Развитие интереса учащихся к физике
Определение значения экспериментальных задач в курсе физики. Характеристика особенностей использования экспериментальных задач в процессе обучения. Исследование и анализ основных способов решения экспериментальных задач по физике в курсе механики.
| Рубрика | Педагогика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.10.2015 |
| Размер файла | 466,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
Введение
1. Общие сведения об экспериментальных задачах
1.1 Значение экспериментальных задач в курсе физики
1.2 Классификация экспериментальных задач
1.3 Применение экспериментальных задач на уроках физики
2. Решение экспериментальных задач по физике в курсе механики
Заключение
Список литературы
Введение
Физика (от др.-греч. цэуйт «природа») -- область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира[22, с.269]. 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 [7, с.141].
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[13, с.155].
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.
1. Общие сведения об экспериментальных задачах
1.1 Значение экспериментальных задач в курсе физики
В современном естествознании физика является одной из лидирующих наук, она оказывает огромное влияние на различные отрасли науки, техники и производства. Физика является базовым предметом для технического образования после школы. Социальный спрос на технические специальности неуклонно возрастает, это требует качественной подготовки учащихся по предмету. Хорошие результаты в обучении физики можно получить применяя различные методы обучения. На уроках наиболее эффективный способ - это ученический физический эксперимент.
В практике обучения физике важное место занимает решение экспериментальных задач. Эксперимент является важнейшим элементом процесса обучения физике. Он выполняет несколько дидактических функций: повышает интерес к предмету, активизирует внимание учащихся, способствует политехническому образованию. Исследовательская форма постановки учебного эксперимента является мощным средством развития интереса к предмету, подготовки учащихся к самостоятельной работе. Физический эксперимент должен быть краток по времени, лёгок в постановке и нацелен на усвоение и отработку конкретного учебного материала[12, с.341]. Физический эксперимент позволяет органично связать практические и теоретические проблемы курса физики в единое целое. В ходе эксперимента ученики принимают в работе активное участие. Это способствует развитию у школьников умений наблюдать, сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы. Эксперимент позволяет организовать самостоятельную деятельность учащихся, а так же развить практические умения и навыки. Опыт показывает, что проведение фронтальных лабораторных работ, решение экспериментальных задач, выполнение кратковременного физического эксперимента эффективнее, чем ответы на вопросы или работа над упражнениями в учебнике[18, с.111].
Экспериментальной задачей называется такая задача, данные для решения которой, получаются экспериментально, непосредственно на глазах учащихся или самими учащимися. Решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики. К основным их достоинствам можно отнести следующее:
1. Экспериментальные задачи способствуют повышению активности учащихся на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления, заставляют ученика думать. Решение экспериментальных задач воспитывает у учащихся стремление активно, собственными силами добывать знания, стремление к активному познанию мира.
2. Разбирая экспериментальные задачи, ученики убеждаются на конкретных примерах, что их знания вполне применимы к решению практических вопросов, что с помощью их школьных знаний можно предвидеть физические явления. Таким образом, их книжные знания приобретают реальный смысл.
3. При решении почти каждой экспериментальной задачи ученики убеждаются, что эксперимент играет огромное значение в познании окружающих явлений.
4. Самостоятельное решение учениками экспериментальных задач способствует приобретению исследовательских навыков, развитию творческих способностей.
5. Учащиеся на практике убеждаются, что результаты измерений всегда приближённые, и что на их точность влияют различные причины, поэтому производя измерения нужно устранять все побочные влияния[2, с.41].
Используемое при постановке опытов оборудование должно быть учащимся известно, а установка опыта простой. При решении любой экспериментальной задачи целесообразно выделить четыре этапа деятельности: а) анализ текста и физического явления задачи; б) план решения; в) решение; г) анализ решения.
1.2 Классификация экспериментальных задач
Качественные экспериментальные задачи.
К качественным экспериментальным задачам следует отнести задачи, поставленные на конкретной физической установке, на конкретном вещественном материале и не требующие для решения количественных данных и математического расчёта. Это могут быть задачи- вопросы, которые есть в учебниках или задачниках. Вопросы к задаче могут быть поставлены иначе. Приготовив установку можно спросить у учащихся, что произойдёт в результате наших действий. В другом случае им предлагается не предвидеть событие, а показать его. В этом случаемы не спрашиваем что будет, а спрашиваем как это сделать?
Примеры качественных экспериментальных задач.
При прохождении темы «Давление газов» или при её повторении можно собрать на демонстрационном столе установку, состоящую из колокола воздушного насоса, под которым находится стакан, частично наполненный мыльной пеной. Тарелка, на которой собрана установка, соединена с насосом Комовского. Опыт можно упростить, используя толстостенный сосуд, частично наполненный мыльной пеной и насос Комовского. Показав установку учащимся, предлагаем им решить, что будет наблюдаться внутри стакана, если воздух из - под колокола начать откачивать? Учащиеся должны подробно разобрать задачу и обосновать, почему пена будет подниматься, заполняя сосуд. После того как решение будет найдено и подтверждено опытом, следует учащихся спросить: что произойдёт, если воздух вновь пустить[18, с.78]
Широко распространённые задачи - вопросы, связанные с атмосферным давлением с законом Архимеда, поставленные экспериментально, также могут служить хорошим примером качественных экспериментальных задач.
Количественные экспериментальные задачи.
Количественными экспериментальными задачами следует назвать такие задачи, решение которых осуществляется путём математической обработки данных, полученных экспериментально, в процессе их решения, то есть уже после того как задача была поставлена. Решение таких задач начинается с планирования эксперимента, который должен быть поставлен для получения количественных данных, нужных для рения задачи.
Примеры качественных экспериментальных задач.
Поставив на стол мензурку с водой, и положив рядом с ней пробирку, предлагаем учащимся, пользуясь мензуркой, определить вес или массу данной пробирки. Такая задача решается просто. Измерив, уровень воды в мензурке, опускают в неё пробирку. Пробирка будет плавать, вытесняя некоторое количество воды. Плотность воды составляет 1 г/см3, следовательно, объём вытесненной воды численно равен весу плавающей пробирки. Зная вес пробирки, вычисляют её массу. Можно предложить и более сложный вариант задачи: определить плотность стекла пробирки, используя мензурку с водой. После определения массы стекла, целиком утопив пробирку, определяют объём стекла, вычисляют плотность. Подобные задачи, кроме формирования умений, развивают интерес и фантазию[15, с.6].
Можно предложить учащимся вычислить силу, с которой воздух давит на площадь тетради, раскрытой перед ними. (Отличием температуры воздуха от 0 0С и высотой над уровнем моря пренебречь). Участие в таких экспериментах ограничено и сводится только к получению нужных для решения задачи величин путём непосредственных измерений. Правильность решения этой задач и не проверяется. Такие задачи относятся ко второй группе количественных экспериментальных задач. Отличительным признаком задач второй группы и вместе с тем их недостатком является неосуществление в ходе решения задачи того физического процесса, о котором идёт речь в задаче. Тем не менее, постановка и решение экспериментальных задач второй группы имеет большое практическое значение[15, с.23].
1.3 Применение экспериментальных задач на уроках физики
Применение экспериментальных задач на различных этапах урока.
Экспериментальные задачи могут быть использованы в любой части урока. Такая задача может стать темой данного урока. В этом случае необходимо, чтобы вопрос вызывал некоторое удивление и желание решить его. Таким средством стимула к восприятию является постановка проблемы, а значит, нужна подходящая экспериментальная задача. Применять задачу можно для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Задача в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала[17, с.235]. Использование экспериментальных задач при опросе даёт нам возможность выяснить, насколько правильно и глубоко усвоен пройденный материал. Экспериментальные задачи могут быть предложены учащимся в качестве домашнего задания. Задания должны быть такими, чтобы для домашних опытов ученики нашли нужные приборы и предметы. Сложные экспериментальные задачи можно выполнять на факультативных занятиях. Занимательные экспериментальные задачи можно использовать на физических вечерах. физика обучение экспериментальный
Проверка правильности решения экспериментальных задач может быть осуществлена разными способами в зависимости от содержания задач. Решение большинства количественных задач проверяется путём непосредственного измерения искомой величины с помощью соответствующих приборов; с помощью другого контрольного опыта, т.е. другим способом и другими приборами; по паспортным данным или таблицам. Решение качественных задач проверяется, как правило, с помощью постановки контрольного опыта. Например, в задаче дано описание опыта, требуется предсказать его результаты. Контрольный эксперимент, выполненный учеником, либо подтвердит его ответ, либо опровергнет. Частичного совпадения логического решения и опыта здесь не должно быть, поэтому необходимо свести к минимуму все побочные факторы, отрицательно влияющие на результат эксперимента. Приборы для контрольного опыта заранее выдавать не следует. Иначе, как правило, ученик сначала проделывает контрольный опыт, а потом подгоняет решение к результату эксперимента[17, с.58].
Основные этапы решения экспериментальной задачи сходны с решением любой физической задачи, но имеются некоторые особенности. Характерным для решения таких задач является работа по отысканию нужных для решения данных, а также способов получения этих данных. Поэтому при анализе задачи и составлении плана решения существенным моментом является поиск ответов на такие вопросы: какие данные необходимы для решения? Как их получить, используя опыт? В каких единицах они должны быть выражены? Поскольку эта работа учащихся носит творческий характер, то этот этап решения должен быть разработан более тщательно. Учитель, готовя экспериментальную задачу, должен не только отобрать необходимое оборудование, но и предварительно опробовать его.
При коллективном решении задач к экспериментальной части предъявляются такие же требования, как к демонстрационному эксперименту: опыты должны быть убедительными, выразительными, хорошо видны со всех мест класса. Поэтому в таких задачах используют только демонстрационные приборы.
Подбирая задачи для урока, учителю необходимо помнить о том что:
а) в условиях некоторых задач не указаны конкретные размеры и масса тела, длина и сечение проволоки, объём жидкости и т.д. Это значит, что учитель сам выбирает необходимое оборудование к задаче;
б) в отдельных задачах не сказано, какие измерительные приборы нужно взять: демонстрационные или лабораторные;
в) все известные в задачах данные должны быть чётко написаны на этикетке соответствующего тела (прибора);
г) полезно составить специальный справочник по экспериментальным задачам, в котором указать все данные о каждом приборе в физкабинете и о тех предметах, которые используются в эксперименте при решении задач[11, с.210].
Использование экспериментальных задач в процессе обучения может быть в любой части урока. Но при этом цели применения, методика и содержание задач будут несколько различны.
1.Использование задач при опросе даст возможность выяснить, насколько правильно, глубоко и сознательно ученик усвоил ранее пройденный материал.
2.Применение задач для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Решение задач в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала.
3.Содержание экспериментальной задачи может являться темой урока. В ходе её решения происходит усвоение новых понятий, закономерностей и зависимостей. (Закон Ома - зависимость силы тока от напряжения и сопротивления)
4.Использование задач в качестве иллюстраций, подтверждающих правильность и важность сделанных теоретических выводов. (Скорость движения молекул и температура тела)
5.Весьма полезны 15-20 минутные классные упражнения учащихся по решению экспериментальных задач с последующим разбором и выяснением причин допущенных ошибок.
6.Возможно проведение контрольных работ по решению экспериментальных задач, что даёт учащимся больше проявить творчества и самостоятельности.
7.Особый интерес у учеников вызовет решение задач в качестве домашнего задания, которые могут быть как общими, так и индивидуальными. Единственное требование, учитель должен быть уверен, что для домашних опытов ученики найдут нужные приборы и предметы. [7 с.67]
В заключении хочется сказать, что экспериментальные задачи строятся так, чтобы в ходе решения ученик сначала высказал предложения, обосновал умозрительные выводы, а потом проверил их на опыте. Такое построение вызывает у учеников большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями. Решение данных задач воспитывает у учащихся стремление активно, собственными силами добывать знания, стремление к активному познанию мира.
2. Решение экспериментальных задач по физике в курсе механики
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.
Задача 1. Определить скорость вытекания воды из водопроводного крана.
Оборудование: стакан цилиндрической формы, штангенциркуль, секундомер.
Решение.
С помощью секундомера измеряем время t наполнения стакана водой. Затем, используя штангенциркуль, найдем высоту стакана h и диаметр дна стакана d. Тогда объем стакана, а, следовательно, и воды равен Vв = (рd2/4)h.
Измерим диаметр сечения водопроводного крана dK и рассчитаем площадь сечения крана: SK = рdK2/4. (1) Определим скорость течения воды vв = Vв/(SKt) Подставив значение SK из уравнения (1), получим vв = d2h/(dK2t).
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.
При падении дробинок в глицерине (вязкой среде) сила сопротивления пропорциональна скорости их движения, следовательно, через некоторое время сила сопротивления будет равна силе тяжести дробинок, т. е.Fc = mg.
С этого момента дробинки будут падать равномерно и их скорость можно рассчитать, измеряя пройденное ими расстояние l и время t: v = l/t.
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=ц(r2).
В этом случае графиком будет прямая линия.
Задача 3. Определить массу груза.
Оборудование: динамометр, исследуемый груз, нить, масштабная линейка.
Решение.
Установим линейку АВ так, чтобы момент силы тяжести, действующей на линейку, равнялся нулю. Для этого опора должна находиться на одной вертикали с центром тяжести линейки. В случае однородности материала линейки центр тяжести совпадает с ее геометрическим центром О. На расстоянии l от О расположим исследуемый груз, на расстоянии d укрепим динамометр и с его помощью установим линейку горизонтально (рис.).
Тогда из условия равновесия получим следующее выражение:
Fd=mgl,(1)
Здесь F ? сила, с которой динамометр действует на линейку, a m ? масса исследуемого груза. Из выражения (1) получим:
m = Fd/(gl).
Задача 4. Определить массу шарика
Оборудование: шарик неизвестной массы, прищепка для белья, спички, линейка, шарик известной массы.
Решение.
Спички будем использовать в качестве разновеса. Установим приблизительно массу одной спички. Для этого уравновесим одну прищепку на линейке некоторым количеством спичек. Масса прищепки mп будет равна
mn =mcn1,
где mс ? масса спички, n1 ? число спичек, необходимое для того, чтобы уравновесить прищепку.
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,
отсюда
mo =m/(n2 ?n1).
Зная массу спички и прищепки, как и в предыдущем случае, уравновесим шарик неизвестной массы некоторым количеством спичек. Тогда, если число спичек n3, имеем:
mcn3 =mcn1 +mx,
отсюда
mx = (n3 ? n1)m/(n2 ? n1).
Задача 5. Определить массу шарика
Оборудование: два стальных шарика (один из них известной массы), пластилин, штатив, транспортир, Две нити равной длины.
Решение.
Прикрепим шарик известной массы m1 к нити длиной l, отведем его на измеряемый транспортиром угол б1 (рис.) и отпустим.
В нижней точке траектории движения шарика массой m1 подвесим шарик неизвестной массы m2, к которому прикрепим кусочек пластилина массой Дm.
При своем движении шарик массой m1 сталкивается с шариком массой m2. Из-за наличия пластилина удар шариков является неупругим, после столкновения они отклоняются на некоторый, тоже измеряемый угол б2. При этом выполняется закон сохранения импульса:
m1v1 = (m1 + m2 + Дm)v2.
Скорость v1 шарика известной массы в момент соударения находим из закона сохранения механической энергии
m1gh = m1v12/2, где h = l ? lcosб1 = l(1 ? cosб1)
v1 =v{2gh}=v{2gl(1?cosб1)}.
Поскольку масса кусочка пластилина Дm ничтожна мала, в дальнейшем ею будем пренебрегать.
Аналогично определим скорость v2;
v2 =v{2gl(1?cosб2)}.
Тогда из закона сохранения импульса получим:
m2 =m1(v{(1?cosб1)/(1?cosб2)}?1).
И окончательно имеем:
m2 = m1(sin(б1/2)/sin(б2/2) ? 1).
Задача 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.).
Условие равновесия этой системы (правило моментов) имеет вид:
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.
Обозначим через с линейную плотность материала, из которого изготовлена линейка. Можем записать,
с = mл/lл = m1/(2l1) = m2/(2l2).
Мы учли, что центры тяжести участков АО, ОВ линейки расположены посередине этих участков. При этом условие равновесия примет вид:
2сl12 = 2сl22 + ml.
Из последнего равенства находим, что с = ml/(2(l1 + l2)(l1 ? l2)).
Поскольку mл =сlл, где lл =2(l1 +l2),
то окончательно
mл =ml/(l1 ?l2)
Второй способ.
Так как сила тяжести линейки приложена к ее середине (рис.),
то условие равновесия системы линейка ? монета (разновесок) имеет вид:
mлgДl = mgl,
откуда:
mл = ml/Дl.
Нетрудно показать, что Дl = l1 ? l2, где l1 и l2 указаны на рисунке. Очевидно, что второй способ решения более рационален.
Задача 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
Из выражения 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.
В этом случае
Fy = уnS,
где уn ? предел прочности меди при растяжении (значение находим по справочнику), a S = рd2/4 площадь поперечного сечения проволоки:
mgl2 = уnl1рd2/4
откуда
m = рd2l1уn/(4l2g).
Диаметр проволоки d определим, намотав ее на карандаш и измерив общую толщину п витков. Пусть она равна Lo, тогда d = Lo/n.
Подставив значение диаметра проволоки в выражение, окончательно получим:
m = рl1уnLo2/(4l2gn2).
Задача 8. Определить массу водяной капли
Оборудование: ведро с водой, маленький сосуд с широким горлышком, несколько однокопеечных монет, пипетка, мягкий карандаш. Решение.
Погрузим сосуд в ведро с водой так, чтобы горлышко его было направлено вверх и находилось над водой. Теперь начнем наполнять сосуд монетами, пока он не будет плавать в вертикальном положении. Поместим в сосуд еще одну-две монеты, на наружной стороне его отметим карандашом уровень воды. Достанем из сосуда одну монету, при этом равновесие нарушится, и он чуть-чуть всплывет. Добавляя из пипетки по каплям в сосуд воду и считая число капель (пусть оно равно n), добьемся, чтобы сосуд опустился до прежнего уровня. Нетрудно заметить (попробуйте обосновать это теоретически), что масса воды mв, добавляемой в сосуд, равна массе копейкиmк = 1 г, Тогда масса одной капли будет равна
m = mв/n = mк/n.
Задача 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.
Оборудование: 8 шаров, весы.
Решение.
На чашки весов кладем по три шара. При этом возможны два случая.
а) Чашки с шарами уравновешены и, следовательно, полый шар ? среди оставшихся двух. Сняв с чашек ранее положенные шары, на каждую из них положим по шару из оставшейся пары. Перевесивший шар не является полым.
б) Равновесие не установится и, следовательно, полый шар находится в тройке шаров, которая легче. Освободив чашки весов от трех шаров, кладем на каждую из них по шару из тройки, в которой полый шар. Если шары уравновесились, значит, оставшийся шар ? полый. Если равновесие отсутствует, то полый шар тот, который легче.
Задача может быть решена таким же образом в случае произвольного числа шаров, среди которых один полый. Минимальное число взвешиваний m, при которых наверняка будет определен полый шар, можно найти, рассуждая следующим образом. Максимальное число шаров, из которых можно всегда определить полый, произведя только одно взвешивание, равно 3 (это нетрудно проверить), два взвешивания ? 32, три ? 33, m взвешиваний ? 3m = n. Логарифмируя последнее равенство по основанию 3, получим
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.
Задача 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.
Сила, приложенная в точке A (рис. а) и необходимая для того, чтобы опрокинуть брусок вращением его вокруг ребра, перпендикулярного плоскости рисунка и проходящего через точку O, определяется из условия равенства моментов этой силы и силы тяжести относительно точки O. В начальный момент времени (рис. а) плечо силы F равно b, а плечо силы тяжести ? a/2.
Учитывая это, равенство указанных моментов запишется в виде:
mga/2 = Fb,
откуда
F = mga/(2b).
Покажите, что в случае поворота бруска на угол б (рис. б) сила F, вращающая брусок, будет меньше по сравнению с начальным значением (рис. а).
Задача 11
Определить давление, производимое стальной иглой при прокалывании медной пластины.
Оборудование подобрать самим.
Решение.
Силу давления можно определить с помощью динамометра, а сечение острия головки рассчитать, используя измеренный штангенциркулем диаметр. Тогда давление на медную пластинку, созданное острием иглы,
p = 4F/(рd2),
где F ? показания динамометра, d ? диаметр острия иглы.
Подумайте, можно ли измерить диаметр острия иглы, используя микроскоп.
Задача 12. Определить прочность нити
Оборудование: грузы из набора по механике, транспортир, штатив, нить, гирька известной массы.
Решение.
Привяжем к нити гирьку и прикрепим ее второй конец к штативу, отведем гирьку от положения равновесия на небольшой угол и отпустим. Меняя угол и массу гирьки найдем то значение угла, при котором нить обрывается в момент прохождения положения равновесия. Пусть этот угол равен ц0, а масса гири равна m. Рассмотрим силы, действующие на гирю в положении равновесия.
Ими будут сила тяжести mg и сила реакции нити Fp (рис.).
Запишем второй закон Ньютона для нити Fp + mg = mац, (в векторном виде), где ац ? центростремительное ускорение.
Проекция на ось ординат дает
Fp ? mg = mац,
отсюда
Fp = mg + mац
Прочность нити как раз и определяется силой Fp, т. е. она является искомой величиной в выражении.
Так как aц =v2/l,
где l ? длина нити, то
Fp = m(g + v2/l)
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:
mgh=mv2/2.
Из геометрических соображений
h=l?lcosц0,
тогда
gl(1 ? cosц0) = v2/2, v2/l = 2g(1 ? cosцо).
Подставив полученное значение получим:
Fp = mg(3 ? 2cosцo).
Задача 13. Определить жесткость резинового шнура
Оборудование: два штатива с лапками, резиновый шнур, грузы известной массы, линейка.
Решение.
Закрепим шнур, имеющий длину l0, между двумя штативами и подвесим к его середине груз массой m. Условие равновесия для указанной системы (рис.)
в проекции на вертикальное направление (ось y) запишется в виде:
mg ? F1cosб ? F2cosб = 0
Исходя из условия симметрии имеем:
F1 ? F2 = F.
Тогда формула запишется в виде:
mg ? 2Fcosб = 0.
Учитывая, что
F = kx,
где x = l/2 ? lo/2, длина шнура после растяжения его грузиком, а cosб = 2h/g, получим:
mg ? (2k(l ? lo)/2)*(2h/l) = 0.
Отсюда
k = mgl/(2(l ? lo)h).
Величины l, l0, h измеряются линейкой.
Опыты необходимо проделать с различными грузиками.
Задача 14. Определить приближенное значение коэффициента трения песка о стекло
Оборудование: песочные часы, линейка.
Решение.
Чтобы песочные часы оправдывали свое назначение, песок в них должен течь равномерно. Из рисунка видно, что песчинки будут двигаться равномерно, если сумма сил, действующих на них, будет равна нулю.
Тело, находящееся на наклонной плоскости, будет двигаться равномерно при условии, что
tgб = м,
где м ? коэффициент трения.
Таким образом, наша задача сводится к определению tgб.
Нетрудно видеть (рис.), что
tgб = |OO1|/|AO1|;
|AO1| = (1/2)|AB|, |OO1| = (1/2)v{4|AO|2 ? |AB|2},
тогда
tgб = ?{4|AO|2 ? |AB|2}/|AB|.
Теперь осталось измерить величину |AO| и |AB|, что легко сделать с помощью линейки.
Задача 15. Определить коэффициент трения бруска о горизонтальный стол, если длина и ширина бруска меньше его высоты
Оборудование: брусок, нить, линейка.
Решение.
Для того чтобы брусок сдвинуть с места, необходимо у его основания ABCD (места приложения сил трения) подействовать силой F. Запишем условие равномерного движения бруска по поверхности стола:
F = Fmp.
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
находим, что
F=mga/(2h),
где h ? плечо силы F, при котором брусок начинает переворачиваться.
Коэффициент трения
м=Fmp/(mg).
Из уравнений находим, что
м = a/(2h).
Задача 16
Исследовать зависимость КПД наклонной плоскости от угла ее наклона к горизонту
Оборудование: трибометр, брусок, линейка ученическая, секундомер. Решение.
Как известно, КПД наклонной плоскости (рис.)
з = (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).
Запишем второй закон Ньютона для равномерного движения Fтяг +Fmp +N+mg=0 (в векторном виде).
В проекции на оси координат после несложных преобразований получим:
Fтяг =mg(sinб+мcosб).
Если трение отсутствует, то м = 0 и тогда
Fтяг/ =mgsinб.
Таким образом,
з=sinб/(sinб+мcosб),
или
з=1/(1+мctgб).
Отсюда следует, что для того, чтобы найти з как функцию угла б, надо знать коэффициент трения м. Для определения м подберем угол наклона б0 трибометра (наклонной плоскости) таким образом, чтобы брусок двигался сниз с небольшим (подумайте почему) ускорением. Тогда
l=at2/2
Длину наклонной плоскости l измеряем линейкой. Время движения определим по секундомеру.
Из выражения имеем:
а=2l/t2.
Из второго закона Ньютона имеем:
ma=mgsinб0 ?мmgcosб0.
Совместное решение уравнений дает:
м = (gsinбo ? 2l/t2)/(gcosбo).
Преобразовав выражение (4), имеем:
м=tgбo ?2l/(gt2cosбo).
Измерив КПД наклонной плоскости при различных углах наклона, следует отметить полученные значения КПД на графике з = f(б).
Задача 17. Стреляя из баллистического пистолета, установленного на столе, попадите, произведя только два выстрела, в картонную коробку, стоящую на полу (на столе).
Оборудование: баллистический пистолет, рулетка, коробка.
Примечание. Вначале разрешается произвести любое число выстрелов. Затем устанавливается коробка и разрешается произвести только два выстрела. Решение.
Установим баллистический пистолет под углом бо к плоскости стола и произведем выстрел из него (рис.). По известному расстоянию и высоте стола находим начальную скорость «снаряда», вылетающего из пистолета.
Запишем уравнения изменения координат снаряда со временем (уравнение движения):
y = h + voyt ? gt2/2,
x=voxt,
voy =vosinбо
vox =vocosб0.
Подставив значения vox и voy в выражение, имеем:
y = h + vosinб0 ? gt2/2,
х=vocosбot.
Выразив из уравнения время t и подставив его значение в выражение с учетом того, что в момент падения x = So, y = 0, получим:
h+sotgбo ?(g/2)(so2/(vo2cos2бo))
После несложных преобразований находим, что
vo =(so/cosбo)v{g/(2(h+sotgбo))}.
Зная значение vo и измерив расстояние s от стола до коробки (по горизонтали), мы можем рассчитать значение угла б, под которым надо установить пистолет, чтобы попасть в коробку. Для этого в выражение вместе so и бo подставим s и б, после чего оно примет вид:
h+stgб?gs2/(2vo2cos2б)=0.
Рассматривая выражение как тригонометрическое уравнение для определения б и решив его, находим, что
б = (1/2)(arcos[(gs2 ? vo2h)/(vo2v{h2 + s2})] + arcos[h/v{h2 + s2}]).
Установив пистолет под рассчитанным углом б, произведем выстрел в коробку.
Возможно также проведение серии выстрелов вертикально вверх или горизонтально с целью нахождения средней скорости вылета снаряда и пределов отклонения скорости от этого среднего значения. По пределам отклонения скоростей можно оценить область попадания. Если размеры коробки больше размеров области попадания, производят 2 выстрела. Второй выстрел предлагается для избежания случайного резкого отклонения скорости снаряда от средней величины.
Задача 18. На каком максимальном расстоянии от центра диска электропроигрывателя может удержаться монета при вращении с заданной угловой скоростью?
Оборудование: проигрыватель, медная монета.
Решение.
Так как монета вращается, то на нее действует центростремительная сила
Fц = maц = 4р2Rmv2,
где m ? масса монеты, R ? расстояние от центра диска до центра монеты, н ? частота вращения диска. В данном случае центростремительной силой будет являться сила трения
Fmp = мmg,
где g ? ускорение свободного падения, м ? коэффициент трения. Приравняем выражения:
мmg = 4р2Rmv2,
откуда:
R = мg/(4р2н2).
Коэффициент трения н = tgбo находим из предварительных опытов по определению предельного угла бo наклона диска, при котором монета начинает скользить по диску. В этом случае, как известно,
м = tgбo.
Окончательно получаем, что монета может удержаться на расстоянии
R = gtgбo/(4р2н2).
Задача 19. Придумать способ определения потенциальной энергии растянутого резинового шнура
Решение.
Потенциальная энергия резинового шнура Еp равна
Ep = k(Дl)2/2.
Чтобы найти жесткость шнура, необходимо к нему подвесить груз известной массы m. Условие равновесия запишется следующим образом:
kДlo = mg,
где Дlo ? величина удлинения резинового шнура при подвесе к ней массы m.
Отсюда:
k = mg/Дlo.
Подставив значение k в формулу, будем иметь:
Ep = mg(Дl)2/(2Дlo),
где Дlo, Дl ? величины, измеряемые линейкой.
Таким образом, для определения потенциальной энергии растянутой резинки указанным способом необходимо иметь груз известной массы и линейку. Возможны и другие способы решения.
Задача 20. Определить максимальную скорость движения пальца руки
Оборудование: камешек, линейка.
Решение.
Положив камешек на край стола, щелкнем по нему пальцем и заметим точку падения камешка на пол. Измерим максимальное расстояние l от стола до места падения камешка, полученное в результате нескольких опытов. Тогда максимальная скорость пальца v(скорость, сообщенная в данном опыте камешку) вычислим по формуле:
v = l/t,
где t (время полета камешка) можно определить по формуле
t = v{2h/g}.
Здесь h ? высота стола, а g ? ускорение свободного падения.
Подставляя t из формулы, получим:
v = l/v{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 школе. 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.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
О возможности применения векторных многоугольников для решения физических задач. Роль решения задач в процессе обучения физике. Традиционный способ решения задач кинематики и динамики в школьном курсе физики. О векторных способах решения задач механики.
курсовая работа [107,3 K], добавлен 23.07.2010Определение роли экспериментальных заданий в школьном курсе физики. Анализ программы и учебников по использованию экспериментальных заданий. Методика проведения экспериментальных заданий по физики с помощью лего-констукторов на примере раздела "Механика".
курсовая работа [120,2 K], добавлен 19.08.2011Классификация физических задач по способу выражения условия и степени трудности. Изучение аналитико-синтетического метода решения качественных и количественных вопросов. Специфические особенности оформления и методики расчета экспериментальных задач.
реферат [162,5 K], добавлен 03.07.2010Программа элективного курса физики профильной школы. Приемы составления задач, их классификация по трем-четырем основаниям. Решение задач по механике, молекулярной физике, электродинамике и классификация по требованию, содержанию, способу решения.
учебное пособие [11,8 K], добавлен 18.11.2010Понятие, классификация и роль задач в процессе обучения физике. Аналитический, синтетический и смешанный методы и способы их решения. Структура учебного алгоритма. Алгоритмические предписания для решения качественных и количественных задач по механике.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 22.10.2015Роль задач в процессе обучения школьников в школьном курсе геометрии. Роль ключевых задач в системе обучающих задач в школьном курсе. Методы отбора ключевых задач по изучаемой теме. Медиана, проведенная к гипотенузе. Свойство биссектрисы и ее длина.
курсовая работа [458,5 K], добавлен 30.01.2014Решение задач в курсе физике как элемент учебной работы. Физическая задача - проблема, решаемая с помощью логических умозаключений, математических действий на основе законов физики. Классификация физических задач, приемы, способы и методы их решения.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 31.03.2013Понятие, задачи, виды и этапы решения задач. Сущность эвристического подхода в решении задач по физике. Понятие эвристики и эвристического обучения. Выявление различных эвристических методов в решении задач и подбор задач к этим методам.
курсовая работа [29,6 K], добавлен 08.02.2011Сюжетные задачи в курсе математики 5-6 классов. История использования текстовых задач в России. Анализ учебников математики. Методика обучения решению сюжетных задач в курсе математики 5-6 классов. Примеры применения методики работы с сюжетной задачей.
курсовая работа [55,8 K], добавлен 12.06.2010Анализ существующей практики школьного математического образования. Ознакомление с теоретическими основами использования моделирования в процессе обучения решению задач. Определение понятия задачи и процесса ее решения в начальном курсе математики.
дипломная работа [136,4 K], добавлен 08.09.2017Физическое образование, его цели и задачи, содержание и структура. Формирование учебных навыков при работе с учебником и учебным пособием. Решение задач при обучении физике в средней школе. Методический анализ сборников задач по физике для 11 класса.
дипломная работа [385,1 K], добавлен 18.12.2012Исследование методики обучения школьников решению задач с практическим содержанием в процессе реализации практико-ориентированного обучения физике. Разработка структуры построения физических задач с практическим содержанием для 9 класса средней школы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 06.03.2012Понятие текстовой задачи и ее роли в курсе математики. Способы решения текстовых задач. Методика обучения решению составных задач на пропорциональное деление. Обучение решению задач на движение. Выявление уровня умений учащихся решению составных задач.
курсовая работа [231,8 K], добавлен 20.08.2010Виды организационных форм обучения физике. Современный урок физики как система, элементы которой направлены на достижение основных целей обучения. Особенности и структура обобщающего урока физики. Организация и проведение учебной экскурсии по физике.
курсовая работа [53,3 K], добавлен 22.07.2015Признаки научного наблюдения, постановка цели и составление программы. Советы учащимся при решении экспериментальных задач. Получение карбоната и хлорида кальция из раствора гидроксида кальция. Решение творческих задач получения и идентификации веществ.
методичка [16,3 K], добавлен 31.10.2009Роль и место геометрических построений в школьном курсе. Методика решения задач по стереометрии. Основы теории геометрических построений. Основные этапы решения задач на построение в стереометрии: анализ, построение, доказательство, исследование.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 27.05.2012История возникновения координат на плоскости. Этапы решения задач методом координат. Два вида задач, решаемых методом координат. Контрольная работа по теме "Метод координат" для учащихся 9 класса. Умения, необходимые для решения задач методом координат.
курсовая работа [706,7 K], добавлен 30.03.2015Особенности развития интеллектуальных, практических и информационных умений учащихся на уроках физики. Методика выявления креативных способностей. Анализ развития мышления и речи школьников, правильности формирования мыслей в процессе обучения предмету.
курсовая работа [48,4 K], добавлен 25.09.2012Анализ учебной и учебно-методической литературы по геометрии. Методика решения задач на построение. Развитие логического мышления школьников в процессе обучения математике. Задачи проведения факультативных занятий. Методы геометрических преобразований.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 24.06.2009Процесс обучения физике как единый процесс образования и воспитания. Особенности содержательного обобщения и теоретического мышления. Формирование физических понятий. Систематизация знаний учащихся по курсу механики, молекулярной физики, электродинамики.
дипломная работа [203,8 K], добавлен 04.07.2010
