбацевич Эфирная среда и универсум. Моногр. – Санкт-Петербург: Изд-во АЛЬФА ШТАМП, 2004. 112 с., илл. Излагается место и роль эфира в универсуме. Эфир представляется как всепроникающая среда, состоящая из частиц двух равных, но противоположных по знаку, видов. Эфир обладает определенными...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.