Домашние эксперементальные задания - как одна из форм аттестации учащихся
статья по физике на тему

Методическая разработка открытого урока по теме

« Домашние экспериментальные задания – как одна из форм

аттестации учащихся ».

Класс 11    

          Эффективность усвоения  знаний зависит от подключения к процессу познания разнообразных органов чувств человека и основывается на непосредственных ощущениях, восприятиях, представлениях при контакте с реальными предметами и явлениями. Важную роль в этом играет учебный физический эксперимент. Дидактическая структура его может быть представлена так: демонстрационные опыты – фронтальные лабораторные работы – работы физического практикума – домашние опыты. Последнее звено данной цепочки, как показывает практика, используется учителями очень редко. Между тем, актуализация этого звена в процессе обучения очень важна, прежде всего потому, что она, во-первых, разнообразит формы домашних заданий (чтение учебника, решение задач) и, во-вторых, ставит перед учеником проблему, решение которой возможно лишь путём самостоятельного экспериментального исследования.

  Опыт работы свидетельствует о том, что домашние экспериментальные задания способствуют развитию у школьников таких умений и навыков:

• интеллектуальных ( умения сравнивать, выделять главное, обобщать, исследовать и оформлять результаты эксперимента ),
• предметных ( умения соединять теорию с практикой, применять физические знания для анализа явлений, обеспечивать понимание принципа действия приборов и устройств, овладевать инструментальными методами исследования как  в процессе постановки физических опытов, так и при эксплуатации и ремонте многочисленных объектов бытовой техники ),
• организационно-познавательных ( умение определять функциональное назначение прибора или инструмента, соблюдать правила эксплуатации и техники безопасности при работе с техническими объектами ),
• трудовых ( навыки овладения ручным инструментом при подготовке физических опытов ).

         Домашние экспериментальные задания по физике возбуждают и поддерживают интерес к этому учебному предмету. Ведь они особенно полно учитывают местные природные и бытовые

 ( технические ) условия. В связи с этим домашние опыты оказывают на учащихся большое влияние, побуждая их серьёзно изучать физику.

          Система домашних экспериментальных заданий нацелена на решение ряда проблем:

• физическое осмысление опыта;
• раскрытие функциональных зависимостей, выраженных в физических законах и закономерностях, путём измерения физических величин;
• осознание возможности управления физическими процессами с помощью объектов бытовой техники;
• измерение параметров реальных технических устройств не только бытового назначения и проведения расчётов;
• актуализация технических и технологических знаний;
• осознание и понимание физических явлений и законов и др.

        Во время или после изучения того или иного раздела программы всем желающим принять

участие в исследовательской работе предлагаются « темы » исследований. Через заранее обозначенное время учащиеся сдают, а учитель оценивает каждую работу. Выполнение работы

( задания, проекта ) может быть индивидуальным или групповым ( не более 3-х человек ).

          Метод проведения эксперимента разрабатывается самими учащимися под руководством учителя. Обсуждается необходимое оборудование, техника проведения эксперимента, расчёты, выводы. При необходимости предлагаю изменить    технологию эксперимента или провести параллельно дополнительное исследование, оказываю помощь в обработке полученных данных – помощь консультативная.

          После проверки и доработки каждого задания проводится конференция, где читаются краткие доклады, обсуждаются полученные результаты и их практическое применение. По результатам работы выставляется тематическое оценивание за данную тему или раздел.

          В старших классах при выполнении работ используется оборудование кабинета физики. Все работы проводятся во внеурочное время.

          Приведу примеры некоторых экспериментальных заданий для самостоятельного  выполнения учащимися по классам:

7 класс

1. Определение собственного давления на пол, стоя на одной ноге.
2. Определение собственной мощности ученика ( при ходьбе, при движении на велосипеде, при подъёме на 4-5 этаж здания ).
3. Определение центра тяжести тёрки, совка или любого другого домашнего инвентаря.
4. Определение жёсткости пружины пружинных весов ( безмена ).

8 класс

1. Определение удельной теплоемкости картофелины, яйца.
2. Определение стоимости электроэнергии , потребленной при выполнении домашнего задания.
3. Изготовление камеры-обскуры.
4. Определение температуры нити накала электролампы ёлочной гирлянды.

9 класс

1. Определение максимальной скорости мяча при бросании в горизонтальном направлении.
2. Зависимость дальности полета мяча от угла бросания.
3. Определение периода движения, линейной и угловой скорости, центростремительного ускорения при движении на « гигантских шагах » ( можно использовать качели ).

10 класс

1. Исследование зависимости удельной теплоёмкости от агрегатного состояния вещества.
2. Определение пробы золотых украшений.
3. Зависимость коэффициента поверхностного натяжения от температуры, плотности                       ( концентрации) жидкости.
4. Определение коэффициента поверхностного натяжения воды дистиллированной, водопроводной, кипячёной, отстойной, минеральной и т.д.
5. Определение количества влаги ( воды ) в хлебобулочных изделиях.

11 класс

1. Зависимость индуктивности катушки от геометрических параметров.
2. Определение показателя преломления крыла мухи ( стрекозы, пчелы ).
3. Определение разрешающей способности глаза.
4. Определение спектральных границ чувствительности человеческого глаза.
5. Исследование зависимости мощности излучения нити лампы накаливания от температуры.

          Выполнение подобного рода экспериментальных заданий логически увязывает теоретические знания с повседневным жизненным опытом школьников, способствует осознанному переносу знаний из одной теоретико-практической ситуации в другую, формирует техническое мышление, развивает воображение и расширяет сферу применения знаний.

У учащихся развивается пытливость ума, смекалка, самостоятельность в суждениях, трудолюбие и упорство в достижении поставленной цели.

          В качестве примера рассмотрим зависимость мощности излучения лампы накаливания от температуры.

Оборудование:   электролампа накаливания на 36 В, 25 Вт, выпрямитель ВС-24 М, амперметр, вольтметр на 50 В.

Содержание и метод выполнения работы:

          Как было экспериментально установлено Стефаном и получено теоретически Больцманом, мощность  W   излучения абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры Т:     W = σ T4

Эта зависимость носит названии закона Стефана-Больцмана.

          В данной работе предлагается исследовать зависимость мощности излучения от температуры и проверить, подчиняется ли излучение нагретой металлической нити закону Стефана – Больцмана.

          Т.к. практически вся электроэнергия, подводимая к нити лампы, преобразуется в энергию электромагнитного излучения, то мощность W  излучения можно принять равной потребляемой электрической мощности  P :       W = P = U I

Следовательно, для определения  W необходимо измерить напряжение  U на лампе и потребляемую силу тока I .

          При изменении напряжения на лампе изменяется и сила тока. Увеличение силы тока приводит к повышению температуры нити лампы и, следовательно, к увеличению мощности излучения. Температуру нити лампы, соответствующую каждому значению силы тока, можно определить, воспользовавшись известной зависимостью сопротивления  Rt   проводника от температуры t :   Rt = R0 (1+ αt )   ( 1 ), 

 где   R0  - сопротивление нити лампы при 0° С,  Rt  - сопротивление при  t° С,  α - температурный коэффициент сопротивления проводника.

          Нить лампы сделана из вольфрама.  α вольфрама в интервале значений температуры от 0 ° до 30° С равен 5 10-3 К -1. При температуре же видимого свечения нити температурный коэффициент электрического сопротивления вольфрама равен приблизительно 5,8 10-3 К-1.

Из формулы ( 1 ) выразим температуру нити:  t =( Rt / R0   – 1 ) /  α 

Легко найти и абсолютную температуру Т:

T = t + 273K = ( Rt / R0   – 1 ) /  α    + 273K = ( 5,8 10-3 )-1 ( Rt / R0   – 1  ) /  α    + 273 K

Величину  Rt  определяют из закона Ома:  Rt  = U / I

А величину  R0 можно вычислить, зная значение  Rt1  при комнатной температуре  t1 :

R0 = Rt1  / 1+ α t1  = Rt1  / 1 + 510-3 K-1 t1

          После обсуждения с учащимися теории и техники выполнения работы, приходим к такому порядку выполнения работы:

1. Измерить электрическое сопротивление Rt1  нити накала лампы при комнатной температуре  t1   с помощью измерительного моста. Вычислить электрическое сопротивление  R0 нити лампы при температуре 0° С .

2. Собрать цепь по схеме  ( схема приведена в конце описания работы ).

3. Изменяя напряжение    на лампе от 16 до 36 В, измерить через каждые 2 В ( 4 В ) значение силы тока  I .

4. Вычислить мощность излучения  W лампы по формуле: W = U I

5. Вычислить электрическое сопротивление Rt1  нити лампы при различных значениях силы тока:  Rt1  =U / I

      6.   Вычислить абсолютные температуры Т нити лампы:

            T =  ( 5,8 10-3 )-1 ( Rt / R0   – 1  ) /  α  273 K

      7.   Вычислить отношения   W /  Т4  для каждой пары значений Т и  W .

            Результаты занести в       таблицу.

       8.  Найти   среднее значение отношения  W /  Т4  и вычислить в процентах отклонение  Δ

            величины  W /  Т4   от среднего значения  W /  Т4.  Оценить границы относительной              

            погрешности  ε определения отношения W /  Т4    и сделать вывод о том, происходит ли

            излучение энергии нагретой нитью в соответствии с законом Стефана-Больцмана.