«Исследовательские задания по физике для внеаудиторной самостоятельной работы учащихся»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

«Исследовательские задания по физике

для внеаудиторной самостоятельной работы учащихся»

Автор: Халецкая Н.В.

преподаватель физики

АННОТАЦИЯ

Задания предлагаются для студентов 1 курса учреждений СПО/ВПО изучающих

физику, но можно использовать и для учащихся 10-11 классов общеобразовательных школ.

Задания, предлагаемые для внеаудиторной самостоятельной работы по физике, раскрывают практическое значение получаемых физических знаний, носят исследовательский характер, развивают мышление и творческие способности студентов, формируют и развивают необходимые учебные умения и навыки.

СОДЕРЖАНИЕ

Тема. Равноускоренное движение.

Задание. Решить задачу и на ее основе проанализировать законы равноускоренного движения.

Задача. Из точки А начинает двигаться тело и движется равноускоренно с ускорением 2 м/с².

1.Какую скорость будет иметь тело в конце первой секунды, в конце второй секунды, в конце третьей секунды, четвертой, пятой и т.д. и в конце десятой секунды?

2.Какой путь пройдет тело за первую секунду, за вторую секунду, за третью секунду, за четвертую секунду, за пятую секунду и т.д. и за десятую секунду?

3.Какой путь пройдет тело за одну секунду, за две секунды, за три секунды, за четыре секунды, за пять секунд и т.д. и за десять секунд?

Указания. В этой задаче 30 действий (на каждый вопрос - десять действий). Запишите ответы по каждому вопросу в таблицу (см. таблицу 1) и проанализируйте значение каждого числа.

Для этого:

1.Рассмотрите числа, стоящие во второй колонке. Это колонка скоростей. Она представляет собой 10 ответов на первый вопрос задачи, т.е. показывает, какую скорость будет иметь тело в конце первой, второй и т.д. и в конце десятой секунды.

Определите: нарастают или убывают скорости тела по мере нарастания времени.

Сделайте вывод, как зависит скорость в равноускоренном движении от времени (прямо пропорционально, обратно пропорционально, не зависит). Запишите вывод. Это первый закон равноускоренного движения.

Таблица 1

Значения расчетных величин

2.Теперь сравнить численное значение пути за первую секунду с численным значением ускорения нашего тела. Сделайте вывод, в каком соотношении находятся эти значения. Запишите вывод. Это второй закон равноускоренного движения.

3.Рассмотрите третью колонку чисел в нашей таблице. Эта колонка представляет собой 10 ответов на второй вопрос задачи. Что выражает каждое из этих чисел?

4.Обратите внимание, как нарастают пути, пройденные телом за отдельные идущие подряд секунды? Сравните это нарастание с последовательностью нечетных чисел. Сделайте вывод и запишите его. Это третий закон равноускоренного движения.

5.Рассмотрите, наконец, четвертую колонку нашей таблицы. Эта колонка содержит ответ на третий вопрос задачи, что выражает каждое из этих чисел?

Ответьте на вопрос: как нарастает путь, пройденный телом за все время, т.е. за все число секунд, вместе взятых? Сравните нарастание пути с нарастанием времени, а точнее, сравните нарастание пути с нарастание квадратов времени. Сделайте вывод и запишите его. Это четвертый закон равноускоренного движения.

Проверьте справедливость законов равноускоренного движения при других значениях ускорения.

Тема. Звуковые волны

Задание. «Телефон», применимый на расстоянии до 30 м, можно сделать из отрезка шнура, натянутого между донышками двух консервных банок. Попробуйте применять шнуры, сделанные из различных материалов, выберите наилучший из них. Сделайте такой телефон, продемонстрируйте его и объясните, как он действует.

Тема Основы молекулярно - кинетической теории

Выполнение исследовательской работы « Изучение размеров очень маленьких тел»

Задание.

1.Возьмите бумагу в клетку из тетради и покройте одну клетку площадью ¼ см² очень мелким песком (или мелкой манной крупой) в один слой.

2.Обравняйте края иголкой и при помощи той же иголки сосчитайте число песчинок, уместившихся в этой клетке. (При этом хорошо пользоваться увеличительным стеклом).

3.Определите число песчинок на площади в 1 см².

4. При помощи иголки плотно уложите и подсчитайте, сколько песчинок уложится на протяжении одного линейного сантиметра.

5.Определите число песчинок в объеме 1 см³.

6.Вычислите во сколько раз песчинка больше молекулы газа.

7. Отчет оформите в письменном виде.

Тема.Агрегатное состояние вещества и фазовые переходы

Исследовательская работа «Свойства твердых тел»

Задание.

Познакомьтесь с твердостью тел и ее определением.

Решение:

Чтобы определить,какое из двух тел тверже, нужно поцарапать острым углом одного тела по поверхности другого тела и наоборот. Если первое тело оставляет на втором заметную царапину, но само не получает царапин, то первое тело тверже второго. Самым твердым веществом в природе является алмаз.

Твердость имеет важное значение в современной технике. Твердость металла связана с его износоустойчивостью. Для повышения износоустойчивости металлов их подвергают термической и термохимической обработке: закалке, цементации и т.д.

Ковка и штамповка металла также увеличивают его твердость (кованая сталь тверже литой). Твердость сплава обычно больше, чем твердость веществ, составляющих сплав. Так, дюралюминий тверже составляющих его алюминия, меди, магния и марганца; сталь тверже чистого железа и чистого углерода, бронза тверже меди и олова.

1.Приготовьте несколько тел из разных веществ, например, латунную монету, железный гвоздь, кусочек стекла с острым краем, лезвие стальной бритвы, пластинку из плексиглаза, алюминия, меди, кусочек свинца и если возможно, достаньте резец для токарного станка. Список тел можно увеличить.

2.Поцарапайте железным гвоздем стальную бритву, а затем поцарапайте бритвой по гвоздю. Вы видите, что гвоздь не оставляет царапины на бритве, но бритва оставляет царапину на гвозде. Отсюда вывод: сталь тверже железа.

3.Также поцарапайте все остальные вещества друг о друга, чтобы узнать какое из них тверже, какое мягче, и когда испробуете все ваши вещества, то расположите и запишите название в порядке возрастающей твердости.

4.В минералогии для определения твердости минералов пользуются десятичной шкалой, которая соответствует набору десяти минералов, расположенных по возрастающей твердости.

Познакомьтесь со шкалой твердости (школой МООСА)

1.Тальк

2.Каменная соль

3.Известковый шпат

4.Плавиковый шпат

5. Апатит

6.Ортоклаз

7.Кварц

8.Топаз

9.Корунд

10.Алмаз

Пользуясь методом нанесения царапины шкалой твердости, можно классифицировать (правда, приблизительно) различные вещества по их твердости. Если вещество оставляет черту (царапину) на каком - либо эталоне шкалы твердости и само царапается им же, считают твердость веществ одинаковой. Если какое - либо вещество тверже, например, плавикового шпата (эталон 4), но слабее апатита (эталон 5), то его можно обозначить номером 4,5.

5.Посмотрите таблицу некоторых веществ, расположенных по возрастающей твердости, согласно шкале твердости:

Таблица 2

Таблица твердости веществ

6.Определите приближенно № твердости рассмотренных и записанных вами тел из различных веществ.

Тема. Электрическое поле

Выполнение домашней лабораторной работы

Задание. Лабораторная работа «Изучение взаимодействия заряженных тел»

Оборудование: пластмассовые расчески (2 шт.); полиэтиленовая пленка; нить (шелковая или синтетическая); газета. Все материалы должны быть сухими

Ход работы

1.Подвесьте на нити к спинке стула (или в другом месте) расческу, перевязанную в середине нитью. Потрите расческу газетой, свернув газету в несколько рядов. Потрите газетой вторую расческу. Поднесите вторую расческу к первой. Пронаблюдайте за поведением подвешенной расчески.

2.Поднесите газету, которой натирали расчески к подвешенной расческе. Пронаблюдайте за движением подвешенной расчески. Сделайте выводы.

3.Вырежьте две полоски размером приблизительно 20 х 3 см из полиэтиленовой пленки и одну такую же полоску из газеты.

4.Положите на стол две полоски из полиэтиленовой пленки и проведите по ним несколько раз рукой. Взяв полоски за концы, медленно сведите руки. Пронаблюдайте за поведением полосок.

5.На полиэтиленовую полоску положите изготовленную из газеты полоску. Проведите по полоскам несколько раз рукой. Удерживая полоски за концы, сближайте руки. Понаблюдайте за поведением полосок. Сделайте выводы.

Тема. Работа и мощность электрического тока

Выполнение практической работы «Экономьте электроэнергию»

Задание.

Для этого необходимо:

1.Узнать мощность N одной электролампы в вашем кабинете и подсчитать общее число ламп во всех кабинетах колледжа.

2. Пользуясь формулой А = N·t подсчитайте количество энергии в киловатт - часах, которая будет израсходована без пользы, если при выходе на большую перемену не погасить свет в кабинетах.

3.Перепишите в тетрадь следующие данные о киловатт - часе:

Единица энергии 1 квт - ч = 1000 Вт - ч = 3600000 Дж = 900000 кал = 900 ккал

4.Имейте в виду, что энергией равной 1 квт - ч можно выполнить любую из следующих работ:

а)изготовить 10 м хлопчатобумажной ткани;

б) вскипятить 50-55 стаканов чая;

в) изготовить на прокатном стоне до 50 м стильных рельс;

г) добить и поднять «на горы» до 75 кг каменного угля

д) выдать электродоильной машиной 40-45 метров;

е) вывести в электрическом инкубаторе до 30 цыплят и т.д.

5.Нарисуйте плакат «Экономьте электроэнергию» и вывесите его в колледже.

Тема.Электроизмерительные приборы

Практическая работа «Электроизмерительные приборы»

Задание.

1. Осмотрите ваш счетчик электроэнергии. Нарисуйте внешний вид счетчика и спишите все надписи, относящиеся к электрическому току, которые имеются на циферблате счетчика: единица измерения энергии (гектоватт-часы или киловатт-часы), напряжение, сила тока, число периодов в секунду и пр.

2. Запишите число (гектоватт- часы или киловатт-часы), которое показывает ваш счетчик в данный момент без нагрузки, (т.е. когда он не действует). Пользуясь выключателем или штепселем, включите какой-нибудь потребитель тока (лампочку, чайник, плитку и пр.) и наблюдайте в течение нескольких минут за вращением алюминиевого диска и за перемещением цифр, показывающих доли гектоватт или киловатт-часа.

3. Глядя на циферблат, выключите ток и наблюдайте, как останавливается диск.

4. Вспомните или узнайте, какое значение имеют здесь токи Фуко.

Тема. Трансформатор

Расчетно - графическая работа «Зависимость КПД трансформатора от нагрузки»

Задание.

На рисунке дана схема установки, с помощью которой можно изучать зависимого КПД трансформатора от нагрузки (в частности от сопротивления переменного резистора). В серии опытов были получены данные, которые представлены в таблице 1.

Таблица 3

Данные опытов

По данным таблицы определите КПД трансформатора и постройте график зависимости КПД от сопротивления переменного резистора.

Тема. Свет как электромагнитная волна

Выполнение расчетной работы «Определение параметров световой волны» (работа включает в себя результаты лабораторного задания №11)

Задание.

Вычислите неизвестные величины в следующей таблице:

Таблица 4

Параметры световой волны

№ опыта

Физическая ситуация

Число штрихов

Порядок спектра

Длина световой волны

Угол дифракции

ответ

1

На плоскую дифракционную решетку падает перпендикулярно пучок монохроматического света

5000 см^-1

Первый

? (нм)

11⁰33¹

400 мм

2

4000 см^-1

?

500 (нм)

23⁰25¹

Второй

3

Дифракционная картина проецируется линзой, поставленной вблизи решетки на экран, параллельный плоскости решетки

600 мм^-1

второй

550 (нм)

?

41⁰18¹

Указания: Угол отклонения света при дифракции

sin φ = ,

где к - порядок спектра;

λ - длина световой волны;

d - постоянная решетки.

Из приведенной формулы определяют длину световой волны λ =

Тема. Дисперсия света

Практическое задание

Задание.

Сделайте Ньютонов круг.

1. Вырежьте из картона круг и окрасьте или оклейте его секторы в семь спектральных цветов.

2. Проделайте в центре круга отверстие и, насадив на ось, вращайте, как волчок. При смешивании спектральных цветов должен получаться белый цвет.

Примечание. Чтобы при смешивании добиться не розоватого (как это часто получается), а чистого белого цвета, нужно соблюсти следующие условия:

1) разбить сектор не на равные части, а в следующем соотношении: красный-51⁰, оранжевый-35⁰,желтый-55⁰, зеленый -34⁰, голубой-34⁰, синий-66⁰, фиолтеовый-85⁰.

2)добиться хорошей и ровной окраски и чистых тонов;

3)добиться большей скорости вращения диска;

4)освещать диск при вращении ярким солнечным светом.

Тема. Фотоэффект

Выполнение расчетной работы «Внешний фотоэффект»

Задание.

Вычислить неизвестные величины в следующей таблице:

Таблица 5

Внешний фотоэффект

№ п/п

Физическая ситуация

Работа выхода, ЭВ

Скорость фотоэлектрона м/с

Энергия фотоэлектрона, ЭВ

Частота измерения, Гц

Длина световой волны, нм

Длинноволновая граница фотоэффекта, нм

ответы

1

Облучается Na

2,29

10³

-

?

?

5,6·10¹⁴Гц; 536 нм

2

Облучается W

4,5

?

?

-

250

420 км/с; 0,5 ЭВ

3

Облучается Cs

1,9

-

-

-

-

?

653 нм

4

Облучается Aq

?

-

-

-

-

260

4,8 ЭВ

Указания: Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

hν = A + ,

где h = 6,6 · 10^-34Дж·с - постоянная Планка

ν - частота излучения;

А - работа выхода;

m - масса фотоэлектрона;

V - скорость фотоэлектрона.

Длина световой волны λ =

Тема. Строение атомного ядра

Выполнение расчетной работы «Физика атомного ядра»

Задание.

По данным таблицы:

Таблица 6

Физика атомного ядра

Вычислить:

1. Массовое число А.

2. Число протонов (Z) и число нейтронов (N) в изотопах данных элементов.

3. Вычислить заряд ядра (Кл).

4. Вычислить объем атомного ядра.

V = к · А,

где к = 1,1 · 10^-44 м ³ - объем одного нуклона

5. Вычислить массу атома в килограммах по формуле:

m = m_отн · 1,66 · 10^-27 (кг),

где m_отн - масса атома в атомных единицах (см. таблицу).

6. Вычислить плотность веществ в ядре

ρ =

ЛИТЕРАТУРА

1.Т.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев и др. «Физика 10,11», М., «Просвещение», 2013.

2.Л.С. Жданов, Г.Л. Жданов, «Физика» (для средних специальных учебных заведений), М, «Наука», 1999.

3.Л.И. Анциферов, «Физика», М. А.О. «Московские учебники», 2002.

4. В.Ф. Дмитриева, «Физика», М., «АСАДЕМ», 200 .

5. С.Ф. Покровский, Опыты и наблюдение в домашних заданиях по физике, М., «Просвещение», 1990.

6. Л.В. Боровикова, Н.А. Виноградов, «Пишем реферат, доклад, выпускную квалификационную работу», М., «АСАДЕМА», 2005 .

7. Л. Эллиот, У.Уилкокс. Физика, М., «Наука,» 1975.

9