Дипломна робота на тему:«РЕАЛІЗАЦІЯ ЕТАЛОННОГО ПІДХОДУ В ЛАБОРАТОРНИХ ПРАКТИКУМАХ З МЕТОДИКИ І ТЕХНІКИ ШКІЛЬНОГО ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ»

Зміст

Вступ    4

Розділ I. Методика і техніка шкільного фізичного експерименту    6

§1.1 Методики і техніки шкільного фізичного демонстраційного експерименту    6

§1.2 Матеріальне забезпечення і психологічні передумови переду мови засвоєння навчального матеріалу    10

§1.3 Ціннісно-орієнтована значущість пізнавальної задачі    11

§ 1.4. Окремі педагогічні спостереження    13

Розділ ІІ. Розробка лабораторних робіт    16

РОБОТА №21. ТИСК, ТИСК У ГАЗАХ І РІДИНАХ, АТМОСФЕРНИЙ ТИСК (7 КЛАС)    16

РОБОТА №22. АРХІМЕДОВА СИЛА, СПОЛУЧЕНІ ПОСУДИНИ, НАСОСИ, ГІДРАВЛІЧНА МАШИНА (7-КЛАС)    24

РОБОТА № 23. НАВЧАЛЬНІ ДЕМОНСТРАЦІЇ ПРИ ВИВЧЕННІ РОЗДІЛУ: “РОБОТА, ПОТУЖНІСТЬ, ЕНЕРГІЯ”(7-й клас)    32

РОБОТА №24 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ РОЗДІЛУ: “ТЕПЛОВІ ЯВИЩА ” (8-Й КЛАС)    39

РОБОТА №25. ФІЗИЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ АГРЕГАТНИХ СТАНІВ РЕЧОВИНИ (8-й КЛАС)    47

РОБОТА №26. НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЕЛЕКТРИЧНИХ ЯВИЩ ТА БУДОВИ АТОМА У 8 КЛАСІ    54

РОБОТА №27. ФІЗИЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ У 8 КЛАСІ    61

РОБОТА №28 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ЯВИЩ У 8-му КЛАСІ    72

РОБОТА № 29 ВИВЧЕННЯ СВІТЛОВИХ ЯВИЩ У 8-МУ КЛАСІ    79

РОБОТА 30 ДОСЛІДНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИВЧЕННЯ ЗАГАЛЬНИХ ПИТАНЬ КІНЕМАТИКИ ТА РІВНОМІРНОГО РУХУ    88

РОБОТА №31 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ПРЯМОЛІНІЙНОГО НЕРІВНОМІРНОГО РУХУ ТА ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ ТІЛ    93

РОБОТА № 32 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ КРИВОЛІНІЙНИХ ТА ОБЕРТАЛЬНИХ РУХІВ    101

РОБОТА № 33 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ НА ПЕРШИХ УРОКАХ З ДИНАМІКИ. ПЕРШИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА    109

РОБОТА 34 ДЕМОНСТРАЦІЇНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ДРУГОГО ЗАКОНУ НЬЮТОНА    117

РОБОТА 35 ФІЗИЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ІІІ-ЗАКОНУ НЬЮТОНА    123

РОБОТА № 36 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ РІЗНИХ ВИДІВ СИЛ, ЯКІ ІСНУЮТЬ В ПРИРОДІ    129

РОБОТА № 37 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ТЕМИ “ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ РУХУ”    139

РОБОТА 38 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЗАКОНУ ЗБЕРЕЖЕННЯ ІМПУЛЬСУ ТА РЕАКТИВНОГО РУХУ    146

РОБОТА № 39 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ «ЗАКОНУ ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ»    152

РОБОТА № 40 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ «РУХУ РІДИН І ГАЗІВ У 9 КЛАСІ»    159

Висновки    167

Список використаної літератури    169

 

Вступ

Вивчення фізики є основою формування наукової картини світу, світогляду людини, її філософії; фізика також є фундаментом для перетворювальної діяльності людини: створення нової техніки, технологій, розширення пізнавальних можливостей. На першому етапі здобуття фізичних знань одне із першочергових значень має експеримент. В сьогоднішній методиці фізики накопичено значний досвід в галузі розширення дидактичних функцій фізичного експерименту, зокрема: використання електронно-обчислювальної техніки в ході лабораторного практикуму (Головко М.В., Барановський В.М., Федішова Н.В.), дослідницькі лабораторні роботи (Коршак Є.В., Шут М.І., Грищенко Г.П., Савченко В.Ф), творчий підхід в організації лабораторної роботи (Двораківський В.М., Савченко U.I., Галаткж Ю.М.) тощо [39].

Гіпотеза дослідження побудована на основі особистісно-орієнтованому навчанні, використанні в навчанні завдань еталонного характеру.

Об’єктом дослідження є процес набуття знань з фізики на основі лабораторного практикуму.

Предметом дослідження є методична система використання завдань еталонного характеру в умовах особистісно-орієнтованого навчання.

Мета дослідження: показати доцільність використання експериментальних завдань еталонного характеру в лабораторному практикумі з фізики.

Завдання дослідження полягає в тому, щоб перевірити ефективність застосування завдань еталонного характеру влабораторному практикумі.

Практичною цінністю роботи є розробка цільової програми (А) до змісту теми, цільової програми (Б) щодо змісту фахової підготовки майбутнього вчителя, Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності), теоретичних відомостей, ходу роботи додаткових експериментальних завдань, еталоних завдань для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності в лабораторному практикумі з фізики.

Проведення лабораторного практикуму передбачено проводити з метою кращого засвоєння курсу фізики: студенти вдосконалюють навички і вміння користуватись різними приладами і механічним устаткуванням, експериментувати, привчатись глибше аналізувати фізичні процеси. Разом з_ тим лабораторлий практикум сприяє ознайомленню з різними методами в підготовці, виготовленні і монтажі устаткування, розвитку дослідних навичок і пмінь застосовувати набуті знання для розв’язання практичних завдань.

Перед лабораторним експериментом ставиться завдання не лише сприяти поглибленому засвоєнню навчального матеріалу та формуванню навичок користування вимірювальними приладами, а й формувати узагальнене експериментальне вміння, компонентами якого є теоретичне обгрунтування методу дослідження та планування експерименту. Експериментальний фізичний дослід студенти розуміють лише тоді, коли вони проводять його самостійно, безпосередньо беруть участь у підготовці та проведенні дослідів, не тільки перевіряють відомі фізичні закономірності, але і отримують нові. Кожне поняття, яке вводиться в шкільному курсі фізики, набуває конкретного, образного змісту лише за умови, що з ним буде пов’язаний деякий певний прийом, спосіб, метод спостереження, експериментування, виконання практичних дій для отримання якісної оцінки, а то й проведення кількісного вимірювання.

Лабораторна робота є однією з форм проведення навчальних занять з фізики, яка традиційно спрямована на ознайомлення студентів із методологією фізичної науки, формування експериментальних умінь і навичок, що виступають рівнями обізнаності, досвіду особистості, які можна виявити не інакше, як через адекватну цим категоріям діяльність. В ході проведення лабораторних робіт можливо виділити такі необхідні види роботи, як допуск, виконання та захист виконаної роботи. Ефективність проведення лабораторної роботи значно підвищується, якщо студенти до них старанно готуються: повторюють теоретичний матеріал, ознайомлюються з послідовністю виконання роботи, відтворюють відповідні схеми та графіки, складають таблиці для записування результатів тощо.

На сьогоднішній день роботи фізичного практикуму виконуються переважно в кінці навчального року. Готуючись до конкретної роботи, студенти записують тему, перелік обладнання, необхідного для її виконання, малюють схему установки, на якій будуть виконувати роботу, проробляють необхідні теоретичні відомості та записують порядок виконання роботи, який випливає з методу її проведення. Як правило, в ході виконання роботи, студенти користуються готовою інструкцією до роботи. Така методика проведення робіт фізичного практикуму можлива, але її виконання граничне регламентовано; що і як потрібно робити, студентам вказано, їм залишається лише виконати вказані дії, а це значить, що студенти не виконували ніяких самостійних пошуків, їх мислення протікає на репродуктивному рівні, а таким шляхом неможливо розвивати творче мислення студентів.

Поділяючи вищенаведені твердження, вкажемо на те, що пізнавальна діяльність особистості має відповідати таким основним результатам: знання основ фундаментальної науки фізики; формування науковою світогляду; оволодіння методологією фізичного знання; набуття творчого досвіду прикладних застосувань фізичних явищ і закономірностей; оволодіння гумаїптарною складовою змісту фізики. Засвоєння навчального матеріалу та набуття конкретних умінь та навичок здійснюється за трьома параметрами, які охоплюють часовий простір діяльності людини: стереотипність, усвідомленість, пристрасність. Для цих параметрів виведено основні критерії, які виступають як ота лонні показники результативного навчання фізики завчені знання (33), наслідування (НС), розуміння головного (РГ), повне володіння знаннями (ПВЗ), уміння застосовувати знання (УЗЗ), навичка (Н), переконання (П).

 

Розділ I. Методика і техніка шкільного фізичного експерименту

§1.1 Методики і техніки шкільного фізичного демонстраційного експерименту

Основи методики і техніки шкільного фізичного демонстраційного експерименту були закладені на межі ХІХ і ХХ ст. Проте з розвитком науки фізики і її методів дослідження еволюціонує і шкільний фізичний експеримент: ставляться нові досліди, модернізуються й удосконалюються старі, створюється нове навчальне обладнання.

Цей процес зумовлюється рядом факторів, серед яких основними є: а) постановка нових завдань у справі навчання і виховання підростаючого покоління; б) введення нових питань у шкільної курс фізики; в) зміни у наукових методах вивчення явищ природи; г) нові досягнення науки і техніки, упровадження яких розкриває перед навчальним експериментом нові шляхи й можливості; д) новий науково-методичний підхід до вивчення тих чи інших питань курсу фізики.

Вивчаючи фізику ми знайомимося з цілим рядом явищ і природою їх наукового обґрунтування, переконуються в необмежених можливостях для пізнання людиною оточуючого середовища. За цих умов у навчально-виховному процесі мають із сучасних позицій розкриватися світоглядні основи пізнання, роль природничих наук, філософських дисциплін й релігії, горизонти й перспективи духовного відродження. Учителі фізики й астрономії, інших природничих дисциплін мають виходити з того, що допитливий розум нашого молодого сучасника не завжди погоджується з думкою окремих авторитетів і догмами, а вимагає пояснень і обґрунтованих доведень.

В фізиці джерелом знань і методів дослідження є експеримент. Шкільний навчальний експеримент являє собою відображення наукового методу вивчення фізичних явищ, тому йому повинні бути властиві основні елементи фізичного експерименту, по якому учні зможуть отримати уявлення про наукову експериментальну методику. Навчальний експеримент-це творення за допомогою спеціальних приладів фізичного явища на уроці в умовах, найбільш зручних для його вивчення. Тому він служить одночасно джерелом знань, методом навчання. Викладання фізики в школі повинно спиратися на експеримент. Це зумовлено основним етапом формування фізичних понять – спостережень явищ, встановлення зв’язку з іншими, виведення величин, їх характеристик – не можуть бути ефективними без використання експериментів. Виконання лабораторних робіт учнями є основою експериментального методу вивчення фізики.

Навчальний експеримент є головним елементом наочності при вивчені фізики; він дозволяє найбільш успішно і ефективно формувати в учнів фізичні явища, процеси і закони. Правильно організований фізичний експеримент служить також діючим методом виховання таких рис характеру особистості, як наполегливість і досягнення

поставленої цілі, точності в одержані результатів, акуратності в роботі, вміння спостерігати і виділяти в розглянутих явищах їх суттєві ознаки. Для того щоб учням дати глибокі і міцні знання, сформувати в них практичні вміння і навички необхідно координувати і використовувати різні види навчального експерименту.

Навчальний експеримент повинен відповідати: 1) вказаному програмному змісту навчання; 2) основні форми уроків які проводяться з усіма учнями одночасно; 3) обмеженим матеріальним можливостям школи.

1. Демонстраційний експеримент.

Його постановка потребує високої експериментальної майстерності, пов’язаної з використанням складного обладнання, і використовуються вчителем для всього класу.

Велике значення має демонстраційний експеримент, який ілюструє пояснення вчителя. Так при вивчені прямолінійного руху демонструють рівномірний і нерівномірний рух возика на демонстраційному столі, при вивчені агрегатних перетворень – кипіння води. Ці явища учні, безумовно бачили раніше, але ,як показує практика, такі демонстрації мають високу педагогічну ефективність, оскільки вчитель керує спостереженням учнів і звертає їхню увагу на важливі для розуміння сутності явищ.

  1. Фронтальний експеримент.

Загальною і найбільш важливою ознакою всіх експериментальних робіт учнів являється фронтальний метод їх проведення. Важливо, щоб роботи виконувались всіма учнями класу одночасно на однотипнім обладнані і під керівництвом вчителя.

  1. Фізичний практикум.

Ним завершується вивчення фізики в кожному класі на другому етапі вивчення. Учні виконують роботи самостійно, користуючись написаними інструкціями, за допомогою яких вони готуються до виконання експеримент. Лабораторні роботи практикуми значно складніші, ніж фронтальні, тому на їхнє виконання відводиться два уроки.

4. Позакласні досліди і спостереження.

До них відносяться прості досліди, які виконуються дома, і спостереження проведені в повсякденному оточенні, природі, сільськогосподарському виробництві. Для експериментальних робіт такого роду учні використовують предмети домашнього вжитку і підручні матеріали, саморобні прилади.

Наведена класифікація фізичного експерименту дає можливість розглядати його з точки зору методів навчання, правильно визначити місце кожного з його видів в системі уроків фізики, раціонально підбирати навчальне обладнання.

Обладнання для проведення навчального експерименту поділяють на такі групи:

  1. демонстраційні експерименти;
  2. фронтальні експерименти;
  3. практикум;

Методика фізичного експерименту і його техніки нерозривні але для зручності професійної підготовки вчителя, організації його робочого місця потрібно розрізняти техніку підготовки фізичного експерименту від методики його використання і вивчення. Техніка підготовки фізичного експерименту вирішує питання вибору спеціальної конструкції приладів, забезпечуючи наукову достовірність, надійність і виразність демонстрацій, а також поетапне виконання певних операцій з ними. При цьому на розвиток навчального експерименту значний вплив мають методичні ідеї, вдосконалення і розширення змісту навчання, новітні дослідження лабораторної техніки і економічні факти.

Демонстраційні досліди складають велику і дуже важливу частину фізичного експерименту. Вони мають специфічну дидактичну задачу і методику проведення, тому вони є предметом спеціального розгляду в методиці вивчення фізики.

Основні критерії вибору демонстраційних дослідів-це основні методичні вимоги до них, їхній зв’язок з іншими видами навчального експерименту, техніка безпеки при виконані демонстрацій.

Демонстрація-це демонстрування вчителем фізичних явищ і зв’язок між ними, вона призначена для сприймання її всім класом. Демонстраційні експерименти сприяють виникненню фізичних уявлень і формуванню фізичних понять; вони конкретизують, роблять зрозумілими і переконливими судження вчителя при викладені нового матеріалу, зацікавлюють учнів в вивчені фізики.

За допомогою фізичного експерименту вчитель керує хід думки при вивчені явищ і зв’язок міх ними. Демонстрація повинна бути органічно зв’язана з словами вчителя, з викладеним матеріалом-це одна зважливих умов успішного формування фізичних понять. Демонстрації привчають учнів шукати джерело знань з фізики в явищах зовнішнього світу, в експерименті, що має неоціненне значення для формування їхнього діалектико-матеріалістичного світосприйняття

Демонстраційний експеримент являє собою органічну частину уроку. Він може біти вихідним елементам для пояснення, бесіди, підтверджувати викладений матеріал.

Раціональний підбір демонстрацій ускладнений великою кількістю варіантів на дану тему, розроблених в методиці фізики.

Важливо, щоб експеримент з тієї чи іншої теми складав логічний зв’язану систему, в якій кожний наступний розвиває попередній і спирається на нього, причому учні повинні бачити і розуміти взаємозв’язок експериментів. Це досягається тим, що демонстраційна установка для кожного наступного експерименту в основному складається з минулої, а новий ефект отримується шляхом найбільшої зміни або доповнення.

Експеримент не повинен перевантажувати урок, він повинен демонструвати основні положення матеріалу який вивчається. Разом з тим число демонстраційних експериментів повинно бути невеликим. Деякі важливі експерименти можна повторювати в нових варіантах, ціль яких – сприяє найбільш глибокому засвоєнню матеріалу, розкриттю інших сторін явища яке ми розглядаємо. Серед рівноцінних за смислом експериментів перевагу потрібно віддавати тому з них, який найбільш виразний і виконується на простім обладнані.

Демонстраційного експеримент повинен органічно зливатися з змістом уроку, зацікавлювати учнів, на такий час який потрібний для розв’язання локальної навчальної задачі, цей час не повинен бути тривалим, щоб увага учнів не розсіювалась. Іншими словами кажучи психологічна основа ефективності демонстраційного експеримент складається взаємозв’язку першої і другої сигнальної системи, що ззовні виражається в єдності з словом вчителя. При демонстрації експериментів вирішальна роль належить вчителю, оскільки він виступає активним посередником між учнями і демонстраційним явищем; від його методичної майстерності і технічної грамотності залежить успіх демонстрації.

Основні вимоги до демонстрацій такі:

  1. Учні повинні бути підготовлені до сприйняття експерименту.
  2. Демонстраційна установка повинна бути по можливості постою.
  3. Демонстраційний експеримент повинен бути зрозумілим всім учням класу.
  4. Темп демонстрації повинен відповідати темпу усного викладу і швидкості сприйняття учнями.
  5. Демонстраційний експеримент повинен бути переконливим, а обладнання для його демонстрації надійним.

Фронтальний експеримент являється різновидністю фронтальних лабораторних робіт він відрізняється від них лише короткочасністю, складеним завданням, використанням простого і мало чисельного обладнання. Це дозволяє найбільш повно реалізувати привілеї фронтально експерименту, зробити його складовою частиною пояснення вчителя і, вчасності, використовувати для висування і формування навчальної проблеми на початку викладення матеріалу. Зазвичай фронтальний експеримент являє собою яку – не будь одну практичну дію, яку виконують учні без письмової інструкції безпосередньо під керівництвом вчителя, завершується він висновком, який входить в зміст вивченого матеріалу.

Фронтальні експерименти часто виконуються кожним учнем окремо; лише найбільш складні з них виконуються двома учнями. Вони дають можливість вчителю безпосередню керувати думкою учнів на уроці, керувати в них увагу на головне і найбільш важливим явищах і процесах які вивчаються. Корисні фронтальні експерименти також при закріплені, повторені пройденого матеріалу, вироблені навичок, при вивчені нових приладів.

Вихідним положенням, визначеним для вчителя вибором змісту фронтального експерименту, повинно об’єднувати практичні дії учнів з їхньою розумовою діяльністю в момент викладання вчителем нового матеріалу, дати можливість учням при вивчені явищ, закономірностей, самостійно переконатися в існуванні розглянутої закономірності ознайомитися з приладами.

Лабораторний практикум з фізики являє собою найбільш високу форму організації лабораторно-практичні уроки порівняно з фронтальними роботами. Його відрізняє перш за все самостійність учнів, найбільш вдосконалена і складна експериментальна база. Практикум проводиться після вивчення певного розділу, курсу або часто в кінці навчального року з метою повторення і закріплення пройденого матеріалу , розвиток самостійності і ініціативи учнів, їх вмінь і навичок.

Ефективність практикуму як одного з важливих видів самостійної роботи учнів залежить від їх попередньої підготовки, здійсненої протягом всього навчального року, регулярно в процесі виконання фронтального експерименту, при розв’язувані експериментальних задач під час демонстрації. При вивчені демонстрації учням потрібно пояснити спосіб визначення даних світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки і демонструвати його з використанням тих приладів які вони будуть використовувати, виконуючи практикум; в цьому так і в інших подібних випадках, розкривають не тільки метод вимірювання, але і дають деякі загальні вказівки про користування приладів оскільки ці вказівки будуть необхідні учням в подальшому. Серед задач, які розглядаються в класі при вивчені відповідної теми повинні бути і експериментальні, при розв’язувані яких відбуваються безпосередні вимірювання величин з деякою ступінню точності. Для забезпечення ціленаправленго і ефективного керування діяльністю учнів необхідно скласти до кожної роботи інструкцію, надрукувати її в потрібній кількості, зробити до них малюнки і схеми, підібрати допоміжну і довідкові літературу. Такі письмові інструкції є важливою частиною навчального обладнання, і їх потрібно зробити не поспішаючи, а добре, акуратно.

Зазвичай інструкції включають:

  1. короткі відомості з теорії питання викладання одного з способів визначення величини яку нам потрібно знайти;
  2. перелік приладів і короткий опис тих, які невідомі учням ;
  3. опис ходу виконання роботи;
  4. вказівки про порядок запису результатів вимірювань і способу обчислення похибок .

Крім цього, в інструкції присутні контрольні запитання і допоміжні експериментальні завдання і вправи.

В кожнім конкретнім випадку об’єм інструкції може бути різним. В кожнім конкретнім випадку об’єм інструкції, степінь деталізації описів залежить від змісту роботи, використаного обладнання і рівня попередньої підготовки учнів.

Навчальна програма, крім відображення змісту освіти, орієнтована на виконання функцій управління навчальним процесом. Однак доводиться визнати, що функція управління навчальним процесом проявляється в навчальних процесах недостатньо. Про те вказаного недоліку навчальних програм легко позбутися на основі задачного підходу до їх аналізу і використання Еталоннів контролю навчання. Справді, виходячи з того, що пізнавальна задача – це мета, визначена об’єктивно-предметними умовами її досягнення.

 

§1.2 Матеріальне забезпечення і психологічні передумови переду мови засвоєння навчального матеріалу

Матеріальне забезпечення пізнавальної задачі — це ті предмети, моделі, засоби, обладнання, які складають її предметну (матеріальну) основу. Під психологічним забезпеченням пізнавальної задачі будемо розуміти приведення свідомості учня за допомогою педагогічного впливу в стан готовності до активного відображення об’єкта пізнання. За повної відсутності будь-якого з цих двох факторів акт пізнання неможливий. Дійсно, перш ніж стати ідеальним образом або збудити будь-які переживання в свідомості , об’єкт пізнання повинен постати перед ним у своєму предметно – чуттєвому та предметно -діяльнісному вигляді.

В практиці психологічного забезпечення виходимо з ціле покладеного характеру життєдіяльності людини і психологічного факту упередження мети. Залежно від структури розгортання пізнавальної задачі, яка визначається цілісно – орієнтаційною значущістю її змісту, між предметними зв’язками пізнавальної задачі і кваліфікаційною характеристикою спеціаліста, контроль навчальної діяльності потрібно орієнтувати на комплекс цілей: навчальну, дидактичну, виховну і розвиваючу. Крізь призму комплексу цілей учні повинні завчасно і ґрунтовно бути ознайомленими з вимогами кожного еталону, бо їм необхідно навчитися самостійно оцінювати результати свого просування в навчанні. Саме тому Ш. О. Амонашвілі стверджує: “Щоб еталон був основою для змістовної оцінки, треба навчити школяра спробам співвідношення своїх знань, умінь з цим еталоном. Мова йде ось про що: школяру мають бути відомі не тільки еталони, але й спроби оперування ними, тобто, вся сутність оцінної діяльності, яку звичайно здійснював педагог до того, як оголошував учневі свою оцінку”.

Досвід здійснення індивідуального підходу в навчанні переконує в тому, що продумана профілактика низької успішності, як правило, полягає в належному матеріальному і психологічному забезпеченні засвоєння кожної пізнавальної задачі, за яких контроль переходить у функцію свідомості учня (самоконтроль).

 

§1.3 Ціннісно-орієнтована значущість пізнавальної задачі

Ціннісно-орієнтована значущість пізнавальної задачі визначається тим, які переконання, ідеали, інтереси то цінні судження, життєво важливі рішення про спрямованість власної діяльності можуть відображуватись у її змісті, тобто можна говорити про світоглядну, пізнавальну чи практичну значущість пізнавальної задачі. Як не важко переконатись, за своїм змістом пізнавальна задача має світоглядну значущість. Соціальні цілі навчання при вивчені курсу фізики орієнтують школяра на діалектико-матеріалістичне світосприймання, формування у них цілісної фізичної картини світу.

Маємо сподіватись, що цільові навчальні програми згодом набудуть чинності державного документу.

Яка б форма цільової програми (згорнута чи розгорнута) не використовувалась, говорити про цілеспрямоване управління навчально-пізнавальною діяльністю учнів можна лише у випадку об’єктивного контролю у навчанні. Коли ми маємо встановлений еталон контролю і коли їх зміст відомий як учителеві, так і учневі, належної об’єктивності досягти неважко.

Щодо цільової програми можна зробити такий висновок:

  • розробка та використання цільових програм сприяє суттєвим якісним внесенням у фахову підготовку майбутніх вчителів;
  • цільова програма забезпечує дієві можливості для цілеспрямованого управління та користування як на проміжних, так і на завершальних етапах навчання;
  • орієнтація на проективні рівні засвоєння навчального матеріалу створює умови для оптимізації процесу навчання та подолання формалізму оцінці знань учнів.

На розв’язання пізнавальної задачі, яка постає перед учнем в процесі вивчення якогось конкретного розділу фізики потрібно затратити чимало зусиль. Успіх розв’язування цієї задачі залежить від багатьох чинників і, перш за все, від індивідуальних особливостей дитини. Враховуючи психолого – педагогічні властивості, та орієнтуючи навчання на конкретну особистість, були описані основні якісні характеристики процесу навчально–пізнавальної діяльності: усвідомленість, стереотипність та пристрасність.

Параметр усвідомленості пов’язаний з впорядкованістю і систематизацією у мислитель них операціях і розумових образах. Усвідомлення, здійснюється через співвіднесення сприйнять, що виникають в даний момент, з раніш здобутим і закріпленим в слові суспільно виробленим знанням.

Наступний параметр–пристрасність–характеристика того, наскільки знання, які входять до складу змісту пізнавальної задачі, мають для учня особистісний зміст, який вони втілюють, “опредмечують” його потреби, мотиви та цілі, наслідки, і як вони пов’язані з його суб’єктивно передбачуваним майбутнім. Кожна пізнавальна задача своїм змістом впливає на емоційний стан, викликаючи до себе ту чи іншу ступінь його пристрасності, його бажання, в кінцевому рахунку, засвоюючи дану пізнавальну задачу.

І Остання характеристика навчально–пізнавальної діяльності–стереотипність. Однотипні дії для різних класів пізнавальних задач можуть повторятися, що приводить до формування певного стереотипу, в якому відображаються спільні ознаки цих дій. При цьому діяльність перетворюється в дії, які згодом зводяться до рівня автоматизованих операцій, переведених у не усвідомлювальну область. Ці операції виконуються швидко, легко і точно.

Проблема результативно пізнавальної діяльності учнів була і залишається актуальною, особливо, як що результат навчання складається не тільки з кількісних, але і з якісних показників навчання, Якісне навчання органічно зв’язане з світовим і методичним аспектами знань, а відповідно повинно мати особистісно-орієнтовану “окраску”.

Ефективність і результативність функціонування визначеної дидактичної системи залежить не тільки від того, на формування якої особистості цінностей і норм і наскільки вона зорієнтована, вона також визначається адекватним вибором і професіональною реалізацією конкретних педагогічних технологій.

Як показу дослід, проведення кінцевої цілі навчання студента в процесі експериментальної діяльності з фізики можливе лише при умові комплексного аналізу вимогло навчально професіональних програм підготовки спеціаліста і вимоги навчальної програми шкільного курсу фізики. Вивчаючи конструкцію, призначення і правил користування приладами студент вчиться користуватися ними і давати оцінку його педагогічним і технічним якостям, пізнає порядок виконання основних дослідів, складає установки за описаними схемами. Він також володіє методикою і технікою виконання різних видів шкільного фізичного експерименту з дотриманням основних дидактичних вимог до них; вчаться чітко демонструвати і компетентно пояснювати, передбачені навчальними програмами, досліди, супроводжувати досліди чіткими, вичерпними і короткими поясненнями на рівні доступнім для учнів відповідного віку, робити записи і малюнки в конспекті; набувати навички дотримання правил безпеки роботи під час проведення всіх видів навчального експерименту.

Особливість бінарної цільової програми складається з чіткого окреслення еталонних вимог: завчені знання (ЗЗ), переконання (Н), розуміння головного (РГ), повне володіння знаннями (ПВЗ), уміння застосовувати знання (УЗЗ), навичка (Н), переконання (П), які відносяться як до змісту курсу фізики, так і змістом професіональної підготовки.

 

§ 1.4. Окремі педагогічні спостереження

Сучасний експеримент, відображає окремі методичні спостереження, сучасні методичні погляди, потреби й можливості, а також містить в собі ідеї, які є основою для наукових пошуків. Однією з найважливіших проблем, яка стояла і продовжує стояти перед шкільним навчальним експериментом, є проблема підвищення його ефективності.

Обираючи шляхи підвищення ефективності шкільного фізичного експерименту, слід надавати перевагу тим з них, які в найбільшій мірі зв’язані з головними напрямками науково технічного прогресу, який поставив школу перед об’єктивною необхідністю неухильного піднесення наукового рівня викладання та інтенсифікації навчального процесу. Де які спостереження з приводу ефективності впровадження у лабораторному практикумі цільових орієнтацій здійснений в Кам’янець-Подільському державному університеті на масиві студентів 34 групи. На другому курсі навчання відбулося за розробками які були створені раніше, а на третьому курсі — за новими розробками.

Результати роботи студентів стали кращі порівняно з тим роком. Лабораторні роботи цього року вони виконували і здавали краще, скоріше. Якщо порівняти оцінки то можна побачити, що вони вищі. Під час проведення лабораторних робіт з використанням цільових програм, завдань еталонного характеру можна помітити, що інтерес до виконання і захисту лабораторних робіт значно зріс, пропала пасивність під час виконання і захисту лабораторних робіт і з’явилося бажання виконувати їх на вищому рівні.

Такі розробки лабораторних робіт вимагають від студентів проведення самостійних досліджень фізичних явищ, виконуючи які, потрібно було знайти певні закономірності, сформувати положення, які відображають ці закономірності.

Різниця істотна, і ми схиляємось до думки, що в професійному ставленні студентів пропонована постановка лабораторного практикуму більш ефективна ніж традиційна.

Цей факт говорить про таке. По-перше, організація навчання студентів на основі поєднання репродуктивного і продуктивного пізнання створює найсприятливіші умови для формування функції зіставлення і розрізнення у межах її прояву від нижчого рівня до вищого. По-друге, цей факт переконує, що ми маємо можливість активно проектувати функцію зіставлення як основну в загальній структурі пізнавальних здібностей, конструюючи певним чином пізнання в навчальному процесі і через навчання активно впливати на розумовий розвиток у цілому. Останнє відповідає положенню Л. С. Виготського і його учнів про те, що навчання веде за собою розвиток, прокладає йому дорогу.

Навчання методів пізнання навчального предмета в наш час є одним з актуальних завдань.

Пошук оптимального режиму навчання привів до так званого проблемного навчання, навчання алгоритмів, розумових дій, дослідницького методу. Успіхи експериментальної педагогіки і психології навчання в розробці цієї проблеми підготували грунт для теоретичного осмислення нагромаджених фактів і для постановки і проведення нових експериментальних досліджень.

У зв’язку з цим ми зробили спробу поставити на обговорення і проблему формування методів пізнання в її цілісному вигляді — у теоретичному й експериментальному плані. Основна теза, сформульована в теоретичному дослідженні,— це заміна репродуктивної системи навчання репродуктивно-продуктивною, оскільки остання створює найсприятливіші умови для формування методів пізнання.

Експериментальне дослідження, яке ми проводили протягом кількох років, вивчаючи проблему формування методів пізнання в рамках репродуктивно-продуктивної системи навчання, дає підставу твердити, що основні результати теоретичного дослідження мають об’єктивну основу. У процесі проведення експерименту з’ясувалося, що на шляху самостійного продуктивного пізнання перед учнями виникає три послідовних бар’єри. Успіх самостійної пізнавальної діяльності залежить від уміння долати ці бар’єри.

Перший бар’єр можна назвати змістовим, другий — мовним, третій — логічним.

Змістовий бар’єр — розуміння змісту явищ, які вивчаються, предметів, процесів, їх ознак, стійких зв’язків, відношень. Щоб можна було перебороти змістовий бар’єр, їм треба в думці уявити, схопити, або, інакше кажучи, усвідомити ці ознаки, зв’язки і відношення, максимально наблизитись до їх адекватного відображення. Але в житті людини трапляється скільки завгодно таких ситуацій, коли вона в думці схоплює зміст явища, його внутрішні й зовнішні зв’язки, відношення, але висловити в зовнішній мові не може, їй важко знайти поняття, слова, щоб сформулювати положення, яке розкриває зміст явища. У цьому випадку ми чуємо від такої людини: «Я знаю, розумію, але висловити те, що знаю і розумію, не можу». Це явище і є мовним бар’єром.

Але може бути й інша ситуація. Студенти подолали змістовий і мовний бар’єри, тобто усвідомили зміст явища і знайшли потрібні слова, поняття, за допомогою яких можна відобразити даний зміст, але побудувати і сформулювати з цих слів і понять чітке доказове положення, судження, умовивід не можуть. Перед ними виникає третій бар’єр, який ми умовно назвали логічним. У цьому випадку учень говорить: «Я погано висловлюю те, що знаю і розумію».

Отже, подолання логічного бар’єра пов’язане з побудовою стрункої, доказової мовної форми відображення «схопленого» змісту предмета. Інакше кажучи, те, що зрозуміло для мене, повинно бути зрозумілим і для інших. Тут маємо справу з таким фактом, коли індивідуально добуте знання повинно бути одночасно і збережене, і передане іншому. У навчальному процесі учень відтворене і здобуте знання зберігає для себе і разом з тим передає його для контролю вчителеві. В науковому пізнанні добуте знання передається в загальнолюдську скарбницю знань.

Було б наївно думати, що змістовий, мовний і логічний бар’єри мають автономний характер. Між ними існують взаємозв’язок і взаємообумовленість. Проте, як показав експеримент, навчати учнів долати ці бар’єри в комплексі не доцільно, бо це створює великі труднощі. Найефективнішим є поетапне навчання.

Загальна ідея дослідження полягає в тому, що формування особистісних якостей як на раціональному, так і на почуттєвому рівнях відбувається тоді і тільки тоді, коли реальним психо- фізичним новоутворенням передує усвідомлення цілі перетворення та активна дія індивіда, спрямована на конкретні перетворення та дослідження об’єкта пізнання. Використання у навчальному процесі комплексу сприянь,— об’єктивізації контролю, готовність до дії, оптимальна частота перевірок, індивідуалізація роботи над помилками,— забезпечує сприятливі умови для “бездефектного” навчання і самоосвіти.

Головна педагогічна суть процесу проектування Еталоннів контролю навчальної діяльності полягає у можливості чіткого ставлення структури розгортання та еталона контролю. Цей момент відкриває великі можливості для щодо прогнозування результатів ефективного управління процесом навчання. Аналіз навчального матеріалу через призму розгортання кожної пізнавальної у часі,—від минулого через теперішнє до майбутнього,— і виділення в ній головної ланки, сприяє визначенню в рамках конкретного методу її засвоєння. На цій основі виникають сприятливі умови для кардинального удосконалення часткових методик.

Такий підхід забезпечує можливість прогнозування та ефективного коригування навчальних досягнеш, студентів в ході лабораторного практикуму; орієнтація на еталонні вимірники якості знань в ході захисту лабораторних робіт — повне володіння знаннями (ПВЗ), уміння застосовувати знання (УЗЗ), навички (Н), переконання (П) є одним із технологічних аспектів особистісно-орієнтованого навчання.

Розділ ІІ. Розробка лабораторних робіт

 

РОБОТА №21. ТИСК, ТИСК У ГАЗАХ І РІДИНАХ, АТМОСФЕРНИЙ ТИСК (7 КЛАС)

 

Мета роботи:
ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час вивчення у 7-му класі питань дослідження тиску, тиску в рідинах та газах; атмосферного тиску, будови барометрів та ін.

 

Обладнання: магдебурські тарілки, насос Комовського, альтиметр, трубка з бічним отвором, піпетка, лівер, шприц, штатив, банка жерстяна, спиртівка, надувна кулька, трубка з поршнем, куля з отворами на трубці з поршем, посудина з отворами на різній висоті, скляний ковпак, циліндрична посудина з відкидним дном, барометр-анероїд, манометри, скляна банка, ящичок з піском, дощечка з цвяхами, гиря, прилад для демонстрації зміни атмосферного тиску з висотою, прилад для демонстрації фонтану, прилад Паскаля.

 

Підготовка до роботи:

1.Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Тиск, тиск у газах і рідинах, атмосферний тиск” підручників фізики 7-го класу, визначити його погодинний розподіл [6, 9].

2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Тиск, тиск у газах і рідинах, атмосферний тиск” у 7 класі.

3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

 

Цільова програма (А) до змісту теми:”
Тиск, тиск у газах і рідинах, атмосферний тиск” рівень первинної обізнаності.

 

Перелік пізнавальних задач

Урок 

Тема 

1

2

3 

Тиск

Тиск у газах і рідинах

Атмосферний тиск 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

УЗЗ

УЗЗ

УЗЗ 

 

Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки майбутнього вчителя.

 

Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

Знання до лабораторного практикуму

Знання після лабораторного практикуму 

1

 

2

 

3

 

5

6

7 

Особливості методики викладання фізики в 7 класі.

Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

Розв’язування задач з фізики.

Форми організації уроків з фізики.

Методика викладання теми “Тиск, тиск у рідинах і газах, атмосферний тиск”. 

РГ

 

РГ

 

РГ

 

РГ

РГ

РГ 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

 

Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

  1. (А: ПВЗ) Змоделюйте поняття: тиск, сила тиску. Як можна змінювати тиск?
  2. (А: ПВЗ) Чим відрізняється газ від рідини? Які властивості в них спільні?
  3. (А: ПВЗ) Чи однаково взаємодіють молекули в рідині та в газі?
  4. (А: ПВЗ) Чому при стискувані тюбика з зубною пастою вона виходить через отвір. Що станеться, коли ми, закривши отвір, будемо стискувати тюбик?
  5. (А: ПВЗ) При пострілі у круто зварене яйце в ньому утворюється отвір. Чому ж при пострілі у сире яйце воно розлітається в усіх напрямках?
  6. (А: ПВЗ) Який екран (чорний чи білий) краще застосовувати при демонстрації сили тиску у рідині? Чим доцільно підфарбовувати воду при демонстрації сили тиску рідини на дно посудини?
  7. (А: ПВЗ) Якими приладами вимірюють атмосферний тиск? Для чого з камери барометра-анероїда викачане повітря? Як коректувати покази барометра-анероїда?
  8. (А: ПВЗ) Вкажіть переваги ртутного барометра над барометром – анероїдом?
  9. (Б: РГ) В наслідок чого створюється атмосферний тиск?
  10. (Б: РГ) У чому полягає закон Паскаля для рідин та газів?
  11. (А: ПВЗ) В одному балоні міститься повітря об’ємом 1м3, а в другому такому самому 1м3 пропану. До якого балона потрібно прикласти більшу силу, щоб його трохи підняти?
  12. (А: ПВЗ)На якій висоті знаходиться вода у барометричній трубці при нормальному атмосферному тиску? В чому незручність водяного барометра?

 

Теоретичні відомості:

Результат дії сили залежить не тільки від її модуля, а й від площі тієї поверхні, перпендикулярно до якої вона діє.

Величину, яка дорівнює відношенню сили, що діє перпендикулярно до поверхні, до цієї поверхні, називають тиском.

Щоб визначити тиск, треба силу, яка діє перпендикулярно до поверхні, поділити на площу поверхні. За одиницю беруть такий тиск, який чинить сила 1Н, що діє на поверхню площею 1м2 перпендикулярно до цієї поверхні.

Відомо, що молекули газу безладно рухаються. Під час свого руху вони стискаються одна з одною, а також із стінками посудини, в якій міститься газ. Молекул у газі багато, чому й число їхніх ударів дуже велике. Наприклад, кількість ударів молекул повітря, що міститься в кімнаті, на поверхню площею 1см2 за 1 с виражається двадцятитрицифровим числом. Хоч удар окремої молекули і слабкий, проте дія такого числа ударів усіх молекул об стінки посудини значна, вона і є причиною тиску газу.

Тиск газу на стінки посудини спричинюється ударами молекул газу.

Куляста форма, якої набирає роздута оболонка кульки, свідчить про те, що газ тисне на її стінки в усіх напрямках однаково, інакше кажучи, кількість ударів молекул, що припадають на кожний квадратний сантиметр площі поверхні, в усіх напрямках однакова. Однаковий тиск в усіх напрямках характерний для газу і є результатом безладного руху безлічі молекул.

Із зменшенням об’єму газу його тиск збільшується, а із збільшенням об’єму газу тиск зменшується. Тиск газу в закритій посудині буде тим більшим, чим вища температура газу.

Тиск, який діє на рідину або газ, передається без зміни в кожну точку рідини або газу.

Якщо кулю заповнити димом і всувати поршень у трубку, то з усіх отворів кулі почнуть виходити струмком диму. Це підтверджує, що й гази передають тиск, який чиниться на них, в усі боки однаково.

Всередині рідини існує тиск і на тому самому рівні він однаковий в усіх напрямках. З глибиною тиск збільшується. Тиск рідини на дно посудини залежить тільки від густини і висоти стовпа рідини.

 

ХІД РОБОТИ

1. Продемонструвати тиск твердого тіла на опору та способи збільшення і зменшення тиску [2, с. 92].

Гиря, покладена на пісок, діє на нього певною силою. Проте, під неї можна підкласти дерев’яну дощечку, і тоді гиря діятиме на дощечку, а дощечка – на пісок. Результати такого передавання дії сили можуть бути різними. Візьмемо широку посудину і насиплемо в неї зволоженого піску. З дерев’яної дощечки виготовимо столик, забивши в неї чотири цвяхи (мал. 1, а). Покладемо столик на пісок вістрям цвяхів догори і поставимо на нього гирю масою 500 г (мал. 1, б). Під столиком на піску з’являться ледь помітні вм’ятинки. Якщо сто- лик перевернути і поставити на пісок вістрями цвяхів, навантаживши так само, то вони глибоко зануряться в пісок і дощечка помітно опуститься (мал.1, в).



Мал. 2 мал. 3 мал. 4

2. Продемонструвати тиск газів та рідин, закон Паскаля [2, с. 96-100].

Візьмемо гумову кульку, зав’яжемо її ниткою і покладемо під ковпак повітряного насоса (мал. 2, а). Відкачаємо частину повітря з-під ковпака. Об’єм кульки збільшиться, і вона набере сферичної форми (мал. 2, б). Жодних зовнішніх дій на кульку, які збільшили б її об’єм, немає. Отже, причину такої

зміни слід шукати в самій кульці. При зав’язуванні в ній залишилася певна кількість повітря, яке, очевидно, і створило тиск на стінки кульки.

Чим більша кількість молекул стикається з поверхнею стінки протягом однієї секунди, тим більша сила тиску діє на стінку (мал. 3). У цьому можна переконатися, накачуючи повітря в гумову кульку (мал. 4). Що більше накачаємо повітря, то більше розтягнеться її оболонка. Адже кількість молекул у кульці збільшується, а відповідно збільшується і густина газу. Тиск газу за сталої температури залежить від його густини.

Як для рідин, так і для газів характерна спільна властивість: вони передають тиск в усіх напрямах однаково. Цю особливість дослідив французький фізик Блез Паскаль, який сформулював закон, названий на його честь законом Паскаля: тиск, який діє на рідину або газ, передається ними в усіх напрямах однаково.

 


 

Мал. 5 мал. 6

3. Залежність тиску рідини на дно посудини від висоти стовпа рідини, її густини та форми посудини.

[2, с. 101] Тиск рідини як наслідок дії сили тяжіння залежить тільки від її густини і висоти стовпа рідини. Відповідно до закону Паскаля тиск рідини діє не тільки на дно, а й на бічні стінки. У цьому переконує такий дослід. Візьмемо високу посудину, у стінках якої на різній висоті є отвори. Прикриємо отвори і заповнимо посудину вщерть водою. Коли відкриємо отвори, то побачимо, що з усіх отворів почне витікати вода (мал.5). Однак падають ці струмені на різних відстанях від посудини. Той, що витікає біля дна, сягає найдальшої від посудини точки. Таке можливо за умови, що тиск води біля дна найбільший.

Візьмемо циліндричну посудину без дна і один її кінець закриємо картонним диском. Опустивши закритий кінець у воду, побачимо, що диск не відпадає (мал. 6, а). Це свідчить про те, що на нього знизу вгору діє тиск води. Почнемо вливати воду в циліндричну посудину. Тільки-но рівень води в посудині досягне рівня води поза циліндром, диск відпаде від циліндра (мал. 6, б). Це означає, що тиск стовпа води в циліндричній посудині зрівнявся з тиском рідини, який діє на диск знизу. Диск відпав під дією незрівноваженої сили тяжіння. Тиск рідини, зумовлений дією сили тяжіння, передається в усіх напрямах однаково.

Той факт, що сила тиску рідини на дно посудини не залежить від форми посудини, демонструють за допомогою приладу Паскаля (мал. 7, 8). Для проведення дослідів в оправу спочатку вставляють циліндричну посудину і наливають в неї воду. Рівень води позначають на стержні покажчиком. Потім воду виливають і вставляють посудини іншої форми, повторюючи досліди. Води кожний раз беруть різну кількість, але стрілка на шкалі показує однаковий тиск. Поясніть чому це відбувається.

4. Ознайомитись з технологією постановки та методичними особливостями проведення демонстраційних дослідів при розгляді ваги повітря, проявів атмосферного тиску [13, с. 53].


 

 

 

 

 

 

 

 

 

мал. 7 мал. 8 мал. 9 мал.10, 11

Дослід 1. Кулю для зважування повітря зрівноважують на терезах. Потім повітря з кулі відкачують. Куля стає легшою. Повітря має вагу (мал. 9).

Дослід 2. Порожнисту скляну циліндричну посудину затягують гумовою плівкою. Помічаємо, що плівка не прогинається під вагою атмосферного повітря тому, що за законом Паскаля повітря чинить тиск на плівку і зверху вниз, і знизу вгору (мал. 10). Якщо зменшити тиск повітря на плівку в циліндрі, відкачавши насосом частину повітря з циліндра, стовп повітря над циліндром буде втискувати плівку в циліндр (мал. 11).

Дослід 3. Про атмосферний тиск можна судити за таким дослідом. Порожнистий циліндр затягнутий цупким папером. При відкачуванні повітря з циліндра атмосферний тиск розриває папір.

Дослід 4. Стискання жерстяної банки силою атмосферного тиску [7, с. 111].. Беруть жерстяну банку, в кришці якої є отвір з різьбою (для вкручування пробки з гвинтовою нарізкою), наливають в неї 30-40 см3 води. Потім банку без пробки встановлюють на кільце штатива і нагрівають спиртівкою (мал.12, а). Після того як з банки частково витісниться повітря з отвору почнуть бурхливо вириватися пари води, спиртівку забирають; одночасно туго закручують пробку. В такому вигляді залишають установку на столі. Через деякий час банка охолоджується, пари в ній зконденсуються, в результаті чого тиск всередині значно знизиться. Тому під дією внутрішнього тиску спочатку почнуть прогинатися в середину кришка і дно банки, а за ними зминається і її бокова циліндрична поверхня (мал.12,б).


Мал.12

5. Вимірювання атмосферного тиску барометром-анероїдом, атмосферний тиск на різних висотах ;

Дослід 1. Демонструється принцип будови і дії моделі барометра-анероїда (мал. 13) [13, с. 54]. При натисканні на гумову плівку, яка закриває барометричну коробку, стрілка приладу відхиляється від початкового положення. Модель барометра розміщують під ковпаком повітряного насоса. При зменшуванні тиску повітря під ковпаком стрілка барометра відхилюється, і тим більше, чим менший тиск повітря.


Мал. 13          мал. 14             мал. 1

Дослід 2. Дослідити будову та принцип дії барометрів різних конструкцій та пояснити їх роботу.

Дослід 3. В кришку банки місткістю 2-3 л (мал. 14) вставляють зігнуту під прямим кутом скляну трубку. Середня частина горизонтальної частини злегка прогнута. Сюди вводять декілька крапель забарвленої рідини. На рівні демонстраційного стола стовпчик рідини в трубці нерухомий. Тиск повітря в банці і атмосферний тиск рівні. Банку піднімають і стовпчик рідини в трубці починає переміщуватися до відкритого кінця трубки. Отже атмосферний тиск на рідину в трубці стає менший за тиск повітря в банці. При підніманні в гору атмосферний тиск зменшується.

Для вимірювання висоти підйому різних літаючих апаратів застосовують альтиметр. Конструктивно він схожий на анероїд, лише його шкалу про градуйовано в одиницях висоти (мал. 15) [2, с.112].

Додаткові експериментальні завдання.

  1. Візьміть у руки два однакових відра з водою, обмотавши дужку одного з них тканиною. Пронесіть відра на відстань 5-10 м. Чи однакова вага діє на кожну руку? Чи одноковий результат дії ваги відер на обидві руки?
  2. Витягніть обценьками цвях з дошки. Зверніть увагу на те місце дошки, в яке впирались обценьки. Чому там утворилась ум’ятина? Підкладіть під обценьки шматочок фанери. Чому тепер на дошці немає ум’ятини?
  3. У фанерну дощечку забийте чотири цвяхи. Поставте дощечку на вологий пісок цвяхами вниз і зверху покладіть невеликий вантаж. Як глибоко занурились в пісок цвяхи?
  4. В одне блюдце налийте води, у друге-сметани. Порівняйте швидкості, з якими вода і сметана займають горизонтальну поверхню? Поясніть наслідки досліду.
  5. На скло капніть кілька капель води, сметани, густого машинного масла. Нахиліть скло на 20-300 до горизонту. Спостерігайте за рухом рідини. Яка з рідин має найбільшу текучість?
  6. Мішечок з газетного паперу висотою 7-8 см наповніть піском і поставте вертикально на стіл. Тисніть долонею на мішечок. В яких місцях прорвався газетний папір? Чому? Що доводить цей дослід?
  7. Очеретину або соломину опустіть у склянку з водою і втягніть повітря. Що відбувається і чому?
  8. Склянку, наповнену водою накрийте аркушем паперу. Притисніть міцно долоню до паперу і переверніть склянку догори дном. Заберіть руку. Чому папір не відпадає?
  9. Закрийте широкий отвір лійки тонкою гумовою плівкою або промасленим папером і обв’яжіть ниткою. Втягніть ротом повітря через вузький отвір лійки. Що сталося? Поясніть це явище.
  10. Візьміть блюдце і склянку. В блюдце налийте води. Всередину склянки внесіть на мить запалену вату, змочену одеколоном або спиртом. Швидко вставте склянку в блюдце догори дном. Що відбувається? Чому?
  11. Накрийте клаптик паперу книжкою і швидко зніміть її. Папірець підніметься разом з книжкою, а потім відпаде. Поясніть це явище.
  12. Пляшку, наповнену водою, закрийте рукою, переверніть, занурте у воду. Прийміть руку. Чи виливається вода з пляшки? Поясніть це явище.
  13. Не дуже круто зварене яйце очистіть від шкарлупи. У порожній графин на дротині опустіть запалену вату. Швидко виміть дротину і закрийте графин яйцем. Чому яйце втягується в графин? Поки яйце ще не впало всередину графина, переверніть його отвором униз і попробуйте витрусити яйце. Поясніть це явище.
  14. Простежте як відкриваються і закриваються двері в автобусі або тролейбусі. Які властивості газу при цьому використовуються?

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

  15. (А: УЗЗ) Картонний циліндр, зверху закритий поршнем, а знизу пробкою, має віконця з цигаркового паперу. Чи порвуться віконця, коли поршень в циліндрі? Чому під дією поршня пробка випадає?
  16. (А: УЗЗ) В одному випадку ми тиснемо пальцем на пластинку, що, повністю закриваючи поверхню води, лежить на ній, а в другому випадку тиснемо пальцем на відкриту поверхню води. Чи однаковий тиск передається в обох випадках по всьому об’єму рідини?
  17. (А: УЗЗ) Якщо лійку щільно притулити до пляшки і наливати в неї рідину, то остання, не литиметься у пляшку. Що потрібно зробити, щоб рідина лилась у пляшку? Поясніть це явище.
  18. (А: УЗЗ) Пляшку з повітрям, закриту пробкою за звичайних умов поставили під ковпак повітряного насоса і почали викачувати повітря. Що з часом станеться з пробкою? Чому?
  19. (А: УЗЗ) З моста, висота якого 11 м, опустили у воду гумову трубку. Чи можна за допомогою поршневого насоса з повітряною камерою підняти воду на таку висоту?
  20. (А: УЗЗ) У класі барометр показував 760 мм рт. ст., а в цей же час біля річки -756 мм. рт. ст. На якій висоті над річкою знаходиться школа?
  21. (Б: ПВЗ)У воді рухатись значно важче, ніж у повітрі. Що можна сказати про ступінь рухливості між собою молекул повітря і молекул води?
  22. (А:УЗЗ) Циліндричні посудини зрівноважені на терезах. Чи порушиться рівновага терезів, якщо в них налити води стільки, що поверхня її встановиться на однаковому рівні від дна посудини? Чи однаковий буде тиск води на дно посудини?
  23. (А:УЗЗ) Учень підрахував, що маса повітря, яке пройшло через його легені, протягом минулої доби становила 15 кг. Який об’єм при нормальних тиску і температурі займає повітря, яке пройшло через легені учня? Порівняйте цей об’єм з об’ємом повітря у вашій кімнаті?
  24. (Б: ПВЗ) Запропонуйте спосіб розрахунку тиску рідини на дно та стінки посудини? І продемонструйте це на досліді?
  25. (Б: ПВЗ) Яка сила тиску підтримує дно у досліді з скляним циліндром, у якого відпадає дно, якщо площа дна 12 см, а циліндр занурений на глибину 10 см?
  26. (Б: ПВЗ) Якими дослідими можна підтвердити існування атмосферного тиску?
  27. (Б: ПВЗ) Які досліди можна продемонструвати за допомогою приладу Паскаля?
  28. (Б: ПВЗ) Покажіть залежність атмосферного тиску від висоти?
  29. (Б: ПВЗ) Підібрати експериментальні задачі, які на вашу думку можна запропонувати учням при вивченні питань розглядуваної теми.

 

РОБОТА №22. АРХІМЕДОВА СИЛА, СПОЛУЧЕНІ ПОСУДИНИ, НАСОСИ, ГІДРАВЛІЧНА МАШИНА (7-КЛАС)

 

Мета роботи:
ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час вивчення у 7-му класі питань будови манометрів, гідравлічного преса, поршневих насосів, сполучених посудин, архімедової сили, умов плавання тіл.

 

Обладнання: штатив, різні типи манометрів, різні види моделей насосів, гідравлічний прес, модель гідравлічного преса, терези технічні, відерце Архімеда, бруски, акваріум, скляні пластинки, картезіанський водолаз, картоплина, сполучені посудини.

 

Підготовка до роботи:

1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Архімедові сила, сполучені посудини, насоси, гідравлічна машина” підручників фізики 7-го класу, визначити його погодинний розподіл [6, 9].

2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: ” Архімедові сила, сполучені посудини, насоси, гідравлічна машина” у 7 класі.

3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

 

Цільова програма (А) до змісту теми:”
Архімедові сила, сполучені посудини, насоси, гідравлічна машина” рівень первинної обізнаності.

 

Перелік пізнавальних задач

Урок 

Тема 

1

2

3

4 

Архімедові сила

Сполучені посудини

Насоси

Гідравлічна машина 

РГ

РГ

РГ

РГ 

ПВЗ

ПВЗ
ПВЗ
ПВЗ

 

Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

майбутнього вчителя.

 

Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ 

Знання до лабораторного практикуму 

Знання після лабораторного практикуму 

1

 

2

 

3

 

5

6

7 

Особливості методики викладання фізики в 7 класі.

Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

Розв’язування задач з фізики.

Форми організації уроків з фізики.

Методика викладання теми “Архімедові сила, сполучені посудини, насоси, гідравлічна машина “. 

РГ

 

РГ

 

РГ

 

РГ

РГ

РГ 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

 

Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

  1. (Б: РГ) Чи можна говорити про однокові рівні води у сполучених посудинах в умовах невагомості?
  2. (А: РГ) Дві однакові циліндричні посудини з’єднані краном. Висота води в першій посудині 30 см. Яка буде висота води в кожній посудині, якщо відкрити кран? Як переміщуватиметься вода і чому?
  3. (А: РГ) Чому ходячи по дну річки ми не відчуваємо такого болю, як ходячи по берегу, хоч дно і берег однаково вкриті черепашками, ніж камінцями?
  4. (А: РГ) Дві однакових латунних кульки опущені-одна у гас, а друга у воду. На яку кульку діє більша відштовхувальна сила і чому?
  5. (А: РГ) У посудину налито три рідини, які не змішуються між собою: вода, гас і ртуть. В якій послідовності вони розміщені?
  6. (А: РГ) Одна посудина наповнена водою, друга-ртуттю, третя – машинним маслом. Встановіть, як розмістяться в цих рідинах кубики з льоду, латуні, сухого дуба.
  7. (А: РГ) Чому бульбашки газу, що утворилися в результаті гниття рослин на дні водоймища, спливають на поверхню.
  8. (А:РГ) Чи з однаковою точністю визначається маса різних за об`ємом тіл за допомогою важільних терезів? Від чого залежить значення цієї похибки і коли цієї похибки не буде?
  9. (А:РГ) Чи зміняться покази динамометра при визначенні архімедової сили, якщо у відерце, в якому налита вода, покласти кусок дерева?
  10. (А: РГ) З якої глибини можна підняти воду за допомогою поршневих насосів?
  11. (А:РГ) Опишіть принцип дії шкільного гідравлічного преса?
  12. (А:РГ) Яка ціна поділки шкали та межі вимірювання металевого манометра? Яка абсолютна похибка при вимірюванні тиску металевим манометром?

 

 

Теоретичні відомості:

Сила, яка виштовхує повністю занурене тіло, дорівнює вазі рідини в об’ємі цього тіла. Сила, яка виштовхує тіло з газу, також дорівнює вазі рідини в об’ємі тіла. У сполучених посудинах будь-якої форми поверхні однорідної рідини встановлюють на одноковому рівні. При однакових тисках висота стовпчика рідини з більшою густиною буде менша за висоту стовпчика рідини з меншою густиною.

Оболонки, наповнені легким газом або гарячим повітрям, називають повітряними кулями та застосовують для повітроплавання.

 

 


ХІД РОБОТИ

1. Дія рідини і газу на занурене в них тіло, архімедова сила, закон Архімеда, рівність архімедової сили вазі витісненої рідини.

Дослiд 1. Дiя рiдини на занурене в неї тiло [1, с.125]. До тоненького гумового шнурка прикрiпiть тягарець i пiдвiсьте його до штатива (мал. 1). За допомогою лiнiйки вимiряйте видовження шнура. Тепер, скориставшись пiдйомним столиком, пiдведiть пiд тягарець склянку з водою так, щоб останнiй повнiстю занурився у воду. Знову вимiряйте довжину гумового шнура i зробiть вiдповiднi висновки. Покажiть чи залежить значення виштов-хувальної сили, що дiє на тiло в рiдинi, вiд глибини на якiй перебуває тiло.

Дослід 2. Вимірювання виштовхувальної сили [2, с. 113]. Виштовхувальну силу можна виміряти. Для цього підвісимо до гачка динамометра тягарець вагою 3Н (мал. 2, а). Опустимо тягарець у посудину з водою. Динамометр покаже приблизно 2Н (мал. 2,б). Вага тягарця у воді зменшилася на 1 Н. Такий самий результат буде, якщо знизу до тіла в повітрі прикласти силу 1 Н.

 


Мал. 1 мал. 2

Мал. 3 мал. 4 мал. 5п

Дослід 3. Визначення архімедової сили в повітрі [2, с. 115]. На рівноплечих терезах (мал. 4) зрівноважимо скляну колбу, закриту корком і опущену в широку посудину. Заповнимо посудину вуглекислим газом або парою сірчистого ефіру, густина яких більша за густину повітря. Рівновага терезів порушиться.

Дослід 4.
Плавання тіл, умови плавання тіл, повітроплавання [1, с. 131].


Зручно i цiкаво демонструвати умови плавання тіл за допомогою приладу який дістав назву картезіанського водолаза (мал. 5). Для досліду беруть невелику пробірку (дожиною 5-6 см і діаметром 1-1,5 см), отвір якої закривають гумовою пробкою, у яку вставлено скляну трубочку. Кінець трубочки виступає всередині пробірки на 2-3 мм. У пробірку кладуть кілька свинцевих дробинок і наливають невелику кількість води, щоб при перевертанні пробірки вода покривала кінець скляної трубочки. Кількість дробинок і води підберіть експерементально в ході підготовки досліду. Перевернуту догори дном пробірку опустіть у воду, налиту у високу мензурку. Зверху мензурку щільно накрийте гумовою плівкою (наприклад від камер футбольного м’яча) і повільно натискуйте на плівку пальцем. При цьому вода заповнюватиме через трубочку пробірку, вона ставатиме дедалі важчою і почне занурюватись у воду. Коли плівку відпускати вода з пробірки виштовхуватиметься і “водолаз” спливатиме на поверхню. Добийтеся високоякісного виконання досліду і дайте чітке пояснення явищ, які при цьому відбуваються. Вкажіть, які умови повинні здійснюватися, щоб тіло плавало на поверхні рідини, всередині рідини, тонуло.

2.
Сполучені посудини [1, с. 104].


За допомогою установок (мал. 6, 7) пояснюють принцип дії і демонструють фонтан і будову водопроводу [1, с. 105].

3. Ознайомитись з будовою та використанням приладів для вимірювання тисків.

Дослід 1. Вимірювання тиску рідини манометрами. Демонстраційні U-подібні рідинні манометри (мал. 8) використовують для вимірювання тисків до 400 мм водяного стовпа [2, с. 133]. Продумайте технологію проведення дослідів, які розкривають принцип дії рідинних манометрів. Значні розрідження можна виміряти за допомогою закритих ртутних манометрів [1, с. 118]. Ліве коліно манометра запаяне і повністю заповнене ртуттю, якій не дає виливатися атмосферний тиск. З’єднуючи товстостінною гумовою трубкою тарілку з насосом Комовського, відкачують повітря з під ковпака. Ртуть у лівому коліні опускатиметься, а в правому – підніматиметься. Різниця рівнів ртуті у відкритому і закритому колінах показує значення тиску під ковпаком. (Дослід у шкільній практиці не проводиться).


Мал. 6 мал. 7 мал. 8

Дослід 2. Вимірювання тиску газу за допомогою металевого манометра. Продемонструйте модель для вивчення будови та дії манометра (мал. 9, 10) і поясніть призначення його окремих частин та їх взаємодію. Закрийте один з клапанів манометра, а другий з’єднайте з ніпелем ручного насоса. Покажіть, як діє манометр при підвищенні і зниженні тиску [ 1, с. 119].

Щоб зрозуміти принцип дії металевого манометра демонструють дослід. Скручену в спіраль плоску гумову трубку (мал. 11) [13, с. 55], закриту з одного кінця, відкритим кінцем з’єднують з насосом. При накачуванні повітря в трубку вона розкручується, при викачуванні повітря скручується. Це явище використовується в будові металевого манометра [13, с. 55].


Мал. 9 мал. 10 мал. 11

Мал. 12 мал. 13 мал. 14

4. Продемонструвати будову і принцип дії рідинних насосів [1, с. 121]. Моделі насосів (мал. 12) дозволяють чітко прослідкувати роботу клапанів та рух рідини по трубках та циліндрах насосів. Розгляньте будову та поясніть принцип дії всіх запропонованих вам видів насосів.

5. Будова та принцип дії гідравлічної машини.

А. Поясніть будову і дію демонстраційного шкільного гідравлічного преса (мал. 13, 14). Покажіть великий циліндр з поршнем, малий циліндр з плунжерним насосом. Циліндри з’єднані між собою спеціальною колонкою з манометром і запобіжним клапаном [11, с. 109]. Скориставшись опорними плитами покажіть згинання стальних стержнів.

 

Додаткові експериментальні завдання.

  1. Знайдіть у себе вдома предмети домашнього вжитку, які є сполученими посудинами. Накресліть їх схематичні малюнки.
  2. В один кінець гумової трубки вставте лінійку, а другий-розташуйте на одному ріні з нею. Наливайте у лійку воду. При якій умові через другий кінець почне виливатись вода? Опускайте другий кінець трубки вниз. Що ви тепер спостерігаєте? Поясніть наслідки досліду.
  3. Щоб провести горизонтальну лінію на стіні, наприклад, для відбивки панелі, треба знайти дві точки, що лежать на горизонтальній лінії. Для знаходження таких точок скористатись сполученими посудинами. Як це зробити?
  4. Дерев’яний ящик перегородіть заслонкою В. На лийте в одну половину А води і опустіть плавати човник або трісочку. Піднімайте заслонку вгору. Що ви спостерігаєте? Де використовується подібне явище?
  5. Воскову кульку завбільшки з вишню опустіть у воду. Намотуючи на кульку тоненький дріт, добийтесь, щоб кулька потонула. Поступово додавайте у воду кухонну сіль, щоб кулька спливала на поверхню. Зробити висновки з цього досліду.
  6. Опустіть у банку з водою свіже яйце. Воно потоне. Насипте у воду небагато солі. Злегка помішуйте воду, не торкаючись яйця. Зверніть увагу, коли яйце почне плавати у воді. Чим це пояснюється? Додайте солі. Частина яйця буде тепер над поверхнею води. Як впливає додавання солі в розчин? Чи використовується це явище в домашньому господарстві і з якою метою?
  7. У пляшку з водою вкиньте 2-3 шматочки корка. Переверніть пляшку догори дном, щоб вода витікала в якусь посудину. Простежте, як швидко випадають шматочки корка? Поясніть його наслідки.
  8. Перевірте, чи плаває в гасі сосна і дуб. Поясніть наслідки досліду.
  9. У посудину з рівним і сухим дном поставте недогарок стеаринової свічки і міцно притисніть його пальцем до дна. Наповніть посудину водою. Подумайте, чи випливає на поверхню свічка, якщо прийняти палець? Перевірте і поясніть наслідки досліду.
  10. У банку з холодною водою опустіть поплавець, наливши в нього стільки води, щоб він майже занурився у воду. Закрийте отвір поплавця пластиліном. Зменшуючи кількість пластиліну, добийтесь, щоб з води виглядала лише невелика частина поплавця. Налийте у банку гарячої води, і опустіть у неї той самий поплавець. Чому він опустився на дно?
  11. У склянку з водою опустіть виноградину. Чому вона тоне? Опустіть цю саму виноградину у склянку з газованою водою. Чому вона то тоне, то знову випливає? Підрахуйте, скільки разів виноградина тонула і випливала. Зверніть увагу на розміри пухирців навколо виноградини.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової

    обізнаності.

  12. (А:РГ) Чи залежить архімедова сила від густини речовини, з якої виготовлено тіло? Як це перевірити на досліді?
  13. (А:РГ) Як залежить архімедова сила від густини, об’єму тіла? Продемонструйте це.
  14. (А:РГ) Сформулюйте закон Архімеда. Як його перевірити на дослідах?
  15. (Б: РГ) Як пояснюється виникнення архімедової сили у шкільному курсі фізики? Як вивести формулу для значення архімедової сили?
  16. (А:РГ) Які вам відомі демонстрації для пояснення виникнення архімедової сили? Які з них найбільш ефективні для використання на уроках? Чому?
  17. (Б: РГ) Як можна продемонструвати дію архімедової сили без відерця Архімеда?
  18. (Б: РГ) Де у шкільному курсі фізики вивчається закон сполучених посудин та як він пояснюється?
  19. (Б: РГ) Коли тіла плавають, а коли тонуть в рідині? Як це продемонструвати?
  20. (А:РГ) Як зміниться положення рівня рідини в сполучених посудинах у випадку неоднорідної рідини?
  21. (Б: РГ) Чому для шкільних дослідів доцільно мати рідинний та металевий манометри?
  22. (Б: РГ) При вивченні яких питань шкільного курсу фізики можна використовувати гідравлічний прес?
  23. (А:РГ) До коромисла терезів підвішено два циліндри однакової маси: свинцевий і алюмінієвий. Терези перебувають в рівновазі. Чи порушиться рівновага терезів, якщо обидва циліндри одночасно занурити у воду, спирт? Відповідь обґрунтуйте.
  24. (Б: РГ) Як можна на досліді визначити, з якою силою тіло, занурене повністю в рідину, виштовхується з неї?
  25. (Б: РГ) Розробити систему додаткових диференційованих завдань, які доцільно запропонувати учням при проведенні цих лабораторних робіт.
  26. (А:РГ) Першій у світі водопровід збудовано в Римі. Труби там покладали горизонтально: на підвищеннях прорвали канали канави, а на низьких місцях для труб робили підставки. Чи тепер так прокладають труби? Якого закону не знали римські інженери?
  27. (А:РГ) На дні мензурки міститься деяка кількість ртуті на лили води. На скільки підніметься ртуть у скляній трубці, якщо висота стовпчика води 27,2 см?
  28. (А:РГ) На терезах зрівноважена посудина з водою. Якщо у воду опустити мідний важок масою 89 г так, щоб він не торкався дна стінок посудини, рівновага порушиться. Якої маси важок треба покласти на другу шальку, щоб відновити рівновагу?
  29. (А:РГ) До шальок терезів підвішено дві кульки однакової ваги: одна латуна, а друга алюмінієва. Яка з них має більший об’ємі чому? Чи порушиться рівновага терезів, якщо обидві кульки опустити у воду, або гас
  30. (А:РГ) У парафінову кульку застромляли стільки шпильок, що, занурена у воду, вона не піднімалась і не падала на дно. Чому дорівнювала виштовхувальна сила води у цьому випадку?
  31. (А:РГ) Стародавній вчений Аристотель, щоб довести, що повітря не має ваги, зважував мішок без повітря, а потім той самий мішок з повітрям. В обох випадках терези показували однакову вагу. Якої дії повітря не знав Аристотель? За яких умов треба було класти на терези мішок з повітрям і без нього, щоб впевнитись у тому, що повітря має вагу?
  32. (А:РГ) Для встановлення напряму вітру у верхніх шарах повітря запускають невеликі кулі, наповнені воднем. Чому така куля, досягнувши певної висоти, далі не піднімається? Вище, чи нижче підніметься така сама куля наповнена гелієм? Які сили піднімається? Якою силою зрівноважується сила тяжіння, що діє на кулю?
  33. (А:РГ) Для перевірки уважності слухача ще здавна пропонували таку задачу: що важче – пуд заліза, чи пуд пуху. Чи збережеться рівновага терезів під ковпаком з якого висмоктано повітря, якщо залізо і пух зрівноважені в повітрі?
  34. (А:РГ) Поршень гідравлічного преса полщею180 см2діє із силою18 кН. Площа малого поршня 4см2 З якою силою діє менший поршень на масло у пресі?
  35. (А:РГ) У циліндричну, частково заповнену водою, опустили дерев’яний брусок. Чи змінився тиск води на дно посудин? Чому?
  36. (А:РГ) Для відокремлення зерен жита від отруйних ріжків суміш висипають у воду, і зерна жита і ріжків у ній тонуть. Потім у воду добавляють сіль, і ріжки починають спливати, а жито залишається на дні. Поясніть це явище.
  37. (А:РГ) Обчисліть виштовхувальну силу, яка діє на гранітну брилу, якщо вона при повному зануренні виштовхує 0,8 м3 води.

     

 

РОБОТА № 23. НАВЧАЛЬНІ ДЕМОНСТРАЦІЇ ПРИ ВИВЧЕННІ РОЗДІЛУ: “РОБОТА, ПОТУЖНІСТЬ, ЕНЕРГІЯ”(7-й клас)

 

Мета роботи: ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час розгляду у 7-му класі питань, пов’язаних з вивченням понять: робота, потужність, різних видів механічної енергії.

 

Обладнання: трибометр, динамометр, штатив, метр, брусок, метроном, самохідний візочок, набір вантажів, пружина спіральна, жолобок, кульки, маятник Максвела, модель тарана, водяна турбіна, блок, демонстраційний динамометр, похила площина, електродвигун.

Підготовка до роботи:

1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Робота, потужність, енергія” підручників фізики 7-го класу, визначити його погодинний розподіл [6, 9].

2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: ” Робота, потужність, енергія” у 7 класі.

3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

 

Цільова програма (А) до змісту теми: “Робота, потужність, енергія” рівень первинної обізнаності.

 

Перелік пізнавальних задач

Урок 

Тема 

1

2

3 

Робота

Потужність

Енергія 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

УЗЗ

УЗЗ
УЗЗ

 

Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

майбутнього вчителя.

 

Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ 

Знання до лабораторного практикуму 

Знання після лабораторного практикуму 

1

 

2

 

3

 

5

6

7 

Особливості методики викладання фізики в 7 класі.

Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

Розв’язування задач з фізики.

Форми організації уроків з фізики.

Методика викладання теми ” Робота, потужність, енергія” у 7 класі 

РГ

 

РГ

 

РГ

 

РГ

РГ

РГ 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

  1. (А: ПВЗ) Змоделюйте поняття: робота, потужність, енергія, кінетична та потенціальна енергія.
  2. (А: ПВЗ) Від чого залежить значення роботи, як її розрахувати?
  3. (А:ПВЗ) Від яких факторів залежить коефіцієнт корисної дії у демонстраціях з застосуванням трибометра?
  4. (А: ПВЗ) Для яких дослідів необхідний трибометр?
  5. (А: ПВЗ) В чому суть принципу дії водяного тарана, водяної турбіни?
  6. (А: ПВЗ) Чи виконує людина механічну роботу, тримаючи в руках відро з водою? Чи є у цьому випадку дія сили?
  7. (А: ПВЗ) Учень протягом дня виконував такі види праці: читав книжку, піднімався на другий поверх, тримав у руках тарілку, відповідав на запитання вчителя, піднімав угору стілець, перетягував по підлозі ящик. В яких випадках виконувалась механічна робота?
  8. (А: ПВЗ) Чи виконує людина механічну роботу, тримаючи в руках відро з водою? Чи є у цьому випадку дія сили?
  9. (А: ПВЗ) В якому випадку треба прикласти більшу силу, щоб підняти відро з колодязя на однакову висоту: коли ми рівномірно підніматимемо відро чи з наростаючою швидкістю? В якому випадку виконується більша робота якщо відро підняти на однакову висоту?
  10. (А: ПВЗ) Дві автомашини разом з вантажем мають однакову масу. Одна з них навантажена металевим брухтом, а друга–сіном. Яка з них має більшу потенціальну енергію відносно поверхні шляху?
  11. (А: ПВЗ) Назвіть випадки, коли тіла мають кінетичну енергію?
  12. (А: ПВЗ) По гладенькому горизонтальному льоду котиться стальна кулька. Припустимо, що опору рухові кульки (тертя об лід, опру повітря) немає. Чи виконується при цьому робота.

 

Теоретичні відомості:

Швидкість виконання роботи в техніці характеризують особливою величиною, яку називають потужність. Потужність дорівнює відношенню роботи до часу, за який її було виконано. Щоб обчислити потужність, треба роботу поділити на час, за який цю роботу виконано. Потужність – величина стала, якщо за кожну одиницю часу виконується однакова робота. Якщо робота протягом часу t виконується нерівномірно, то відношення А/t визначає середню потужність.

Якщо тіло або кілька тіл, які взаємодіють між собою (система тіл), можуть виконати роботу, то кажуть, що вони мають енергію. Енергія – це фізична величина, що показує, яку роботу може виконати тіло (або кілька тіл). Чим більшу роботу може виконати тіло, тим більшу енергію воно має. У процесі виконання роботи енергія тіла змінюється. Виконана робота дорівнює зміні енергії.

Потенціальною енергією називають енергію, яка визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл або частин того самого тіла. Потенціальну енергію має всяке пружне деформоване тіло. Потенціальну енергію стиснутого газу використовують у роботі теплових двигунів, у відбійних молотках, які широко застосовуються у гірничій промисловості, при будівництві шляхів, вийманні твердого ґрунту.

Енергією, яку має тіло внаслідок свого руху, називають кінетичною енергією. Кінетична енергія тіла залежить і від його маси. Чим більша маса тіла й швидкість, з якою воно рухається, тим більша його кінетична енергія.

Швидкість виконання роботи описується величиною, яка називається потужність. Механічна робота виконується, коли тіло рухається під дією сили. Якщо є сила, а немає переміщення, то немає роботи. Механічна робота прямо пропорційна довжині шляху. Механічна робота прямо пропорційна силі. Всі підняті над Землею тіла мають потенціальну енергію за рахунок якої виконується робота. Швидкість виконання роботи описується величиною, яка називається потужністю.

 

ХІД РОБОТИ

1. Продемонструвати досліди для введення поняття роботи,
вимірювання роботи при переміщенні тіла [13, с.60].

Візок, навантажений гірею, переміщують на деяку відстань. Силу, яка діє на візок вимірюють динамометром (мал. 1).

Гирю підносять на деяку висоту. Силу, яка діє на гирю вимірюють динамометром (мал.2). Механічна робота виконується, коли тіло рухається під дією сили.

На гирю, підвішену до пружини, діють сила пружності пружини. Проте гиря не переміщується (мал. 3). Якщо є сила, а немає переміщення, то немає роботи.

Навантажений візок під дією сили переміщується спочатку на відстань 0,5 м, а тоді під дією тієї ж сили на відстань 1 м. Механічна робота прямо пропорційна довжині шляху.

мал. 1 мал. 2 мал. 3

Навантажений візок під дією сили переміщують на 1 м. Фіксують значення сили, яка виконує роботу. Навантаження візка збільшують і дослід повторюють. Динамометр показує зростання значення сили. Механічна робота прямо пропорційна силі.

2. Перевірити «Золоте» правило механіки [8, с. 143]. Для цього закріпимо кінець нитки на штативі і розмістимо на ній рухомий блок, до якого прикріплений тягарець масою 1 кг (мал. 4). Щоб розмірно підняти його без застосування блоку на висоту 0,5 м, треба подіяти на нього силою 9,8 Н. Виконана при цьому робота А = 9,8 Н ž 0,5 м = 4,9 Дж. До вільного кінця нитки прикріпимо динамометр і позначимо на лінійці його початкове положення. Поступово підніматимемо динамометр доти, поки вантаж не переміститься на 0,5 м. Динамометр при цьому показуватиме силу 4,9 Н, а шлях, який він пройшов, дорівнюватиме 1 м. Виконана робота А = 4,9 Н ž 1 м = 4,9 Дж. Отже, підіймати вантаж за допомогою рухомого блока легше, ніж без нього. Проте при цьому точка прикладання сили на мотузку пройде шлях у два рази більший. Виграшу в роботі одержати не можна. Це і є “золоте” правило механіки, сформульоване ще в античні часи.

 


 

мал. 4 мал. 5 мал. 6

3. Провести досліди для введення понять енергія, потенціальна енергія піднятого над поверхнею Землі тіла, деформованої пружини [13, с. 65]. Гиря встановлена на стиснутій пружині (мал. 5). Розтискуючись гиря піднімає вантаж на деяку висоту, виконуючи механічну роботу.

На самохідному візку піднято вантаж. При падінні вантажу візок приходить в рух (мал. 6).


     мал. 7 мал. 8

4. Кінетична енергія, здійснення роботи за рахунок кінетичної енергії тіла [13, с. 65].

При падінні вантажу на самохідному візку, візок починає рухатись. При цьому здійснюється робота по переміщенню візка.

Вода витікає з піднятої на деяку висоту посудини. Потік води, попадаючи на водяне колесо, примушує його обертатися (мал. 7).

До похилого жолоба приєднаний горизонтальний жолоб, на якому лежить невеликий дерев’яний циліндр. Якщо скочувати кулю з різної висоти, то можна побачити, що чим більша висота, тим більша швидкість кулі, тим далі вона пересуне циліндр, тобто виконає більшу роботу (мал. 8) [8, с. 147]. Енергія, яку має рухоме тіло називається кінетичною. Дослідіть від чого вона залежить.

5. Збереження та перетворення механічної енергії.

До штатива підвішують пружину від відерця Архімеда з гирею 1 кг. Протягом декількох секунд спостерігають повільні коливання пружинного маятника, при яких його потенціальна енергія періодично перетворюється в кінетичну і навпаки. Потім маятник зупиняють і, ставлять його то в середнє, то в верхнє, то в нижнє положення. Для кожного положення вказати діючі сили, швидкість і вид енергії гирі і пружини.

М’яч падає з деякої висоти, набуваючи кінетичної енергії. В момент удару кінетична енергія переходить в потенціальну енергію пружно деформованого тіла, яка в свою чергу, перетворюється в кінетичну енергію, і м’яч підскакує майже до початкової висоти.

Перехід потенціальної енергії в кінетичну і навпаки досить наочно можна продемонструвати за допомогою маятника Максвела (див. мал. 9)

 


мал. 9 мал. 10 мал. 11

 

6. Визначити потужність, яку розвиває електродвигун [1, с. 138]. Лабораторний електродвигун закріплюють на лапці штатива корпусом вниз. На вісь його намотують нитку, до вільного кінця якого підвішуюють брусок від лабораторного трибометра. Затискачі електродвигуна з’єднують через вимикач з батареєю акумуляторів напруга 3-4 в (мал.10). По одному з ударів метронома пускають електродвигун і починають рахувати удари. Коли брусок піднімається на висоту 50-60 см, струм вимикають і перестають рахувати удари. Подальші виміри, необхідні для обрахування потужності, учні проводять самостійно в ході лабораторної роботи.

7. Визначення потужності, яку розвиває елетродвигун самохідного візочка [ 1, с. 139]. На столі встановлюють самохідний візок та метроном.

Відпускають метроном і в такт з одним із його ударів включають електродвигун. Спостерігають прямолінійний і рівномірний рух візка вздовж переднього краю демонтраційного столу. Приблизно через 10 сек візок зупиняють. За допомогою демонстраційного метра вимірюють пройдений шлях, а потім на класній дошці обраховують швидкість руху візка.

Після цього за гачок візка зачіплюють трубчатий динамометр (мал. 11) і тягнуть візок вздовж стола приблизно з такою ж швидкістю, яку вона мала при роботі електродвигуна. Сила, яку покаже динамометр, буде рівна силі тяги двигуна візка. Результат вимірювання також записують на класній дошці. Знаючи величину сили тяги та швидкість руху візка, визначають потужність, яку розвиває електродвигун. Вона виявляється рівною приблизно 03 вт.

 

 

Додаткові експериментальні завдання.

  1. Обчисліть потужність, яку ви розвиваєте, збігаючи по сходах з першого на другий поверх. Для цього, знаючи власну вагу, виміряйте по вертикалі висоту поверху і час піднімання. Запишіть наслідки обчислення в кінських силах. Повторіть дослід повільно піднімаючись вгору. Порівняйте наслідки обох дослідів. Порівняйте наслідки обох дослідів. Яка залежність між величиною потужності та швидкістю руху тіла?
  2. Невеличку стальну кульку, наприклад, з велосипедного шарикопідшипника, пустіть з деякої висоти на мармурову дошку. Чому кулька підскакує на дошці і кінець кінцем зупиниться?
  3. Підвісьте кульку на пружині. Пружину спочатку стисніть, а потім відпустіть. Простежте за рухом кульки. Поясніть причину послідовного піднімання і опускання кульки.
  4. Пружину стисніть, зв’яжіть ниткою, закріпіть один кінець до підставки, а другого притуліть кульку. Перепаліть нитку. Що сталося з пружиною кулькою?
  5. Зігніть у півколо картону смужку і закріпіть її на двох підставках. З верхнього положення пустіть кульку. Яке явище ви спостерігаєте? Які перетворення енергії ви спостерігаєте?

 

Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

  1. (Б:ПВЗ) Учому полягає відмінність у визначенні понять робота, потужність, енергія у 7-му та у 9-му класах?
  2. (Б:ПВЗ) Продемонструйте “Золоте” правило механіки за допомогою блока?
  3. (Б:ПВЗ) Запропонуйте спосіб зменшення впливу тертя при вивченні “Золотого правила” механіки, якщо використовувати трибометр (важіль, блок, гвинт)?
  4. (Б:ПВЗ) Проілюструйте “Золоте правило механіки” та рівність робіт на похилій площині, застосовуючи трибометр?
  5. (Б:ПВЗ) Як ввести поняття енергії, потенціальної та кінетичної енергій?
  6. (Б:ПВЗ) Як можна продемонструвати перехід одного виду механічної енергії в інший?
  7. (А: УЗЗ) Сформулюйте закон збереження енергії на 1-му та 2-му ступенях вивчення фізики у середній школі.
  8. (А: УЗЗ) Для яких дослідів необхідний трибометр?
  9. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати потенціальну енергію деформованої пружини, кінетичну енергію кульки, яка скочується?
  10. (А: УЗЗ) Динамометр з вантажем показує 4 Н. Що покаже динамометр при рівномірному русі вантажу вертикально вгору (вертикально вниз)?
  11. (А: УЗЗ) Припустимо, що масу вантажу, який рухається по дошці трибометра, збільшили у 2 рази. Як необхідно змінити масу гирі, яка приводить у рух трибометр, щоб система знову рухалась рівномірно?
  12. (Б:ПВЗ) Які з пропонованих дослідів у більшій мірі відповідають вимогам, що ставляться до демонстраційного експерименту? Чому?
  13. (Б:ПВЗ) Опишіть досліди для визначення потужності при підніманні вантажу та електродвигуна самохідного візочка.
  14. (А: УЗЗ) Учень протягом дня виконував такі види праці: читав книжку, піднімався на другий поверх, тримав у руках тарілку, відповідав на запитання вчителя, піднімав угору стілець, перетягував по підлозі ящик. В яких випадках виконувалась механічна робота?
  15. (А: УЗЗ) Зобразіть графічно роботу, виконану силою 20 Н, на шляху 12 м.
  16. (А: УЗЗ) Якщо дерев’яний брусок занурити у воду і не тримати рукою, він випливе на поверхню. Проти якої сили виконується робота під час занурення бруска на певну глибину. Чому дорівнює потенціальна енергія зануреного дерев’яного бруска відносно поверхні рідини?
  17. (А: УЗЗ) Дві кульки однакової маси – одна залізна, друга пустотіла склянка лежить на поверхні стола. Яка з них має більшу потенціальну енергію відносно підлоги і чому?
  18. (А: УЗЗ) Якщо раптово зупинити автомобіль, то неприкріплений вантаж може пошкодити кузов. Чим це пояснити? Яку енергію має вантаж під час руху автомобіля?
  19. (А: УЗЗ) Іноді у скляних банках з консервованими овочами зривається кришечка, що супроводить сильним звуком. Яке перетворення енергії при цьому відбувається?

РОБОТА №24 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ РОЗДІЛУ: “ТЕПЛОВІ ЯВИЩА ” (8-Й КЛАС)

РОБОТА №25. ФІЗИЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ АГРЕГАТНИХ СТАНІВ РЕЧОВИНИ (8-й КЛАС)

 

Мета роботи: ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту у 8-му класі при розгляді питань: плавлення та кристалізація твердих тіл, випаровування та конденсація, кипіння, пояснення зміни агрегатних станів речовини на основі атомно-молекулярного вчення, перетворення теплової енергії в механічну, принцип дії теплових машин, парова та газова турбіни, двигун внутрішнього згоряння.

 

Обладнання: склянка, трубка з латуні, спиртівка; плитка електрична; посудина з гіпосульфітом; термометр, посудина з водою, груша гумова з скляним наконечником; прилад для демонстрації розширення води при замерзанні; трубка латунна з пробкою; пристрій для утворення пари, матова скляна пластинка, вентилятор, кристали йоду, ефір, циліндр з свічкою для демонстрації вибуху горючої суміші; повітряне вогниво, моделі двигуна внутрішнього згорання та парової турбіни, посудина з льодом, моделі кристалу льоду, термометр електричний з термобатареєю; насос повітряний ручний, трубка залізна з корком, що має отвір для термобатареї; штатив універсальний; колба з круглим дном, корок гумовий з отвором і патрубком; термометр електричний з термобатареєю або з термостатом; пароутворювач з сухо-парником; електрофорна машина; бензин авіаційний.

 

Підготовка до роботи:

1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Агрегатні стани речовини” підручників фізики 8-го класу.

2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Агрегатні стани речовини” у 8 класі.

3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

 

 

Цільова програма (А) до змісту теми:” Агрегатні стани речовини” рівень первинної обізнаності.

 

Перелік пізнавальних задач

Урок 

Тема 

1

2

3

4 

Плавлення та твердіння кристалічних тіл

Випаровування рідин та конденсація

Теплота пароутворення

Теплота конденсації

РГ

РГ

РГ

РГ 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

 

Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

майбутнього вчителя.

 

Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

Знання до лабораторного практикуму 

Знання після лабораторного практикуму

1

 

2

 

3

 

5

6

7 

Особливості методики викладання фізики в 8 класі.

Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

Розв’язуваня задач з фізики.

Форми організації уроків з фізики.

Методика викладання теми “Агрегатні стани речовини”. 

РГ

 

РГ

 

РГ

 

РГ

РГ

РГ 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

ПВЗ

ПВЗ 

 

Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

  1. (А:РГ) Змоделюйте поняття: плавлення та кристалізація твердих тіл, випаровування та конденсація, кипіння, парова та газова турбіни, двигун внутрішнього згоряння.
  2. (А:РГ) Охарактеризуйте умови плавлення твердих тіл. Назвіть усі теплові процеси під час плавлення металу в печі?
  3. (А:РГ) Який фізичний зміст питомої теплоти плавлення?
  4. (А:РГ) Чому в тиху погоду, коли випадає сніг стає тепліше?
  5. (А:РГ) Пояснити зміни агрегатних станів речовини на основі атомно-молекулярного вчення.
  6. (А:РГ) Чим відрізняється випаровування від конденсації з енергетичної точки зору?
  7. (А:РГ) Опишіть теплові процеси, які відбуваються коли припинити теплопередачу під час кипіння?
  8. (А:РГ) Чому не можна створити вічний двигун?
  9. (А:РГ) Що таке двигун внутрішнього згоряння? Яких вони бувають видів?

 

Теоретичні відомості:

Перехід речовини з твердого стану в рідкий називають плавленням. Температура, при якій речовина плавиться, називають температурою плавлення речовини. Перехід речовини з рідкого стону в твердий називають твердненням, або кристалізацією.

Фізичну величину, що показує, яку кількість теплоти треба надати кристалічному тілу масою 1кг, щоб при температурі плавлення повністю перетворити його в рідкий стан, називають питомою теплотою плавлення. При температурі плавлення внутрішня енергія речовини в рідкому стані більша від внутрішньої енергії такої самої маси речовини в твердому стані. При твердінні кристалічної речовини виділяється точно така сама кількість теплоти, яка поглинається при її плавленні. Коли речовина твердне все відбувається в зворотному порядку: середня кінетична енергія і швидкість молекул в охолодженій розплавленій речовині зменшується.

Явище перетворення рідини в пару називається пароутворенням. Є два способи переходу рідини в газоподібний стан: випаровування і кипіння. Пароутворення, що відбувається з поверхні рідини, називається випаровуванням. Ми знаємо, що молекули рідини, як і твердого тіла або газу, безперервно рухаються з різними швидкостями. Окремі молекули рідини рухаються з швидкостями як більшими так і меншими від середньої швидкості. Якщо якась досить “швидка” молекула опиниться біля поверхні рідини, то вона може подолати притягання сусідніх молекул і вилетіти з рідини. Молекули, що вилетіли з поверхні рідини, утворюють над рідиною пару. У решти молекул рідини під час зіткнення змінюється швидкість, деякі з молекул набувають при цьому швидкості, достатньої для того, щоб, опинившись біля поверхні, вилетіти з рідини. Цей процес триває, тому рідина випаровується поступово. Швидкість випаровування залежить від роду речовини, від температури, від кількості речовини, від площі поверхні. Внутрішня енергія рідини, яка випаровується, зменшується. Якщо немає припливу енергії до рідини ззовні, то, випаровуючись, рідина охолоджується. Явище перетворення пари в рідину називається конденсацією.

Кипіння – це інтенсивний перехід рідини в пару внаслідок утворення і зростання бульбашок пари, які при певній температурі для кожної рідини спливають на її поверхню і лопаються. Температура, при якій рідина кипить, називають температурою кипіння. Під час кипіння температура рідини не змінюється.

 

ХІД РОБОТИ

  1. Плавлення та твердіння кристалічних тіл [13, с. 74]. В склянку з водою поміщають другу менших розмірів, який наповнений гіпосульфітом, температуру якого вимірюють термометром. При нагріванні води температура гіпосульфіту підвищується. Подальше нагрівання приводить до плавлення гіпосульфіту. Фіксують температуру гіпосульфіту, при якій починається процес плавлення. Звертають увагу на те, що в процесі плавлення температура гіпосульфіту не змінюється, хоч процес нагрівання продовжується. Після того як весь гіпосульфіт розплавиться, його температура знову почне підвищуватись. Нагрівання зупиняють. Відбувається зниження температури гіпосульфіту. При температурі 48ºС починається процес кристалізації речовини (мал. 1). Перехід речовини з рідкого стану в твердий називається кристалізацією. Температуру при якій це відбувається називають температурою кристалізації.

    2. Випаровування рідин та конденсація [13, с. 75]. На три матових скла наносять мазки водою, бензином і спиртом. Слід від мазка спиртом швидше зникає, потім – слід бензину, а потім – води. Явище переходу речовини з рідкого стану в газоподібний називається випаровуванням. Його швидкість залежить від виду речовини.

    Далі на два матових скла наносять мазки водою. Одне скло попередньо підігрівають. З цього скла слід води зникає швидше, ніж з іншого. Випаровування відбувається швидше, якщо вища температура рідини.

    Після цього на два матових скла наносять мазки водою. Одне скло обвітрюють вентилятором. З цього скла слід води зникає швидше, ніж з іншого.

    Коли вітер, випаровування рідини вібувається швидше.

     


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Мал. 1 мал. 2

    На два нахилених матових скла наносять по краплі води. На одному з них краплю води розтирають паличкою по всій площині скла. З цього скла вода зникає швидше. Швидкість випаровування рідини залежить від площини її поверхні.

    В скляній колбі, яка підігрівається на полум’ї, випаровуються кристали йоду. Випаровуються не тільки рідини, але й тверді тіла. Це явище називається сублімацією.

    З пароутворювача потік пари направляють на матове скло. На склі з’являються сліди рідини (мал. 2). Перехід молекул з пари в рідину називають конденсацією.

    3. Поглинання енергії при випаровуванні та виділення при конденсації [13, с. 75]. Кульки двох термометрів обгорнуті ватою. Вату одного з термометрів змочують спиртом. Термометр показує швидке зниження температури. Якщо немає припливу енергії ззовні, то рідина, що випаровується, охолоджується.

    Далі матову скляну пластину притискають до кульки термометра. На пластинку направляють потік пари з пароутворювача. Пластина темніє від рідини, зконденсованої з пари. Термометр відмічає підвищення температури. Конденсація пари супроводжується виділенням енергії.

    4. Теплота пароутворення [13, с.76]. Колбу з вузькою високою горловиною наповнюють водою. Рівень води в горловині відмічається. Воду в колбі нагрівають до кипіння. В міру закипання рівень води знижується за рахунок того, що частина рідини перетворюється в пару (мал. 3). Теплоту, затрачену на перетворення рідини в пару називають теплотою пароутворення.

    Далі направляючи гарячий потік пари на скло, помічають на ньому потоки води. Конденсуючись, пара віддає енергію, яка пішла на її утворення.

    5. Кипіння води при зниженому та підвищеному тисках [ 1, с. 186].

    А. Колбу з круглим дном в яку налита до половини тепла вода затискають в лапці штатива. Під колбу ставлять підпалену спиртівку. Коли вода в колбі закипить, нагрівач забирають, а колбу одразу закривають корком, який з’єднаний трубкою з повітряним насосом (мал. 4). Температура в колбі знижується, і вода перестає кипіти. Насосом відкачують з колби повітря і пари води і тим зменшують в ній тиск. Вода бурно закипає. Якщо завершити відкачку, то з часом і завершується кипіння; при відновленні відкачки вода починає кипіти знову. Так як температура води падає (не проводиться підігрів, а від води віднімається теплота, що потрібна для пароутворення при кипінні), то роблять висновок, що при зменшенні тиску вода кипить при нижчій температурі.

    Цей дослід можна показати і без насоса. Коли вода в колбі з круглим дном закипить і можна бути впевненим, що пари води витіснили звідти повітря, нагрівач забирають і колбу в той же час наглухо закривають корком. Потім колбу закріплюють на штативі горловиною вниз і під штатив підставляють підставку. Зконцентрувавши увагу на підготовленій установці, обливають колбу зверху холодною водою і спостерігають, як вода в колбі бурхливо закипає (мал. 5). Слід дати воді в колбі ще охолодитися, і знову повторити дослід. Таким чином можна заставити воду кипіти навіть при кімнатній температурі. Очевидно, при обливанні холодною водою пари, ті, що знаходяться в колбі, конденсуються, тиск різко зменшується, після чого вода закипає. Кипіння завершується, як тільки тиск парів, що утворились при кипінні, знову збільшиться. Щоб після досліду вийняти з колби трубку, яка атмосферним тиском швидко втискається в горловинку, потрібно воду в колбу нагріти майже до кипіння.

    Б. Для демонстрування кипіння води при підвишеному тиску збирають установку за (мал. 6). Залізну трубку закріплюють на штативі в похилому положенні і направляють її вздовж демонстраційного столу. В отвір гумового корка щільно вставляють термобатарею, з’єднану з гальванометром. На корок надівають плоску гумову шайбу так, щоб утворилась конусоподібна лунка, що захищає руку від нагрівання парою. Після такої підготовки наливають в трубку воду і нагрівають її спиртівкою. Коли вода закипить, що видно по парі, що виходить з трубки, вносять всередину трубки термобатарею, не закриваючи трубку корком. За гальванометром впевнюються, що вода кипить приблизно при 100°С. Потім, притримуючи однією рукою лапку штатива, другою обережно закривають трубку корком. Одночасно звертають увагу на гальванометр; він показує збільшення температури води, що кипить. Через декілька секунд знову відкривають корок і спостерігають, як при цьому з трубки з шнуром виривається пара (підвищений тиск), і гальванометр знову показує попередню температуру 100° С.

     


    Мал. 3          мал. 4          мал. 5

    6. Теплота конденсації [1, с. 188]. Для отримання сухої пари зручно скористатися пароутворювачем і сухопарником. Сухопарник за допомогою тримача закріплюють на штативі, а пароутворювач з 70-100 мл води нагрівають на електричній плитці (мал. 7). Поки відбувається нагрівання води до кипіння, підготовляють хімічну склянку. Зовні до її стінки приклеюють будь-яким клеєм паперову стрічку, наливають воду 80-90 мл і на стрічці фіксують її початковий рівень. Потім вимірюють демонстраційним термометром початкову температуру води. Коли з сухопарника піде пара, вивідний патрубок опускають у воду. Спостерігають, як бульбашки пари швидко зникають у воді, не піднімаючись на поверхню: пара, потрапивши у холодну воду, конденсується. Вимірюючи декілька разів температуру води в склянці, впевнюються в її швидкому нагріванні. Коли температура води піднімається на 30-40°С вище початкової, сухопарник виймають із склянки і нагрівання припиняють.

    Звертають увагу, що рівень води в посудині піднявся за рахунок зконденсованої пари. Новий рівень фіксують на паперовій стрічці. Продовжуючи дослід, знову наливають в ту ж склянку воду попередньої температури до першої відмітки. Як і раніше, температуру води вимірюють. Після чого, відділивши попередньо сухопарник, доводять горячу воду пароутворення до кипіння. Наливають в посудину стільки окропу, щоб рівень води в ній піднявся до другої відмітки. Переміщуючи воду впевнюються, що її температура піднялась всього на 4-5°С. Отже, нагрівання води в склянці в першому випадку здійснилося в основному не від води, що була отримана з пари і яка мала початкову температуру 100°С, а головним чином за рахунок теплоти пароутворення.

    7. Запалювання горючої суміші електричною іскрою та стисненням.

    В прозорий циліндр з електродами наливають бензин (ефір). Циліндр закривають легким поршнем. Пари бензину запалюються електричною іскрою і згоряють в середині циліндру. Нагріте повітря в циліндрі розширюється і викидає поршень (мал. 8). [13, с. 77].

     


    Мал. 6          мал. 7      мал. 8

     

    Найпоширенішими тепловими двигунами є парова (газова) турбіна та двигун внутрішнього згоряння [2]. Тепловий двигун, в якому паливо згорає всередині самого двигуна, називається двигуном внутрішнього згорання.

    Будову парової турбіни та двигуна внутрішнього згорання розглядають на відповідних моделях (див. мал. 9, 10) [1].


    Мал. 9          мал. 10

     

    Додаткові експериментальні завдання.

  2. Поставте на плиту дві однакові бляшані банки. В одну налийте води масою 0,5 кг, у другу покладіть сніг такої самої маси. Спостерігайте, скільки потрібно часу, щоб вода в обох банках закипіла.
  3. у двох однакових блюдця налийте однакову кількість води. Одне блюдце поставте в тепле, а друге в холодне місце. Спостерігайте за яки час випарується вода з того й другого блюдця. Поясніть різницю в швидкості випаровування.

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) Продемонструвати процес перетворення теплової енергії в механічну.
    2. (А:ПВЗ) Якими способами можливо перетворювати внутрішню енергію системи в механічну роботу?
    3. (А:ПВЗ) Що відбудеться якщо посудину з водою помістити в холодильник? Опишіть процес графічно?
    4. (А:ПВЗ) Чому температура охолоджувача має бути нижчою за температуру нагрівника?
    5. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати принцип дії парової турбіни?
    6. (А:ПВЗ) У чому проявляється зокон збереження і перетворення енергії при пароутворенні і конденсації пари?
    7. (А:ПВЗ) Температура плавлення сталі 14000С. У результаті згоряння порху в каналі ствола гармати температура досягає 36000С. Чому ствол гармати не плавиться під час пострілу?
    8. (Б:ПВЗ) Продемонструйте процеси, які відбуваються в двигунах внутрішнього згоряння?
    9. (Б:ПВЗ) Поясніть наоснові молекулярно-кінетичної теорії, чому непідвищується температура під час плавлення і кристалізації тіл.
    10. (А:ПВЗ) Вогка білизна, яку вивісили взимку в дворі, замерзає. Але через деякий час вона стає сухою навіть при сильних морозах. Чим це можна пояснити?
    11. (Б:ПВЗ) Проілюструвати принцип дії теплових машин.
    12. (А:ПВЗ) Чому самовар з розжареним вугіллям не розпаюється, коли в ньому є вода, і не розпаюється, коли води в ньому немає?

     

    РОБОТА №26. НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЕЛЕКТРИЧНИХ ЯВИЩ ТА БУДОВИ АТОМА У 8 КЛАСІ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час вивчення у 8-му класі понять: електризація тіл, електричні заряди, два роди зарядів, взаємодія заряджених тіл, електричне поле, закон Кулона, провідники та непровідники електрики, дискретність електричного заряду, електрон, будова атомів, заряджання тіл.

     

    Обладнання: ебонітова та скляна палички; маятники електричні на ізольованих штативах; електроскопи; розрядник прямий; лінійки: дерев’яна, пластмасова і металева; електричні султани; електрофорна машина; кулька для випробовувань, кондуктор кульовий; вата, електрофорна машина шматок хутра; перетворювач високовольтний, електроскопи, електрометри, прилади для демонстрації закону Кулона.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Електричні явища та будова атома” підручників фізики 8-го класу, визначити його погодинний розподіл [6, 9].

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Електричні явища та будова атома” у 8 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми: “Електричні явища та будова атома” рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема

    1

    2

    3

    4

    5 

    Електричні заряди

    Електричне поле

    Закон Кулона

    Взаємодія заряджених тіл

    Будова атомів 

    РГ

    ПВЗ

    ПВЗ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    УЗЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 7 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язування задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Електричні явища та будова атома” . 

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) Означте поняття: електризація тіл, електричні заряди, два роди зарядів, взаємодія заряджених тіл, електричне поле, закон Кулона, провідники та непровідники електрики, дискретність електричного заряду, електрон, будова атомів, заряджання тіл.
    2. (А:РГ) Опишіть будову та принцип дії електрометра та електроскопа. Чим вони відрізняються?
    3. (А:РГ) Що таке крутильні терези, чутливі терези, електростатичний маятник? Для чого вони використовуються?
    4. (А:РГ) Чим відрізняється простір навколо заряджених тіл від простору навколо незаряджених тіл?
    5. (Б:РГ) Як пояснити явище електризації тіл? Що таке електризація через вплив?
    6. (А:РГуди рухатиметься негативно заряджені пушинки, що попали в електричне поле біля потертого хутром ебонітового стержня?
    7. (А:РГ) Вуличний пил, піднімаючись у повітрі, електризується звичайно позитивно. Яку електричну властивість повинна мати фарба, щоб пил не осідав на стінках будівель?
    8. (А:РГ) З скляного електроскопа вийняли металевий стержень з листочками і зрядженим тілом зсередини натерли дно. Що буде, коли на своє місце вставити нейтральний стержень з листочками?
    9. (А:РГ) До одного гвіздка на однакових нитках підвісили дві кульки з однаковими зарядами. Чи залежить кут розходження ниток від: а) їх довжини; б) географічної широти?
    10. (А:РГ) Соломинка притягнулася до зарядженого предмета. Чи можна твердити, що й соломинку було попередньо заряджено? Чи можна було б твердити це, якби соломинка відштовхувалася від наближуваного зарядженого тіла?
    11. (А:РГ) Заряд якого знака виникає на тій ділянці земної поверхні, яка міститься безпосередньо під хмарою, наелектризованою під час грози позитивно?

    Теоретичні відомості

    Про тіло, яке після натирання притягує до себе інші тіла, кажуть, що воно наелектризоване або йому переданий електричний заряд. Існує два види електричних зарядів. Тіла, які мають однакові заряди відштовхуються, а якщо різні – притягуються. Позитивні заряди позначили знаком “+” (плюс), а негативні – “-” (мінус).Тіла, що мають електричні заряди однакового знака, взаємно відштовхуються, а тіла, що мають заряди протилежного знака, взаємно притягаються.

    Сила, з якою електричне поле діє на внесений у нього електричний заряд, називається електричною силою. Поблизу заряджених тіл поле діє сильніше, а з віддаленням від них воно слабшає. Електричний заряд має границю поділу, або точніше, існує заряджена частинка, яка має найменший заряд, що далі вже не ділиться.

    На великий відстані від ядра (порівняно з його розмірами)в атомі знаходяться електрони. Вони притягуються, але не наближаються впритул до ядра, бо швидко рухаються навколо нього. Маса всіх електронів становить незначну частину маси атома, соті частинки процента.

    Головною характеристикою певного хімічного елемента є не кількість електронів, а заряд ядра. Ядро складається з позитивно заряджених частинок. Учені виявили, що, крім протонів, у ядрах атомів є ще нейтральні частинки, які дістали назву нейтронів. Маса нейтрона трохи більша від маси протона. Будова атома така: в центрі атома міститься ядро, яке складається з протонів і нейтронів, а навколо ядра рухаються електрони.

    Атом, що втратив один або кілька електронів, уже не є нейтральним, а має позитивний заряд. Його називають тоді позитивним іоном. Бувають протилежні випадки: зайвий електрон приєднується до нейтрального атома, тоді атом набуває негативного заряду, стає негативним іоном.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Продемонструвати електризацію тіл, їх взаємодію, два роди зарядів. [1, с. 195; 2, с. 70; 13, с. 78].

        Якщо гребінець, яким розчісували волосся піднести до дрібненьких клаптиків паперу, то вони будуть притягуватися до нього. Коли скляну паличку потерти об шовк або аркуш сухого паперу, то ця паличка набуде властивості притягувати різні тіла. Так само поводить себе, наприклад, і ебонітова паличка, потерта об шерстяну тканину чи вовну.

    Ебонітову паличку, натерту хутром, підносять до металевої трубки, зрівноваженої на вістрі. Трубка повертається, притягуючись до палички (мал. 1). Повторють дослід, але на цей раз гумову кульку натирають об пластинку з органічного скла. При цьому кулька буде притягуватись до кульки і до пластинки. Отже в електризації завжди беруть участь два тіла і електризуються також обидва.

    Далі натерту хутром паличку з органічного скла підносять до гільзи електричного маятника. Гільза спочатку притягується до палички, але, доторкнувшись до палички, відскакує на деяку відстань від неї. Дослід показує, що під час дотикання частина заряду переходить на гільзу, після цього виникає взаємодія заряджених тіл.

     

     


    мал. 1 мал. 2 мал. 3

    В петлю вкладають наелектризовану ебонітову паличку. Підносять до неї різнойменно заряджені предмети з органічного скла, ебоніту та інші, спостерігають в одних випадках притягання, в інших відштовхування. Отже існує два види електричних зарядів. Тіла, які мають однакові заряди відштовхуються, а якщо різні – притягуються.

    Інші досліди також показують, що заряди бувають двох видів: одні такі самі, як на ебонітовій паличці, а інші – як на скляній. Заряди, як на склі, потертому об шовк, назвали позитивними, а заряди, як на янтарі, потертому об хутро, – негативними. Позитивні заряди позначили знаком “+” (плюс), а негативні – “-” (мінус).

    2. Будова та принцип дії електроскопа та електрометра [2, с. 72; 13, с.79].

        Найпростішими приладами для вивчення заряджених тіл здавна були так звані електроскопи (мал. 2). Слово електроскоп походить від грецьких слів: електрон і скопео – спостерігати, виявляти. Через пластмасову пробку в металевій оправі проходить металевий стержень, на кінці якого закріплені два клаптики тонкого паперу. Оправа з обох боків закрита склом.

        Якщо провести позитивно зарядженою паличкою або іншим зарядженим тілом по кульці електроскопа, то кулька й стержень, а разом з ними й клаптики також зарядяться. Оскільки однойменно заряджені тіла відштовхуються, то клаптики розійдуться на певний кут. Чим більшого заряду набуває електроскоп, тим на більший кут відхиляються клаптики. Отже, спостерігаючи за змінами кута розходження клаптиків електроскопа, можна зробити висновок про те, збільшується чи зменшується його заряд.

        На мал. 3 показаний електрометр, виготовлений майже 100 років тому. За допомогою електрометра вже можна вимірювати певні електричні величини. Зараз для дослідів з електрики використовують досконаліший прилад – так званий електрометр Брауна (мал. 4). Тут легенька металева стрілочка В, що заряджається так само від металевого стержня, відштовхується від нього на тим більший кут, чим більше вони заряджені.

    Далі можна два електрометри з’єднати провідником. До кулі одного з електроскопів підносять наелектризовану паличку. Обидва електрометри відмічають появу електричних зарядів (мал 5). При віддалені палички заряди на електрометрах зникають. Два електрометри з кулями. До одного з них підносять до дотику стрічку з синтетичного матеріалу. Стрілка електрометра залишається нерухомою. На стрічці немає електричних зарядів. Потім стрічкою натирають стержень електрометра (мал. 6). Електрометр одержує електричний заряд. Стрічку вносять в кулю другого електрометра. Електрометр відмічає появу електричного заряду.

     

    мал. 4          мал. 5          мал. 6

    3. Електричне поле. Електричні спектри. Закон Кулона [1, с. 199; 8, с. 75; 13, с. 80].

        Видатні англійські вчені Фарадей і Максвел встановили, що у просторі навколо заряджених тіл чи частинок існує електричне поле. Висновки щодо існування електричного поля можна зробити, розглядаючи його дію.

    Легка електропровідна гільза підвішена на нитці. До гільзи наближають (але не дотикають) наелектризовану паличку. Гільза відхиляється в бік палички. Паличку підносять до гільзи з другого боку. Гільза відхиляється в бік палички. В просторі, де знаходяться електричні заряди існує електричне поле. При наближенні палички та віддаленні кут відхилення змінюється. Отже, поблизу заряджених тіл поле сильніше, а при віддаленні – слабкіше.

    Формування поняття про електричне поле починається з найперших дослідів даної теми. Один з його важливих етапів – спостереження спектрів електричного поля чи відособленого заряду, двох різнойменних і двох однойменних зарядів.

    На даному ступені навчання краще усього показати грубо наближену картину розташування силових ліній електричного поля чи за допомогою паперових султанів.

    Для демонстрації розташування силових ліній електричного поля чи одного відособленого заряду закріплюють стержень паперового султана в стійці ізолюючого штатива, з’єднують з ним один з кондукторів електрофорної машини і повільно обертають рукоятку машини. В міру нагромадження заряду на паперових смужках останні повільно розправляються і розташовуються радіально (мал. 7). На кожну заряджену частинку паперу діє сила, спрямована уздовж смужки; таким чином, розташування паперових смужок приблизно співпадає з розташуванням силових ліній електричного поля.

    Заряджаючи два султани від одного якого-небудь кондуктора, а потім від двох різнойменно заряджених кондукторів, демонструють спектри електричного поля чи двох однойменних і різнойменних зарядів (мал. 8).

     

    мал. 7          мал. 8          мал. 9

    4. Подільність електричного заряду. Досліди Йоффе і Міллікена. Електрон [1, с. 201; 2, с. 77; 11, с. 192; 13, с. 80].

    Встановивши поруч два електрометри, зарядивши один з них за допомогою палички з органічного скла, з’єднують кулі електрометрів дротяним розрядником, тримаючи його за ізольовану ручку. Стержень зарядженого електроскопа опуститься, а незарядженого – підніметься так, щоб кути між стержнями в обох електрометрах стали однаковими (мал. 9). Отже, початковий заряд електрометра поділився пополам.

        Тепер роз’єднайте електрометри – вони залишаться зарядженими. Доторкнувшись пальцем до другого електрометра, розрядимо його. З’єднайте знову заряджений електрометр з незарядженим – знову заряд поділиться на дві рівні частини. Так можна й далі поділяти заряджені частинки між електрометрами на більш дрібні.

    5. Пояснення електризації тіл на основі ядерної моделі атома за Резерфордом [11, с. 194; 2, с. 70].

    Розгляньте кілька прикладів заряджання тіл. Якщо до незарядженого електроскопа піднести позитивно заряджену паличку, то клаптики паперу розійдуться на певний кут (мал. 10), хоч до кульки паличкою і не доторкувалися. Що ж при цьому відбувається? Кулька і стержень електроскопа виготовлені з металу, тобто доброго провідника, зі значною кількістю вільних електронів. Під дією електричного поля, яке існує навколо зарядженої палички, вільні електрони частково змістяться до верхньої частини стержня. Тут виявиться надлишок електронів, а в нижній частині стержня залишиться не-скомпенсованим позитивний заряд. Клаптики будуть заряджені позитивно і розійдуться на певний кут. Якщо паличку відвести від електроскопа, то електрони притягнуться до позитивно заряджених йонів металу і електроскоп знову буде незарядженим.

    Якщо ж до кульки електроскопа піднести негативно заряджене тіло (також не доторкуючись до неї), то вільні електрони, що є в кульці і стержні, відштовхуючись від негативно зарядженого тіла, переважно зберуться в нижній частині стержня. Негативно заряджені клаптики також розійдуться на певний кут. Коли віддалити заряджене тіло від електроскопа, то він знову виявиться незарядженим. Поясніть, які явища відбуваються у цьому випадку.

    Таке заряджання тіл чи їхніх частин називають електризацією через вплив. При електризації через вплив заряджені частинки можна розділити. Щоб переконатись у цьому проробіть дослід (мал. 11). З’єднайте два однакові електроскопи металевим провідником з ізольованою ручкою і піднесіть до одного з електроскопів позитивно заряджене тіло (мал. 11, а). Клаптики паперу на обох електроскопах розійдуться на певний кут. Це відбувається тому, що частина вільних електронів, що є у стержнях електроскопів і провіднику, яким їх з’єднано, під дією електричного поля позитивно зарядженого тіла перейде на правий електроскоп, де й виявиться їх надлишок. Цей електроскоп буде мати негативний заряд, а лівий, відповідно, позитивний. Якщо позитивно заряджене тіло віддалити від електроскопів, то вони знову стануть незарядженими.


    мал. 10 мал. 11

    Якщо спочатку прийняти від електроскопів металевий провідник, що їх з’єднує, а потім заряджене тіло, то обидва електроскопи виявляться зарядженими (мал. 11, б). Як можна показати, що заряди на них різнойменні? Якщо тепер з’єднати обидва електроскопи металевим провідником на ізолюючій ручці, то вони повністю розрядяться.

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Обгорніть круглий олівець металевим папером (фольгою) і обережно зніміть з олівця утворену гільзу. Підвісьте її на шовковій або капроновій нитці. Доторкніться до гільзи наелектризованим тілом, знак заряду якого вам відомий. Потім наелектризуйте інші тіла і, підносячи до гільзи, визначте знак заряду цих тіл.
    2. З металевої фольги зробіть маленьку, підвісьте її на ізолюючій нитці. Зарядіть кульку від пластмасової лінійки, потріть об шерсть. Знову зарядіть лінійку тертям об саме тіло. Підносьте наелектризовану лінійку до кульки, поступово зменшуючи відстань між ними. Зробіть висновок.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:РГ) Як експериментально виявити, що тіла електрично заряджені?
    2. (Б:РГ) Як показати, що під час контакту заряджається кожне з тіл?
    3. (Б:РГ) Які заряди існують в природі? Як це експериментально перевірити?
    4. (А:ПВЗ) Які заряджені елементарні частинки існують в природі? Яким дослідом це можна підтвердити?
    5. (А:ПВЗ) Як взаємодіють між собою різні види зарядів? Як це підтвердити?
    6. (Б:РГ) Як виявити на досліді чи заряджені тіла?
    7. (А:РГ) Як показати, що при контакті двох різнорідних тіл кожне з них заряджається?
    8. (Б:РГ) Як експериментально виявити, що одні тіла провідники, а інші діелектрики?
    9. (А:ПВЗ) Як показати, що заряд може поділятись? В чому суть досліду Йоффе і Міллікена?
    10. (Б:РГ) Підібрати експериментальні задачі, які на вашу думку можна запропонувати учням при вивченні питань розглядуваної теми.
    11. (А:ПВЗ) При чищені одягу пилинки як звичайно пристають до тканини. Проте існують такі одежні щітки, які не тільки очищають одяг, а й притягають пил. Поясніть ці явища.
    12. (А:ПВЗ) Звичайно говорять, що волосся, наелектризоване при зачісуванні його, притягається до гребінця. А чи буде правильним вираз: “грібенець притягується волоссям”?
    13. (А:РГ) Дрібненькі краплинки одеколону при розбризкуванні його пульверизатором електризуються розрядами одного роду. Але, як відомо, в явищах електризації беруть участь принаймні двоє різних тіл. Які тіла чи речовини, крім одеколону, електризуються в цьому випадку?
    14. (А:ПВЗ) Чому важко видалити пил з поверхні грампластинки, якщо змінити його ганчіркою або щіткою? Чому це легше зробити, якщо помістити пластинку в потік повітря, наприклад, від настільного вентилятора?
    15. (А:ПВЗ) Два кусочки корка, підвішені на ізолюючих нитках, притягнулись один до одного, коли їх зарядили однаковими за величиною електричними зарядами протилежних знаків. Чому притягання припинилось, як тільки вони доторкнулися один до одного?
    16. (А:ПВЗ) До кінців металевого стержня дуже близько піднесли позитивно заряджене тіло поясніть явище електризації стержня в цьому випадку на основі поняття про електрони.
    17. (А:ПВЗ) Заряджене тіло дією свого поля електризує легкі предмети, що містяться поблизу, й спричинює на кожному з них появу зарядів обох знаків. Чому ж предмети завжди притягуються до зарядженого тіла, а не відштовхуються від нього?

       

    РОБОТА №27. ФІЗИЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ У 8 КЛАСІ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час вивчення у 8-му класі понять: електричний струм, джерела електричного струму, електричне коло, дія електричного струму, напрямок струму, електричний струм в металах, сила струму та її вимірювання, електрична напруга та її вимірювання, електричний опір, залежність опору провідників від їх геометричних розмірів та виду речовини, питомий опір, закон Ома для ділянки кола, реостати, послідовне та паралельне з’єднання провідників, робота та потужність струму, закон Джоуля-Ленца.

     

    Обладнання: джерела струму різних видів; спиртівка; термопара; фотоелемент; гальванічний набір; спіраль ніхромова; лампочки на підставках; вимикачі; вольтметри; амперметри; магазин опорів; опори; дошка з дротяним опором; електроплитка; електрична дуга; запобіжники, шунт на 3 а; випрямляч; реостат з ковзаючим контактом на 6-10 Ом і 2 а; вимикач демонстраційний.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Електричний струм” підручників фізики 8-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Електричний струм” у 8 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми:”Електричний струм” рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3

    4 

    Дії електричного струму

    Електрична напруга та її вимірювання

    Закон Ома для ділянки кола

    Послідовне та паралельне з`єднання провідників

    РГ

    РГ

    РГ

     

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

     

    ПВЗ 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки
    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 8 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Електричний струм”. 

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) Означте поняття: електричний струм, джерела електричного струму, електричне коло, дія електричного струму, напрямок струму, електричний струм в металах, сила струму та її вимірювання, електрична напруга та її вимірювання, електричний опір, залежність опору провідників від геометричних розмірів та виду речовини, питомий опір, закон Ома для ділянки кола, реостати, послідовне та паралельне з’єднання провідників, робота, потужність струму, закон Джоуля-Ленца, коротке замикання, запобіжники.
    2. (Б:РГ) Які досліди для постійного струму описані в підручнику фізики для 8-го класу?
    3. (А:РГ) Якими приладами можна скористатися для вимірювання діаметрів провідників?
    4. (А:РГ) З яких елементів складається електричне коло?
    5. (А:РГ) Який з графіків (на мал. 1), зображений на малюнку описує залежність від відстані потенціалу поля: а) позитивного; б) негативного точкового заряду?







     

     

     

     

     

     

     

     

    Мал.1

    7. (А:РГ) Відомо, що коли заряди на провіднику перебувають у рівновазі, то всі точки його поверхні мають однаковий потенціал, а вектор напруженості скрізь перпендикулярний до поверхні тіла. Чи можна з цього зробити висновок, що модуль напруженості Е скрізь однаковий?

    8. (А:РГ) Заряджена до +100 В кулька розміщена поряд такою самою, але нейтральною металевою кулькою. Чи зменшиться її потенціал у два рази, якщо після стикання кульок повернути їх на місце?

    1. (А:РГ) Пластинка заряджена до напруги U конденсатора дротинами з’єднали з такими самим незарядженим конденсатором. Чому дорівнюватиме напруга між пластинами першого конденсатора?
    2. (А:РГ) Що можна сказати про напруженість поля, потенціальні поверхні якого еквідистантні (віддалені на однакову відстань)?
    1. (А:РГ) На (мал. 2) зображено схему плоского конденсатора, замкнутого на чутливий вольтметр. Чи зміняться покази вольтметра, якщо між пластинами пролетить позитивно заряджена частинка?
      1. (А:РГ) Який заряд потрібно надати нерухомомушаріку, щоб він і два рухомі шаріки, які мають днакові заряди, розмістилися в вершинах правильного трикутника? Розглянути два випадка закріплений шарік знаходиться на верхнім або нижнім кінці вертикального діаметра.
    2. (А:РГ) При провідних ременів для взривних робіт в резину добавляють графіт або металічний порошок. Для чого це роблять?

       

     

    Теоретичні відомості:

    Електричним струмом називається впорядкований рух заряджених частинок. Щоб дістати електричний струм у провіднику, треба створити в ньому електричне поле. Під дією цього поля заряджені частинки, які можуть вільно переміщатися в цьому провіднику, почнуть рухатися в напрямі дії на них електричних сил, – виникне електричний струм. Щоб електричний струм у провіднику існував протягом тривалого часу, треба весь час підтримувати в ньому електричне поле. Електричне поле в провідниках створюється і може довго підтримуватися джерелами електричного струму.

    У вузлах кристалічної решітки металу розміщені позитивні іони, а в просторі між ними рухаються вільні електрони, тобто електрони, не зв’язані з ядрами своїх атомів. Негативний заряд усіх вільних електронів за абсолютним значенням дорівнює позитивному заряду всіх іонів решітки. Електричний струм у металах – це впорядкований рух вільних електронів. За напрям струму умовно взято той напрям, в якому рухаються в провіднику позитивні заряди, тобто напрям від позитивного полюса джерела струму до негативного.

    Сила струму дорівнює відношенню електричного заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження. Щоб виміряти силу струму, амперметр вмикають у коло послідовно з тим приладом, силу струму в якому вимірюють. Вмикають амперметр у коло за допомогою двох клем, або затискачів, що є на приладі. Біля однієї з клем амперметра стоїть знак “плюс”, біля другої – знак “мінус”. Клему із знаком “+” треба обов’язково з’єднувати з проводом, що йде від позитивного полюса джерела струму.

    Сила струму в провіднику обернено пропорційна опору провідника. Сила струму в ділянці пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна її опору.

    Кількість теплоти яку виділяє провідник із струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опру провідника й часу.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Електричний струм, дослід Ерстеда [2, с. 85; 13, с. 82].

    В склянку з розчином сірчаної кислоти помістіть цинковий і вугільний електроди, з’єднані з електричною лампою. Лампа загоряється (мал. 3). Електричний струм може бути одержаний за рахунок перетворення хімічної енергії в електричну.

    Термопару з’єднайте з гальванометром. Електричний струм помічаємо через відхилення стрілки гальванометра.

    В розчині сірчаного лугу розташовують дві свинцеві пластини – електроди. До електродів під’єднують електричну лампу. Лампа не горить. Прилад не є джерелом струму. Лампу від’єднують. Свинцеві електроди демонструють спостерігачам. Вони мають однаковий вид. Модель акумулятора вмикають в коло джерела струму (мал. 4). Через якийсь час електроди знову оглядають. Їхній зовнішній вигляд змінився – змінився колір електродів. Знову до моделі акумулятора підключають лампу. Лампа горить. Її залишають включеною і помічають, що згодом світіння лампи слабшає.

    В акумуляторі під час зарядки електричний струм здійснює роботу, у результаті якої збільшується хімічна енергія акумулятора. При розрядці хімічна енергія перетворюється в енергію електричного струму.

    Перетворення енергії світла в електричну енергію демонструють за допомогою фотоелемента. Установка для демонстрації зображена на (мал. 5). У ній фотоелемент, узятий зі шкільного набору напівпровідникових приладів, приєднаний до гальванометра (тут треба брати гальванометр із великим опором, тобто від демонстраційного амперметра). При денному освітленні виявляють по гальванометру появу слабкого струму в колі. Потім фотоелемент освітлюють електричною лампою потужністю 100-150 Вт. Спостерігають, як у міру наближення лампи до фотоелемента струм у колі збільшується і стрілка гальванометра відхиляється на всю шкалу. При затемненні фотоелемента струм майже припиняється. У такий спосіб переконуються, що фотоелемент являє собою джерело струму, у якому енергія світла перетвориться в електричну.

     


    мал. 3      мал.4          мал. 5

     

    2. Електричне коло, складання електричних кіл [2, с.89].

    Для практичного використання електричного струму потрібні джерело струму, його споживачі, провідники, за допомогою яких струм передається від джерела до споживача. Для вмикання струму користуються вимикачами, а для запобігання пошкодженню приладів – запобіжниками. На (мал. 6) усі прилади увімкнені так, що лампа як споживач світиться за рахунок енергії джерела струму – батареї гальванічних елементів. Усі складові частини з’єднані у замкнене коло. Тому такі установки називають електричними колами. У найпростіших випадках до складу електричних кіл входять: джерело струму; системи з’єднувальних провідників і керуючих пристроїв; споживачі електричної енергії.

    Для вимірювання фізичних величин, що характеризують електричний струм, у коло вмикають різноманітні прилади – амперметри, вольтметри, лічильники електричної енергії тощо.

    Складається електричне коло з джерела струму, ключа, лампи і з’єднувальних провідників. Лампу включають і виключають ключом.

    3. Дії електричного струму [2, с. 91].

    У багатьох випадках дії струму можуть виявлятися одночасно. На (мал. 7) показана установка, де струм проходить по прямому провіднику, на якому підвішені клаптики паперу, та по котушці зі сталевим осердям. При вмиканні електричного струму клаптики паперу починають диміти і згоряють, а котушка з осердям притягує залізні предмети. Коли струм вимкнути, то провідник охолоне, стане коротшим і підніметься до попереднього положення, а від осердя котушки залізні предмети відпадуть.

     


     

     

     

     

     

    мал. 5      мал. 7          мал. 8

    В склянку з розчином мідного купоросу поміщають два вугільних стержня, увімкнених в коло джерела струму. Після вмикання струму, через деякий час демонструють електрод з відкладеною на ньому міддю. Увага звертається на кількість цієї міді. Електрод з міддю залишають для порівняння, а замість нього вставляють чистий вугільний стержень. Дослід повторюється при іншій силі струму в колі. Через той самий час знову демонструють електрод з міддю і порівнюють їх.

    Дослід Ерстеда переконує, що провідник зі струмом діє на магнітну стрілку (постійний магніт). Але можна спостерігати і дію постійного магніту на провідник зі струмом (мал. 8). При вмиканні струму котушка притягується до магніту, або ж відштовхується від нього. Все залежить від того, якими полюсами до електричного кола приєднується джерело струму.

    4. Електрична напруга та її вимірювання [2, с. 101].

    Для вимірювання напруги виготовляють прилади, що називаються вольтметрами. На (мал. 9) показаний один із вольтметрів. На відміну від амперметра, що вмикається під час розривання електричного кола для вимірювання сили струму в даній точці кола, вольтметр приєднується паралельно до ділянки кола, на якій вимірюється напруга. На (мал. 10) показано схему вмикання вольтметра для вимірювання напруги на лампі, а на (мал. 11) – зовнішній вигляд такої установки, до якої входить і амперметр.

    5. Опір провідника, залежність сили струму від напруги та опору провідника, залежність опору провідника від його параметрів [13, с. 87].

    Зібрати електричне коло, що складається з регульованого джерела струму, електричної лампочки, амперметра і ключа (мал. 12). Змінюючи напругу живлення змінюють силу струму, що проходить через лампу, до номінального. Свічення лампи змінюється при зміні сили струму. Отже, дія струму залежить від сили струму.

    До установки попереднього досліду внесіть зміни: паралельно лампі вмикають вольтметр (мал. 13). Дослід повторюється. При зміні напруги живлення змінюється напруга на лампі та сила струму в колі.

     


    мал. 9      мал. 10          мал. 11

     

    Сила струму в колі залежить від напруги. Сила струму в провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях провідника.

    Далі установку для демонстрації залишіть як у попередньому досліді і повторіть дослід. Фіксується увага на силі струму. Лампу заміняють на іншу (іншої потужності). При тій же напрузі сила струму в ланцюзі змінюється. Сила струму в ланцюзі залежить не тільки від напруги, але і від властивостей провідників. Різні провідники мають різний електричний опір.

    В установці попереднього досліду лампу замініть провідником, у якому при напрузі 1 В сила струму 1 А. За одиницю опору приймають 1 ом – опір такого провідника, у якому при напрузі на кінцях 1 вольт сила струму дорівнює 1 амперу.

    Зберіть коло за (мал. 14). В коло включають реостат опором 1 Ом. Після вмикання джерела живлення фіксують значення напруги і сили струму в колі. Потім опір збільшують до 2 Ом, 3 Ом і т.д. Значення напруги не змінюється, а сила струму зменшується. Отже, при однаковій напрузі на кінцях провідника, сила струму обернено
    пропорційна опору провідника. Опір

    провідника прямо пропорційний його довжині.

    Установку залишають як у попередньому досліді. Порівнюються опір провідників однакової довжини, але як такі, що мають різний поперечний переріз. Опір провідника обернено пропорційний площі його поперечного перерізу.


    мал. 12      мал. 13      мал. 14

    Установка для демонстрації – як у попередньому досліді. Порівнюються опори провідників однакової довжини і площі поперечного перерізу, але виготовлені з різних матеріалів. Опір провідника залежить від матеріалу. Опір прямо пропорційний довжині провідника, обернено пропорційний площі поперечного перерізу і залежить від матеріалу провідника.

    В коло джерела струму включають амперметр і по черзі різні провідники. Спочатку вмикають короткий провідник і силу струму фіксують, потім – провідник з такого ж матеріалу і такої площі поперечного перерізу, але тільки більшої довжини. Сила струму в колі зменшується, відповідно зростає опір.

    6. Закон Ома для ділянки кола [1, с. 221].

    Цей дослід вимагає наступної попередньої підготовки. Збирають установку, як показано на (мал. 15). Джерелом струму може служити випрямляч. Включивши на магазині опорів 2 Ом, замикають коло. Регулюючи опір реостата, домагаються на затискачах магазину напруги 3 В; при цьому амперметр покаже 1,5 А. Підготовлену таким способом установку демонструють: включають струм і вимірюють напругу і силу струму. Далі зменшують напругу до 2 В, а потім до 1 В. Покази амперметра і вольтметра щораз записують у таблицю. Отримані результати дозволяють зробити висновок, що сила струму на даній ділянці кола прямо пропорційна напрузі на його кінцях.

    Потім проводимо другий дослід, щоб знайти залежність сили струму від опору ділянки. Для цього включають в магазин 4 Ом, з допомогою реостату доводять напругу на цій ділянці до 2 В. Амперметр при цьому покаже 0,5 А. Потім зменшують опір магазину, доводячи кожен раз з допомогою реостату напругу до попередньої величини (2 В), вимірюють силу струму. Результати записують у таблицю. За даними цієї таблиці роблять висновок, що сила струму на ділянці кола обернено пропорційна його опору.

    Вивчаючи дані обох таблиць, легко помітити, що силу струму завжди можна знайти діленням напруги на опір. Це є основою для виведення формули: , що виражають закон Ома для ділянки кола.

     

    мал. 15             мал. 16          мал. 17

    7. Реостати. Регулювання сили струму реостатом [13, с. 90].

    Провідник з матеріалу з великим питомим опором натягують між двома штативами. Один кінець дроту з’єднують з одним полюсом джерела струму, а другий полюс джерела струму через амперметр підключають до проводу за допомогою рухливого контакту (мал. 16). Після включення джерела струму увага звертається на покази амперметра. Переміщенням рухливого контакту змінюється довжина включеного в ланцюг відрізка проводу і, отже, сила струму в ланцюзі. Пристрої, призначені для регулювання сили струму, називаються реостатами.

    Далі розгляньте реостати різної конструкції (магазин опорів, повзунковий, важільний).

    8. Послідовне та паралельне з`єднання провідників [13, с. 90].
    У дану схему далі включають амперметри (мал. 18). Після включення джерела струму вимірюється сила струму на різних ділянках кола при паралельному з’єднанні. Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з’єднаних провідниках. Напруга на кінцях усіх паралельно з’єднаних провідників однакова. У схемі одну з ламп заміняють електричним двигуном. При включенні джерела струму працює двигун і горить лампа. В одне і те ж електричне коло паралельно можуть бути включені різні споживачі електричної енергії
    .

     


     

    мал. 18 мал. 19              мал. 20

    9. Нагрівання провідника струмом, робота та потужність електричного струму, будова електронагрівальних приладів.

    Один кінець нитки перекинутий через блок, закріплюють на осі електродвигуна, а до другого кінця прикріплений вантаж. Електродвигун живиться від регульованого джерела струму. Одночасно з вмиканням двигуна запускають секундомір (мал. 19). Спочатку двигун вмикають на такий час, за який вантаж встигає піднятись на половину можливої висоти. Дослід повторюється. Двигун вмикають на більший час і він підносить вантаж на більшу висоту. Отже, робота, яка виконується електричним струмом, прямо пропорційна часу, протягом якого здійснювалась робота.

    У коло живлення електродвигуна включають амперметр і вольтметр. Повторюється попередній дослід. Фіксуються сила струму і напруга живлення електродвигуна (мал. 20). Дослід повторюється зі збільшеним вантажем. Тепер для підйому вантажу потрібно збільшити напругу, що подається на двигун. Зростає і сила струму. Робота електричного струму прямо пропорційна напрузі, силі струму і часу, протягом якого здійснилася робота. В установку попереднього досліду вносяться зміни: у коло провідника, що нагрівається електричним струмом, включають амперметр і паралельно провіднику вольтметр. Провідник, що нагрівається, одержує живлення від регульованого джерела струму (мал. 21). Плавно змінюючи напругу живлення, звертають увагу учнів на те, що ступінь нагрівання провідника залежить від напруги на кінцях провідника і від сили струму в ньому.

    В установці попереднього досліду частину провідника, що нагрівається струмом, заміняють мідним провідником такого ж перетину. При включенні джерела живлення нагрівається до світіння тільки провідник великого опору. Мідний провідник помітно не нагрівається (мал. 22). Кількість теплоти, що виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу.

    Далі потужний споживач електроенергії з’єднують з джерелом струму довгими з’єднувальними провідниками. При вмиканні електричного струму з’єднувальні провідники нагріваються, але це не спостерігається. Потім з’єднувальні провідники вмонтовують в герметично закриту колбу. Нагрівання провідників струмом спостерігається по збільшенню тиску нагрітого повітря за допомогою мікроманометра (мал. 23). Електричний струм завжди нагріває з’єднувальні дроти.


    мал. 21          мал. 22         мал. 23

    10. Лампи розжарювання та інші нагрівальні пристрої,
    коротке замикання, дія запобіжників [8, с.127].

    Найпростішими і найпоширенішими електронагрівальними приладами є електричні лампі розжарювання. На (мал. 24) показано будову ламп розжарювання, де 1 – це спіраль, що є джерелом світла. Вона приварюється електричним зварюванням до двох провідників, що проходять через скло балона лампи 2. Один провідник з’єднується з гвинтовою нарізкою цоколя лампи 3, а інший приєднується до центральної частини цоколя, яка ізольована від нарізки.

    Електричні праски, плити, кип’ятильники тощо мають принципово однакову будову: тут обов’язковими є електричні нагрівники, що виготовляються зі сплавів із значним питомим опором (наприклад, ніхром – сплав нікелю, заліза, хрому, марганцю), та з’єднувальні провідники; можуть бути вимикачі, різноманітні перемикачі, регулятори і таке ін.


    Мал. 24                       мал. 25

     

     

    Дуже шкідливими для електричних кіл можуть бути короткі замикання.

    Коротке замикання – це таке з’єднання частин ділянки кола провідником, коли їх опір зменшується практично до нуля, а сила струму зростає, що призводить до псування елементів електричного кола, горіння і навіть пожежіДля захисту електричних кіл від струмів короткого замикання послідовно зі споживачами електричної енергії вмикають різноманітні запобіжники. Найпростішими є так звані плавкі запобіжники. На (мал. 25) показаний пробковий плавкий запобіжник, основною деталлю якого є дротина С з легкоплавкого металу (наприклад свинцю), що проходить усередині фарфорової пробки П. Пробка має гвинтову нарізку Н та центральний контакт К, до яких і припаяна свинцева дротина. Пробку вкручують у патрон. Зазвичай, у квартирних проводках передбачають два такі пробкові запобіжники. Коли сила струму різко зростає, то свинцева дротина швидко нагрівається і починає плавитися, що й призводить до розриву кола та припинення струму в ньому. Запобіжники можуть бути не лише зі свинцю, а й у вигляді металевих пластинок різної форми. На (мал. 26) показаний трубчастий запобіжник, розрахований на значні сили струму.

     


    мал. 26                  мал. 27

    Запобіжник складається з фарфорової трубки 7, яка запобігає розбризкуванню розплавленого металу у разі спрацювання запобіжника. На кінцях трубки закріплені контактні ножі 2, до яких усередині трубки приєднуються легко плавкі пластини 3 чи шматки відповідного дроту. Ножі запобіжника вставляють у пружинні контакти (пінцети) 4, встановлені на щиті. У телевізорах, радіоприймачах тощо, де сили струму незначні, можуть використовуватися скляні трубчасті запобіжники (мал. 27).

    Тепер часто використовують автоматичні запобіжники – електромагнітні, теплові, електронні та інші пристрої, що розмикають електричні кола, якщо сила струму в них перевищує значення, на які вони розраховані.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Розберіть стару батарейку з сухих елементів. Знайдіть частини, з яких вона складається. Один з елементів розріжте і розгляньте його будову.
    2. Запишіть потужності наявних у вашій квартирі ламп електричних приладів і орієнтований час їх роботи протягом тижня. Обчисліть вартість витраченої ними за тиждень енергії і порівняйте знайдену вами суму з тією, яку визначають за лічильником.
    3. Накресліть схему електричного кола з послідовно з’єднаних елементів. Складіть електричне коло, увімкніть струм і виміряйте напругу на полюсах джерела струму. Запишіть значення цієї напруги U. Виміряйте напругу U1 на лампі та запишіть її значення. Виміряйте напругу U2 на спіралі й запишіть її значення. Вимкніть струм. Порівняйте значення напруги U зі значеннями напруг U1 та U2. Зробіть висновки та обґрунтуйте їх. За можливістю виконайте роботу з двома лампами, іншим джерелом струму. Зробіть висновки.
    4. Накресліть схему електричного кола, що складається з послідовно з’єднаних джерела постійного струму, ключа, амперметра і двох дротяних резисторів. Після перевірки схеми вчителем складіть електричне коло, яке також повинен перевірити вчитель. Замкніть електричне коло за допомогою ключа і виміряйте силу струму в колі, запишіть її значення. Вимкніть струм. Приєднайте вольтметр до першого резистора, ввімкніть струм і виміряйте напругу на першому резисторі, записавши її значення; вимкніть струм. Приєднайте вольтметр до другого резистора, ввімкніть струм і виміряйте напругу на другому резисторі, запишіть її значення і вимкніть струм. За одержаними даними розрахуйте значення опору першого і другого резисторів. Порівняйте ці значення з тими, що нанесені на резисторах. Якщо є розбіжності у виміряних і нанесених значеннях опорів, то спробуйте це пояснити. Порівняйте значення опорів резисторів і значення напруг на них, коли вони з’єднані послідовно. Спробуйте зробити висновки. Виміряйте загальну напругу на обох резисторах і порівняйте з сумою напруг на них. Розберіть електричне коло і приведіть робоче місце у належний робочий стан.
    5. Складіть електричне коло з послідовно з’єднаних джерела струму, ключа, амперметра і лампи. Вольтметр приєднайте паралельно до лампи. Після перевірки електричного кола вчителем увімкніть струм, виміряйте силу струму в колі і напругу на лампі та запишіть їх значення. Вимкніть струм. Обчисліть: потужність струму в лампі; роботу електричного струму в лампі, якщо вона працювала 5 хв; опір спіралі лампи в робочому стані. Виконайте всі зазначені завдання для дротяного резистора, увімкнувши його замість лампи.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) Чому при складанні електричного кола з демонстраційним амперметром з`єднувальні дроти підключають до клем шунта, а не до клем приладу?
    2. (Б:ПВЗ) Як, використовуючи реостати, провести досліди для послідовного та паралельного з`єднання провідників?
    3. (А:ПВЗ) Дано дві лампи: 4 В, 3 Вт та 6 В, 19 Вт. Яка з них споживає більше енергії при послідовному (паралельному) з`єднанні?
    4. (Б:ПВЗ) Як перевірити закон Ома? Якого порядку одержують похибку вимірювань демонстраційними приладами у демонстраціях закону Ома для ділянки кола?
    5. (Б:ПВЗ) Які недоліки досліду для демонстрації залежності опору провідника від матеріалу, його довжини та поперечного перерізу?
    6. (А:ПВЗ) У коло ввімкнено електричну лампу й повзунковий реостат. Накресліть схему цього кола. Куди треба пересунути повзунок реостата, щоб лампа світилася яскравіше?
    7. (А:ПВЗ) Часто конденсатори образно називають посудинами для заряду за аналогією з циліндричним відром – посудиною для води. Яка характеристика відра відповідає в цьому разі електроємності конденсатора?
    8. (А:ПВЗ) В яблуко встромили мідну та алюмінієву дротини, їхні вільні кінці сполучили з чутливим гальванометром. Чому стрілка гальванометра відхилилася?
    9. (А:ПВЗ) Відомо, що шари прісної води мають набагато більший опір, ніж шари солоної . Як можна використати цей факт для визначення підземних засобів прісної води?
    10. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати різні види джерел струму?
    11. (А:ПВЗ) В процесі руху трамвайного вагона по верхньому провіднику і по рейці тече однаковий струм. Чому ж, стоячи на землі і торкаючись провідника, який з’єднаний з верхнім проводом ми будемо вражені струмом?
    12. (А:ПВЗ) Вольтметр ввімкнено в коло паралельно до лампочки. Якщо лампочка перегорить, то, очевидно, вольтметр буде ввімкнений в коло послідовно? Що буде показувати вольтметр у цьому випадку: струм чи напругу? Відповідь пояснити.
    13. (А:ПВЗ) Позитивний і негативний іони водню при з’єднанні утворюють атом водню. Чи можна говорити про наявність струму в процесі взаємодії цих іонів?
    14. (А:ПВЗ) Накресліть схему електричного кола, що складається з джерела струму, електричної лампи, дзвінка і трьох ключів, причому якщо ввімкнути один ключ, то горить лампа, якщо другий – працює дзвінок, третій – одночасно загоряється лампа і працює дзвінок.

    РОБОТА №28 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ЯВИЩ У 8-му КЛАСІ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час розгляду у 8-му класі питань, які пов’язані з вивченням понять: магнітне поле струму, електромагніти, постійні магніти, магнітне поле Землі.

    Обладнання: стрілка магнітна, реостат, джерело струму, вимикач, магніти прямі та підковоподібні, залізні ошурки, соленоїд демонстраційний, набір “Виток у магнітному полі”, штатив, електромагніт, стрілка магнітна демонстраційна, дрібні залізні предмети, набори для одержання магнітних спектрів, стрічка з алюмінієвої фольги, рамка дротяна, модель електровимірювального приладу, реостат із контактом, що ковзає; ящик підставка; коробки з під сірників – 2 шт.

     

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Електромагнітні явища” підручників фізики 8-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Електромагнітні явища” у 8 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми “Електромагнітні явища”
    рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2 

    Магнітне поле

    Електромагніт і його дослідження 

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 8 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Електромагнітні явища” .

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

     

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А: РГ) Означте поняття: магнітне поле струму, електромагніт, постійний магніт, магнітне поле Землі.
    2. (А: РГ) В чому суть явища електромагнітної індукції?
    3. (А: РГ) Яка будова та принцип дії електровимірювальних приладів теплової, магнітоелектричної та електромагнітних систем?
    4. (А: РГ) Під час роботи електромагнітного підйомного крана частина вантажу не відірвалася від полюсів електромагніту при вимикані струму. Кранівник пропустив через обмотку слабкий струм протележного напряму, і вантаж відпав. Поясніть, чому.
    5. (А: РГ) До одного з полюсів магнітної стрілки учениця наблизила голку. Поюс стрілки притягнувся до голки. Чи свідчить це про те, що голка була намагнічена?
    6. (А: РГ) Як зміниться сила Ампера, яка діє на прямолініний провідник із срумом в однорідному полі, при збільшені індукції магнітного поля в 3 рази і збільшені сили струму в 3 рази? Повідник розміщений перпендикуляро до індукції.
    7. (А: РГ) Як напрямлена сила, з якою магнітне поле Землі діє в північній півкулі на горизонтальний провідник з струмом, який знаходиться в площині магнітного меридіана і струм проходить з півночі на південь?
    8. (А: РГ) Є два абсолютно однакових стальних стержні. Один з них намагнічений. Як визначити, який із цих стержнів намагнічений, якщо у вашому позпоряджені немає ніяких допоміжних засобів?
    9. (А: РГ) В книзі одного із перших дослідників магнетизму Джільберта описаний такий дослід: якщо бити молотком по залізній пламтинці, розташованій в напрямку з півночі на південь, то платинка намагнічується. Чому? Як розташовані полюси?

     

    Теоретичні відомості:

    Магнітне поле існує навколо будь-якого провідника з струмом, тобто навколо рухомих електричних зарядів. Електричний струм і магнітне поле невіддільні одне від одного. Навколо нерухомих електричних зарядів, тобтоелектричного струму, існують і електричне, і магнітне поля. Магнітне поле з’являється навколо провідника, коли в ньому виникає струм, тому слід розглядати як джерело магнітного поля.

    Лінії, уздовж яких у магнітному полі розміщуються осі маленьких магнітних стрілок, називають магнітними лініями магнітного поля. Напрям, яких показує північний полюс магнітної стрілки в кожній точці поля, прийнято за напрям магнітної лінії магнітного поля. Магнітні лінії магнітного поля струму – це замкнені криві, які охоплюють провідник. Напрям магнітних ліній магнітного поля струму пов’язаний із напрямом струму в провіднику.

    Із збільшенням сили струму дія магнітного поля котушки з струмом підсилюється, із зменшенням – ослаблюється. Котушки із залізним осердям усередині називають електромагнітом. Різнойменні магнітні полюси притягуються, одно імені – відштовхуються. Магнітне поле діє з деякою силою на будь-який провідник із струмом, що лежить у цьому полі. Котушка із струмом, як і магнітна стрілка, має два магнітних полюси – північний та південний. Для зміни магнітних полюсів котушки достатньо змінити напрямок струму в ній.

    Правило свердлика: якщо свердлик закручувати у напрямі проходження струму , то напрям обертання його ручки покаже напрям силових ліній магнітного поля.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Магнітне поле, виявлення магнітного поля провідника з струмом, розміщення магнітних стрілок навколо прямого провідника та котушки із струмом [13, с. 95].

    До магнітної стрілки наближають постійний магніт. Магнітна стрілка змінює своє початкове положення. Магніт забирають, і стрілка повертається в початкове положення.

    Далі під горизонтально розташованим провідником розміщують магнітну стрілку. Провідник включають в коло джерела струму (мал. 1). Під час замикання кола магнітна стрілка відхиляється від свого початкового положення. При розмиканні кола магнітна стрілка повертається в своє початкове положення. Дослід повторюється при розміщенні магнітної стрілки над провідником. Навколо провідника зі струмом існує магнітне поле.


    мал. 1 мал. 2 мал. 3

     

    Навколо вертикально натягнутого провідника встановлюють в одній горизонтальній площині велику кількість маленьких магнітних стрілок. Після ввімкнення електричного струму магнітні стрілки певним чином орієнтуються. Увага фіксується на розміщенні осей стрілок і їх полюсів (мал. 2).

    Лінії вздовж яких розміщуються осі магнітних стрілок, називаються силовими лініями магнітного поля.

    Повторюється попередній дослід, але при зміненому напрямку струму в провіднику. При зміні напряму струму змінюється орієнтація магнітних полюсів магнітних стрілок. Напрям магнітних ліній магнітного поля зв’язаний з напрямом струму в провіднику.

    Навколо вертикально натягнутого провідника розміщують в одній вертикальній площині багато залізних ошурків. Після вмикання струму залізні ошурки, які утворюють кола в магнітному полі, показують форму магнітних ліній магнітного поля. Магнітні лінії магнітного поля є замкнутими кривими, які оточують провідник.

    Довгий провідник звертають в кільце. В середину кільця поміщують магнітну стрілку на вістрі (мал. 3). При вмиканні струму стрілка майже не змінює свого положення. Той же провідник звертають в кільця так, щоб утворилось декілька кілець. При вмиканні джерела струму стрілка помітно змінить своє положення.

    Замість провідника, звернутого в кільце, беруть плоску котушку з великою кількістю витків дроту. Після ввімкнення струму дія магнітного поля струму на магнітну стрілку виявляється і на деякій відстані від котушки. Звертають увагу на напрям повороту стрілки в момент ввімкнення струму (мал. 4). Змінюється напрям струму в котушці, це викликає зміну напрямку відхилення стрілки в момент включення струму. Фіксується напрям відхилення стрілки при даному напрямі струму. Потім стрілку переносять на протилежний кінець котушки. При незмінному напрямку струму в котушці напрям відхилення стрілки змінюється на протилежний.

    Котушку підвішують на довгий і гнучкий провідник. Після вмикання електричного струму котушка повертається і встановлюється як магнітна стрілка: один

    кінець котушки буде повернутим на південь, другий – на північ.

    На мал. 5 показано розташування магнітних стрілок на площині, якщо на неї дивитися зверху. У випадку (а) струм напрямлений від нас, що умовно позначається кружечком з хрестиком. Магнітні стрілочки показують своїми північними полюсами, що сила, яка на них діє, напрямлена за годинниковою стрілкою. Коли ж напрям струму змінити на протилежний (б), то струм іде до нас, що позначається кружечком з точкою, і на північні полюси діють сили у напрямі проти руху годинникової стрілки.

    Можна зробити висновок, який називається правилом свердлика: якщо свердлик закручувати у напрямі проходження струму (мал. 6), то напрям обертання його ручки покаже напрям силових ліній магнітного поля.

     


    мал. 4 мал. 5 мал. 6

    За будь-яких форм провідників зі струмом силові лінії магнітного поля не обов’язково будуть коловими, але обов’язково замкненими кривими. На (мал. 7) умовно показане магнітне поле колового струму.

    3. Дослід Ерстеда [7, с. 238].

    На (мал. 8) зображена установка для цього досліду. Мета досліду – показати дію провідника зі струмом на магнітну стрілку. Це дасть можливість спочатку зробити висновок про існування магнітного поля навколо провідника зі струмом, а потім визначити напрям сил, з якими магнітне поле діє на північний полюс стрілки в різних місцях навколо дроту.

    Виключивши струм, підставляють під стояк магнітної стрілки дві сірникові коробки, одна на одну, щоб стрілка опинилась над дротом. Знову замикають ланцюжок і за поведінкою північного полюсу стрілки, який тепер буде рухатись до глядача, визначають новий напрямок сили, що діє на північний полюс стрілки.

    Вийнявши одну сірникову коробку з-під стояка магнітної стрілки, встановлюють стрілку біля дроту спочатку з одного боку, а потім з іншого. Спостерігають, що в момент ввімкнення струму північний полюс стрілки отримує помітний поштовх вниз або вгору. Висновки з проведеного досліду можуть бути представлені у вигляді креслення, яке зображено на (мал. 9).

    4. Посилення магнітного поля котушки з струмом при введенні у неї залізного осердя, застосування електромагнітів [13, с. 95].

    Котушку вмикають в коло джерела через амперметр і реостат. Поблизу котушки поміщають магнітну стрілку. При замиканні кола в котушці виникає струм, і стрілка повертається на деякий кут. Якщо стрілку відсунути на велику відстань, то при тій самій силі струму в котушці стрілка повертається на менший кут (мал. 10). Дія магнітного поля котушки зменшується із збільшенням відстані.

    Установка для демонстрації – як в попередньому досліді. Стрілку розміщують на такій відстані, де дія магнітного поля котушки ще помітна. При зміні сили струму дія магнітного поля котушки змінюється. Дія магнітного поля котушки зі струмом збільшується із збільшенням сили струму і послаблюється із зменшенням сили струму.

    Далі магнітну стрілку розміщують на такій відстані, де дія магнітного поля котушки ще помітна. При ввімкненому струмі вводять залізне осердя. Відхилення стрілки помітно змінюється. Залізо, введене всередину котушки, підсилює дію магнітного поля подібно тому, як підсилює дія магнітного поля збільшення сили струму.

    мал. 7      мал. 8      мал. 9

     

    Котушку з залізним осердям вмикають в коло джерела струму. При вмиканні струму залізне осердя притягує і утримує залізні предмети (мал. 11). Котушка з металевим осердям всередині називається електромагнітом.

    Демонстраційний електромагніт вмикають в коло джерела струму. До якоря підвішують вантаж (мал. 12). При замиканні кола електромагніт утримує великий вантаж. При розмиканні кола якір з вантажем відпадає від електромагніта.

    5. Складання електромагніту і дослідження його дії [2, с. 135].

    Накресліть схему електричного кола, що складається з послідовно з’єднаних джерел постійного стуму, ключа, реостата і котушки електромагніта. Після перевірки накресленої вами схеми складіть за нею електричне коло, увімкніть струм і за допомогою компаса визначте магнітні полюси котушки зі струмом. Вимкніть струм. За допомогою відомих вам правил визначте, якими повинні бути полюси котушки, яку ви використовуєте в досліді. Порівняйте результати з одержаними даними. Розмістіть компас на такій відстані від котушки, щоб його стрілка відхилялася не дуже сильно. Вставте залізне осердя в котушку і спостерігайте за дією електромагніта на стрілку. Зробіть висновок. Складіть із використанням двох котушок підковоподібний магніт. З’єднайте котушки між собою і джерелом струму так, щоб при вмиканні струму на кінцях “підкови” виявилися різнойменні полюси електромагніту. Увімкніть струм і за допомогою компаса встановіть полюси електромагніту. З’єднайте котушки так, щоб на кінцях “підкови” були однойменні полюси. Увімкніть струм і перевірте результат за допомогою компаса. Що потрібно зробити, щоб полюси на кінцях “підкови” стали іншими?


    мал. 10      мал. 11      мал. 12

    8. Магнітне поле Землі [2, с. 140].

    Велика магнітна стрілка на підставці знаходиться в стані спокою. Фіксується увага на положенні осі магнітної стрілки. Стрілку виводять з положення рівноваги, відхиляють на деякий кут. Відпущена стрілка, знову повертається до початкового положення. Стрілку розвертають так, щоб полюси її помінялися місцями, але вона знову повертається в своє положення. Навколо Землі існує магнітне поле.


    мал. 13 мал.14 мал. 15

    На (мал.13) показане магнітне поле Землі. Південний магнітний полюс Землі знаходиться на півночі, але він не збігається точно з Північним географічним полюсом, а віддалений від нього приблизно на 2100 км. Північний магнітний полюс Землі міститься поблизу Південного географічного полюса. Тому напрями на північ і на південь компас показує лише наближено.

    Різнойменні магнітні полюси притягуються, одноіменні – відштовхуються. Далі продемонструйте магнітні спектри постійних магнітів.

    На цьому грунтується застосування компаса (мал.14), який складається з магнітної стрілки, що вільно обертається навколо своєї осі.

    9. Рух прямого провідника та рамки із струмом у магнітному полі, будова та принцип дії електричного двигуна постійного струму [2, с. 141; 13, с. 99].

     


    мал. 16

    Гнучкий провідник розміщують між полюсами підковоподібного магніту (мал.16). Вмикання провідника в коло джерела струму викликає рух провідника відносно магніту. Магнітне поле діє з деякою силою на всякий провідник із струмом, який знаходиться в цьому полі.

    Плоску котушку підвішують на довгих гнучких провідниках між різнойменними полюсами постійних магнітів (мал.14). Вмикання струму призводить до повороту котушки. Зміна напрямку струму в котушці викликає зміну напрямку повороту котушки. Якщо в момент повороту котушки змінювати перемикачем струм в котушці, то вона буде неперервно обертатися, поки дозволять провідники підвісу.
    Далі продемонструйте дію моделі електродвигуна.

    Щоб дослідити будову та принцип дії електродвигуна постійного струму, розгляньте деталі його будови, знайдіть на якорі півкільця чи колектор, щітки, через які подається струм. Далі складіть електродвигун, після перевірки схеми ввімкніть струм і приведіть двигун в дію. Відмітьте напрям обертання якоря двигуна. Змініть на протилежну полярність вмикання джерела струму. Ввімкніть струм і зробіть висновок. Що зміниться в роботі двигуна, якщо його магніт повернути на 180º.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Перед вами два абсолютно однокових стальних стержні. Один з них намагнічений і являє собою штабовий магніт. Як визначити, який стержень намагнічений, не маючи допоміжних засобів?
    2. Розмістіть всередині глобуса штабовий магніт. За допомогою цієї моделі ознайомтеся з властивостями магнітного поля Землі.
    3. Поясніть дію електоромагнітного тормоза, який являє собою полоский металевий диск, поставлений на вал машини і він крутиться в міжполюсному просторі сильного електромагніту.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б: ПВЗ) Які досліди для електромагнітних явищ описані у підручнику фізики 8-го класу?
    2. (Б: ПВЗ) Яка відмінність в означенні ліній магнітної індукції у 8-му та 11-му класах?
    3. (Б: ПВЗ) У шкільному підручнику та у посібнику [5] пропонуються різні варіанти досліду для руху провідника із струмом у магнітному полі. Який із варіантів більш відповідає вимогам, які ставляться до демонстраційного експерименту?
    4. (Б: ПВЗ) Які засоби доцільно застосовувати при демонстрації обертання рамки у магнітному полі для забезпечення наочності досліду?
    5. (Б: ПВЗ) Як провести на уроці загальновідомий дослід Ерстеда?
    6. (Б: ПВЗ) В яку сторону повернеться північний полюс магнітної стрілки у досліді Ерстеда, якщо струм тече зліва направо, а магнітна стрілка знаходиться під (над) провідником?
    7. (Б: ПВЗ) За допомогою яких засобів можна показати напрямок струму через рамку при демонстрації досліду для обертання рамки із струмом у магнітному полі?
    8. (Б: ПВЗ) Як можна продемонструвати будову та принцип дії електродвигуна, генератора електричного струму, телефона, реле?
    9. (Б: ПВЗ) Взаємодію провідників із струмом можна було б розглядати як кулонівську взаємодію електричних зарядів. Заперечте це.
    10. (Б: ПВЗ) М. Фарадей пропонував встановити в морях, в зоні великих припливів, великі електроди. Якщо їх сполучити провідником, по ньому повинен йти струм. Чи справедливе це твердження Фарадея?
    11. (Б: ПВЗ) Один французький фокусник під час своїх виступів демонстрував такий фокус: на сцені над металевою підставкою знаходився ящик, дно якого було металеве, а до кришки була прикріплена ручка. На сцену викликався чоловік міцного складу і йому пропнувалось підняти ящик, що він з легкістю робив. Далі фокусник повідомляв, що відніме в цього чоловіка силу і зробив його слабшим за дитину. Фокусник ннаказав жестом прпонував вдруге підняти ящик. Але на цей раз ящик не піддався і залишився нерухомим. Спробуйте розгадати цей фокус. На основі якого явищ він грунтується?
    12. (Б: ПВЗ) Стальний корпус морських суден намагнічується в магнітному полі Землі. Міни, які плавають в морі, вибухають, коли до них наближається таке судно. Щоб зберегти корабель від мін, його корпус оббивають кабелем із срумом. У чому суть такого способу захисту судна?
    13. (Б: ПВЗ) Якщо клеми двох демонстраційних гальванометрів з’єднати проводами і потім, похитуючи один з приладів, спричинити коливання його стрілки, то і в другому приладі стрілка почне коливатися. Поясніть цей дослід .
    14. (Б: ПВЗ) Поясніть, чому, коли доторкнутися пальцями руки до виводів батареї від кишенькового ліхтарика, болю не відчуваєш, а якщо батарею приєднати до електричного дзвінка, то під час роботи дзвінка від чувається сильні больові удари струму.

     

     

    РОБОТА № 29 ВИВЧЕННЯ СВІТЛОВИХ ЯВИЩ У 8-МУ КЛАСІ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою та технікою проведення навчального експерименту під час розгляду у 8-му класі питань, які пов’язані з вивченням понять: джерело світла, прямолінійність поширення світла, відбивання світла, плоскі дзеркала, заломлення світла, лінзи, будова ока, окуляри.

    Обладнання: різні типи джерел світла, освітлювач, екран, непрозорий диск, модель руху Місяця навколо Землі, прямокутна прозора посудина з водою, плоске дзеркало, оптична шайба з обладнанням, лінзи на підставці, свічка, модель фотоапарата, модель ока.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Світлові явища” підручників фізики 8-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Світлові явища” у 8 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми “Світлові явища” рівень

    первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач 

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3

    4

    5 

    Прямолінійне поширення світла

    Відбивання світла

    Плоске дзеркало

    Заломлення світла

    Хід променів у лінзах

    РГ

    РГ

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки
    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ 

    Знання до лабораторного практикуму

    Знання після лабораторного практикуму

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 8 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Світлові явища”. 

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики;
    первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) Означте поняття: світло, джерело світла, властивості світла, прямолінійність поширення світла, плоске дзеркало, відбивання світла, закони відбивання, плоскі, увігнуті та випуклі дзеркала, їх властивості, заломлення світла, лінзи, зображення, яке дають лінзи, око, зір, фотографія, фотоапарат, лупа, мікроскоп, телескопи.
    2. (А:РГ) На яких основних законах базується геометрична оптика? За яких умов ці закони діють?
    3. (А:РГ) Як одержати тінь (напівтінь)?
    4. (А:РГ) Чому у шкільному підручнику, описуючи лінзи, мають на увазі тонкі лінзи?
    5. (А:РГ) Побудуйте зображення у збиральній (розсіювальній) лінзах, якщо предмет розміщений між оптичним центром і фокусом (між F і 2F, за подвійною фокусною відстанню).
    6. (А:РГ) Дано зображення оптичної осі, предмета та його зображення (з однієї або двох сторін від оптичної осі). Визначте графічно, який оптичний прилад застосовний?
    7. (А:РГ) Навіщо об`єктиви оптичних приладів роблять складеними з кількох лінз?
    8. (А:РГ) За допомогою збиральної лінзи утворіть зменшене, дійсне зображення вікна на протилежної стіні великої кімнати. Виконайте потрібні вимірювання і обчисліть оптичну силу лінзи. Чому цей спосіб дає наближений результат?
    9. (А:РГ) На міліметровому папері побудуйте зображення предмета, який міститься на подвійній фокусній відстані від збиральної лінзи. Виміряйте на кресленні відстані від предмета до лінзи і від лінзи до зображення; порівняйте ці відстані. Виміряйте й порівняйте розміри зображення і предмета.

      Теоретичні відомості:

    Світло – це також випромінювання, але тільки та його частина, яку сприймає око, тому світло називають ще видимим випромінюванням. Існують штучні і природні джерела світла. Промінь – це лінія вздовж якої поширюється світло. Закон прямолінійного поширення світла: Світло в прозорому однорідному середовищі поширюється прямолінійно. Перший закон відбивання світла: падаючий і відбитий промінь лежать в одній площині з перпендикуляром до відбитої поверхні, проведеним у точку падіння променя. Другий закон відбивання світла: кут відбивання дорівнює куту падіння.

    Зображення предмета в плоскому дзеркалі має такі особливості: це зображення уявне, пряме, за розмірами дорівнює предмету, розміщене воно на такій самій відстані за дзеркалом, на якій предмет розміщений перед дзеркалом.

    Опукла лінза перетворює паралельний промінь світла в збірний, збирає його в одну точку. Опуклу лінзу називають через це збираючою лінзою. Точку, в якій перетинаються заломлені збиральною лінзою світлові промені, називають фокусом лінзи. Фокусні відстані залежать від кривизни поверхні лінзи. В кожної збираючої лінзи є два фокуси, що розташовані по двом сторонам лінзи. Промені світла, що пройшли через фокус лінзи, після заломлення стають паралельними.

    Промені світла не змінюють напрямку, проходячи через оптичний центр лінзи.

    Зміна напряму поширення світла при його переході через межу поділу двох середовищ називається заломленням світла. Падаючий і заломлений промені лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним у точку падіння променя до площини поділу двох середовищ. Залежно від, того з якого середовища в яке переходить промінь, кут заломлення може бути меншим або більшим від кута падіння.

    Якщо предмет міститься між лінзою і її фокусом, то його зображення – збільшене, уявне, пряме, і розміщене воно від лінзи далі, ніж предмет. Якщо предмет міститься між фокусом і подвійним фокусом лінзи, то лінза дає його збільшене, обернене, дійсне зображення; воно розміщене з другого боку лінзи по відношенню до предмета, за подвійною фокусною відстанню. Розсію вальна лінза при всіх положеннях предмета дає зменшене,, уявне, пряме зображення, яке лежить з того самого боку лінзи, що й предмет.

    Величину, обернену фокусній відстані лінзи, домовилися називати оптичною силою цієї лінзи.

    У разі необхідності під час розглядання яких-небудь дрібних предметів чи їхніх деталей доводиться їх наближати до ока, щоб зображення на сітківці ставало все більшим. Але це вимагає значного напруження ока при акомодації, а при малих відстанях акомодація взагалі стає неможливою. У таких випадках перд оком розміщують короткофокусну збиральну лінзу, яку називають лупою.

    ХІД РОБОТИ

    1. Прямолінійне поширення світла [13, с. 100].

    Світло від освітлювача спрямовується вздовж екрана. Там, да світло потрапляє на екран, екран освітлений. Тим самим напрям поширення світла стає видимим. Електричну лампочку ставлять всередину непрозорої кулі, на поверхні якої зроблено отвір. Повітря навколо кулі задимлюють. Після вмикання лампочки стає видно пучки світла, які виходять з отворів кулі.

    Світло від джерела світла поширюється прямолінійно і в усі сторони.

    Екран освітлюють освітлювачем. На шляху поширення світла ставлять непрозорий диск. На екрані з’являється чітке зображення тіні. Простір, в який не потрапляє світло від джерела світла, називається тінню.

    Джерело світла наближають до непрозорого диска і віддаляють від нього. Звертають увагу на розміри тіні. Розміри тіні залежать від відстані від джерела світла. При наближенні до джерела світла розміри тіні зростають. При збільшенні відстані розміри тіні зменшуються до розмірів предмета.

    Напрозорий диск з попереднього досліду освітлюється двома поблизу розташованими освітлювачами. На екрані видно область, куди не потрапляє світло ні від одного, ні від другого освітлювача, і бліді тіні диска (мал. 1). Частково освітлений простір називають півтінню.

    Якщо замість освітлювача використовується електрична лампа з короткою ниткою розжарення, то на екрані спостерігається чітка тінь від непрозорого диску. На електричну лампу надівають футляр з напівпрозорого паперу. На екрані з’являється розпливчасте зобараження тіні, оточене півтінню. Чітка тінь від предмета отримується тільки від точкового джерела світла.

    Глобус освітлюється проекційним апаратом. Біла кулька, що імітує Місяць, на високому тонкому стояку переміщується навколо глобуса. Коли кулька знаходиться між освітлювачем і глобусом, його тінь падає на поверхню глобуса


     

    мал. 1 мал. 2 мал. 3

    (мал. 2). В тому місці Землі, куди попадає тінь від Місяця, спостерігається сонячне затемнення. Коли кулька при переміщенні навколо глобуса входить в тінь від глобуса, він перестає освітлюватись від джерела світла. Якщо Місяць при своєму обертанні навколо Землі попадає в тінь, що відкидається Землею, то спостерігається місячне затемнення.

    2. Відбивання світла, дзеркальне та розсіяне відбиття, закони відбивання світла [2, с. 156; 13, с. 101].Розсіяння світла (розсіяне або дифузне відбивання) легко можна пояснити, якщо порівняти відбивання його від плоского дзеркала та аркуша паперу (мал. 3). Дзеркальна поверхня відбиває світло у цілком певному напрямку. У разі відбивання світла від нерівної поверхні кожна її точка відбиває світло лише у “своєму” напрямку, що й призводить до розсіювання світла у всіх напрямках. Важливе значення мають обидва види відбивання. Важко уявити життя без дзеркал. Але уявіть собі дзеркальний екран у кінотеатрі – чи всі глядачі бачили б однаково добре зображення на ньому?

    Дослідіть дзеркальне відбивання світла за допомогою оптичного диска. Диск складається з білого круга, по краях якого нанесені поділки, що дають можливість відлічувати значення кутів. По краю круга може рухатись освітлювач, що дає вузький промінь світла (мал. 4). У центрі диска закріплено плоске дзеркало.

    Пучок світла від освітлювача спрямовується вздовж демонстраційного стола. Освітлювач включають і виключають, однак побачити пучок світла не можна. В той же час видно частину екрана, куди падає світло. В чистому повітрі пучок світла невидимий. Якщо повторити попередній дослід, але повітря вздовж пучка світла задимити (запилити), то світло освітлює частинки диму (пилу) і його шлях поширення стає видимим.

    Світло від освітлювача спрямовують в прямокутну посудину з водою (мал. 5). В чистій воді пучок світла невидимий. В воду добавляють барвник. Світло, яке падає на частинки барвника, стає видимим. Освітлені частинки дозволяють прослідкувати напрямок світлового пучка. Якщо на шляху світлового пучка поставити плоске дзеркало (мал. 6), то воно буде змінювати напрямок світлового пучка завдяки його відбиванню.

    На екрані пристрою для вивчення законів оптики прикріплюють скляний напівциліндр. Пучок світла від освітлювача напрямляють на плоску поверхню скляної пластинки. В місці падіння світлового пучка на скло пучок світла частково відбивається, а частково проходить через скло (мал. 7). При падінні світла на скло відбувається його часткове проходження крізь скло та відбивання.

     


    мал. 4 мал. 5 мал. 6

    В установці скляний напівциліндр замінюють плоским дзеркалом. До екрана, де залишив свій слід відбитий пучок світла, притискають листок тонкого білого картону або щільного паперу. Пучок падаючого і відбитого світла як і перше добре видно. Нижню частину картону притискують до дзеркала, а верхню частину нахиляють в сторону. На картоні видно тільки частину відбитого світла. Падаючий і відбитий пучки світла лежать в одній площині.

    Пучок світла направляють вздовж екрана на горизонтально розміщене дзеркало так, щоб падаючий і відбитий пучки світла співпадали, потім кут падіння змінюють. Увагу звертають на кути, які утворюються пучками світла і перпендикуляром до відбиваючої поверхні, встановленим в точці падіння пучка світла. Отже, кут відбивання дорівнює куту падіння.

    Повторюється попередній дослід. Увага фіксується на напрямках падаючого і відбитого пучків світла. Потім освітлювач повертають так, щоб падаючий пучок світла зайняв місце відбитого, тоді відбитий пучок світла займе місце падаючого. Пучки світла поміняються місцями. Ця властивість відбитого і падаючого пучків світла називають оборотністю ходу світла.

    3. Плоске дзеркало. Зображення у плоскому дзеркалі. Увігнуті та випуклі дзеркала [13, с. 103; 2, с. 160].

    Перед плоским дзеркалом встановлюють ляльку з піднятою ручкою (мал. 8). Звертають увагу на те, що у зображення права і ліва частини відбитого предмета помінялися місцями. Так, якщо у ляльки перед дзеркалом піднята права рука, то у зображення ляльки в дзеркалі піднята ліва рука. Далі ляльку наближають до дзеркала і віддаляють від неї. Відповідно зображення здається наближеним або віддаленим від поверхні дзеркала. Так як предмета за дзеркалом немає, воно тільки здається існуючим, то таке зображення називають уявним. У дзеркального зображення по відношенню до предмета змінилось взаємне розташування правої і лівої частин, але незмінним залишилось взаємне розташування верхньої і нижньої частин. Таке зображення називають дзеркальним, прямим.

    На фоні чорного екрана вертикально встановлюють кусочок скла. Перед склом і за ним розміщують електричні лампи (мал. 9). Лампу перед склом включають в коло джерела струму. Якщо зображення включеної лампи співпадає з лампою за склом, то здається, що друга лампа ввімкнена. Циркулем або демонстраційним метром вимірюють відстані від кожної з ламп до дзеркала. Зображення в плоскому дзеркалі знаходиться за дзеркалом на такій самій відстані, на якій предмет розташований перед дзеркалом.

     


     

    мал. 7      мал. 8 мал. 9

    Як відомо, дзеркальна поверхня відбиває падаючий на неї пучок світла направлено, але якщо плоске дзеркало закрити листком білого паперу, то на екрані можна помітити лише пляму розсіяного світла. Будь-яка недзеркальна, тобто шороховата, негладка, поверхня розсіює світло: відбиває падаючий на неї пучок світла у всіх напрямкам.

    4. Заломлення світла [13, с. 104].

    На екран пристрою для вивчення законів оптики закріплюють скляну пластинку, яка має вигляд напівциліндра (мал. 10). На одну з паралельних граней напрямляють пучок світла. На границі поділу “повітря-світло” пучок світла змінює свій напрямок. Далі спрямовують пучок світла від освітлювача на циліндричну поверхню пластинки (мал. 11). Прослідковуємо напрямок поширення світла всередині скляної пластинки і після виходу його в повітря. На границі поділу “скло-повітря” промінь світла змінює свій напрям.

    На екрані пристрою для вивчення законів оптики закріплюють скляну пластинку, що має форму трапеції (мал. 12). На одну з паралельних граней направляється пучок світла. На границі поділу “повітря-скло” промінь світла змінює свій напрям. На виході зі світла, на границі поділу “скло-повітря”, промінь світла знову змінює свій напрям. Зміна напряму розповсюдження світла при його проходженні через границю поділу двох середовищ називається заломленням світла.

    Далі змінюють кут падіння світлового променя на плоску границю пластинки. Увага звертається на відповідну зміну кута заломлення всередині скла. Кут заломлення світла тим більший, чим більший кут падіння. При переході світла з повітря у скло кут заломлення менший кута падіння. При переході світлового променя із скла в повітря кут заломлення більший кута падіння. В залежності від того, з якого середовища в який переходить світло, кут заломлення може бути меншим або більшим кута падіння.


    Мал. 10 мал. 11 мал. 12

    Найпростіше знайти показник заломлення води можна так. На аркуші картону чи цупкого паперу, що не швидко намокає у воді, накресліть коло зі взаємноперпендикулярними діаметрами (мал. 13). Відразу побудуйте промінь ЕО. Занурте малюнок у відповідну посудину з водою так, щоб діаметр АВ збігся з поверхнею води. Тепер спостерігайте, в якій точці промінь перетинає коло (точка F), і зробіть позначку. Вийміть малюнок з води, просушіть його і будуйте промінь OF. Тепер скористайтеся властивістю оборотності променів. Промінь, пущений у напрямку FO, заломиться у напрямку ОЕ. Показник заломлення води відносно повітря (наближено до вакууму) становитиме


    Далі продумайте, як можна визначити показник заломлення даного скла іншими способами, які вам відомі. Визначте показники заломлення світла для інших рідин (олія, розчин солі тощо).

    5. Лінзи, хід променів у лінзах, одержання зображень за допомогою лінз, вимірювання фокусної віддалі та оптичної сили лінзи.

    Промінь світла направляється на ту частину скляної пластинки, де плоскі грані утворюють двогранний кут 45° (мал. 14). Після подвійного заломлення промінь світла виходить відхиленим в товстішу сторону пластинки.

    Повторюється попередній дослід, але на цей раз пучок світла направляється на ту частину пластинки, де плоскі грані утворюють кут 60° (мал. 15). Заломлений промінь світл відхиляється від початкового напрямку в товстішу сторону пластинки.

    мал. 13 мал. 14 мал. 15

    На екран пристрою для вивчення законів оптики закріплюють двовгнуту лінзу. Від освітлювача на лінзу направляють вздовж головної оптичної осі центральний пучок світла. Пучок світла проходить через лінзу, не змінюючи свого напрямку. Другий пучок світла направляють паралельно першому. Проходячи через лінзу, він відхиляється в ширший бік лінзи. Третій пучок світла направляють паралельно першим двом, але нижче головної оптичної осі. Пройшовши через лінзу, пучок світла відхиляється в ширшу сторону лінзи (мал. 16).

     


    Мал.16               мал.17      мал.18

    6. Зображення, яке дає лінза [13, с. 107].

    Полум’я свічки за допомогою сферичної збиральної лінзи проектується на екран (мал. 17). Свічка знаходиться між фокусом і подвійним фокусом лінзи. Якщо предмет знаходиться між фокусом і подвійним фокусом лінзи, то лінза дає його збільшення, перевернуте, дійсне зображення; воно розміщене з іншого боку від лінзи по відношенню до предмета, за подвійною фокусною відстанню. Якщо предмет знаходиться за подвійною фокусною відстанню від лінзи, то лінза дає зменшене, перевернуте, дійсне зображення предмета, що лежить на іншій стороні лінзи між її фокусом і подвійним фокусом (продемонструйте це).

    7. Будова проекційного апарата [13, с. 107].

    Світло від освітлювача направляється на діапозитив або будь-який інший прозорий малюнок, а далі збиральною лінзою проектують його на екран (мал. 18). На екрані отримують збільшене зображення малюнка. Проекційний апарат складається із освітлювача і збиральної лінзи (об’єктива). Прозорий малюнок розміщується між джерелом світла і об’єктивом.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Одержіть на екрані чітке зменшене зображення джерела світла. Виміряйте в метрах відстань d від джерела світла до лінзи та відстань f від лінзи до екрана. Побудовою знайдіть положення головних фокусів лінзи і визначте фокусну відстань лінзи та її оптичну силу. Визначте фокусну відстань F та оптичну силу D за формулою:

    .

    При визначенні оптичної сили лінзи фокусну (і всі інші) відстань слід брати в метрах, лише тоді оптичну силу можна визначити у діоптріях. Далі одержіть на екрані збільшене зображення джерела світла і виконайте всі попередні вимірювання та розрахунки. Установіть, де необхідно розташувати джерело світла, щоб на екрані було його зображення такого самого розміру, як і джерело. Перевірте свій висновок на досліді.

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня
    фахової обізнаності.

     

    1. (Б:ПВЗ) Які досліди можна продемонструвати за допомогою приладу для геометричної оптики?
    2. (Б:ПВЗ) Які досліди можна запропонувати для демонстрації різних видів дзеркал?
    3. (Б:ПВЗ) Запропонуйте установку для демонстрації повного відбиття світла з використанням прямокутного акваріума, наповненого водою.
    4. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати досліди для відбивання світла?Сонце від Землі так далеко, що його промені, які падають на лінзу, паралельні один одному. Ячи можна за допомогою сонячних променів визначити фокусну відстань збиральної лінзи? Як це зробити?
    5. (Б:ПВЗ) Які недоліки приладів для демонстрацій по геометричній оптиці?
    6. (А:ПВЗ) Нагріта праска й увімкнута електрична лапа є джерелами випромінювання. Чим відрізняється одне від одного випромінювання, створені цими приладами.
    7. (Б:ПВЗ) Як перевірити закони заломлення світла?
    8. (А:ПВЗ) Напів циліндричне дзеркало, поперечний переріз якого являє собою півкруг, помістили в широкий пучок світла, паралельний оптичній осі зеркала. Знайти найбільший кут між променями в відбитому від дзеркала пучку світла.
    9. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати прямолінійність поширення світла?

     

     

    РОБОТА 30 ДОСЛІДНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИВЧЕННЯ ЗАГАЛЬНИХ ПИТАНЬ КІНЕМАТИКИ ТА РІВНОМІРНОГО РУХУ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою i технікою постановки експерименту при вивченні основ кiнематики та рівномірного руху.

     

    Обладнання: різні види кульок; похилий жолоб; іграшка, яка заводиться; циліндр Магнуса (падаючий циліндр); візок; електричний ліхтарик (лампочка); диск обертальний; модель канатної дороги (вагонетка на дроті); трубка скляна з наклеєною смужкою бiлого паперу вздовж трубки; штатив; вантажі на нитцi; лiнiйка демонстрацiйна; пензлик; губка; метроном; прилад для дослідів з кінематики i динаміки конструкції Шурхіна і Покровського з обладнанням; легкий візок з крапельницею; прилад ПДЗМ; лічильник-секундомір; фотодатчики; гальванометр; штатив універсальний з муфтою i лапкою; блок на стержнi; платформа на колесах; метроном; секундомір електромеханічний; туш чорна i червона; похила площина і дерев’яний брусок-підставка; нитки; дошка на чотирьох роликах; візок і покажчики з набору по кінематиці і динаміці; кулька на нитці; брусок; самохідний візок; кінофільми та таблиці з даної теми.

     

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Кінематика та рівномірний рух” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Кінематика та рівномірний рух” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

     

    Цільова програма (А) до змісту теми: “Кінематика та рівномірний рух”
    рівень первинної обізнаності.

     

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3

    4

    5 

    Відносність руху

    Система відліку

    Траєкторія

    Переміщення

    Прямолінійний рівномірний рух 

    РГ

    РГ
    ПВЗ
    ПВЗ
    РГ

    ПВЗ
    ПВЗ
    УЗЗ
    УЗЗ
    ПВЗ

     

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки
    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Кінематика та рівномірний рух”. 

    ПВЗ

     

    РГ

     

    РГ

     

    ПВЗ

    РГ

     

    РГ 

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    УЗЗ

    ПВЗ

     

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) Означте поняття: поступальний рух, матеріальна точка, положення тіла в просторі, тіло відліку, система координат, траєкторія, шлях, переміщення, прямолінійний рівномірний рух, швидкість, види швидкостей, графічне зображення руху, відносність руху.
    2. (А:РГ) Проаналізуйте таке твердження: “Завдання кінематики – знайти всі характеристики руху тіла за двома відомими його положеннями в моменти часу t1 і t2“. Чи завжди можна виконати таке завдання?
    3. (А:РГ) Рекорд швидкості для автомобілів чи мотоцциклів встановлюють за двоиа положеннями ними певної дистанції в пратилежних напрямках із швидкостями V1 і V2. за якою формулою обчислюють судді середню швидкість на всьому шляху?
    4. (А:РГ) Чому контактний дріт трамвая не ведуть по прямій лінії посередині над рейками, а прокладають з відхиленнями по горизонталі?
    5. (А:РГ) Медоносна бджілка літає за нектаром на віддаль 2,25 км. Щоб зібрати 2 г меду, вона повинна здійснити до 80 000 польтів. Порівняти віддаль, яку пролітає бджілка, з довжиною земного екватора.
    6. (А:РГ) Ластівка летить стрго на північ з швидкістю 17,5 м\с. Як зміниться її координати відносно спостерігача через 20 хв, якщо під час рольоту дме східний вітер з швидкістю 4 м\с? Яка швидкість ластівки відносно землі?
    7. (А:РГ) Хлопчик кидає з високого берега вниз два камінці з однаковими початковими швидкостями і інтервалом в одну секунду. Записати рівняння руху першого камінця відносно другого.

       

    ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

    Досліди з кінематики призначені для того, щоб полегшити учням засвоєння основних кінематичних понять, пов’язати ці поняття з реальними рухами. Крім того, а це не менш важливо, мета деяких дослідів полягає в тому, щоб показати принципову можливість вимірювання основних кінематичних величин. Інтерес і допитливість – одні з головних засобів в руках вчителя для пробудження бажання вчитися. Також варто мати на увазі, що демонстрація дослідів збуджує інтерес учнів та допитливість, що вкрай важливо в навчанні. Не дивлячись на простоту, досліди з кінематики добре вдаються і приносять необхідний ефект тоді, коли вони ретельно підготовлені. Багато з описаних дослідів ніби-то для учнів не цікаві, але це не так: коли вони показані в системі, вони значно полегшують засвоєння навчального матеріалу.

    Прямолінійним рівномірним рухом називається рух, при якому тіло за будь-які рівні проміжки часу здійснює однакові переміщеня. Швидкістю рівномірного прямолінійного руху називають сталу величину, що дорівнює відношенню переміщення тіла за будь-який інтервал часу до значення цього інтевалу.

    Швидкість тіла відносно нерухомої системи відліку дорівнює геометричній сумі швидкості тіла відносно рухомої системи і швидкості ріхомої системи відносно нерухомої.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Показати досліди з рівномірного прямолінійного руху [1, с.113].

    Дослiд 4. Рiвномiрний рух. Пристрiй складають за (мал.1). Вантаж, який рухається в водi всерединi скляної трубки, i вантаж зовнi трубки пiдбирають так, щоб система рухалась зi швидкiстю 0,1 м/с. Пiд удари метронома через кожнi 2 с на мiсцi розташування вантажу вiдмiчають пензликом штрихи на поверхнi скляного цилiндра. (Штрихи на скло наносять так, щоб їх було добре видно на фонi бiлого паперу.) За кожнi 2 с система проходить однаковi вiдстанi (по 0,2 м). Потiм штрихи роблять через кожну секунду i, на кiнець, через кожнi 0,5 с (кожний раз стираючи нанесенi ранiше штрихи). Серiю дослiдiв повторюють з вантажем більшої маси, пiд дiєю якого система рухається швидше.


    Дослід 5.
    Демонстрування рівномірного прямолінійного руху. Прилад для дослiдiв з кiнематики i динаміки конструкції Шурхіна і Покровського призначений для демонстрації рівномірного руху, змінного руху, знаходження миттєвої швидкості змінного руху, прискорення, перевірки законів рівнозмінного руху без початкової швидкості, першого, другого, третього законів динаміки тощо [2, с. 281].

    Прилад (мал.2) складається з металевої рами Р, яку у вертикальному положенні вдержують підставка П і зрівноважувальний гвинт, за допомогою якого рамі можна надавати певного нахилу. Над верхнім розпірним стержнем рами, між двома її бічними стержнями, натягнуто дротину Д, що служить рейкою, по якій може переміщатись двоколісний візок В. Щоб дротина під час руху візка не прогиналася, в отвори розпірного стержня вкручені три гвинти, на які спирається дротина. На одному кінці рами закріплена заскочка 3, яка вдержує візок у початковому положенні, а на другому – блок Б, через який перекидається прив’язана до візка нитка для підвішування важків Вж. До крючка обойми блока можна підвішувати стержень С (мал.4) з поличкою П, яка легко переміщається вздовж стержня і може бути
    встановлена в потрібному положенні.


    Поличка використовується для для зупинки важка,
    прив’язаного ниткою до візка, якому важок надає
    прискорення. До візка можна прикріплювати крапельницю К (мал. 3) – плоску металеву коробочку з отвором у центрі нижньої кришки; отвір закривається краном, яким регулюється частота витікання крапель рідини, налитої в коробочку. У центрі верхньої кришки коробочки впаяно стержень для надівання важків. Крім цього, на верхній кришці є отвір з лієчкою для наповнення крапельниці рідиною і лапки для підвішування крапельниці до візка. Крапельницю для досліду наповнюють підфарбованою рідиною (найкраще розчином флюоресцеїну, який зовсім не забруднює поличку, на яку падають краплі). Поличка П (мал.2), на якій падаючі краплі відмічають положення візка через рівні проміжки часу, встановлюється на нижній стороні рами і легко з неї знімається. До приладу додаються такі деталі: 1) два двоколісні візки, один з яких має пружину; 2) пружинну гармату; 3) сачок; 4) столик до візка, вага якого дорівнює вазі крапельниці, заповненої 50 см3 рідини; 5) два снаряди – один вагою 30 Г, а другий – 60 Г; 6) два важки по 180 Г кожний; 7) два переважки по 10 Г кожний; 8) фіксатор (2 переважок і фіксатор застосовуються для виконання лабораторних робіт).


    Раму приладу ставлять на ящики-підставки так, щоб поличка для крапель була повернута до учнів, а встановлені на ній лотки для стікання крапель виступали за краї ящиків-підставок (мал.4). Під лотки підставляють кристалізатори, в які стікатиме розчин при регулюванні витікання крапель з крана. Поличку за допомогою ватки обов’язково натирають вазеліном. Краплі зафарбованого розчину, падаючи на змащену вазеліном поличку, не розтікатимуться і різко виступатимуть на білому фоні полички, особливо при застосуванні бічного підсвічування. Для натирання полички придатний будь-який вазелін – технічний і косметичний.

    Закривши кран, за допомогою лієчки крапельницю наповнюють водним розчином флюоресцеїну, якому треба віддати перевагу перед іншими зафарбованими рідинами, бо він зовсім не забруднює поличку і, крім того, його добре видно. Щоб флюоресцеїн добре розчинявся, у воді слід розчинити незначну кількість будь-якого лугу. Флюоресцеїн можна замінити хвойними таблетками для ванн, які можна придбати в аптеці.

    Візок ставлять на дротину приладу і прикріплюють до нього крапельницю, на стержень якої надівають важок. За допомогою зрівнювального гвинта рамі приладу надають нахилу, потрібного для компенсування тертя, що виникає при русі візка. Перевіряють це “на око”, штовхаючи візок, який повинен рухатися внаслідок поштовху з сталою швидкістю. Остаточну перевірку роблять, відкривши кран крапельниці і штовхнувши візок. Якщо відстані між сусідніми краплями будуть однаковими, то прилад можна вважати готовим до досліду. Краплі стирають з полички ганчіркою. При демонструванні досліду частоту витікання крапель і швидкість візка підбирають так, щоб на поличку впало 6-12 крапель. Відстані між сусідніми краплями можна порівнювати за допомогою класного циркуля. При відсутності флюоресцеїну можна використати розведену водою туш.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Жолоб закріплюють в штативi пiд деяким кутом до горизонту. Для демонстрації досліду по похилій площинi пускають одночасно 2 кульки. Спочатку кульку з бiльшим коефiцiєнтом тертя встановлюють попереду i спостерiгають одночасне скочення кульок, отже спостерігають рух кульок відносно жолобу і спокій відносно одна одної. Потім кульку з меншим коефіцієнтом тертя встановлюють попереду, кульки відпускають одночасно і спостерігають збільшення відстані між ними, отже спостерігають рух кульок відносно жолобу і відносно одна одної.
    2. Знайти умови, за яких возик, рухається в горизонтальній площині рівниприскоренно, проходить певний відрізок шляху в заданий час.
    3. Виготовити пристрій, який дозволяє в умовах класної кімнати знайти швидкість кулі, яка випущена з повітряного пістолета.
      1. Виготовити прилад, який демонструє дію закону збереженя моменту кількості руху.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1.(Б:ПВЗ) Як можна продемонструвати явище механічного руху?

    1. (Б:ПВЗ) Опишіть дослід для демонстрації поступального руху.
    2. (Б:ПВЗ) Наведіть приклади варіантів дослідів для демонстрації рівномірних рухів.
    3. (А:ПВЗ) Чи можна продемонструвати рiвномiрний рух, якщо в скляну трубку з водою опускати пластмасовi кульки, якщо закриту пробками скляну трубку з бульбашкою повiтря повертати на 1800 до вертикального положення?
    4. (Б:ПВЗ) Як можна продемонструвати вiдносність руху способами, які відмінні від описаних вище?
    5. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати явище додавання рухів?
    6. (Б:ПВЗ) Як дослідним шляхом знайти швидкість рівномірного руху?
    7. (Б:ПВЗ) Що спільного та відмінного у вивченні механічних рухів у 7 та 9 класах?
    8. (Б:ПВЗ) Якими ще способами (без застосування дослідів) можна унаочнити процес вивчення механічних рухів?
    9. (Б:ПВЗ) Як можна продемонструвати додавання рухів?

    РОБОТА №31 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ПРЯМОЛІНІЙНОГО НЕРІВНОМІРНОГО РУХУ ТА ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ ТІЛ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою i технікою постановки експерименту при вивченні рівноприскореного руху та вільного падіння тіл.

     

    Обладнання: легкий візок з приладу для демонстрацій з механіки; крапельниця; гальванометр демонстраційний; блок на стержні; важки; машина Атвуда; штатив універсальний з муфтою i лапкою; платформа на колесах; метроном; ключ і джерело постійного струму; шнур з’єднувальний; вимикач; металевий i паперовий круги однакового розміру; секундомір електромеханічний; секундомір електронний; прилад для записування коливань; два камертони з частотами 250 і 450 Гц; гумовий молоточок; туш чорна i червона; металева кулька на штативі; демонстраційна лінійка; похила площина – жолоб і дерев’яний брусок-підставка; нитки; візочок з електродвигуном “Малыш”; трубка Ньютона; насос Комовського.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Прямолінійний нерівномірний рух та вільне падіння тіл” підручників фізики 9-го класу, визначити його погодинний розподіл .

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Прямолінійний нерівномірний рух та вільне падіння тіл” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

     

    Цільова програма (А) до змісту теми: “
    Прямолінійний нерівномірний рух та вільне падіння тіл” рівень

    первинної обізнаності.

     

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

     

    2

    3

     

    4 

    Прискорення при рівноприскореному русі

    Прискорення вільного падіння тіл

    Переміщення при рівноприскореному русі

    Швидкість при нерівномірному русі

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

     

    ПВЗ 

    УЗЗ

     

    УЗЗ

    УЗЗ

     

    УЗЗ 

     

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язування задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Прямолінійний нерівномірний рух та вільне падіння тіл”.

    РГ

     

    ПВЗ

     

    РГ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

     

     

    РГ 

    ПВЗ

     

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    УЗЗ

    УЗЗ

     

     

    ПВЗ 

     

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:ПВЗ) Що спільного і відмінного в поняттях шляху і переміщення?
    2. (А:ПВЗ) Який рух називається рівноприскореним?
    3. (А:ПВЗ) Яка залежність шляху від часу при рівноприскореному русі без початкової швидкості?
    4. (А:ПВЗ) Як впливає нахил площини на характер спостережуваного руху?
    5. (А:ПВЗ) Чому дорівнює шлях, пройдений тілом за першу секунду?
    6. (А:ПВЗ) Які способи запису рухів ви знаєте? Які з цих способів можна використати при вивченні механіки?
    7. (А:ПВЗ) Який характер руху вільно падаючого тіла?
    8. (А:ПВЗ) Як змінюється з часом пройдений шлях вільно падаючого тіла?
    9. (А:ПВЗ) З даху будинку одночасно відірвались дві бурульки різної маси. Чи одночасно вони досягнуть землі?
    10. (А:ПВЗ) За графіком залежності шляху автогонщика від часу побудувати графік залежності швидкості його руху від часу.
    11. (А:ПВЗ) Як пасажир у вагоні без годинника може визначити наближене значення середньої швидкості руху поїзда?

     

     

    ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ:

    Прямолінійний рівномірний рух, при якому переміщення лінійно залежить від часу відповідно до формули, зустрічається порівняно рідко. Значно частіше доводиться мати справу з рухами, в яких переміщення за різні проміжки часу неоднакові, тому швидкість з часом змінюється. Такі рухи називають нерівномірними. Рух, під час якого тіло за рівні проміжки часу здійснює неоднакові переміщення, називають нерівномірним. Середня швидкість показує, чому дорівнює переміщення, що його тіло в середню му здійснює за одиницю часу. Швидкість тіла в даний момент часу або в даній точці траєкторії називають миттєвою швидкістю. Миттєво швидкість або швидкість в даній точці, дорівнює відношенню досить малого переміщення на ділянці траєкторії, що містить у собі цю точку, до малого проміжку часу, за який це переміщення відбувається. Миттєва швидкість – величина векторна. Її напрям збігається з напрямом переміщення в даній точці.

    Рух тіла, під час якого його швидкість за будь-які рівні проміжки часу змінюється однаково, називаються рівноприскореним рухом. Прискоренням тіла при його рівноприскореному русі називають сталу величину, що дорівнює відношенню зміни швидкості тіла до проміжку часу, протягом якого ця зміна відбувається.

    Падіння у вакуумі, якому ніщо не загрожує, називають вільним падінням.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Продемонструвати рівноприскорений рух [19, с. 34].

    На легкому візку приладу з механіки для практикуму закріплюють крапельницю, а вздовж штанги пристрою під крапельницю кладуть матову стрічку оргскла (див. мал. 1). Штанзі надають невеликий нахил, відкривають крапельницю і відпускають візок. Спостерігають за рухом візка.

    мал. 1

    За відстанями між краплинами фіксують збільшення швидкості руху візка.

    Вимірювання відстані між сусідніми краплинами показують, що візок за рівні проміжки часу здійснює різні переміщення. При цьому швидкість руху змінюється однаково. Дані виміри заносять в таблицю і будують графік залежності швидкості від часу. Якщо скласти відношення шляхів, що пройшли за послідовні рівні проміжки часу, то неважко виявити, що вони відносяться як послідовний ряд непарних чисел.

    Дослід потрібно повторити у варіанті, коли візок після поштовху, рухається вверх по струні. В цьому випадку учні візуально знаходять зменшення швидкості візка, а по краплинах на пластинці знаходять це зменшення за послідовні рівні проміжки часу. Знову проводять вимірювання і в тій же системі координат будують графік залежності швидкості від часу.

    2. Показати можливі способи вимірювання миттєвої швидкості [19, с. 35-37].

    Монорейка пристрою ПДЗМ встановлюється під кутом до горизонту за допомогою ступінчастої підставки, яка входить в комплект пристрою. Фотодатчики закріплюють на універсальному штативі так, щоб відстань між ними була рівна 10 см. Встановлюють штатив з фотодатчиками так, щоб середина відрізка між фотодатчиками знаходилась біля точки на монорейці, при проходженні якої потрібно знайти миттєву швидкість руху каретки (мал. 2).


     

    Мал.2

    Пускають каретку з допомогою лівого пускового електромагніта і вимірюють по індикатору секундоміра проміжок часу протягом якого пройдений відрізок шляху довжиною 10 см. Числове значення миттєвої швидкості каретки в заданій точці знаходять за формулою: V = ∆S/∆t.

    При аналізі досліду потрібно розглянути питання про точність вимірювання миттєвої швидкості. Відрізок шляху довжиною 10 см. Виміряний при установці фотодатчиків з похибкою, яка не перевищує 1 мм, похибка вимірювання проміжку часу не перевищує 0,01 с. Якщо, наприклад, проміжок часу Dt = 0,32с, то відносна похибка виміру часу рівна приблизно 3%, а відрізок шляху – 1%. Звідси, зменшення відстані між фотодатчиками до 5 см недоцільна, так як помилка вимірювань зростає при цьому до 8%. Результат вимірювань миттєвої швидкості не наблизиться, а віддалиться від істинного значення миттєвої швидкості руху тіла в заданій точці.

     

    3. Демонстрування рівноприскорених

    рухів з різними прискореннями [2, с. 291].

    Стержень універсального штатива видовжують і вгорі встановлюють муфту з закріпленим у ній блоком на стержні. Через блок перекидають нитку, довжина якої дорівнює відстані від блока до кришки стола. До кінців нитки прив’язують однакові

    важки. До одного з важків, піднятого вгору, чіпляють переважок (мал. 3) і спостерігають рівноприскорений рух системи важків. Дослід повторюють з переважками різної ваги, дають можливість учням порівняти зміни швидкості за однаковий час, тобто прискорення спостережуваних рухів.

     

        мал. 3

    4. Перевірити закони рівноприскореного руху за допомогою похилої площини [20, с. 23-25].

    Скочування кульки по похилій площині є приклад рівноприскореного руху під дією сталої сили – сили тяжіння. Відомо, що шлях рівноприскореного руху без початкової швидкості дорівнює: s = аt2/2, де a – прискорення рухомої кульки, а t – час її руху. Необхідно зробити числову перевірку співвідношень шляхів і часу рівноприскореного руху. Для досліду необхідна похила площина


     

    мал. 4

    (жолоб) (мал. 10). Місце перебування кульки в даний момент визначається по сантиметрових поділках, нанесених на одній з планок площини. Метроном (мал.4) – це маятник, коливання якого підтримуються годинниковим механізмом; маятник міститься у футлярі. Зміною положення муфти М на маятнику можна змінювати період його коливання. Потрібне число коливань маятника за хвилину встановлюють, розміщуючи верхній край муфти на відповідній поділці вертикальної шкали метронома. Так, якщо муфту поставити на поділку шкали 120, то метроном відбиватиме проміжки часу по 0,5 сек. Щоб провести дослід необхідно завести метроном, відрегулювати його так, щоб тривалість між ударами була 0,5 сек., і пустити його в хід. Надавши площині похилого положення, покласти на її верхній кінець кульку. Запам’ятати поділку проти кульки і після кількох повторень слова “нуль” разом з ударами метронома пустити кульку одночасно з останнім відліком “нуль”. Продовжуючи лічбу “раз, два”, на слові “два” позначити місцеположення кульки. Записати пройдену віддаль S1. Потім провести такий самий дослід, рахуючи: “нуль, один, два, три, чотири”; пройдений шлях у цьому випадку буде s2; і, нарешті, після рахунка “нуль, один, два, три, чотири, п’ять, шість” пройдений шлях позначаємо через s3. Аналогічні досліди провести з кулькою іншої маси і, якщо вистачить часу, з іншим нахилом площини. Кожне вимірювання провести три-чотири рази. Результати вимірювань записати в таку таблицю:

     

    № досліду по порядку 

    Час  

    Шлях  

     

    t1

    t2

    t3

    s1

    s2

    s3

                 

    Далі знайти середні значення s1, s2, s3. Вважаючи, що для часу t = 3 сек. шлях s3: визначено найточніше, знайти з формули s3 = аt2/2 величину, що чисельно дорівнює половині прискорення. Позначимо її через b: b = a/2 = s3/9. Потім поділити шлях s1 і s2 на число b з точністю до сотих і знайдені числа порівняти з числами 1:4:9.

    Далі необхідно визначити шляхи, які проходить кулька щосекунди, і записати ряд s1 : (s2 – s1) : (s3 – s2). Сформулювати висновок і записати. Визначити середню швидкість руху кульки по жолобу.

     

    5. Ознайомитись з технологією проведення досліду “Падіння тіл в повітрі та вакуумі [19, с. 38].

    В трубці Ньютона відкривають кран і, тримаючи її у вертикальному положенні краном вгору, звертають увагу учнів на пташине перо, пробку і кусочок свинцю, що лежать на дні пристрою. При швидкому перевертанні трубки краном вниз (це потрібно зробити 2 – 3 рази) чути стук свинцевого вантажу, далі видно, як падає пробка і повільно опускається перо. Далі з’єднують трубку шлангом через демонстраційний манометр з насосом

    Комовського і відкачують повітря. Коли стрілка манометра зупиниться на нулі, кран трубки Ньютона закривають (мал. 5).Знявши гумовий шланг, знову перевертають трубку 2 – 3 рази. Учні чують стук кусочка свинцю і спостерігають одночасне з ним падіння пера і пробки.

    Щоб краще було видно тіла, що знаходяться в трубці, потрібно проводити дослід по можливості ближче до учнів і на темному фоні.


    Мал. 5

    6. Дослідити різні способи для визначення прискорення при вільному падінні тіл.

    На стержні універсального штатива закріпляють зверху приставку з електромагнітом, знизу – приставку НЗ (мал.6). Обидві приставки розміщують так, щоб відстань між горизонтальним столиком приставки НЗ і центром кульки, яка втримується електромагнітом верхньої приставки, була рівна 1 м. Затискачі приставок з’єднують між собою, з затискачами секундоміра ССУ-М і випрямлячем ВС-4-12, подають живлення на електромагніт. Перемикач роду робіт в ССУ-М переводять в положення “Секундомір”. Після настройки установки скидають покази секундоміра, піднімають столик нижньої

    приставки, перемикають тумблер “Пуск” верхньої приставки. При цьому кулька відривається і, вдаряючись об столик, розриває коло. Знімають покази секундоміра. Дослід повторюють тричі і кожен раз записують покази секундоміра, потім знаходять середнє арифметичне значення часу і знаходять за відомою формулою прискорення вільного падіння.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Беруть в одну руку металевий диск, а в другу – паперовий такого ж діаметра і одночасно їх відпускають. Після того як металевий диск торкнеться стола, паперовий ще продовжує падати і досягне стола з великим запізненням. Далі на металевий диск накладають паперовий. Відпускають диски – вони, зберігаючи горизонтальне положення, падають разом на стіл. Що показує цей дослід?
    2. Дві кульки однакового розміру, але різної маси беруть в одну руку і одночасно відпускають. Кульки падають, і їх стук об підлогу чути одночасно. Аналогічий приклад проводив Галілей, кидаючи кульки з похилої башти. Що доказує цей дослід?

     

     


    мал. 6

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) Які способи вимірювання миттєвої швидкості ви знаєте? Які з них можна використати в навчальному фізичному експерименті?
    2. (А:УЗЗ) Чому тіла різної маси при вільному падінні мають однакове прискорення? Як залежить прискорення вільного падіння від висоти тіла над землею?
    3. (Б:ПВЗ) Які способи вимірювання прискорення вільного падіння ви знаєте? Які з цих методів можна запропонувати для самостійної роботи учнів (лабораторні роботи, роботи фізичного практикуму, домашні завдання)?
    4. (Б:ПВЗ) Як можна одержати і використати для вивчення понять кінематики та різних рухів стробоскопічні фотознімки?
    5. (А:УЗЗ) За допомогою машини Атвуда можна показати, що вiльне падiння є рiвноприскореним рухом. Чи можна в цьому випадку панель НЗ встановлювати в точках 0,2 i 0,6 м? 0,4 i 0,9 м? Чому?
    6. (А:УЗЗ) Чому на кожному з інтервалів, позначених на циліндрі, однакове число звивин (завдання 9, спосіб в)?
    7. (А:УЗЗ) Як ще можна визначити число звивин на всій довжині циліндра, крім зазначеного в роботі способу? Який із способів відліку звивин точніший?
    8. (А:УЗЗ) Як відносяться між собою пройдені за послідовно рівні проміжки часу шляхи вільно падаючих тіл?
    9. (А:УЗЗ) З якою точністю в цій роботі вимірюється час?
    10. (А:УЗЗ) Визначити приблизно висоту мосту або будівлі на підставі спостережень вільного падіння якого-небудь тіла.
    11. (А:УЗЗ) Установити, з якою початковою швидкістю та як високо ви можете кинути м’яч угору. Час польоту (піднімання вгору і падіння вниз) визначити за допомогою секундоміра або годинника.
    12. (А:УЗЗ) Обчислити час, протягом якого триває ваш максимальний стрибок у висоту.
    13. (А:УЗЗ) Одночасно з пуском каменя з якої-небудь висоти пустити секундомір, а потім, коли почуєте звук від удару каменя об землю, зупинити секундомір. Визначити висоту, з якої пущено камінь, вважаючи, що швидкість поширення звуку 340 м/сек.

     

    РОБОТА № 32 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ КРИВОЛІНІЙНИХ ТА ОБЕРТАЛЬНИХ РУХІВ

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою і технікою проведення основних дослідів при вивченні обертального руху.

     

    Обладнання: диск обертовий з приладдям; відцентрова машина; метроном; динамометр з круглим циферблатом; штатив універсальний; рівень; модель центрифуги; модель відцентрової сушарки; модель відцентрового регулятора; два тіла різної маси на стержні; відцентрова дорога; шматок тканини; пластилін; склянка з водою; сірники; Радіальні ваги; електродвигун; точильний станок; реостат; дерев’яний маховик; дзига; металевий ланцюжок;

    модель радіана; легка кулька на гумовому шнурі, два динамометри з пробками в прорізах; дві кульки різної маси, зв’язані ниткою на одному й тому ж стержні, прилад з різнорідними рідинами, пристосований для обертання навколо осі; прилад для демонстрації сил Коріоліса; краска; піпетка.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Криволінійний та обертальний рух” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Криволінійний та обертальний рух” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми:Криволінійний та обертальний рух” рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3 

    Рух тіла по колу

    Рух штучних супутників землі

    Доцентрове прискорення 

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Криволінійний та обертальний рух”. 

    РГ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    ПВЗ

    РГ 

    ПВЗ

     

    УЗЗ

     

    УЗЗ

     

    УЗЗ

    УЗЗ

    ПВЗ 

     

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

    1. Які умови потрібні для руху тіла по колу із сталою швидкістю?
    2. Які сили (за своєю природою) можуть спричинити доцентрове прискорення? Наведіть приклади.
    3. Які сили діють на штучні супутники Землі?
    4. Як пояснити стан невагомості в умовах штучного супутника Землі?
    5. Як пояснити дію маятникового тахометра?
    6. Чи однакові відстані проходять праві і ліві колеса автомобіля при його повороті?
    7. Порівняти швидкості верхньої і нижньої точок колеса, яке котиться по дорозі без ковзання, із швидкістю переміщення центра колеса.
    8. Колесо рівномірно обертається навколо своєї осі. Побудувати граффіки залежності швидкостей і прискорень точок колеса від відстані до осі обертання.
    9. Назвіть деталі локлмлтивів і вагонів поїзда, частини яких під час руху поїзда мають швидкості, напрямлені проти руху локомоттива.
    10. Колесо рівномірно обертається навколо своєї осі. Побудуйте гпафіки залежності швидкостей і прискорень точок колеса від відстані до осі обертання.

     

    Теоретична частина:

    Серед різноманітних видів криволінійного руху особливий інтерес представляє рівномірний рух тіла по колу. Це найпростіший вид криволінійного руху. Разом з тим будь-який складний криволінійний рух тіла на достатньо малій ділянці його траєкторії можна приблизно розглядати як рівномірний рух по колу.

    Доцентрове прискорення. При рівномірному русі по колу значення швидкості залишається постійним, а напрям вектора швидкості змінюється в процесі руху. Визначимо прискорення тіла, що рухається рівномірно по колу радіусом R.За інтервал часу тіло проходить шлях .Цей шлях дорівнює довжині дуги АВ. Вектори швидкостей а ів в точках А і В напрямлені по дотичних до кола в цих точках, кут між векторами а і в дорівнює куту між радіусами ОА і ОВ.

    Для знаходження вектора прискорення потрібно знайти різницю векторів швидкості ва і визначити відношення зміни швидкості до малого інтервалу часу , за який здійснилась ця зміна:

    З подібності трикутників ОАВ і ВСD : . (1)

    Якщо інтервал часу малий, то малий і кут . При малих значеннях кута довжина хорди АВ приблизно рівна довжині дуги АВ, тобто .Так як , то з виразу (1) одержимо

    , (2) . (3) Оскільки , (4)

    з виразів (3) і (4) одержимо

    . (5)

    Очевидно, що чим менший кут , тим ближче напрям вектора до напрямку на центр кола. Так як вектор прискорення рівний відношенню вектора до інтервалу часу при умові, що інтервал часу дуже малий, то вектор прискорення при рівномірному русі по колу напрямлений до його центру.

    При зміні положення тіла на колі змінюється напрям на центр кола. Звідси, при рівномірному русі тіла по колу модуль прискорення має постійне значення, але напрям вектора прискорення змінюється з часом. Прискорення при рівномірному русі по колу називають доцентровим прискоренням.

    Період і частота. Проміжок часу, за який тіло здійснює повний поворот при русі по колу, називається періодом. Період обертання тіла по колу позначається буквою Т. Так як довжина кола s рівна 2, період обертання при рівномірному русі тіла з швидкістю по колу радіусом R рівний

    . (6)

    Величина, обернена періоду обертання, називається частотою обертання. Частота обертання позначається грецькою буквою ” ню ” () і показує, скільки обертів по колу здійснює тіло за одиницю часу:

    або . (7) Одиниця частоти – 1/с.

    Використовуючи формули (5), (6) і (7), можна одержати формули для обчислення доцентрового прискорення:

    (8) і

    Основним приладом для проведення дослідів з динаміки обертального руху є диск обертовий з приладдям. Набір (мал. 1) складається з металевого диска з шарикопідшипником 2, чавунної триноги 3, двоступінчастого шківа 4, тахометра 5 з поділками 0,5 і 1 об/с, жолоба 6, двох стальних котків 7, дуги 8 з муфтою і кулькою на нитці, трубки 9 з дротяним жолобом і стержня 10.

    Особливістю цього приладу є те, що його деталі можна використовувати з іншими приладами: динамометром з круглим циферблатом, метрономом, універсальним штативом тощо. Використання цих приладів з деталями набору дає змогу складати багато демонстраційних установок і провести ряд важливих, методично цінних дослідів, таких як: а) виникнення сили, яка надає доцентрового прискорення; б) вимірювання кутової швидкості тахометром; в) залежність сили, яка спричинює доцентрове прискорення, від маси тіла, швидкості і радіуса обертання; г) залежність кутового прискорення від моменту сили і моменту інерції; д) явище Коріоліса; е) маятник Фуко; є) прецесія гіроскопа тощо.


         Мал. 1      Мал. 2

    З переліку дослідів видно, що цей прилад можна використати і під час факультативних занять.

    Для демонстрування дії різних відцентрових механізмів використовують відцентрову машину (мал. 2). Механізм машини має черв’ячну передачу (мал. 3). Корпус машини за допомогою металевого стержня можна закріплювати в струбцині на потрібній висоті над столом або підставці-тринозі від універсального штатива. Корпус можна повертати навколо горизонтальної осі і закріплювати у вертикальному, похилому або горизонтальному положенні.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Проілюструвати принцип дії деяких відцентрових механізмів. З цією метою:


    а)
    продемонструйте дію центрифуги. Модель центрифуги (мал. 4) встановлюють на відцентровій машині. У кожну з трьох пробірок наливають (приблизно на 3/4 висоти пробірки) воду. У дві пробірки насипають потроху товченої крейди або зубного порошку і старанно перемішують. Одну із пробірок з крейдою залишають як контрольну, а дві інші вставляють у тримачі центрифуги. Швидко обертають центрифугу протягом 1—1,5 хв, а потім виймають пробірку з крейдою і порівнюють її з контрольною пробіркою. Роблять висновок.

     


    Мал. 4 Мал. 5

    б) Продемонструйте дію відцентрової сушарки. Модель відцентрової сушарки (мал. 5) встановлюють на відцентровій машині. В сушарку кладуть клаптик тканини або ватку, змочену водою. Обертають сушарку 1— 2 хв, а потім, зупинивши її, виймають тканину й бачать, що вона майже суха.

    в) Продемонструйте дію відцентрового регулятора. Модель відцентрового регулятора з розрізом дросельної заслінки встановлюють на відцентровій машині, як показано на (мал. 6). Якщо обертати регулятор, штанги з кульками розходяться, піднімаючи муфту й стискаючи пружину. Вилка заслінки повертається на деякий кут, повертаючи заслінку, яка закриває собою (більше або менше) паропровід. Зменшення частоти обертання регулятора приводить до опускання штанг і відкривання заслінки.


    Мал. 6 Мал. 7

    2. Експериментально довести, що вектор лінійної швидкості при рівномірному русі тіла по колу направлений по дотичній до кола [20, с.].Диск, що обертається за допомогою штатива, закріплюють у вертикальній площині (мал.8). Муфту штатива опускають так, щоб диск доторкався до поверхні підфарбованої води в кюветі. Справа від диску розміщують екран, покритий білим пористим папером. Площина екрана повинна бути розміщена під невеликим кутом до площини диску. Диск починають обертати і слідкують за краплинами які відлітають (на них бажано спрямувати пучок світла діапроектора). Звертають увагу на те, що краплини зриваються і летять по дотичній до кола, тобто рух краплин показує напрям їх миттєвої швидкості в момент відриву від диску.



    Аналогічного роду досліди ставлять з ручним чи електричним точилом. В якості піддослідного тіла беруть частину ножовочного полотна. Можна показати сліди на папері від крапель фарби, які пущені на диск, що обертається на відцентровій машині.

    3. Покажіть, що в якості доцентрової сили можебути сила пружності.

    Встановіть на відцентровій машині скобку зі стержнем, по якому вільно переміщаються два круглих тіла, які зв`язані між собою гумовим шнуром. Одну кульку закріпіть на осі в середній частині стержня нерухомо за допомогою стопорного гвинта і приведіть машину в обертання (мал.9).

    Покажіть на приладі (мал. 9), що сила яка діє на гуму, при одному й тому ж періоді обертання і радіусі кола збільшується з збільшенням маси тіла, що обертається.

    Покажіть на тому ж приладі, що при одному й тому ж періоді обертання рівність сил наступає в тому випадку, якщо маси тіл, що обертаються обернено пропорційні радіусам кіл. Який висновок можна зробити з цієї демонстрації? Яким чином можна поліпшити ефект досліду?

    4. Покажіть, що при русі: а) поверхня рідини в посудині змінює плоскогоризонтальну форму на вгнуту; б) підвіс відхиляється від вертикального напрямку, встановлюючись нормально до вгнутої поверхні рідини; в) шари різнорідних рідин які не змішуються, (наприклад, ртуть, вода, масло) (мал.10) розміщуються кільцями, радіуси яких збільшуються з збільшенням густини рідини. Дайте пояснення цьому явищу.

    Покажіть використання інерції тіла, що обертається для розтягнення гнучких прутів вздовж екватора (мал. 11). Покажіть інерцію ланцюга, що обертається (мал.12). Для цієї демонстрації використайте електродвигун з великим числом обертів (1200-1500 об/хв). На вал електродвигуна насаджується дерев’яний маховик діаметром 15-20 см, який закріплюється на валу контргайкою. На обід маховика щільно надівається гнучкий металевий ланцюжок. Під маховик на відстані 1-2 см від його нижньої точки встановлюють край вузького фанерного листка, другий кінець закріплений в

    штативі. В коло електродвигуна включають реостат. Коли електродвигун досягне максимальної швидкості, необхідно паличкою поступово зміщувати ланцюжок до краю маховика і потім зняти його. Він повинен покотитись вверх по похилій площині як тверде колесо.

    5. Покажіть дію сили Коріоліса. Сила Коріоліса проявляється в викривленні траєкторії тіла, яке рухається поступально по тілу, що обертається.

    Для демонстрації вісь дерев’яного диску закріпіть в гнізді відцентрової машини (мал.13 ). На диск встановіть циліндричну посудину з отворами. Для стійкості на його дно покладіть гирю. З отвору посудини буде витікати вода, для збирання якої поставте піднос.

    Спочатку розміщують посудину близько від осі обертання і пускають струмінь в бік від спостерігачів – від полюса до екватора так, щоб спостерігачі дивились вздовж витікаючого струменя. При обертанні круга проти годинникової стрілки (як обертається Земля) струмінь відхиляється вправо. Потім переставляють посудину на край круга з боку спостерігачів так, щоб вони знову дивились вздовж витікаючого струменя (тепер від екватора до полюса). При приведенні круга в обертання проти годинникової стрілки струмінь знову відхиляється вправо.


    6. Покажіть, що при русі тіла його тиск на верхню частину випуклого мосту буде менший, а на нижню частину вгнутого мосту більший, ніж при стані спокою тіла в цих точках.

    Для демонстрації слід скористатись приладом, запропонованим Д.М. Муром. Конструкцію приладу легко зрозуміти з (мал. 14), на якому показаний загальний вигляд і електрична схема приладу.

    Далі помістіть тіло (наприклад, заводний автомобіль в верхній точці моделі випуклого мосту і покажіть, що під дією ваги смужка жерсті прогинається і дотикається до шурупа, при цьому коло замикається і лампочка горить.

    Після цього пустіть модель автомобіля по мосту. При вазі, рівній 1,25 кг, і швидкості руху в верхній точці, рівній 1,25 м/сек, лампа не горить, отже, тиск на міст менший ваги тіла.

    Поставте “автомобіль” в нижній частині вгнутого мосту: лампочка не горить, отже прогин не достатній.

    Пустіть “автомобіль” рухатись по мосту з швидкістю 1,25 м/сек – лампочка загоряється. Який висновок можна зробити з цієї демонстрації?

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. На столі містяться прилад (мал. 15) і масштабна лінійка. З якої мінімальної висоти треба пустити кульку, щоб вона оббігла петлю, не відриваючись від неї у верхній точці? Чи зміниться ця висота, якщо дослід проводити на Місяці?

     

    1. Візьміть круг і відкладіть крейдою на одному і тому ж радіусі 2-3 точки; поверніть круг на деякий кут, відкладаючи крейдою кут повороту і дуги, що описані точками. Покажіть, що, в той час як шляхи, які описані різними точками тіла, різні, кут повороту для всіх радіусів один і той же. Під час цієї демонстрації потрібно ввести поняття про радіан і показати модель радіана.
    2. Закріпіть в штативі демонстраційний трубчастий динамометр. Підвісьте до гачка динамометра гирю на міцній нитці. Відмітьте покази приладу при нерухомій гирі. Потім відведіть рукою гирю в горизонтальне положення, після чого дайте їй вільно падати. Зрівняйте покази динамометра при русі вантажу і в нерухомому положенні.
    3. Покажіть, що в якості доцентрової сили може бути рівнодійна кількох сил. Для цього покажіть обертання кульки, прив’язаної до нитки, в горизонтальній площині (модель гігантських кроків).
    4. Візміть магнітофону касету. Користуючись лінійкою і знаючи швидкість руху стрічки, обчисліть кутуву швидкість та частоту обертання касети на початку і наприкінці намотування.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня

    фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) У довідниках з фізики наведено дві формули для розрахунку доцентрового прискорення: . З першої формули видно, що прискорення обернено-пропорційне радіусу, а з другої — прямо пропорційне радіусу. Як пояснити цю “суперечливість” формул?
    2. (А:ПВЗ) Чим пояснюється, що у відцентровій сушарці краплини води відриваються від тканини?
    3. (А:ПВЗ) Покажіть на прикладі відцентрового регулятора реалізацію принципу зворотного зв’язку.
    4. (А:ПВЗ)
      Чи можна показати обертальний рух під дією сили тяжіння?
    5. (Б:ПВЗ)
      Які ще можна показати демонстрації, в яких доцентрова сила є рівнодійною кількох сил?
    6. (А:ПВЗ)
      Предмет, падаючи з тридцятого поверху, за першу секунду пролітає один пверх. Повз який поверх він пролітатиме в кінці третьої секунди.
    7. (А:ПВЗ)
      Чм завжди при рівноприскореному прямолінійному русі точки шляхи, пройдені нею за послідовні однокові проміжки часу, відносяться як послідовний ряд непарних чисел: 1:3:5:7:…?
    8. (А:ПВЗ)
      Прискореня руху робочого органа робота-маніпулятора обмежене значенням а0. Як він повинен рухати деталь для переміщення її з початкової в кінцеву точку за найкращий час?
    9. (А:ПВЗ)
      Назвіть деталі локомотива і вагонів роїзда, частини яких під час руху поїзда мають швидкісті, напрямлені проти руху локомотива.
    10. (А:ПВЗ)
      Хвилина стрілка годиника у три рази довша від секундної. Обчислити співвідношення лінійних швидкостей кінців стрілок.

    РОБОТА № 33 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ НА ПЕРШИХ УРОКАХ З ДИНАМІКИ. ПЕРШИЙ ЗАКОН НЬЮТОНА

     

    Мета роботи: ознайомитися з методикою і технікою демонстраційних дослідів на початку вивчення законів динаміки Ньютона.

     

    Обладнання: прилад для демонстрування інерції; кусок картону; склянка; гумовий шнур; стальна кулька; плоскі важки (5 шт.); брусок; різні види молотків; рубанок; візок; дерев’яний брусок; машина Атвуда; метроном; акумулятор; вимикач; невеликий мішечок з піском; динамометр демонстраційний – 2 шт.; набір тягарців демонстраційний; штатив універсальний; прилад з кінематики і динаміки (наприклад, Шурхіна і Покровського); гумова пробка; куски міцних ниток; пружина; дві клеми; фанерна дощечка; модель ракети з насосом, що до неї додається; трибометр демонстраційний; лінійка демонстраційна.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Динаміка. Перший закон Ньютона” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Динаміка. Перший закон Ньютона” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми:
    “Динаміка. Перший закон Ньютона” рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2 

    Перший закон Ньютона

    Інерціальна система відліку 

    ПВЗ

    ПВЗ 

    П

    П 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми”Динаміка. Перший закон Ньютона”. 

    ПВЗ

     

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

    ПВЗ

     

    РГ 

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    УЗЗ

     

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:ПВЗ) У чому полягає відносність законів динаміки Ньютона?
    2. (А:ПВЗ) Тіло нерухоме в певній системі відліку. Чи завжди це означає, що всі прикладені до нього сили зрівноважені?
    3. (А:ПВЗ) До матеріальної точки прикладено дві сили. За якої умови ці сили можуть привести точку у рівномірний рух?
    4. (А:ПВЗ) Двигун автомобіля давно виключили, але він зберігає свою швидкість. Коли це можливо?
    5. (А:ПВЗ) Після затяжного стрибка парвшутист відкрив парашут. Порівняйте силу опору повітря до відкриття парашута, у моммент наповнення його купола повітрям і при дальшому русі парашутиста вниз.
    6. (А:ПВЗ) Як за допомогою фізики пояснити смисл народного прислів’я: “Коси коса, поки роса”?
    7. (А:ПВЗ) Людина стоїть у ліфті. Визначити і порівняти сили, які діють на неї в таких випадках: а) ліфт не рухається; б) ліфт сповільнює рух до зупинки.
    8. (А:ПВЗ) Тіло нерухоме в певній системі відліку. Чи завжди це означає, що всі прикладені до нього сили зрівноважені?
    9. (А:ПВЗ) До матеріальної точки прикладені дві сили. За якої умови ці сили можуть привсти точку у рівномірний і прямолінійний рух?
    10. (А:ПВЗ) Після затяжного стрибка парашутист відкрив парашут. Порівняйте силу опору повітря до відкриття парашкта, у момент наповнення його купола повітрям і при дальшому русі парашутиста вниз?

     

    Теоретичні відомості:

    Закони динаміки – геніальне теоретичне узагальнення людської практики. Їх не можна показати на досліді (як це інколи рекомендується в методичних розробках) і тим більше підтвердити чи перевірити в ході практикуму. Призначенння описаних нижче дослідів інше, а саме:

    а) допомогти учням зрозуміти основи динаміки;

    б) показати прояв законів динаміки в демонстраційних дослідах.

    Порядок демонстрації дослідів залежить від прийнятої методики викладення матеріалу.

    Якщо на тіло діють тіла, дії яких взаємно скомпенсовані, то воно перебуває в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху відносно інерціальних систем відліку.

     

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Розглянути поняття про компенсацію дії навколишніх тіл на досліджуване тіло [13, с. 53-56].

    Поняття про компенсацію дії навколишніх тіл на досліджуваний предмет має істотне значення для формування уявлень, пов’язано з першим законом Ньютона. Тому на пояснення описаних нижче дослідів і висновки з них треба звернути особливу увагу учнів.

    Один кінець гумової нитки прикріплюють до стальної кульки, а другий затискують у лапці штатива. Звертають увагу учнів на те, що кулька перебуває в стані спокою під дією двох тіл: Землі й нитки. Перерізують гумову нитку і спостерігають вільне падіння кульки, на яку тепер діє лише одне тіло – Земля. Впавши на стіл, кулька знову перебуватиме в стані спокою, бо тепер до дії Землі додається дія столу, яка компенсує дію Землі. З досліду роблять висновки: 1) якщо на досліджуване тіло діють два тіла, дії яких взаємно компенсуються, то вона перебуває в стані спокою; 2) якщо на досліджуване тіло діє одне тіло, то внаслідок цієї дії воно рухається рівноприскорено.

    Кульку знову підвішують на гумовій нитці і під нею розміщують магніт. Тепер кулька перебуває в стані спокою під дією трьох тіл: Землі, нитки й магніту. Отже, можна вважати, що сукупна дія цих тіл на кульку скомпенсована. Перерізають нитку й переконуються, що внаслідок порушення скомпенсованої дії тіл на кульку вона починає рухатися з прискоренням. Впавши на магніт, кулька зупиняється. Це означає, що дії Землі й магніту на неї знову компенсуються. Отже, і в цьому випадку можна зробити висновки, аналогічні попереднім.

    До гачків, забитих у торці дерев’яного бруска, прив’язують дві гумові нитки завдовжки по 20 – 25см. Другі кінці ниток прикріплюють до гвинтів триног від штатива. Брусок кладуть на стіл, а триноги розсувають у протилежні сторони так, щоб нитки були натягнуті. На брусок діють чотири тіла: Земля, стіл і дві нитки. З того, що брусок перебуває в стані спокою, роблять висновок про взаємну компенсацію дій цих тіл на нього. Перерізають одну з ниток і спостерігають прискорений рух бруска до однієї з триног. Якщо тепер знову прив’язати перерізану нитку до триноги, то брусок перебуватиме в стані спокою. Після перерізання іншої нитки спостерігають рух бруска в бік іншої триноги. Висновки з досліду такі самі, як і в попередньому випадку.

    Легку стальну кульку, прив’язану до гумової нитки, другий кінець якої затиснуто в лапці штатива, розміщують під полюсом сильного магніту. Магніт у лапці штатива закріплюють на стояку так, щоб кулька не доторкувалась до нього, а натягнута нитка була вертикальною. Перерізають нитку (біля її нижнього кінця) і спостерігають рух кульки вгору до магніту. З досліду роблять висновки, аналогічні попереднім.

    Два-три кільцевих керамічних магніти, накладених один на одного, приклеюють пластиліном на одному кінці скляної трубки, встановленої в отвори магнітів. На трубку надягають ще один такий самий магніт, повернувши його однойменним полюсом до нижніх магнітів. Тримаючи трубку за її верхній кінець, демонструють нерухомість верхнього магніту. Отже, дії Землі й нижніх магнітів на верхній компенсують одна одну. Різким рухом руки відтягують нижні магніти вниз. При цьому верхній магніт падає: нескомпенсована дія Землі змушує його рухатися з прискоренням.

    Прилади конструкції І. М. Румянцева або В. П. Яковлєва (с. 13) складають так, як показано на мал. 1. На дротину приладу насаджують ударник і одну з куль. Ударник закріплюють у скобі й стискують його пружину так, щоб присоска прилипла до диска. Кулю наближають впритул до ударника. Через кілька секунд присоска відривається від диска й ударник штовхає кулю. Пройшовши деяку відстань, куля зупиняється.


    мал. 1 мал. 2

    Аналізуючи дослід, спочатку розглядають дії тіл на кулю до початку її руху й приходять до висновку, що ці дії скомпенсовані, тому кулька перебуває в стані спокою. Нескомпенсована дія ударника після його звільнення змушує кулю рухатись. Але під час руху на кулю діє струна дротинки. Ця дія тертя кулі об струну – також нескомпенсована, тому куля рухається з від’ємним прискоренням і, зрештою, зупиняється. Можна послабити дію струни, змастивши її. Тоді куля після удару пройде всю довжину струни і зупинеться лише внаслідок зіткнення з протилежним стояком приладу, тобто внаслідок нескомпенсованої дії стояка.

    Виникає питання, як рухалася б куля, коли б струна була необмежено довгою, а тертя повністю відсутнє. Оскільки дії Землі й струни на кулю під час її руху без тертя компенсують одна одну, приходять до висновку, що куля рухалася б прямолінійно й рівномірно необмежено довго.

    Отже, якщо на тіло діють тіла, дії яких взаємно скомпенсовані, то воно перебуває в стані спокою або рівномірного прямолінійного руху відносно інерціальних систем відліку. На основі цього висновку формулюють перший закон Ньютона.

    2. Демонстрування властивості тіл зберігати стан спокою [2, с. 310 -314].

    а) Для демонстрування використовують прилад, що складається з установленої на масивній підставці металевої колонки, яка закінчується вгорі чашечкою (мал. 2) між основою колонки і підставкою затиснута зігнута пружна стальна пластинка, для обмеження руху якої в колонку вкручено стержень.

    Для демонстрування на чашечку колонки кладуть кусок картону квадратної або круглої форми. На картон ставлять металеву кульку з таким розрахунком, щоб вона була якраз над чашечкою. Відтягують пружину пальцями і відпускають її. Внаслідок удару пружини картон злітає,а кулька, зберігаючи стан спокою, залишається на місці і падає в чашку.

    3. Покажіть практичне використання властивості тіл зберігати стан спокою [2, с.

    314].

    Для цього продемонструвати практичне використання властивості тіл зберігати стан спокою для насаджування молотка на ручку і для звільнення залізка в колодці рубанка. Перед цим доцільно показати такий дослід. Стержень універсального штатива беруть у ліву руку і, надавши йому горизонтального положення, надівають на нього кільце. Ударяють по кінцеві стержня правою рукою (мал. 3) і спостерігають, що стержень переміщається, а кільце, зберігаючи стан спокою, залишається на місці. Стержень під час удару не слід міцно затискувати в руці, щоб внаслідок удару він міг переміститись на декілька сантиметрів.

     


     

     

     

     

     

    мал. 3 мал. 4 мал. 5

    Потім стальний молоток насаджують на ручку рукою і, взявши ручку в ліву руку, ударяють по кінцю її дерев’яним молотком, який тримають у правій руці (мал. 4). Щоб показати використання властивості тіл зберігати стан спокою для звільнення залізка в рубанку, колодку беруть лівою рукою і легенько б’ють дерев’яним молотком, який тримають у правій руці, по задній стінці колодки (мал. 5). Звертають увагу на послаблення кріплення залізка і пояснюють явище.

    4.
    Продемонструйте властивість тіл зберігати стан руху [2, с. 316]. Для цього на раму приладу ставлять візок із закріпленим на ньому столиком (мал. 6). На візок ставлять гумову пробку або кісточку доміно. Раму приладу ставлять з деяким нахилом, щоб візок від поштовху рухався рівномірно. Злегка штовхають візок. Дійшовши до кінця рами, візок зупиняється, а пробка (або кісточка), зберігаючи стан рівномірного прямолінійного руху, падає в напрямі руху візка.


     

     

     

     

     

     

    мал. 6

    Після досліду треба з’ясувати, що падіння пробки в напрямі руху візка пояснюється властивістю тіл зберігати незмінною швидкість свого руху. Після цих зауважень доцільно показати учням ще два досліди, в яких особливо яскраво виявляється властивість тіл зберігати незмінною швидкість свого руху.

    Раму приладу встановлюють трохи похило, щоб візок, установлений на рамі, від поштовху рухався рівномірно. До візка прив’язують тонку нитку. Беруть нитку в руку і штовхають візок так легко, щоб поставлена на ньому гумова пробка не впала. Коли візок досягне приблизно середини рами, різко смикають нитку в напрямі руху візка, збільшуючи його швидкість; тоді пробка, зберігаючи швидкість свого руху, падає в бік, протилежний напряму руху візка. Слід показати також падіння пробки вперед – у напрямі руху візка – при різкому гальмуванні візка за допомогою гумової нитки прив’язаної до візка ззаду.

    Ці три досліди можна показати за допомогою будь-якого іншого візка, поставленого на досить довгу і рівну дошку. Нарешті, якщо візка немає, досліди можна показати, використавши брусок з гачком від лабораторного або демонстраційного трибометра.

    5. Покажіть практичне використання властивості тіл зберігати стан рівномірного прямолінійного руху [2 , с. 318]

    Щоб краще показати використання властивості тіл зберігати стан рівномірного прямолінійного руху для насаджування молотка на рукоятку, доцільно спочатку зробити так.

    На стержень універсального штатива надіти кільце, проклавши між ним і стержнем паперову смужку. Товщину смужки підбирають так, щоб кільце могло з невеликим тертям переміщатись уздовж стержня.

    Для демонстрування беруть рукою нижній кінець стержня (кільце повинно міститись на верхньому кінці) і ударяють ним по дощечці, покладеній на ковадло або на гирю, з якої для зручності викручено кручок (мал.7). При ударі стержень зупиняється, а кільце, зберігаючи швидкість руху, переміщається вздовж стержня. Переміщення кільця значне і добре помітне. Довжину переміщення кільця можна регулювати, змінюючи силу тертя між кільцем і стержнем. Цього досягають, змінюючи товщину паперової прокладки. Зрозуміло, що довжина переміщення кільця залежить також від швидкості стержня в момент удару. Після цього демонструють насаджування молотка на рукоятку, для чого рукояткою з надітим на неї молотком ударяють кілька разів по поставленій на демонстраційний стіл гирі (мал.8) або по ковадлу.


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Мал. 7 Мал. 8

    6. Прояви інерції [3, с.48]. Відомо багато різноманітних дослідів для демонстрації інерції, описаних в підручниках і в широкій методичній літературі. Прояви інерції в життєвій практиці настільки часті, що одних тільки прикладів,

    які відомі учням, було б достатньо для введення необхідних понять і засвоєння першого закону динаміки. Проте для ілюстрації розповіді вчителя необхідний дослід, який найбільш виразно розкривав би сутність явища. З дослідів, пов’язаних з явищем інерції, з методичного погляду цінними є ті, які демонструють збереження вектора швидкості.

    Варіант А. Для проведення такого досліду можна скористатись візком від приладів для кінематики і динаміки з вертикально розміщеним на ньому дерев’яним бруском (мал. 9). Різким поштовхом візок приводять в рух, при цьому брусок перевертається. Повернувши візок в початкове положення, знову встановлюють на ньому брусок і плавно розганяють вздовж столу. Наштовхнувшись на перешкоду, візок зупиняється, а брусок, що на ньому стоїть падає вперед. Дослід проводять 3 – 4 рази і переконуються в тому, що брусок завжди падає в напрямі швидкості, яку він мав у момент зупинки візка.


     

     

     

     

     

     

     

    мал. 9

    Забравши перешкоду, повторюють дослід, але цього разу візок має рухатись спочатку прямолінійно, а потім круто повернутись. У момент повороту брусок падає знову в напрямі швидкості його в цей момент. Потім візок із встановленим на ньому бруском рухають різкими ривками. При цьому спостерігають падіння бруска в напрямі, протилежному рухові візка. З дослідів роблять висновок про те, що тіла зберігають напрям і величину своєї швидкості. Дослід буде ефективнішим при менших швидкостях руху візка (що важливо для спостережень). Для цього у верхню частину бруска можна вкрутити великий шуруп або просвердлити отвір і залити його свинцем. Підвищення центра ваги бруска зменшить його стійкість.

    7. Провести серію дослідів для ілюстрації першого закону Нютона [20, с. 48]. Досліди мають
    на меті
    допомогти зрозуміти зміст першого закону Нютона що є, винятково важливим для розвитку фізичного мислення, так як цей закон – результат теоретичного узагальнення дослідних даних.

    До похилого жолоба приставляють горизонтальний, на дно якого насипають дрібненького піску (мал. 10). Пускають кульку з похилого жолоба. Вона котиться по горизонтальному жолобу на невелику відстань і зупиняється. Обговорюють дослід, приходять до висновку, що причина зупинки – тертя. Висипають з жолоба пісок і повторююють дослід. Спостерігають що кулька покотиться далі.

    Замість простого жолоба підставляють до похилого довгий (до 2 м.) жолоб, в якому кулька рухається на повітряній подушці (мал. 11). В цьому випадку кулька рухається в кінець жолоба. Обговорюють результати дослідів, приходять до висновку, що при відсутності сили тертя кулька рухалася б до тих пір, поки на неї не подіяло б інше тіло і не змінило б характер його руху.

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. На горизонтальну монорейку встановлюють великий візок, стискають пружину і вмикають утримуючий електромагніт. Вимикають живлення, і візок проходить малу відстань. Причина гальмування – тертя. Вмикають вентилятор і тим самим майже виключають тертя. Дослід повторюють і спостерігають за рівномірним рухом візка вздовж монорейки.


     

     

     

    мал. 10 мал. 11

     

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) Які демонстраційні установки можна запропонувати, щоб показати, що перший закон динаміки Ньютона не виконується в системах відліку, які рухаються з прискоренням?
    2. (Б:ПВЗ) Чи можна виконати досліди, які безпосередньо підтверджують справедливість першого закону динаміки?
    3. (Б:ПВЗ) Як ви можете пояснити, що закони динаміки Ньютона мають обмежений характер?
    4. (Б:ПВЗ) Як можна продемонструвати властивість тіл зберігати стан спокою?
    5. Яке практичне використання властивості тіл зберігати стан спокою?
    6. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати властивість тіл зберігати стан спокою?
    7. (Б:П) Що потрібно зробити для демонстрації властивості тіл зберігати прямолінійність руху?
    8. (Б:П) Яке практичне використання властивості тіл зберігати стан рівномірного прямолінійного руху?
    9. (Б:П) На думку Арістотеля, сила — причина руху (швидкості тіла); якщо відсутня сила — тіло нерухаме. Чи можна погодитисьз таким міркуваннями?
    10. (Б:П) Коли поїзд приводились в рух паровозами, траплялись вмпадки, що паровоз не міг зрушити з місця важкий поїзд. Тоді машиніст застосував иакий прийом: він давав задній хід і, штоахнувши поїзд трохи назад, давав передній хід. Пояснити такий прийом машиніста дозволяв зрушити поїзд з місця?

    РОБОТА 34 ДЕМОНСТРАЦІЇНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ДРУГОГО ЗАКОНУ НЬЮТОНА

    Мета роботи: ознайомитися з методикою і технікою демонстраційних дослідів при вивченні другого закону Ньютона.

     

    Обладнання: візок; дерев’яний брусок; машина Атвуда; метроном; акумулятор; вимикач; невеликий мішечок з піском; динамометр демонстраційний – 2 шт.; набір тягарців демонстраційний; штатив універсальний; прилад з кінематики і динаміки; модель ракети з насосом, що до неї додається; трибометр демонстраційний; лінійка демонстраційна,пристрій для кінематики і динаміки з рухомим візком, секундомір, сантиметрова стрічка, нитка, штатив.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Другий закон Ньютона” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Другий закон Ньютона” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

     

    Цільова програма (А) до змісту теми:
    “Другий закон Ньютона”

    рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3

    4 

    Другий закон Ньютона

    Сила. Вимірювання сили

    Додавання сил

    Маса тіл

    УЗЗ

    ПВЗ

    УЗЗ

    ПВЗ 

    ПВЗ

    П

    П

    П 

     

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму

    Знання після лабораторного практикуму

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Другий закон Ньютона” .

    ПВЗ

     

    РГ

     

    РГ

     

    РГ

    ПВЗ

     

    РГ 

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

    УЗЗ

     

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики;

    первиний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:ПВЗ) Відомі маса тіла і прикладена сила. Чи досить цього, щоб передбачити його рух?
    2. Відчого залежить радіус безпечного повороту автомобіля і чому він не завжди відповідає радіусу повороту шосе?
    3. (А:ПВЗ) Стала сила прискорує санки під час їх руху із стану спокою. Чи зростає на сталу величину їхня швидкість щосекунди.
    4. (А:ПВЗ) Сила F була прикладена до санок масою m. Інша сила надала таку саму швидкість санкам, що й сила F, але на шляху, більшому в k раз. Яке співвідношення між цими силами?
    5. (А:УЗЗ) Настолику в залізничному вагоні лежать м’яч, під стелею зависла легка кульк з воднем. Як вони поводитимуться під час прискореного руху вагона?
    6. (А:УЗЗ) Накресльть графік залежності швидкості частинки, яку зі стану спокою прискорює стала сила, від відстоні.
    7. (А:ПВЗ) Два сосіди взялись розрізати дерево на дві частини з однаковими масами. Сусіди зрівноважили стовбур і розрізали його по лінії чи правельно вони зробили?
    8. (А:УЗЗ) Завдяки чому кораблі під вітрилами можуть рухатись піл кутом проти вітру?

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Вивчення другого закону Ньютона за допомогою приладу Шурхіна [1, с. 231].

    Нехай по горизонтальній поверхні під дією перевантаження m без тертя рухається вантаж М (мал. 1). Складаючи рівняння руху для кожного тіла і розв’язавши систему відносно прискорення, отримаємо: a= mg/(M+m) (1).

    Прискорення тіла можна визначити також з формули: S = at2/2 (2), де S- шлях, пройдений тілом за час t при рівноприскоренному русі.

    Прискорення, які ми отримали з формул, повинні бути однакові.

    Можна виконати три серії дослідів, змінюючи масу тіла і перегрузу, а потім розглядаємо відношення прискорень, отриманих у дослідах. Для дослідів збирають установку, показану на мал. 2. Вантажі 11 встановлюють на візок і надівають їх на стержень 12. Підготуйте таблицю для запису виміряних величин. Обрахуйте значення а і занесіть його в таблицю.

    Врахуйте, що маса візка 0,3 кг, вантажу 0,15 кг, перегрузка 0,01 кг, і тарілки 0,01 кг. Обрахуйте решту значень.

    Серія досліду 

    I 

    II 

    III 

    Умови

    досліду 

    M1 = 0,3 кг m1 = 0,01 кг

    M1 = 0,6 кг

    m1 = 0,01 кг

    M1 = 0,6 кг

    m1 = 0,03 кг

    a = mg/(M+m) 

         

    t 

         

    Tсер

         

    a= 2s/t2

         

     

    Встановіть дорогу таким чином, щоб візок скочувався практично рівномірно. Це роблять за допомогою підбору положення муфти штатива, на якій закріплюється стержень дороги. переміщенням муфти вверх або вниз по стержню штатива досягніть такого нахилу, при якому візок рухається практично рівно-мірно після невеликого поштовху. Один кінець нитки, перекинутий через блок, прикріпіть до візка, а другий – до тарілки, на яку кладуть вантажі. Установку встановіть так, щоб тарілка опускалася поряд зі столом. відміряйте сантиметровою стрічкою відстань 0,8 м від візка, який утримується защіпкою, до обойми.

    Далі визначте час руху візка на шляху 0,8 м під дією тарілки масою 0,1 кг. Зробіть виміри не менше 5 разів, записуючи дані в таблиці першої серії дослідів. Визначте час руху візка з вантажом 0,6 кг на шляху 0,8 м під дією вантажу 10 г не менше 5 разів і дані запишіть в таблицю для другої серії дослідів. Визначте час руху візка з вантажом масою 0,6
    кг під дією вантажу (тарілки з двома вантажами) 0,03 кг і дані занесіть в таблицю третьої серії дослідів. Підрахуйте середнє значення часу в трьох серіях дослідів. Знайдіть прискорення за формулою (2). Зробіть висновок про значення прискорень, обрахованих за формулою (1) і отриманих експериментально за формулою (2). 3найдіть відношення прискореннь a2/a1 і мас M1/M2 i a3/a2
    i m3/m2.

    2. Підтвердження другого закону Ньютона за допомогою обертального диску з пристосуваннями [1, с. 121].

    Установку збирають за (мал 2). При обертанні диска нитка тягне вантаж з силою, яку показує динамометр, тобто з силою, яка викликає доцентрове прискорення. В запропонованій установці виконують два регулювання: зміна числа обертів за допомогою РНШ і підбір радіуса обертання вантажа переміщенням динамометра в вертикальному напрямі. Динамометр переміщують при ослаблених гвинтах муфти, ковзаючий вздовж сталевого стержня штатива. радіус обертання можна змінити змінивши довжину нитки.

    Дослід проводять в слідуючій послідовності. За допомогою динамометра переконуються, що маса одного катка (0,5 кг) в два рази більша за масу другого (0,25 кг). Вантаж масою 0,5 кг встановлюють на жолоб і зачіплюють його за нитку. Регулюючи довжину нитки і переміщуючи динамометр встановлюють радіус обертання 20 см при показах динамометра 1 Н. Вмикають електродвигун зміною швидкості обертання за допомогою РНШ добиваються такого стану, при якому динамометр показує 1 Н. За маятниковим тахометром помічають, що диск робить 0,5 об/с. Порівнюють два значення прискорення, одне з яких підраховують за формулою a = F/m, а друге за формулою: a1 = 4p2 n2R
    . Значення F, m, n, R визначають дослідно.

     


    Регулятором напруги РНШ збільшують швидкість обертання, довівши до такого значення, при якому динамометр показує 4 Н. За тахометром відмічають, що диск робить 1 об/с. Переконуються, що прискорення в цьому випадку в 4 раза більше замість вантажа масою 0,5 кг на нитку чіпляють вантаж масою 0,25 кг. За допомогою РНШ встановлюють швидкість обертання 1 об/с, контролюючи це тахометром, відмічають, що динамометр показує 2 Н. переконуємось, що при одному і тому ж прискоренні, але при меншій масі тіла в 2 раза потрібно прикласти силу в 2 рази меншу.

    3. Сила. Вимірювання сили.

    Метою досліду є спираючись на знання, які отримані при вивченні фізики в VII класі, повторити і поглибити уявлення про силу та способах її вимірюванні. Для цього один кінець пружини від відерка Архімеда закріплюють в лапці штативу, вздовж пружини ставлять демонстраційний метр, на вільний кінець пружини підвішують вантаж масою 100 г з демонстраційного комплекту вантажів. Послідовно збільшують навантаження на пружину і вимірюють її видовження. Дані вимірювань заносять в таблицю і будують графік залежності видовження пружини від навантаження. Знімаючи поступово вантажі, помічають що пропорційно зменшується і видовження пружини. Після повністю знятого навантаження пружина набуває звичайної довжини. Спираючись на результати досліду, повідомляють, що аналогічні результати отримують при пружних деформаціях будь-яких тіл. Це дало можливість Р. Гуку для узагальнення, яке увійшло в науку під назвою закону Гука. Далі потрібно розповісти, що явище пружної деформації використано в будові динамометрів. Показують демонстраційні динамометри з круглою шкалою і трубчасті, а також лабораторний динамометр. Для кожного з них вказують межі вимірювання і знаходять ціну поділки шкали приладу.

    За допомогою трубчастого динамометра, розрахованого на 2,5 Н, корисно виміряти силу пружності пружини каретки від приладу для демонстрації законів механіки. При деформації пружини, коли буфер каретки доторкається до осердя електромагніта, сила пружності рівна 0,25 Н.

    4. Додавання сил.

    Метою досліду є
    показати, що всі сили складаються геометрично, і тим самим довести, що сила – величина векторна, що малось на увазі в попередньому досліді. Демонстраційний динамометр закріплюють в штативі і, підвішуючи до нього вантажі з демонстраційного набору вантажів показують, що рівнодійна сил, діючих по одній прямій в одну сторону, рівна їх сумі.

    Далі складають установку зображену на (мал. 3), і, змінюючи довільно сили, які діють на динамометр, демонструють, що рівнодійна сил, які діють по одній прямій в протилежні сторони, рівна їх алгебраїчній сумі.

    15. Маса тіл.

    Метою досліду
    є ввести початкове поняття про масу як міру інертності тіл.

    Поставивши легко рухомий візок із встановленим на ньому двигуном, на осі якого закріплений повітряний гвинт (мал. 4), задають учням питання: як довго візок буде стояти нерухомо? Обговоривши можливі відповіді і співставивши їх з повсякденними спостереженнями, роблять висновок про те, що будь-яке тіло зберігає своє початкове положення відносно спокою до тих пір, поки на нього не подіє інше тіло.

    Увімкнувши двигун, спостерігають як змінюється швидкість руху візка. Обговоривши побачене, роблять висновок, що в результаті взаємодії візка із повітрям швидкість руху візка змінюється поступово. Змінивши масу візка додатковим вантажем, повторюють дослід. Помічають що в цьому випадку швидкість руху візка змінюється повільніше. Роблять висновок, що під дією однієї і тієї ж сили швидкість руху тіл змінюється порізному. Узагальнюючи результати дослідів, потрібно ввести поняття інертності тіл і маси як міри інертності.

     

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Визначити віддаль, пройдену всіма тягарями за 2 сек. при різних діючих силах, користуючись 5 додатковими тягарцями.
    2. Як зміниться прискорення основних тягарів при тих самих додаткових тягарях, якщо масу основних тягарів збільшити у два рази?
    3. Зважитись і обчислити свою вагу в динах, а масу в грамах та в технічних одиницях маси.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової

    обізнаності.

    1. (А:ПВЗ) Чому будуть рівні покази динамометра, якщо в досліді при одному обертанні за секунду радіус обертання тіла на поділку “30”; маса тіла дорівнює 0,5 кг?
    2. (А:ПВЗ) Чи можливо за шкалою маятникового тахометра відраховувати доцентрове прискорення обертаючого тіла?
    3. (А:ПВЗ) Буєр — яхтана ковзанах, —пристосована для пересування по лоьду під вітрилами. Яку швидкість руху може розвинути буєр, якщо швидкість вітру 36 км\год?
    4. (А:ПВЗ) Довільної нерухоиої частинки прикладено силу, графік зміни якої подано на малюнку. Побудувати графік залежності прискорення, швидкості та координати частинки від часу.
    5. (А:ПВЗ) У яких випадках порушується застосовність формулювання другого закрну Ньютона?
    6. (А:ПВЗ) За багато років до Ньютона великий італійський художник і вчений Леонардо да Вінчі висловив таке твердження: ” Якщо сила переміщує тіло за даний час на певну відстань, то та сама сила половину такого тіла перемістить на таку саму відстань за час, удвічі менший”. Правельне це твердження чи ні?
    7. (А:ПВЗ) Чи правельне таке формулювання другого закону Ньютона: “Під дією системи сил матеріальна точка завжди рухається в бік сумарної сили”?
    8. (А:ПВЗ) Автомобіль масою 2160 кг починає рухатися з прискоренням, яке пртягом 30 с залишається сталим. За цей час він поїхав 500 м. Який модуль сили, прикладений протягом цього часу до автомобіля?
    9. (А:ПВЗ) Чи правельне таке твердження: швидкість тіла визначається тільки силою, що діє на нього?

    РОБОТА 35 ФІЗИЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ІІІ-ЗАКОНУ НЬЮТОНА

     

    Мета роботи: ознайомитись з методикою і технікою демонстраційних дослідів з третього закону динаміки Ньютона.

     

    Обладнання: прилад з кінематики і динаміки; ваги настільні; динамометр демонстраційний з круглою шкалою – 2 шт.; трибометр демонстраційний; столик для динамометра демонстра-ційного; склянка з водою; тіло, яке входить у склянку з водою; динамометр трубчатий на 5 Н, штатив універ-сальний, електромагніт розбірний, батарея акумуляторів (3,5В), вимикач демонстраційний, провідники; прилад конс-трукції Румянцева; терези торгівельні з двома шальками, циліндр від відерця Архімеда, саморобний штатив, хімічний стакан ємністю 1-2 л, набір різноважок, пісок або дріб для зрівноважування терезів; візки для демонстрування третьо-го закону Ньютона; легкі візочки; екран з гирею; двигун з вентилятором; прилад ПДЗМ.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “ІІІ-закон Ньютона” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “ІІІ-закон Ньютона” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми:
    “ІІІ-закон Ньютона”

    рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1 

    Третій закон Ньютона 

    ПВЗ 

    П 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму

    Знання після лабораторного практикуму

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “ІІІ-закон Ньютона” . 

    ПВЗ

     

    РГ

     

    РГ

     

    ПВЗ

    РГ

     

    РГ 

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    УЗЗ

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики;

    первиний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:ПВЗ) В чому суть третього закону Ньютона?
    2. (А:ПВЗ) Чи зрівноважують одна одну сили, що виникають внаслідок взаємодії тіл?
    3. (А:ПВЗ) Що розуміють під дією та протидією?
    4. (А:ПВЗ) Чи є фізична відмінність між дією і протидією?
    5. (А:ПВЗ) Чому під час зіткнення легкового автомобіля з вантажним пошкодження в легкового завжди більші?
    6. (А:ПВЗ) Чому внутрішні сили системи не можуть надати їй поступального руху ?
    7. (А:ПВЗ) Як можна встановити взаємозв’язок між швидкостями і масами взаємодіючих тіл? Як це показати на уроках?

       

    ХІД РОБОТИ

    1. Демонстрування третього закону динаміки з урахуванням архімедової сили [11, с. 100].
    Для цього закріпіть у лапках штатива два динамометри, як показано на (мал.1). На верхній столик нижнього динамометра поставте посудину з водою. До нижнього гачка верхнього динамометра прикріпіть тіло якомога більшого об’єму. Відмітьте покази обох динамометрів і опустіть верхній динамометр так, щоб тіло опустилося повністю в посудину з водою. Покажіть, що вода й тіло взаємодіють з однаковими за значенням і протилежними за напрямком силами, що й підтверджує третій закон динаміки Ньютона.

    2. Демонстрування третього закону динамік з викорстанням електро-магніту [11, с. 100]. Установка залишається такою, як і в попередньому досліді. На столик нижнього динамометра покладіть залізне тіло вагою близько 5 Н. До верхнього динамометра прикріпіть кільцевий електромагніт і з’єднайте його провідниками з реостатом та акумулятором. Покажіть, що сили, з якими взаємодіють електромагніт і залізний брусок, рівні за значенням і мають протилежні напрямки.

    3. Підтвердження третього закона Ньютона [1, с.122].
    Установку збирають за (мал. 2). Для кріплення електромагніта на осі динамометра з круглою шкалою в ручці електромагніта зроблено осьовий отвір діаметром 5 мм. (В установці відстань між якорем і осердям електромагніту повинно бути біля 15 мм). Електромагніт через вимикач під’єднують до батареї акумуляторів 3,5 В. Перед початком досліду динамометри корегують, тобто диски динамометрів провертають до співпадання нульової позначки з стрілкою. При замиканні кола електромагніта якір притягується; обидва динамометри показують однакову силу. Переміщуючи динамометр вздовж штатива, помічають, що в будь-якому випадку покази динамометрів будуть однаковими.


    4. Продемонструвати третій закон Ньютона за допомогою приладу конструкції Румянцева [13, c. 72]. Для цього рейки приладу Румянцева встановлюють строго горизонтально. На візок з напрямним блоком 5 за допомогою стояків 3 встановлюють коловорот 2 так, щоб важки 4 з осьовими отворами були надіті на стояки. На другому візку закріплюють динамометр (генератор треба зняти). Нитку на першому візку накручують на більший шків коловорота і кінець її пропускають під напрямний блок. Обидва візки встановлюють посередині рейок і з’єднують кінець нитки з динамометром.

    Утримуючи візок з коловоротом на місці, встановлюють візок з динамометром на краю рейок (мал.3). При цьому важки коловорота піднімаються по стояках угору. Відпускають візок з динамометром, під дією важків він починає рухатись. Динамометр показує силу дії натягнутої нитки на візок. Ця сила стала протягом усього шляху, пройденого візком з динамометром. Дослід повторюють, але цього разу утримують візок з динамометром, а відводять до краю рейок і потім відпускають візок з коловоротом. Констатують, що візок з коловоротом рухається під дією такої самої сили, як і візок з динамометром. Третій раз проводять дослід, розводячи від середини обидва візки. Під час руху їх на зустріч один одному зазначають, що покази динамометра не змінились. З цих дослідів роблять висновок про рівність сил взаємодії двох тіл та протилежність їх напрямків.


    Виконуючи третій дослід слід звернути увагу учнів на те, що візки стикаються не на середині рейок, а ближче до того краю, де був візок з коловоротом. Це пояснюється тим, що він має більшу масу, а отже, рухається з меншим прискоренням. Якщо маси візків зрівняти, поклавши на візок з динамометром додатковий вантаж, то візки зіткнуться на середині рейок. Отже, візки рухалися з однаковим прискоренням (це помітно навіть на око), оскільки на них діяли однакові за значенням сили, протилежно напрямлені.


    5. Демонстрування третього закону Ньютона за допомогою терезів [13, с. 73]. Дослід підтверджує правильність третього закону Ньютона. Для виконання досліду одна з шальок терезів має бути фанерною або металевою розміром 25х25 см. Штатив виготовляють із стальної дротини діаметром 4-5 см і завдовжки 50 см. Основою штатива є тринога від будь-якого фізичного приладу; бажано, щоб вона була не дуже важкою. Верхній кінець дротини загинають у вигляді букви Г, до нього підвішують на нитці циліндр від відерця Архімеда або будь-яке інше тіло, що не тоне у воді і має об’єм 100-150 см3.

    Спочатку на терези ставлять склянку, наповнену водою настільки, щоб при зануренні в неї тіла вода не виливалась. Стакан з водою зрівноважують, насипаючи на другу шальку терезів пісок (дріб). Штатив з підвішеним до нього циліндром Архімеда встановлюють поряд із шалькою терезів, на якій встановлено склянку з водою (мал. 4). Поволі занурюють циліндр у воду, звертаючи увагу учнів на порушення рівноваги терезів внаслідок дії на воду циліндра. Оскільки шалька терезів опускається, ця дія напрямлена вертикально вниз. Після того як циліндр повністю зануриться у воду, терези зрівноважують, кладучи важки на шальку з піском. Вага важків дорівнює силі, з якою циліндр діє на воду. Так знаходять напрям і значення цієї сили. Склянка з водою і штатив з циліндром міняють місцями й знову зрівноважують терези. Опустивши циліндр у воду, помічають, що шалька, на якій встановлено штатив з циліндром, піднімається вгору. Це зумовлюється дією води на циліндр. Сила, що діє, напрямлена вертикально вгору. Щоб визначити її, на терези ставлять важки. Порівнюючи вагу важків, які зрівноважують терези, з вагою важків у попередньому досліді, констатують, що вони однакові. Звідси роблять висновок, що дія води на циліндр дорівнює дії циліндра на воду – дія дорівнює протидії. Врахувавши напрямки цих сил, формулюють третій закон Ньютона.

    Дослід продовжують. На одну шальку терезів ставлять склянку з водою і штатив з циліндром і зрівноважують їх. Якщо тепер занурити циліндр у воду, то рівновага терезів не порушиться. Це пояснюється не тим, що сили дії і протидії зрівноважені, а тим, що сумарна сила тиску штатива і склянки на шальку терезів не змінилась. Отже, слід застерегти учнів від неправильного розуміння третього закону Ньютона. Вони мають усвідомити, що не може бути й мови про рівнодійну сил дії і протидії.

    6. Перевірка третього закону динаміки за допомогою візків для демонстрування третього закону Ньютона [13, с. 74]. У багатьох кабінетах фізики є візки для демонстрування третього закону Ньютона. Це чавунні платформи, які можуть котитися на кульових підшипниках. На візки, встановлені на підлозі на деякій відстані один від одного, стають учні приблизно однакових мас. Учні тримаються за кінці міцної мотузки. Коли один з них тягне мотузку, обидва візки рухаються на зустріч один одному з приблизно однаковими прискореннями. Це означає, що сили, які діють на учнів, однакові за значенням і протилежні за напрямом. Важливо зазначити ту обставину, що який би з учнів не тягнув за мотузку, візки рухаються обидва. Дослід допомагає усвідомити суть третього закону Ньютона.

    7. Розгляньте інші способи демонстрації 3-закону Ньютона [20]. А. На струні приладу з механіки розміщають два легко рухомі візки. За допомогою рівня струні надають горизонтального положення. Візки, що мають рівні маси, виводять на центр струни приладу (мал. 5), зближують, стискаючи пружину, і відпускають. Після взаємодії візка проходять рівні відстані, отже, вони мали рівні прискорення. Масу одного візка збільшують і знову повторюють дослід. Знаходять, що візок із меншою масою має більше прискорення. Записують відношення прискорень і мас за даними дослідами, а потім векторна рівність сил.

    Б. На один легко рухомий візок встановлюють екран С гирею масою 2 кг, на іншу – універсальний електродвигун. Трилопасним гвинтом (вентилятор) (мал. 6) через реостат вмикають двигун гвинта і виявляють прискорений рух обох візків із приблизно рівним прискоренням.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Для цього один з демонстраційних динамометрів закріпіть у верхній частині універсального штатива. Потягніть за гачок динаметра вниз. При цьому динамометр покаже значення сили, з якою ви подіяли на нього. Візьміть другий динамометр у руки і розтягуйте за його допомогою пружину першого динамометра. Які будуть покази динамометрів.
    2. На горизонтально розташований монорельс приладу ПДЗМ установлюють пускову котушку і каретки масами 100 г і 200 р. Включивши струм, що живить котушку, спостерігають за показаннями лічильника-секундоміра. Визначають швидкості, отримані каретками в результаті взаємодії. Розрахунки показують, що швидкість великої каретки в 2 рази менша, ніж швидкість малої. Оскільки час взаємодії кареток однаковий, то й прискорення, отримане великою кареткою, у 2 разу менше ніж прискорення малої каретки. Про що свідчить цей дослід.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня

    фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати 3-закон Ньютона за допомогою демонстраційних динамометрів?
    2. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати 3-закон Ньютона з урахуванням Архімедової сили?
    3. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати 3-закон Ньютона з використанням електромагнітів?
    4. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати 3-закон Ньютона за допомогою приладу Румянцева?
    5. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати 3-закон Ньютона за допомогою терезів?
    6. (Б:ПВЗ) Як продемонструвати 3-закон Ньютона за допомогою двох візків?
    7. (Б:ПВЗ) Які переваги і недоліки запропонованих демонстрацій?
    8. (Б:ПВЗ) Як можна інакше продемонструвати третій закон Ньютона?
    9. (А:П) Два однакові за масою футбольні м’ячі, наповнені різною кількістю повітря, з однаковими швидкостями вдаряються об стіну. Чи залежмть модуль сили дії м’яча на стіну від кількості повітря в ньому?
      1. (А:П) На кінцях каната, перекинутого через блок, повиснули в повітрі два альпіністи, маси яких однакові. Один розпочав підніматися вгору. Чи рухатиметься другий?
      2. (А:П) Людина перебуває в човні, завантаженому камінням, не маючи весвл. Чи можна досягти берега озера якщо: а) викидати каміння; б) перекидати його в човні з місця на місце?

    РОБОТА № 36 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ РІЗНИХ ВИДІВ СИЛ, ЯКІ ІСНУЮТЬ В ПРИРОДІ

     

    Мета роботи:
    експериментально показати гравітаційну взаємодію тіл; поглибити і систематизувати знання про деформацію твердих тіл; показати на досліді існування сил тертя спокою, а також те, що сила тертя спокою більша сил тертя ковзання; а сила тертя кочення менша сили тертя ковзання, дослідити сили опору, що виникають під час руху тіл у рідинах або газах.

     

    Обладнання:
    прилад для демонстрування гравітаційної взаємодії тіл; пружина або гумовий шнур, штатив з муфтою і лапкою, поролонова губка, фанерна дощечка, підйомний столик або ящик-підставка, набір важків з гачками, важке тіло з гачком (кулька або важок), нитки; пружина або гумовий шнур, стрілка-покажчик, ножиці, стальна або пластмасова лінійка; демонстраційний динамометр, демонстраційний метр, гиря масою 1 кг, тринога від штатива з коротким стояком і муфтою; невелике плоске дзеркало, освітлювач; два легких і легкорухомих візки з прикріпленими до них смужками поролону; прилад для демонстрування пружних деформацій; динамометр з круглою шкалою, прямокутний кусок фанери з гачком, три гирі по 0,5 кг кожна; гладенько вистругана дошка (50х10 см), дерев’яний брусок; наждачний папір, мотузка; візок з гладенькою поверхнею платформи, два картонних диски діаметром 20–25 см, відцентрова машина, терези чутливі з комплектом пристроїв, повітродувка.

     


    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Різні види сил, які існують в природі” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Різні види сил, які існують в природі” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми: “Різні види сил, які існують в природі”
    рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3

    4

    5

    6 

    Гравітаційні сили

    Сили тяжіння

    Сили пружності

    Закон Гука

    Сили тертя ковзання

    Сили тертя кочення 

    РГ

    РГ

    РГ

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’взування задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Різні види сил, які існують в природі”. 

    РГ

     

    ПВЗ

     

    РГ

     

    ПВЗ

    РГ

     

    РГ 

    ПВЗ

     

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    УЗЗ

    ПВЗ

     

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики;

    первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) На похилій площині лежить тіло. Чи діє на нього сила пружності? Деформація якого тіла спричиняє її?
    2. (А:РГ) Чому ми не помічаємо притягання навколишніх тіл, хоч притягання цих самих тіл до Землі спостерігати легко?
    3. (А:РГ) Від яких параметрів залежить сила тяжіння та прискорення вільного падіння?
    4. (А:РГ) Зниження температури збільшує жорсткість пружин (матеріал стає твердішим). Чому ж тоді в час сильних морозів деталі машин ламаються частіше?
    5. (А:РГ) Чи правильне таке твердження: “Пружні деформації такі малі, що ними в усіх випадках можна знехтувати”?
    6. (А:РГ) Підвішене до пружини тіло коливається по вертикалі. Побудуйте графік залежності його прискорення від зміщення з положення рівноваги.
    7. (А:РГ) Запропонуйте форму троса, яка забезпечить його максимальну здатність витримати власну вагу у вертикальному положенні.
    8. (А:РГ) Поясніть суть відомої поради водіям: найефективнішим є гальмування із збереженням кочення коліс.
    9. (А:РГ) Тепловоз і вагони мають однакові колеса. Поясніть, чому тепловоз може тягти за собою десятки вагонів, загальна маса яких у багато разів перевищує масу тепловоза.
    10. (А:РГ) Чи існує максимальний кут прикладання сили до ящика для його переміщення по горизонтальній опорі, якщо коефіцієнт тертя дорівнює М?
    11. (А:РГ) Парафінову кульку опустили у воду. Густину кульки підібрали так, що вона зависла у воді. Чи вона знаходиться у стані невагомості?

    ХІД РОБОТИ

    1. Провести дослід, який підтверджує гравітаційну взаємодію тіл. [13, с. 78].
    Важливість досліду полягає в тому, що щоденне спостереження взаємодії тіл з Землею в силу своєї звичності не сприймається як прояв взаємодії.

    Саморобний прилад (мал. 1) дає змогу демонструвати гравітаційну взає-модією тіл невеликих мас, визначати гравітаційну сталу. Крутильна система приладу складається з мідної дротини діаметром 0,05 мм, до нижнього кінця якої підвішано рамку з органічного скла. У рамці закріплено коромисло крутильних терезів (латунна трубка завдожки 260 мм), на кінцях якого закріплені свинцеві кульки масою 15 г кожна. У верхній частині рамки є невелике дзеркальце.

    Дротину крутильної системи розміщують у скляній трубці завдовжки 650 мм. На верхньому кінці трубки встановлено натяжний пристрій, за допомогою якого крутильну систему приводять у робоче положення або аретирують. Натяжний пристрій виготовлено з механізму для натягання струн у музичних інструментах. Нижній кінець трубки за допомогою обойми прикріплюють до коробки, в якій міститься поворотне коромисло з кульками (мал. 2). Між обоймою і корпусом прокладають шар поролону, який послаблює вплив зовнішніх вібрацій на крутильну систему.

    Корпус коробки виготовляють з органічного скла, текстоліту, ебоніту або з дерева твердої породи (мал. 3). Передню і задню стінки коробки закривають легкозйомними пластинками із звичайного скла завтовшки 1 мм. Така конструкція приладу дає змогу запобігти шкідливим впливам повітряних потоків на крутильну систему. Ці впливи спричиняються коливаннями температури, переміщенням тощо.

    У бічній частині коробки над однією з кульок зроблено проріз, в який вставляють шкільний керамічний магніт, що сприяє заспокоєнню рухомої системи приладу. Знизу до коробки прикріплено стержень, за допомогою якого прилад закріплюють у штативній підставці. На цей стержень насаджено поворотний диск, на якому встановлено дві великі свинцеві кулі масою 1,5 кг кожна. Диск можна приводити в рух за допомогою фрикційної передачі і таким чином змінювати відстань між взаємодіючими кулями. Великі й малі свинцеві кулі відливають у саморобних гіпсових формах.


    мал. 1 мал. 2 мал.3

    Перед проведенням досліду прилад встановлюють на демонстраційному столі. За допомогою натяжного пристрою і регулювальних гвинтів підставки добиваються, щоб центри великих і малих куль лежали в одній площині. На дзеркальце спрямовують пучок світла від освітлювача і світловий «зайчик» спрямовують на екран, розміщений на відстані 7–8 м від приладу. «Зайчик» на екрані здійснює затухаючі коливання навколо деякого положення рівноваги. Коли амплітуда коливань стане незначною, великі кулі наближують до малих по можливості на найближчу відстань (але щоб вони не дотикалися).

    Позначивши на екрані крайні положення двох послідовних відхилень «зайчика», знаходять його середнє положення. Потім обережно відводять великі кулі від малих і знову знаходять середнє положення «зайчика» в його коливальному русі. Зміщення середнього положення «зайчика» від попереднього свідчить про наявність гравітаційної взаємодії між кулями.

    2. Провести досліди, які ілюструють існування сили пружності [13, с. 75].

    А. Щоб продемонструвати, що сили пружності, які виникають під час деформації тіл, мають напрямок, протилежний напрямку зміщення частинок тіл, проводять такий дослід. Верхній кінець пружини (мал. 5) (можна використати пружину від відерця Архімеда ао гумовий шнур) затискують у лапці штатива. До нижнього її кінця підвішують на нитці тягарці з гачками. Підкреслюють, що частинки пружини (її витки) зміщуються вниз у напрямку дії ваги тягарців. Деформація пружини (її видовження) зростає із збільшенням деформуючої сили – ваги підвішених тягарців. Пригадайте закон Гука, за яким сила пружності пружини зростає пропорційно деформації. Якщо припинити навантаження пружини, припиняється її деформація: деформуюча сила компенсується силою пружності розтягнутої пружини. Якщо тепер перерізати нитку, на якій підвішено тягарці, тобто усунути деформуючу силу, то пружина внаслідок дії незкомпенсованої сили пружності скоротиться. Отже, сила пружності має напрямок, протилежний зміщенню частинок під час деформації тіла, або сила пружності напрямлена протилежно напряму деформуючої сили.

    Є інший варіант цього досліду (мал. 6). Під дією ваги тягарця, підвішаного до кінця лінійки на нитці, лінійка деформується – згинається. Якщо перерізати нитку, на якій підвішено тягарець, сили пружності відновлять форму лінійки, повернувши її у вихідне положення. Отже, і в цьому випадку сила пружності та деформуюча сила напрямлені протилежно і зумовлюють рух частинок тіла у різних напрямах.


    мал. 5 мал. 6 мал. 7

    Б. Для демонстрування малих деформацій за допомогою індикатора зміщень складають таку установку (мал 7). На короткі стояки, закріплені горизонтально в муфтах, кладуть демонстраційний метр або якусь дерев’яну лінійку. Знизу під лінійку підставляють до упору в неї стержень демонстраційного динамометра з насадженою на його кінець тригранною призмою (з комплекту динамометрів). Повертаючи шкалу, встановлюють стрілку динамометра на нульову поділку. На лінійку ставлять важок і спостерігають відхилення стрілки динамометра, що зумовлюється опусканням середньої частини лінійки, тобто її деформацію. Ця деформація, мало помітна на око, фіксується стрілкою динамометра, який є індикатором зміщення. Якщо важок зняти, то сили пружності деформованої лінійки повернуть її у початкове положення – лінійка вирівняється.

    Корисно продемонструвати деформацію тіл, що відбувається під дією сили тяжіння. Для цього на короткі стояки попередньої установки кладуть смужку картону або фанери. Прогинання смужки свідчить про дію деформуючої сили, якою може бути лише сила тяжіння.

    В. Для демонстрування різних видів пружних деформацій випущено спеціальний комплект приладів (мал. 8), який складається з куска поролону або поруватої гуми, розміченої на рівні квадрати; касети з прозорою передньою стінкою для закладання поролону; дерев’яного циліндра і двох дерев’яних рейок. За допомогою цього приладу можна продемонструвати різні види деформацій та виникнення пружних сил у різних деформаціях (мал. 9, а, б, в, г, д). Для демонстрування деформації кручення дерев’янний циліндр обгортають поролоном. Після кожного досліду демонструють, що поролон відновлює свою форму під дією пружних сил.


    мал. 8           мал. 9 мал. 10

    Крім описаного приладу, для демонстрування видів деформацій у кабінетах буває «гармошка» – прилад, який складається з прямокутних дощечок, з’єднаних пружинами (мал. 10). Приладу надають потрібної форми відповідно до того, яку демонстрацію демонструють (розтяг, стиск, кручення, згин). При цьому добре помітна зміна взаємного розміщення «шарів» тіла – дерев’янних пластинок приладу.

    3. Перевірити закон Гука [20, с. 61]. На відміну від закону всесвітнього тяжіння, закон Гука, який відкритий в 1660 році, не є фундаментальним законом. Спочатку складають установку, зображену на мал. 11. Пружину, яка використовуєтся, можна виготовити зі стального дроту діаметром 0,5–1 мм, намотавши на будь-який стержень. Число витків пружини не менше 20
    .


    мал. 11

    На початку досліду фіксують початкову довжину пружини. Підвішують до нижнього кінця пружини вантаж масою 100 г і відмічають видовження пружини. На початку досліду помічають, що абсолютне видовження пропорційне прикладеній до пружини силі: DL ~ F. Знімають вантаж і помічають, що довжина пружини в недеформованому стані не змінилась. Повідомляють, що деформації які зникають повністю після зняття вантажу, називають пружними.

    Продовжуючи дослід, помічають, що, починаючи з деякої сили Fk, (мал. 11 б,) видовження пружини не пропорційне прикладеній силі. Такі деформації називають непружніми. Лінійна залежність між абсолютною деформацією і прикладеною силою справедлива лише для пружніх деформацій. Це можна записати у вигляді: DDL = F/k , де к – коефіціент пропорційності жорсткість. Чим більша жорсткість тим менша абсолютна деформація.

    Після цього заготовляють 4 гумових мотузки однакового перерізу з довжинами l, 2l, 3l, 4l. Гуму довжиною 4l складають вдвоє. Кінці всіх 3 мотузок прикріплюють до однакових гачків, за допомогою яких: а) мотузки кріпляться в штативі; б) до мотузок підвішуються вантажі. Закріпивши 1 мотузку і підвішуючи до неї однакові вантажі помічають, що DL ~ F. Закріпивши поряд гуму довжиною 2l, помічають, що її абсолютне видовження при однакових деформуючих силах в 2 раза більше. Закріпивши поряд мотузку 3l, спостерігають, що її абсолютне видовження за таких же умов в 3 рази більше. Відповідно, при F = сonst Dl ~ l. Підвісивши поряд мотузку довжиною 2l, з площею поперечного перерізу 2S, помічають, що її довжина в 2 рази менша, ніж мотузки тієї ж довжини, але з перерізом S. Тоді, подовження обернено пропорційне площі поперечного перерізу при F = сonst, l = const Dl ~ 1/S. Об`єднуючи результати, записують: Dl ~ lF/S або Dl = lF/kS.

    4. Сила тертя ковзання [13, с. 82].

    А. [20, с. 62] Для того, щоб показати, що сила тертя спокою більша за силу тертя ковзання збирають установку, зображену на (мал. 12). Обережно і повільно збільшуючи силу натягу нитки, помічають, що брусок не рухається. Відповідно, на тіло діють інші сили, які зрівноважують прикладену зовнішню силу. Рівнодійну цих протидіючих руху тіла сил назвали силами тертя спокою. Збільшуючи прикладену до бруска силу, помічають, що при деякому значенні цієї сили Fa (мал. 13) брусок приходить в рух і покази динамометра зменшуються. Таким чином, сила тертя спокою більша сили тертя ковзання.


    мал. 12     мал. 13 мал. 14

    Та обставина, що сила тертя ковзання менша сили тертя спокою, використовується в техніці для вібраційного забивання паль. Паля, яка поставлена в рихлий грунт, під дією сили тяжіння в грунт не залізе. Цьому заважають сили тертя спокою між палею і грунтом. Але, якщо балку тим чи іншим способом заставити вібрувати, сили тертя стануть менші, оскільки замість сил тертя спокою почнуть діяти менші сили тертя ковзання. Для демонстрації цього явища збирають установку, зображену на (мал. 14). В посудину з піском 1 трохи занурюють «палю» 2, на яку прикріплюють універсальний двигун 3 з ексцентриком на валу. Включивши двигун, спостерігають досить швидке занурення «балки» в пісок.

    5. Сила тертя кочення [13, с. 82].

    А. [20, с. 64]. Демонстраційний каток (мал. 15) тягнуть по дошці демонстраційного трибометра. Помічають, що сила тертя кочення дуже мала. Вставляють в отвір катка стержень, що перешкоджає його обертанню, і повторюють дослід. Помічають, що сила тертя стала значно більшою.

    Дослід буде протікати краще, якщо каток виготовити з обрізка труби, яка всередині залита розчином піску, змішаного з цементом або з вапном. Вздовж осі катка потрібно протягнути стержень. В цьому випадку сила тертя більша і демонстрація стає більш виразною.


     

     

    мал. 15

    6. Сили опору, що виникають під час руху тіл у рідинах або газах [13, с. 84].

    А. Щоб продемонструвати внутрішнє тертя в газах, з тонкого цупкого картону або ватмана вирізають два диски діаметром 20–25 см. Один з них насаджують на вісь дискової сирени й затискують гайкою (можна використати «круг Ньютона» для демонстрування синтезу білого світла). До другого прикріплюють нитяний підвіс (мал. 16). Диск із віссю закріплюють у шпинделі відцентрової машини, а другий за допомогою штатива встановлюють над першим на відстані 10-15 мм від нього. Площини дисків повинні бути паралельними. Якщо обертати нижній диск, верхній поступово також почне обертатись у той самий бік. Коли змінити напрям обертання нижнього диска, верхній спочатку повільно

    зупинятиметься, а потім почне обертатися в напрямі обертання нижнього. Цей дослід свідчить про існування внутрішнього тертя (в’язкості) в газах.

    Б. Запорізький дослідний завод випускав чутливі терези, призначені для дослідів з аеродинаміки та електродинаміки. Вони прості за будовою і зручні для користування. Основою приладу (мал. 17) є шкала 1, до якої прикріплено обойму 3. У підшипниках обойми може обертатись вісь з прикріпленою до неї стрілкою 2, короткий кінець якої має зрівноважувальний важок 4 на різьбі. На вісь стрілки

    насаджено блок 5, в якому просвердлено канал, куди вставляють стержні-тримачі для тіл, сила опору яких досліджується. Стержні затискують у каналі за допомо гою гвинта 6. На стрілці може переміщуватись рейтер 7 масою 1 г. Призначення рейтера – повертати стрілку в положення рівноваги після відхилення її під дією сили опору, прикладеної до тіла. Довжина стержнів-тримачів для всіх тіл, які додаються до терезів, однакова – 10 см. Шкалу приладу проградуйовано так, що переміщення рейтера на 1 см уздовж стрілки зрівноважує силу 0,1 гс (10-3 Н), прикладену до досліджуваного тіла. Прилад кріпиться за допомогою стояка у тринозі універсального штатива. Необхідний для дослідів потік повітря створюється феном або вентилятором. Швидкість потоку повітря можна регулювати, змінюючи частоту обертання ротора повітродувки. Для цього в коло її двигуна вмикають трансформатор типу ЛАТР.


    мал. 16 мал. 17

     

    Досліди з приладом проводять так. Спочатку встановлюють у канал блока стержень-тримач з потрібним тілом. Рейтер зміщують уздовж стрілки до нульової поділки. Ввімкнувши повітродувку, спрямовують потік повітря на досліджуване тіло й спостерігають відхилення стрілки, що вказує на виникнення сили опору. Повільно переміщують рейтер (короткою указкою) доти, поки стрілка не повернеться в початкове положення. За шкалою визначають переміщення рейтера в сантиметрах. Помноживши його на 10-3, знаходять силу опору, виражену в ньютонах. Змінюючи швидкість потоку, встановлюють залежність сили опору від швидкості потоку. Перед початком дослідів з аеродинамічними терезами учням потрібно розповісти про принцип оборотності потоку, підкресливши, що тут маємо справу з відносністю руху.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Кидають тіло під кутом до горизонту над демонстраційним столом. Тіло летить, перевертаючись в повітрі. Вимкнувши світло в аудиторії і ввімкнувши лампочку, повторюють дослід. Лампочка яка світиться, рухається вздовж плавної кривої, яка нагадує параболу. Про, що свідчить цей дослід.
    2. На горизонтальні стояки штативів (див. попередній дослід) кладуть демонстраційний метр, на верхній площині якого посередині прикріплено невелике плоске дзеркало, встановлене вертикально (дзеркало приклеюють до метра пластиліном). На дзеркало спрямовують промінь світла від освітлювача або проекційного ліхтаря. Відбитий від дзеркала промінь спрямовують на стіну або екран, встановлений якомога далі від дзеркала. Бажано на екрані помістити шкалу з великими поділками. Що доказу цей дослід?
    3. До торців легких і легкорухомих візків прикріплюють дві однакові смужки поролону розміром 40:40:70 мм. Візки встановлюють на демонстраційному столі на деякій відстані один від одного. Поштовхом рук візки змушують рухатись назустріч один одному. У момент їх зіткнення відбувається деформація поролону, зменшується швидкість руху візків, і вони зупиняються. Добре видно, як поролон відновлює форму і сили пружності відштовхують візки один від одного. Який висновок можна зробити з цього досліду?
    4. На гладеньку дошку кладуть брусок. Поволі піднімають один кінець дошки й помічають, що брусок залишається в спокої доти, поки кут нахилу дошки не досягне певного значення, після чого брусок починає ковзати вниз по дошці.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) За яких умов виникають сили пружності? Як це продемонструвати?
    2. (Б:ПВЗ) Що таке жорсткість пружини (тіла)? Як її експериментально визначити?
    3. (Б:ПВЗ) В чому полягає закон Гука? Як його експериментально проілюструвати?
    4. (Б:ПВЗ) За яких умов виникають деформації тіл? Які види деформації тіл існують? Як це продемонструвати?
    5. (Б:ПВЗ) Що розуміють під силою всесвітнього тяжіння? Як її експериментально продемонструвати?
    6. (Б:ПВЗ) Що таке сила тяжіння? Як продемонструвати її виникнення?
    7. (Б:ПВЗ) Чому прискорення, якого надає тілам сила тяжіння, не залежить від їх маси? Як це перевірити на досліді?
    8. (Б:ПВЗ) Чи залежить сила тяжіння від маси тіла? Як це довести?
    9. (Б:ПВЗ) Що таке вага тіла? Проілюструвати це на досліді?
    10. (Б:ПВЗ) Як експериментально знайти коефіцієнт тертя?
    11. (Б:ПВЗ) Що таке центр мас та центр тяжіння? Як їх експериментально знаходять?
    12. (А:ПВЗ) Горизонтальна сила, яка повільно зростає від нуля, прикладена до тіла, що лежить на столі. Побудуйте графік залежності сили тертя від модуля прикладеної сили.
    13. (А:ПВЗ) Про що попереджує вожатого трамвая напис біля лінії. “Обережно, листопад”?
    14. (А:ПВЗ) Оскільки на тіло в середині космічного корабля, що перебуває на орбіті, діє лише сила тяжіння, то вони — невагомі. Чому ж тоді невагомість відсутня на Місяці, що обертається навколо Землі як супутник (під дією однієї лише сили тяжіння)? Чому ж, зрештою, мають вагу тіла на Землі, адже Земля — супутник Сонця і обертається навколо нього завдяки лише його притяганню?
    15. (А:ПВЗ) Осі, що знаходяться в опорних підшипниках, заточують “на конусах”, а діаметр осей, які закріплюються в підшипниках ковзання, прагнуть робити по можливості меншими. В деяких книгах пишуть, що так поступають заради зменшення сили тертя. Чи вірне таке твердження?
    16. (А:ПВЗ) Довести, що жорсткість дротини зробленої з даного матеріалу, прямо пропорційна площі поперечного перерізу і обернено пропорційна довжині.
    1. (А:ПВЗ) Як продемонструвати сили опру, що виникають під час руху тіл у рідинах або газах?

    РОБОТА № 37 НАВЧАЛЬНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ТЕМИ “ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ РУХУ”

     

    Мета роботи:
    експериментально показати гравітаційну взаємодію тіл; поглибити і систематизувати знання про деформацію твердих тіл; показати на досліді існування сил тертя спокою, а також те, що сила тертя спокою більша сил тертя ковзання; а сила тертя кочення менша сили тертя ковзання, дослідити сили опору, що виникають під час руху тіл у рідинах або газах.

     

    Обладнання: пружина, гиря масою 0,5 або 1 кг, штатив з лапкою і муфтою, демонстраційний метр, стрілка-покажчик, великий кристалізатор або інша скляна кругла посудина з плоским дном, дерев’яна, пластмасова або металева кулька, демонстраційний динамометр з круглою шкалою, гиря масою 5Н, нитки, комплект набірних тягарців, блок на стержні, паперові смужки, мішок з піском або тирсою, прилад для демонстрування невагомості, угнутий жолоб, демонстраційний динамометр, масивна металева куля (200-400 г), скляна або металева банка (на 2 – 4 л) з отвором біля дна, гумова трубка, дві скляні трубки (з відтягнутим кінцем і звичайна), гумова пробка, підйомний столик, транспортир, гвинтовий затискач, велика фотокювета, балістичний пістолет, вертикальні стрілки-покажчики, прилад для демонстрування незалежності дії сил, дерев’яний або металевий брусок, візок, дошка завдовжки 50-70 см, скляна пластинка (150х700 мм), неважкий металевий брусок, машинне масло, колесо від дитячого велосипеда або диск з фанери, дитяче іграшкове відерце, відцентрова дорога, обертовий диск, стойка з трьома кульками з комплекту застосувань до обертового диску, парафінова кулька з “осердям”, висока циліндрична мензурка або широка скляна трубка, вода.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Застосування законів руху” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Застосування законів руху” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Цільова програма (А) до змісту теми:
    “Застосування законів руху” рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3

    4 

    Рух тіл під дією сили пружності

    Рух тіл під дією сили тяжіння

    Рух тіла при дії на них сили тертя

    Рух тіл під дією кількох сил

    РГ

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму 

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’язуваня задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Застосування законів руху”. 

    РГ

     

    ПВЗ

     

    РГ

     

    ПВЗ

    РГ

     

    РГ 

    ПВЗ

     

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    УЗЗ

    ПВЗ

     

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) Для зменшення гальмівного шляху можна збільшити силу тертя або зменшити швидкість руху. Який з цих способів ефективніший?
    2. (А:РГ) Як формулюється ІІ закон Ньютона, коли на тіло діє декілька сил?
    3. (А:РГ) Як застосувати ІІ закон Ньютона, коли в русі беруть участь кілька тіл?
    4. (А:РГ) У якому випадку тіло перебуває в стані рівноваги відносно поступального руху?
    5. (А:РГ) Наведіть приклади дослідів, які ілюструють рух тілі під дією декількох сил?
    6. (А:РГ)
      Що можна сказати про прискорення тіла, до якого прикладено силу, значення якої зростає пропорційно часу її дії?
    7. (А:РГ)
      У скільки разів треба збілшити швидкість струмини пожежного брандспойта, якщо у місті побудовано нові будинки, висота яких у два рази більша від побудованих раніше?
    8. (А:РГ)
      На екваторі кинуте вертикально вгору тіло піднялося на висоту 50 м. Як зміниться ця висота, якщо, відстань якої від центра Землі ддорівнює її діаметру?
    9. (А:РГ)
      Як зміниться максимальлна висота польоту кинутого вертикально вгору тіла, якщо його швидкість зросте в K раз, а густина планети в стільки ж разів зменшиться?
    10. (А:РГ)
      Поясніть таке явище: гальмуючи у верхніх шарахатмосфери, супутник збільшує швидкість руху по орбіті.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Провести досліди, які показують рухи тіл під дією сили пружності [13, с. 86].

    А. Щоб продемонструвати рух тіла під дією сили пружності (мал. 1), гирю відтягують униз (або піднімають угору) і відпускають, спостерігають коливальний рух. Аналізуючи дослід, звертають увагу на те, що сила тяжіння не впливає на характер руху гирі, бо прискорення цієї сили однакове під час руху гирі вниз і вгору. Оскільки рух відбувається під дією сили пружності, значення якої пропорційне зміщенню, то гиря перебуває під дією сили, модуль якої безперервно змінюється. Отже, прискорення руху також безперервно змінюється. А це означає, що рух гирі не є рівнозмінним.


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    мал. 1 мал. 2

    Б. На дно посудини (біля її стінки) кладуть кульку, а потім надають їй початкової швидкості, штовхаючи в напрямі дотичної до стінки посудини (мал. 2). Кулька рухається по колу, весь час притискуючись до стінки. Деформована стінка надає кульці доцентрового прискорення. Силу тяжіння й реакцію дна посудини не розглядають.

    2. Вага тіла, що рухається з прискоренням по вертикалі [20, с. 57]. Метою дослідів є показ зміни ваги при прискореному русі тіла по вертикалі.

    А. На нитці, що перекинута через блок, підвішена дерев’яна пластина (мал. 3 а). До верхнього кінця дерев’яної пластини прикріплена гума, на якій підвішено тіло m. Верхня половина пластини зафарбована в білий колір, нижня – в чорний. Підвісивши до вільного кінця нитки вантаж, маса якого М більша m, спостерігають, що при прискореному русі пластини вертикально вгору вага тіла m збільшується. Про це свідчить опущення тіла відносно пластини вниз (мал. 3 б). Підвісивши до вільного кінця нитки вантаж, маса якого М менша m, спостерігають що при прискореному русі тіла вниз його вага зменшується.

    Б. Демонстраційний динамометр встановлюють на штативі (мал. 4). До нижнього кінця стержня динамометра прикріплюють блок. Через блок пере кидають нитку. Стрілку динамометра встановлюють на 0. До одного кінця нитки підвишують 3 демонстраційних вантажі масами по 100 г. Притримуючи вільний кінець нитки рукою, відмічають покази динамометра (3 Н). Різко піднімаючи вантажі помічають збільшення показів динимометра, а різко опускаючи, зменшення показів.

    3. Демонстрування стану невагомості [20, с. 58]. Метою досліду є показ того, що у всіх випадках, коли на тіло діють лише сили тяжіння, тіло знаходиться в стані невагомості.

    А. В установці (мал. 3) пластину з вантажем піднімають на висоту і відпускають нитку. Пластина падає вільно. Вантаж під дією сили пружності гуми піднімається вгору відносно планки до білої лінії. Після падіння пластинки знімають вантаж і переконуються, що при вільному падінні гума була не розтягнута. Відповідно вантаж знаходився в стані невагомості.


     

     

     

     

     

     

     

     

     

    мал. 3 мал. 4

    Б. В установці (мал. 3) піднімають 3 вантажі догори, знімають противагу і дають можливість вантажу вільно падати. Стрілка динамометра стоїть на нулі, що свідчіть про те, що вантажі при вільному падінні знаходились в стані невагомості.


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    мал. 5 мал. 6

    В. [13, с. 89]. Для демонстрації використовують спеціальний прилад. Він (мал. 6) дає змогу спостерігати поведінку рідини в пляшці в умовах невагомості. Пляшку 2, частково наповнену підфарбованою водою, закривають пробкою, в яку вставлено дві трубки – коротку 5 і довгу 4 (майже до дна). З дроту завтовшки 4 мм виготовляють тримач 3 для пляшки. Разом з пляшкою тримач може вільно падати вздовж стояка штатива 1. На основу штатива кладуть аркуш білого паперу 7 і кружок з підігрітого пластиліну 6 (завтовшки 10-15 мм).

    Пляшку перевертають догори дном, закриваючи отвори в пробці. Якщо руку різко прийняти, то пляшка впаде пробкою на пластилін і отвори закриються. Нахиливши штатив, показують учням аркуш паперу, звертаючи увагу на те, що при вільному падінні вода з пляшки не виливалася.

    Перед проведенням досліду пояснюють, що за допомогою довгої трубки в пробці зрівноважують тиски, що діють на воду зверху і знизу. (Під час падіння пляшки на воду діють атмосферний тиск і тиск зустрічного потоку повітря).

    4. Демонстрування стану перевантаження [13, с. 90]. Жолоб для досліду можна виготовити з жерстяної смужки, відбортувавши краї, або спаяти з дроту діаметром 2–3 мм. Посередині опуклої частини жолоба є кронштейн, яким жолоб насаджується на верхній стержень динамометра (мал. 7). Поклавши масивну кулю на жолоб, встановлюють нульову поділку його шкали навпроти стрілки. Потім пускають кулю з верхньої точки жолоба і спостерігають, що покази динамометра зростають і досягають найбільшого значення в момент проходження кулею найнижчої точки жолоба (дослід П.П.Асмоловського).

    5. Демонстрування параметрів руху тіла, кинутого під кутом до горизонту [13, с. 91].

    Нижній отвір скляної або металевої посудини закривають пробкою, в яку вставлено скляну трубку (мал. 8). Цю трубку всувають у гумову, яка закінчується скляною трубкою з відтягнутим кінцем (її діаметр близько 1 мм). Затиснувши гумову трубку гвинтовим затискачем, наливають у посудину підфарбованої води і ставлять її на підйомний столик. Підставивши на деякій відстані велику фотокювету, відкривають затискач і демонструють витікаючий струмінь. Звертають увагу на те, що траєкторія частинок води дає уявлення про траєкторію руху тіла, кинутого під кутом до горизонту. Повертаючи наконечник, з якого витікає струмінь води, навколо горизонтальної осі, демонструють сім’ю парабол, що відповідають різним кутам нахилу початкової швидкості струменя до горизонту. Потім, встановивши транспортир (мал. 8), доводять, що найбільша дальність “польоту” струменя досягається при кутові 45о.


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    мал. 7 мал. 8

    6. Продемонструвати рухи тіл при дії на них сили тертя [13, с. 94]

    А. Щоб продемонструвати, що напрям прискорення, якого набуває тіло під дією сили тертя, протилежний до напрямку швидкості його руху, виконують такий дослід. На стіл кладуть дерев’яний або металевий брусок і, штовхнувши його, спостерігають зменшення швидкості руху бруска аж до зупинки. Заува-жують, що сила тяжіння, яка діє на брусок, скомпенсована реакцією кришки стола. Отже, брусок перебуває тільки під дією сили тертя. Дослід повторюють кілька разів, надаючи бруску різних початкових швидкостей. При цьому дістають однаковий результат: брусок, пройшовши деяку відстань зупиняється.

    Б. На короткий стояк, закріплений у муфті штатива, кладуть з невеликим нахилом дошку (мал. 9). По дошці скочується візок, місце зупинки якого позначають стрілкою-покажчиком. Поверхню стола на шляху візка посипають просіяним піском і повторюють дослід. Цього разу візок зупиняється значно ближче. Із збільшенням сили тертя збільшується від’ємне прискорення. Отже, зменшується шлях, пройдений візком.

     


     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Мал. 9

     

    Додаткові експериментальні завдання.

    1. Балістичний пістолет встановлюють якомога ближче до поверхні стола і, змінюючи кут нахилу ствола пістолета до горизонту (15о, 30о, 45о, 60о, 75о), демонструють, що горизонтальна дальність польоту снаряда із збільшенням кута його вильоту спочатку зростає, досягаючи максимуму при кутові 45о, а потім зменшується. Точки падіння снаряда на стіл позначають вертикальними стрілками-покажчиками. Одночасно спостерігають, що максимальна висота підйому снаряда із збільшенням кута вильоту зростає. Доцільно зобразити на дошці крейдою різних кольорів параболи, що відповідають різним кутам вильоту.
    2. Скляну трубку з відтягнутим кінцем встановлюють горизонтально, демонструючи траєкторію руху тіла кинутого горизонтально. Потім, зберігаючи незмінним (горизонтальним) положення трубки, піднімають і опускають посудину з водою, демонструючи залежність горизонтальної дальності “польоту” струменя від швидкості його витікання.
    3. Щоб продемонструвати падіння тіл у газах або рідині можна провести такий дослід. З парафіну (трохи підігрітого скачують кульку діаметром 10-20 мм. Щоб кулька тонула у воді, у неї вплавляють кілька дробинок. Для цього дробинку кладуть на поверхню кульки і підігрівають паяльником. Кількість дробинок визначають на досліді так, щоб кулька тонула повільно. Виготовлену кульку пускають у воду, що налита у високу скляну посудину. Для цього можна використати, наприклад, балон лампи денного світла, відрізавши від нього один кінець. Корисно на посудині зробити позначки (наклеївши смужки паперу), тоді можна визначити швидкість падіння кульки у воді.

     

    Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

    1. (Б:ПВЗ) Як рухається тіло, коли до нього прикладена лише сила пружності, яка напрямлена вздовж напрямку його руху? Як це продемонструвати?
    2. (Б:ПВЗ) Як рухається тіло, коли до нього прикладена лише сила пружності, яка напрямлена перпендикулярно до напрямку його руху? Як це продемонструвати?
    3. (Б:ПВЗ) Коли тіло перебуває в стані невагомості? Як це продемонструвати? Які причини невагомості?
    4. (Б:ПВЗ) Як змінюється вага тілі під час його прискореного руху вгору (вниз)? Як це продемонструвати?
    5. (Б:ПВЗ) Чи змінюється вага тіла, якщо воно рухається з прискоренням в горизонтальному напрямку? Продемонструйте це.
    6. (Б:ПВЗ) З яким прискоренням рухається тіло, яке вільно падає (кинуте вгору)? Як це перевірити?
    7. (Б:ПВЗ) Від яких величин залежить (не залежить) прискорення тіла, яке надає сила тяжіння? Як це перевірити на дослідах?
    8. (А:ПВЗ) Чим відрізняється прискорення, яке надається тілам силою тяжіння від іншого виду прискорень?
    9. (Б:ПВЗ) По якій траєкторії рухається тіло, кинуте під кутом до горизонту (горизонтально)? Як це продемонструвати?
    10. (Б:ПВЗ) Як напрямлене прискорення, якого надає тілу сила тертя? Як це продемонструвати?
    11. (А:ПВЗ) Найбільша відстань супутника, який рухається по еліптичній орбіті, від центра Землі в K раз більша за найменшу. Знайти відношення лінійних і кутових швидкостей супутника в точках орбіти, які відповідають найбільшим і найменшим відстанням від центра землі.
    12. (А:ПВЗ) Доведіть, що період обертання супутника, який рухається біля самої поверхні планети без атмосфери, залежить лише від її густини.

    РОБОТА 38 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ ЗАКОНУ ЗБЕРЕЖЕННЯ ІМПУЛЬСУ ТА РЕАКТИВНОГО РУХУ

    Мета роботи: ознайомитися з методикою і технікою демонстраційних дослідів при вивченні закону збереження імпульсу та реактивного руху, показати їх практичне застосування.

     

    Обладнання: стальна кулька, магніт, посудина з водою, смужка паперу, чотири смужки паперу, які склеєні в кільця, два штативи, металевий стержень,
    легкорухомий візок, дві гирі по 5 кг кожна, легкий молоток, стальна слюсарна лінійка завдовжки 30 – 50 см, прилад конструкції Румянцева, гирі, пластилін, дві металеві кульки з гачками, дві пластилінові кульки, дві дерев’яні планки, нитки, невеликі цвяхи, парова гармата, пробки до неї, легкий візок, сухе пальне, міцна мотузка зовдовжки 30-40 см. Гирі (1 кг і 20 – 50 г) з двома гачками кожна, деко-кювета з піском, скляна пластинка (15 X 20 см), два дерев’яних брусочки (або два ящики-підставки), маленький молоточок масою не більше 50 г, візок, жолоб, 5 – 7 стальних кульок, двосторонній балістичний пістолет, Г-подібна скляна трубка з відтягнутим кінцем, гумова трубка завдовжки 40-50 см, скляна посудина з тубусом, реактивний візок, нагнітальний насос Шінца або Комовського, сірники, повітряний трек, пилосос, повітряна гумова куля, кран, ракета, велосипедний насос, сегнерове колесо.

     

    Підготовка до роботи:

    1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Закон збереження імпульсу та реактивного руху” підручників фізики 9-го класу.

    2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Закон збереження імпульсу та реактивного руху” у 9 класі.

    3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

     

     

    Цільова програма (А) до змісту теми: “Закон збереження імпульсу та реактивного руху”
    рівень первинної обізнаності.

     

    Перелік пізнавальних задач

    Урок 

    Тема 

    1

    2

    3 

    Імпульс тіла

    Закон збереження імпульсу

    Реактивний рух 

    РГ

    РГ

    РГ 

    ПВЗ

    ПВЗ

    ПВЗ 

     

     

    Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

    майбутнього вчителя.

     

    Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

    Знання до лабораторного практикуму

    Знання після лабораторного практикуму 

    1

     

    2

     

    3

     

    5

    6

    7 

    Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

    Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

    Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

    Розв’взування задач з фізики.

    Форми організації уроків з фізики.

    Методика викладання теми “Закон збереження імпульсу та реактивного руху” . 

    ПВЗ

     

    РГ

     

    РГ

     

    ПВЗ

    РГ

     

     

    РГ 

    УЗЗ

     

    ПВЗ

     

    ПВЗ

     

    УЗЗ

    ПВЗ

     

     

    ПВЗ 

     

    Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первинний рівень фахової обізнаності):

    1. (А:РГ) В якому випадку гвіздок ввійде глибше в дошку: тоді, коли його забивають звичайним способом, чи тоді, коли його приліпили воском до молотка? Вважати, що у другому випадку молоток і гвіздок становлять одне ціле.
    2. (А:РГ) З якою швидкістю потрібно кинути м’яч вниз, щоб він відскочив при ударі на 10 м вище того рівня, з якого його кинуто? Втрату енергії при ударі об землю не враховувати.
    3. (А:РГ) Як космонавтові, що вийшов у відкритий космос повернутися назад у ракету без по сторонньої допомоги?
    4. (А:РГ) Чи можна виготовити прилад, який би показував імпульс руху автомобіля?
    5. (А:РГ) З ракети вилітає струмінь газів і діє на неї з постійною силою. Чи можливо обчислити прискорення руху ракети, використовуючи другий закон Ньютона?
    6. (А:РГ) У човні на носі та кормі сидять двоє спортсменів. Маси їх однакові. Чи зрушить човен з місця і в якому напрямку, коли спортсмен з корми перейде на ніс човна?
    7. (А:РГ) Яблуко впало у воду. Куди зник його імпульс?
    8. (А:РГ) Матеріальна точка, маса якої 1кг, рівномірно рухається по колу з швидкістю 10 м\с. визначити зміну імпульсу за одну чверть періоду, половину періоду і цілий період.

     

    Теоретичні відомості:

    ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ. Повний опис змін, що проходять в ізольованій механічній системі тіл, можливий за допомогою законів динаміки. Але в ряді випадків це зробити важко або через велику кількість взаємодіючих тіл, або через складність рівнянь, що одержуються. В цьому випадку розв’язати задачу можна за допомогою отриманих в результаті узагальнення дослідних даних законів, згідно яких числове значення деяких фізичних величин, що характеризують ізольовану систему тіл, зберігається незмінним.

    Найважливішими з цих законів, справедливих для будь-яких ізольованих систем, є закони збереження енергії і імпульсу. Слід при цьому мати на увазі, що, хоч математичні формули, що описують ці закони, можна одержати шляхом нескладних перетворень рівнянь динаміки, значення цих законів значно ширше. Вони справедливі і в тих областях, де закони механіки перестають діяти, наприклад в мікросвіті, при великих швидкостях руху частинок, при не зворотних перетвореннях механічної енергії в інші види і т. п.

    Хоч закони збереження сформульовані на основі дослідних даних, слід мати на увазі, що в ході демонстраційних дослідів не слід ставити задачі “перевірки” цих законів. Справа не в тому, що закони порушуються, ні, вони справедливі завжди, але в ході навчального досліду не завжди є можливість врахувати всі перетворення енергії чи імпульсу і при “перевірці” неврахована частина енергії чи імпульсу може породити невірне уявлення про порушення закону. Крім того, і це особливо важливо для виховання і освіти школярів, закони фізики не можна довести чи відкинути одиничними дослідами. Мета описаних нижче дослідів – допомогти учням у засвоєнні таких важливих понять фізики, якими є поняття ізольованої системи, енергії і імпульсу, а також в розкритті глибокого змісту, відображеного в законах збереження.

    Закон збереження кількості руху. Формулу, яка виражає рівність імпульсу сили і зміни кількості руху: ft = m(v2 – v1) можна якісно перевірити, якщо їй надати вигляду: v2 – v1 = ft/m. З цієї формули видно, що зміна швидкості руху тіла прямо пропорційна діючій на нього силі та часові її дії і обернено пропорційна масі тіла.

     

    ХІД РОБОТИ

    1. Провести дослід для введення поняття імпульсу сили. Показати його залежність від діючої сили і часу її дії [20, с. 66 – 67].

    В а р і а н т А. На поверхню демонстраційного стола встановлюють горизонтально невеликий листок скла. Якщо поверхня стола не горизонтальна, використовують клинці. На скло розміщують стальну кульку (мал. 1). Швидко проносять над кулькою магніт. Кулька залишається в спокої. Повторюють дослід, але магніт над кулькою проносять повільно. Кулька рухається за магнітом. Роблять висновок, що результат взаємодії тіл залежить від часу взаємодії. Повторюють дослід, наблизивши магніт до стальної кульки, і помічають, що навіть при швидкому рухові магніту кулька починає рухатися. Роблять висновок, що результат взаємодії тіл залежить від сили взаємодії.

    В а р і а н т Б. На демонстраційний стіл кладуть довгу смужку цупкого паперу. На край смужки ставлять посудину з водою (мал. 2). Повільно тягнуть смужку. Посудина рухається разом з папером. Коли вона буде знаходитися біля краю стола, роблять паузу і повідомляють, що зараз змінять результат досліду. Різко шарпнувши смужку паперу, демонструють, що посудина залишилась нерухомою.

    В а р і а н т В. З цупкого паперу вирізають три смужки шириною 1 – 2 см і довжиною 30 – 40 см. Кожну із смужок наперед склеюють в кільце. Два кільця одягають на довгий стержень від штативу, який закріплений між двома штативами (мал. 3). В кільця вставляють суху дерев’яну палку. Повільно натискають на дерев’яну палку коротким стержнем від штатива до тих пір, поки одне з кілець не розірветься.


    Замінивши розірване кільце новим, повторюють дослід, але в цьому випадку б’ють по дерев’яному стержню різким ударом. Стержень ламається, а кільця залишаються цілими. При короткочасній дії сили зміна швидкості стержня близька до нуля; при ударі він залишається на місці і ламається. При повільному натисканні він виходить із стану спокою, а паперові кільця розриваються.

    4. Досліди для закону збереження імпульсу [13, с. 121 -124].

    Варіант А. За допомогою приладу конструкції Румянцева (мал. 8) [13, с.5] можна провести кілька дослідів, які підтверджують закон збереження імпульсу (кількості руху). Обидва візки приладу встатовлюють на кінцях рейок, повернувши їх один до одного торцями без пружин. До торця одного з візків приліплюють пластилінову кульку діаметром 2-3 см. Вона має вбирати енергію пружно деформованих візків, тобто робити зіткнення візків подібним до абсолютно непружного удару. Візки штовхають на зустріч один одному з приблизно однаковими швидкостями. Зіткнувшись, вони зупиняються. Цим підтверджується закон збереження імпульсу.


    Мал. 8.

    Один з візків ставлять посередині рейок, а другий – на кінці. Відновивши форму пластилінової кульки, приліплюють її знову на торець одного з візків, а потім другий візок штовхають у напрямі до першого. Після зіткнення обидва візки рухаються в бік руху другого візка з швидкістю, яка приблизно дорівнює половині швидкості другого візка до зіткнення. Розрахунки показують, що і в цьому випадку закон збереження імпульсу справджується.

    Повторюють дослід, повернувши візки один до одного пружними буферами. Тепер удар можна вважати абсолютно пружним. І знову досліди підтверджують закон збереження імпульсу. Для закріплення матеріалу корисно розв’язати кілька експериментальних задач, змінюючи маси візків за допомогою вантажів, а потім перевірити результати обчислень за допомогою приладу.

    7. Продемонструвати реактивний рух [13, с. 124-128].

    Варіант А. Щоб продемонструвати реакцію витікаючого струменя повітря чи води, виготовляють реактивне сопло із скляної тонкої (6 – 8 мм завтовшки) трубки. Для цього її згинають у вигляді букви Г і відтягують один її кінець на 1,5 – 2 мм. На широкий кінець сопла натягують гумову трубку. Спочатку демонструють реакцію струменя повітря.

    Тримаючи сопло за вільний кінець гумової трубки, яка повинна звисати, продувають ротом повітря, спостерігаючи відхилення скляної трубки в бік, протилежний напряму витікання повітря з її відтягнутого кінця. Потім вільний кінець гумової трубки з’єднують з тубусом банки й затискують цей кінець у лапці штатива (мал.5). Під відтягнутий кінець скляної трубки підставляють велику фотокювету або ванну для дослідів з хвилями на поверхні води. Якщо відкрити воду, то сопло відхиляється в напрямі, протилежному витіканню води.

    З дослідів роблять висновок про те, що відокремлені частини маси, яка зумовлює зміну його швидкості.


    Мал. 5

    Варіант Б. Щоб продемонструвати виникнення реактивної тяги, використовують реактивний візок. Це сталевий циліндричної форми герметичний балон, передня частина якого закруглена. Балон може переміщатись на трьох колесах. На плоскому дні його змонтовано нагнітальний штуцер 4 з ніпелем, який пропускає повітря лише всередину балона, і реактивне сопло 3, яке може бути закріплене гумовою трубкою 2, що укріплена на важелі 1. Щоб пробка щільно закривала реактивне сопло під час накачування повітря в балон, кінець важеля прив’язують ниткою до гачка 5. Щоб продемонструвати реактивний рух візка, пробку щільно притискують до сопла й прив’язують важіль міцною ниткою. Нагнітальним насосом, що з’єднаний гумовою трубкою з нагнітальним штуцером, у балон накачують повітря до тиску 2 – 3 атм. Під час підготовки досліду визначають кількість ходів насоса, потрібних для забезпечення достатнього пробігу візка. Від’єднавши насос від візка, встановлюють його на краю демонстраційного столу й перепалюють нитку, яка утримує важіль. Під тиском повітря всередині балона пробка вилітає, а повітря виходить через сопло. Реактивна сила, що виникає при цьому, рухає балон у бік, протилежний напряму витікання повітря. Для обмеження руху візка на столі встановлюють якусь перешкоду.

     

    Додаткові експериментальні завдання.

  • У трубку наливають 1 – 1,5 см3 води й закривають пробкою. На візок кладуть 1 – 2 таблетки сухого пального й запалюють його. Полум’я повинне нагрівати нижню частину трубки. Через деякий час вода випаровується, і пара виштовхує пробку, а гармата відкочується в бік, протилежний напряму вилітання пробки. Щоб довести, що кількості руху гармати й пробки однакові за модулем, пробку прив’язують до візка гармати міцною мотузкою. Після пострілу, коли мотузка натягується, рух гармати й пробки припиняється. Про що це й дослід свідчить.
  • Знову заправляють гармату водою й закривають несиметричною пробкою. Треба простежити, щоб пробка була розміщена горизонтально. Після пострілу пробка летить по траєкторії, викривленій у бік свинцевого тягарця, а гармати повертаються в протилежний бік. Дослід свідчить про векторний характер імпульсів гармати й пробки. Тут є нагода пригадати питання про рух центра мас тіла, коли напрям діючої сили не проходить через нього.

 

Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

  1. (Б:ПВЗ) Що таке імпульс тіла ? Як експериментально ввести це поняття?
  2. (Б:ПВЗ) Чи можна сказати, що тіло має імпульс тому, що на нього діє сила? Як це еспериментально перевірити?
  3. (Б:ПВЗ) Що таке імпульс сили? Як експериментально ввести це поняття?
  4. Що можна сказати про імпульс тіла, коли сума сил прикладених до нього дорівнює нулю?
  5. (Б:ПВЗ) Які існують варіанти експериментальної ілюстрації закону збереження кількості руху?
  6. (А:ПВЗ) Парусний човен потрапив у штиль і зупинився. Чи можна привести його в рух дуючи у вітрила за допомогою компресора, що стоїть на його борту?
  7. (А:ПВЗ) Ракета, запущена вертикально вгору, вибухає в найвищій точці свого підйому. При цьому утворюється три осколки. Що можна сказати про імпульс ракети безпосередньо перед вибухом і осколків одразу після нього?
  8. (А:ПВЗ) Більярдна куля котиться по столі і вдаряється в нерухому кулю. Після удару ці кулі розлетілися в різні боки. Лінії їхнього руху після удару утворюють з початковим напрямком руху першої кулі кути по 450. визначити швидкості цих куль після удару, вважаючи їх маси однаковими.
  9. (А:ПВЗ) Регулюючи надходження палива до двигунів ракети, можна створити силу тяги, яка рівна силі тяжіння ракети, тобто ракета зависне у повітрі. Але ракета, викидаючи продукти згоряння, надає їм деякого механічного імпульсу, а сама його не одержує, тобто виходить, що закон збереження імпульсу в даному випадку не виконується. Як розв’язати дане протиріччя?
  10. (А:ПВЗ) Надувний човен з мисливцем (загальною масою 100 кг) пливе по воді з швидкістю 4 м\с. мисливець зробив постріл з рушниці проти руху човна під кутом 300 до горизонту. Швидкість дробинок 400 м\с. внаслідок пострілу швидкість човна стала 4,1 м\с. яка маса дробинок?

РОБОТА № 39 ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ПРИ ВИВЧЕННІ «ЗАКОНУ ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ»

 

Мета роботи:
ознайомитись з технологією та методикою проведення дослідів при вивченні понять: робота, потужність, механічна енергія та закону збереження енергії.

Обладнання: трибометр, демонстраційний динамометр, штатив, два ящики-підставки, різноважки, дошка, дві метрові демонстраційні лінійки, гирі (5 кг, 2 кг, 2 кг, 1 кг, 500 г), візок, два блоки на стержнях, штабовий магніт, магнітна шайба, спіральна пружина, візок з прикріпленою до нього пружиною, скляна куля для зважування повітря, гумова трубка завдовжки 20-30 см, затискач, скляна трубочка з відтягнутим кінцем, бляшана вертушка, насос Комовського, візок з вітрилом, аеродинамічна труба, два блоки на стержнях, стальна кулька, маятник Максвелла, трубчастий динамометр, пружина, легкорухомий візок, два блоки на стержнях, рознімний жолоб Галілея, дві металеві кульки з різними масами, дерев’яний брусок або металевий циліндр, металева кулька на нитці, секундомір, мікроелектродвигун з трибком на осі, джерело живлення (4 в).

Підготовка до роботи:

1. Ознайомитись з навчальним матеріалом розділу “Закон збереження енергії” підручників фізики 9-го класу.

2. Ознайомитись з цільовою програмою вивчення теми: “Закон збереження енергії” у 9 класі.

3. Ознайомитись з цільовою програмою фахової підготовки майбутнього вчителя.

 

Цільова програма (А) до змісту теми: “Закон збереження енергії” рівень первинної обізнаності.

 

Перелік пізнавальних задач

Урок 

Тема 

1

2 

Потенціальна енергія

Кінетична енергія 

ПВЗ

ПВЗ 

УЗЗ

УЗЗ 

 

Цільова програма (Б) щодо змісту фахової підготовки

майбутнього вчителя.

 

Перелік пізнавальних задач з курсу МВФ

Знання до лабораторного практикуму 

Знання після лабораторного практикуму 

1

 

2

 

3

 

5

6

7 

Особливості методики викладання фізики в 9 класі.

Задачі і зміст навчання фізики в середній школі.

Розвиток мислення і творчих здібностей учнів.

Розв’язуваня задач з фізики.

Форми організації уроків з фізики.

Методика викладання теми”Закон збереження енергії”.

ПВЗ

 

РГ

 

РГ

 

ПВЗ

РГ

 

РГ 

УЗЗ

 

ПВЗ

 

ПВЗ

 

УЗЗ

ПВЗ

 

ПВЗ 

 

Еталонні завдання для вступного контролю (шкільний курс фізики; первиний рівень фахової обізнаності):

  1. (А:ПВЗ) Яка сила виконує роботу під час руху тіла без тертя вниз по похилій площині? Чи залежить ця робота від довжини похилої площини?
  2. (А:ПВЗ) Чи справджується закон збереження механічної енергії, якщо одночасно діють сила тяжіння і сила пружності?
  3. (А:ПВЗ) Як впливає на енергію системи тіл дія зовнішньої сили? Чи зберігається в цьому випадку повна механічна енергія?
  4. (А:ПВЗ) Які зміни енергії відбуваються при: а)спускані з гірки на лижах; б) падінні гумової та пластмасової кульок?
  5. (А:ПВЗ) Куди зникає енергія яблука, яке впао з деякої висоти і лежить на землі?
  6. (А:ПВЗ) На нитці довжиною1 підвішена ялинкова іграшка. Яку найменшу горизонтальну швидкість потрібно надати іграшці, щоб вона відхилилась до вмсоти точки підвісу?
  7. (А:ПВЗ) Пісковоструменним апаратом шліфують камені. Внаслідок якого закону фізики при його роботі не руйнуються стінки гумового шлангу, по якому рухається пісок?
  8. (А:ПВЗ) Комаха літає накло лампочки по колу в горизонтальній площині, при цьому відсутні будь-які силиопру. Чому рівна робота, яку виконує доцентрова сила за один оберт комахи?
  9. (А:ПВЗ) Оскільки під час рівномірного руху по залізниці кінетична енергія поїзда не змінюється, то на основі теореми про кінетичну енргію, локомотива поїзда роботи не виконує. Чи вірний цей висновок?

    Теоретичні відомості:

Повний опис змін, що проходять в ізольованій механічній системі тіл, можливий за допомогою законів динаміки. Але в ряді випадків це зробити важко або через велику кількість взаємодіючих тіл, або через складність рівнянь, що одержуються. В цьому випадку розв’язати задачу можна за допомогою отриманих в результаті узагальнення дослідних даних законів, згідно яких числове значення деяких фізичних величин, що характеризують ізольовану систему тіл, зберігається незмінним.

Найважливішими з цих законів, справедливих для будь-яких ізольованих систем, є закони збереження енергії. Слід при цьому мати на увазі, що, хоч математичну формулу, що описує цей закон, можна одержати шляхом нескладних перетворень рівнянь динаміки, значення цього закону значно ширше. Він справедливий і в тих областях, де закони механіки перестають діяти, наприклад в мікросвіті, при великих швидкостях руху частинок, при незворотніх перетвореннях механічної енергії в інші види і т. п.

Хоч закони збереження сформульовані на основі дослідних даних, слід мати на увазі, що в ході демонстраційних дослідів не слід ставити за мету «перевірку» цих законів. Справа не в тому, що закони порушуються, ні, вони справедливі завжди, але в ході навчального досліду не завжди є можливість врахувати всі перетворення енергії і при «перевірці» неврахована частина енергії може породити невірне уявлення про порушення закону. Крім того, і це особливо важливо для виховання і освіти, закони фізики не можна довести чи відкинути одиничними дослідами. Мета описаних нижче дослідів – допомогти в засвоєнні таких важливих понять фізики, якими є поняття ізольованої системи, енергії, а також в розкритті глибокого змісту, відображеного в законі збереження енергії. При вивченні даної теми варто зосередити найбільшу увагу на дослідах, що ілюструють перетворення кінетичної енергії в потенціальну і навпаки.

ХІД РОБОТИ

1. Провести досліди, які необхідні для введення поняття потенціальної енергії.

А. Потенціальна енергія тіла, піднятого над землею
[2, с.355].

Потенціальну енергію розглядають як таку, що залежить від взаємного положення тіл або частинок тіла. Це означення слід підтвердити експериментально, продемонструвавши здатність виконувати роботу різних тіл, які набули потенціальної енергії внаслідок їх положення серед інших тіл або їх деформації, зумовленої зміною взаємного положення частинок тіла.

У муфтах штатива закріплюють два блоки (мал. 1). Через блоки перекидають шнур, один з кінців якого прив’язують до візка, поставленого на демонстраційний стіл. На другому кінці шнура біля верхнього блока роблять петлю. На візок ставлять гирю в 2 кг і, удержуючи візок рукою, підвішують до петлі шнура важки з набору. Звертають увагу на те, що підвішені важки мають потенціальну енергію, яка залежить від їх положення відносно землі. Відпускають візок і спостерігають його переміщення, зумовлене опусканням підвішеного до шнура важка. На переміщення візка і гирі треба затратити роботу, яку виконує важок, коли спускається. Отже, підняте над землею тіло здатне виконати роботу, тобто має запас потенціальної енергії.

Б. Потенціальна енергія близько розміщених один від одного магнітів
[2, с.355].
На ящик-підставку ставлять вертикально штабовий магніт і, удержуючи його рукою, підносять до верхнього його кінця магнітну шайбу так, щоб відстань між ними не перевищувала 2-3 см. Приймають руку, якою держать штабовий магніт, і спостерігають його падіння (мал. 2). Для переміщення магніту потрібна робота, виконувана за рахунок потенціальної енергії, що залежить від взаємного розміщення магнітів. Дослід доцільно продемонструвати для випадку притягання і відштовхування магнітів.

В. Потенціальна енергія деформованої лінійки
[2, с.356].
У затискачі штатива закріплюють лінійку і біля її кінця, який трохи відтягують пальцем руки, на ящик-підставку ставлять візок (мал. 3).

Звертають увагу на те, що лінійка внаслідок зміни взаємного положення її частин набула потенціальної енергії і здатна виконувати роботу. Відпускають лінійку яка штовхає візок і приводить його в рух. Підкреслюють, що робота, яка потрібна для переміщення візка, виконується за рахунок потенціальної енергії зігнутої лінійки.


Мал. 1 мал. 2

Г. Потенціальна енергія розтягнутої або стиснутої пружини
[2, с.357].

На штативі закріплюють пружину (можна використати пружинудинамометра Бакушинського), до якої підвішують 2 важки. Беруть нижній важок рукою і розтягують пружину (мал. 4). Пояснюють, що деформована пружина має потенціальну енергію. Це підтверджують, відпускаючи важок. Пружина скорочується і піднімає важки вгору, виконуючи роботу за рахунок своєї потенціальної енергії.

Потенціальну енергію стиснутої пружини демонструють так. На ящик-підставку ставлять гирю і наближають до неї візок, стискуючи при цьому пружину, яка повинна впиратись у гирю (мал. 5). Швидко відпускають візок і спостерігають його переміщення. Візок можна прив’язати до гирі ниткою, стиснувши пружину. Перепаливши нитку спостерігають рух візка.

 


Мал. 3 мал. 4 мал. 5

2. Перетворення одних видів енергії в інші.

Енергія – загальна (універсальна) міра руху і взаємодія всіх видів матерії. Для того щоб ввести початкове уявлення про енергію, необхідно показати взаємні перетворення одних видів енергії в інші. Цій меті і слугують досліди що описуються нижче.

А. Перетворення кінетичної енергії в потенціальну і навпаки
[2, с.363].

На штативі за допомогою двох муфт закріплюють блоки. Через блоки перекидають нитку, нижній кінець якої прив’язують до візка з вітрилом (див. дослід 7), а до верхнього – підвішують важок (мал. 6). На другому штативі закріплюють аеродинамічну трубу. Спрямовують повітряний потік, створений аеродинамічною трубою, на вітрило візка і спостерігають рух візка та піднімання важка. Пояснюють, що кінетична енергія повітряного потоку перетворюється в кінетичну енергію візка, яка в свою чергу перетворюється в потенціальну енергію піднятого важка. Вимикають двигун труби і демонструють опускання важка і рух візка; при цьому потенціальна енергія піднятого важка перетворюється в кінетичну енергію рухомих важка і візка. Успіх досліду залежить від правильного підбору ваги важка і достатньої легкорухомості візка.

Б. Сегментний маятник
[2, с.364].

Сегментний маятник, за допомогою якого легко і зручно демонструвати перетворення потенціальної енергії в кінетичну і навпаки, складається з жолобка, вигнутого по дузі сегмента, і металевої кульки. Жолобок легко виготовити, затиснувши в лапках двох штативів дві пластмасові лінійки; між ними повинна бути щілина шириною, трохи меншою від діаметра кульки. Якщо зближувати штативи і водночас повертати лапки, то вийде жолоб, вигнутий по дузі сегмента.

Для демонстрування з верхньої точки жолоба пускають кульку (мал. 7), яка деякий час рухається жолобом то в один, то в другий бік. Пояснюють, які

перетворення енергії відбуваються при цьому: потенціальна енергія перетворюється в кінетичну при опусканні кульки, а кінетична в потенціальну –при її підніманні. Підкреслюють, що рух кульки тривав би необмежено довго, якби не було тертя та інших опорів.

 


мал. 6 мал. 7 мал.8

 

В. Демонстрування маятника Максвелла
[2, с.365].

Маятник Максвелла – це металевий диск на осі, яка біля кінців має отвори. Крізь отвори продіто міцні шворки, прив’язані до гачків штатива (мал. 8). Цей дослід досить ефектний і цікавий. Щоб дослід пройшов вдало, маятник потрібно підвісити так, щоб його вісь була горизонтальна. Встановивши вісь точно по горизонталі, середину нитки над стержнем штатива тим чи іншим способом закріплюють (наприклад, ізоляційною стрічкою).

Після того як нитка відрегульована і закріплена, обертаючи вісь обома руками, накручують на неї нитки. Опустивши маятник, спостерігають «падіння» і підйом диску. При цьому потенціальна енергія перетворюється в кінетичну. У нижньому положенні диск не зупиняється, а продовжує обертатися, внаслідок чого нитка намотується на вісь, і диск піднімається вгору: кінетична енергія перетворюється в потенціальну. Досягнувши найвищого положення, диск знову падає, потім знову піднімається і т. д. Пояснюють, що при повній відсутності опорів цей процес тривав би необмежено довго.

Підготовляючи маятник до досліду, треба стежити за тим, щоб шворки мали однакову довжину і щоб вісь не «била» при обертанні маятника.

Маятник Максвелла легко зробити з фанерного диска радіусом 20-30 см, завтовшки 6-10 мм. В отвір, висвердлений у центрі диска, вклеюють дерев’яну вісь. Такий маятник працює набагато краще, ніж металевий.

 

Додаткові експериментальні завдання.

  1. Металеву кульку кидають на металеву плиту і спостерігають, що при кожному наступному відскоці від плити кулька підіймається на меншу висоту. Замість металевої кульки можна взяти кульку для гри в настільний теніс. Що ми спостерігаємо?
  2. Металеву кульку кидають на металеву плиту і спостерігають, що при кожному наступному відскоці від плити кулька підіймається на меншу висоту. Замість металевої кульки можна взяти кульку для гри в настільний теніс. До якого висновку ми дійдемо.

 

Еталонні завдання для підсумкового контролю рівня фахової обізнаності.

  1. (А:УЗЗ) Штангіст підняв з помосту штангу і зафіксував її над головою. Чому дорівнює при цьому робота сили тяжіння, що діє на штангу? Чому дорівнює робота сили пружності м’язів штангіста?
  2. (Б:ПВЗ) Що таке кінетична енергія тіла? Як ввести це поняття на досліді?
  3. (А:УЗЗ) Дві кулі однакової маси котяться на зустріч одна одній з однаковими за модулями швидкостями по дуже гладенькій поверхні. Кулі стикаються, на мить зупиняються, після чого рухаються в протилежних напрямах з такими самими за модулем швидкостями. Чому дорівнює їхня загальна кінетична енергія до зіткнення, у момент зіткнення і після нього?
  4. (Б:ПВЗ) Від яких величин залежить робота сили тяжіння? Як це проілюструвати на досліді?
  5. (А:УЗЗ) Тіло, кинуте вгору під певним кутом до горизонту, описало параболу і впало на землю. Чому дорівнює робота сили тяжіння, якщо початкова і кінцева точки траєкторії лежать на одній горизонталі?
  6. (Б:ПВЗ) У чому полягає закон збереження повної мехенічної енергії? Як його можна продемонструвати?
  7. (Б:ПВЗ) Що таке потужність. Якими одиницями вона вимірюється? Як це проілюструвати?
  8. (А:УЗЗ) Пошкоджуючись під час бурі, дах може розламатись навпіл по гребеню або піднятись в гору і впасти збоку від будинку. Поясніть причину цих явищ.
  9. (А:УЗЗ) Важкий пліт рухається за течією річки значно швидше, ніж гілки, тріски та інші легкі предмети, кі пливуть поряд з плотом. Посніть причину цього явища.
  10. (А:УЗЗ) Більшість сучасних гоночних автомобілів мають так звані “антикрила”. Як