экспериментальные задания повышенной сложности по физике
материал (физика) по теме

      Экспериментальные  задания повышенной трудности. Экспериментальные задания повышенной  трудности, как и теоретические задачи, можно предлагать всем учащимся, но  спрашивать отчеты об их выполнении целесообразно только тех учащихся, кто  желает рассказать о своих результатах. Эти задания следует предлагать без  описания хода работы, без наводящих подсказок, так как основное их назначение  заключается не в выполнении заданной последовательности действий, а в  самостоятельном поиске решения поставленной проблемы, в отыскании оригинального  метода решения.

        Поставив  перед учащимися проблему повышенной трудности, не нужно оставлять их без  внимания. Даже сравнительно простые экспериментальные задания трудны для  большинства школьников, не имеющих никакого опыта работы с измерительными  приборами, самостоятельного планирования экспериментальной работы. Тем более  сложны для них задания, требующие применения знаний в незнакомой ситуации.  Поэтому нужно предоставить учащимся 5—10 мин на самостоятельные попытки решения  проблемы, а после этого тому из них, кому не удается ничего придумать, нужно сделать  небольшие подсказки, задать наводящие вопросы в такой форме, чтобы у  школьника складывалось впечатление, что он почти все придумал сам.

        Для тех  учащихся, кому не удастся помочь намеками и наводящими вопросами, нужно заранее  подготовить краткие инструкции к выполнению заданий. Однако не следует заранее  делить учащихся класса на способных и неспособных. Неспособный сегодня может  проявить себя способным завтра или через год. Поэтому на каждом уроке всем  нужно сначала давать задание в одинаковой форме, а затем лишь по мере  необходимости оказывать индивидуальную помощь. Рассмотрим пример  экспериментального задания повышенной трудности.

  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ  ЗАДАНИЕ 17.2.

  Измерение плотности вещества.

        Оборудование:  стеклянный стакан с водой, пробирка, измерительная линейка, неизвестное  вещество в виде небольших кусочков.

        Определите  плотность неизвестного вещества в твердом состоянии.

        Примечание:  Плотность воды равна 1000 кг/м3.

        Особенность  этого задания заключается в том, что в перечень используемого оборудования не  включены весы и измерительный цилиндр. Поэтому нельзя его выполнить путем  прямых измерений массы и объема некоторого количества неизвестного вещества.

        В  качестве вещества неизвестной плотности можно использовать, например,  металлический алюминий или цинк в гранулах, кусочки мрамора или разбитого  камня. Количество вещества должно быть достаточным для заполнения пробирки.

        Возможный  вариант выполнения экспериментального задания 17.2.

       Для  определения плотности  неизвестного вещества нужно знать  массу

        По условию  задачи нет весов для измерений массы тела и измерительного цилиндра, с помощью  которого можно было бы измерить объем тела. Следовательно, нужно искать такой  метод измерений, в котором не требовалось бы знание абсолютных значений объема  и массы тела. Подсказка содержится в примечании, указывающем, что  плотность воды следует считать известной. Значит, задача сводится к сравнению  плотности неизвестного вещества с плотностью воды. Можно сравнить объемы  неизвестного вещества и воды при одинаковых значениях их масс, а одинаковые  значения масс исследуемого вещества и воды можно получить экспериментально без  помощи весов на основе использования закона Архимеда.

        Нальем  в стакан столько воды, чтобы уровень ее был примерно на 1 см ниже края. Будем  нагружать пробирку неизвестным веществом малыми порциями до тех пор, пока пробирка  погрузится в воду и расположится вертикально. Для измерений удобно, если  край пробирки будет находиться на уровне верхнего края сосуда. Это положение  пробирки можно определить с большой точностью с помощью линейки, помещенной  сверху стакана (рис. 4).

Рис. 4

      Затем  заменим неизвестное вещество водой и, постепенно доливая воду, добьемся точно  такой же глубины погружения пробирки (рис. 5). При выполнении этого условия  масса налитой воды равна массе неизвестного вещества.

Рис. 5

      Измерим  высоту h1 уровня воды в пробирке (рис. 6).

Рис. 6

      Объем Vв воды в пробирке равен Vв = Sh1,  где S — площадь поперечного сечения пробирки.

        Опустим  использованное ранее неизвестное вещество в пробирку с водой и измерим  высоту h2 уровня воды в ней (рис. 7).

Рис. 7

      Объем Vx неизвестного вещества выразим через площадь S внутреннего поперечного  сечения пробирки и изменение высоты h2 – h1 уровня воды в пробирке при опускании вещества в воду:

Vx = S (h2 – h1).

      Плотность ρХ неизвестного вещества равна:

        Таким  образом, для нахождения плотности ρx неизвестного вещества  в условиях эксперимента достаточно измерить лишь высоты h1  и h2 уровней воды в пробирке.

        Подготовка  демонстрационных опытов. Одним из возможных вариантов вовлечения учащихся в активную практическую деятельность, связанную с изучением физики,  является их участие в подготовке и выполнении демонстрационных опытов.  Этот вид деятельности для одних учащихся привлекателен тем, что они в  определенной мере выполняют работу учителя и повышают свой статус относительно  своих товарищей. Другим школьникам просто нравится все делать самим, а не  смотреть, как кто-то делает что-то интересное.

        Участие  школьников в подготовке и выполнении демонстрационных опытов во многих  случаях полезно и для учителя. Участие школьников в экспериментах изменяет  атмосферу урока, раскрепощает учащихся. Их позиция наблюдателей за действиями  учителя заменяется в определенной мере на позицию «болельщиков» за свою  «команду». Это невольно повышает интерес к происходящему у  демонстрационного стола.

        Примерами  опытов такого типа могут служить многочисленные опыты по обнаружению явления  инерции, атмосферного давления. Например, при переворачивании бутылки с водой  под действием силы тяжести вода вытекает из бутылки. Опустим горлышко бутылки в  сосуд с водой. Почему теперь вода не вытекает из бутылки? Подобные опыты могут  с успехом выполнять учащиеся.

        Действенным  средством для привлечения внимания учащихся является эффектность, яркость  эксперимента. Примером эффектного опыта при ознакомлении с явлением инерции,  подготовку которого можно поручить группе учащихся, может служить опыт с  переламыванием палки, подвешенной на бумажных кольцах. Для опыта нужно  подготовить из сухих веток дерева несколько палок диаметром 1—1,5 см  и длиной около 1 м  и еще одну палку примерно в 2 раза большего диаметра. Из бумажных полос шириной  2—3 см и длиной 10—15 см нужно склеить 4—5 колец. Палки и кольца  обязательно нужно испытать в предварительных опытах, а также они должны быть в  запасе для повторения опыта другими учащимися.

        Опыт  нужно проводить в следующем порядке. Показав палку и бумажное кольцо, учитель  спрашивает: «Как вы думаете, что прочнее — палка или бумажное кольцо?»  После высказывания предположений учащимися нужно взять палку на расстоянии  20—30 см от конца, продеть конец палки в кольцо и, удерживая кольцо на стержне  от штатива, разорвать бумажное кольцо нажимом палки. Предположение о том, что  палка прочнее бумажного кольца, подтверждено экспериментом.

        Теперь  можно подвесить эту палку за концы на двух бумажных кольцах, удерживаемых двумя  учениками с помощью стержней от штативов, и задать вопрос: «А если резко  ударить посередине палки, порвутся бумажные кольца или переломится палка?»

        После  этого выполняется основной опыт по обнаружению свойства инертности палки. При  резком ударе посередине палки бумажные кольца остаются целыми, а палка  переламывается.

        Домашние  экспериментальные задания. В домашних условиях могут быть выполнены  экспериментальные задания, например, по наблюдению явления диффузии при  растворении кристаллов марганцовки в воде, по выращиванию кристаллов соли. Для  учащихся, желающих вырастить самостоятельно кристаллы соли, можно дать краткую  инструкцию.

        При  изучении способов измерения скорости учащимся можно предложить определить  скорость автомобиля с помощью цифрового фотоаппарата, который может производить  съемку быстро движущихся тел при обычном солнечном освещении в режиме  «непрерывная съемка» и давать серию последовательно выполненных фотографий.

        Интервал  времени между последовательно выполненными снимками можно определить, отсняв  10—20 кадров циферблата часов с секундной стрелкой. Интервал времени находится  делением разности между показаниями часов на первом и последнем кадрах на число  интервалов времени. После проверки одинаковости интервалов времени между  последовательными кадрами и определения интервала времени между последовательно  выполненными снимками можно производить исследования движения различных тел и  определять скорости их движения.

        Опыты с  «картезианским водолазом». При изучении закона Архимеда  можно предложить учащимся занимательное домашнее экспериментальное задание по  изготовлению игрушки, известной под названием «картезианский водолаз». Для  этого понадобятся пипетка для отмеривания жидкости по каплям и пластиковая  бутылка. В пипетку нужно набрать столько воды, чтобы она при опускании в воду  плавала в вертикальном положении, но над водой оставалась лишь очень  малая часть ее резинового колпачка, не более 2—3 мм. Затем пипетку  перенести в пластиковую бутылку, наполненную почти доверху водой, и завинтить бутылку  крышкой. При сжатии бутылки с боков пипетка опускается вниз до дна. С прекращением сжатия «картезианский водолаз» всплывает.