Пояснительная записка
Идея данного урока и большая часть материала взята из книги И.Я. Ланиной «Внеклассная работа по физике». {2}
Правда, в данном пособии речь идёт о проведении физической выставки как форме внеклассной работы.
На основе предложенной И.Я. Ланиной в качестве примера выставки материала, мною был разработан урок, который я провожу в конце 7 класса. В течение четвёртой четверти семиклассники приносят из дома игрушки, которые мы используем на уроке в качестве демонстрационного материала. В соответствии с принесёнными игрушками материал урока несколько корректируется, но основа урока остаётся неизменной, так как в классе уже накоплен банк игрушек, которые используются на данном уроке. Помимо игрушек дети собирают к уроку разные загадки, сочиняют стихи, некоторые игрушки делают своими руками.
Класс делится на группы, каждая группа выбирает себе определённый раздел урока – выставки игрушек, который они и будут представлять. Ребята распределяют между собой опыты, необходимые для демонстрации принципа действия игрушек, а также игрушки, о которых будут рассказывать, знакомятся с принципом действия игрушек своей группы.
Перед выступлением каждой группы на доске появляется большой альбомный лист, на котором написано красочно название представляемых игрушек, рисунки игрушек, а также стихи.
В последний раз к уроку были приготовлены слайды, которые заменили альбомные листы и вызвали больший интерес со стороны учащихся, так как были использованы в слайдах анимационные рисунки, оживившие представляемый текст. (См. презентацию)
Урок всегда проходит живо, заинтересованно, на нём демонстрируется несложные опыты, многие из которых дети могут повторить дома. Опыты всегда вызывают большой интерес у детей. По ходу демонстраций ребята группы просят зрителей объяснить данный опыт, ответить на вопросы, отгадать загадки, а затем показывают в действии те игрушки, которые ребята принесли к уроку из дома.
В конце урока выбираются игрушки, которые понравились ребятам более всего, а также выставляются баллы за выступление.
После урока ещё долгое время ребята рассматривают игрушки, задают много вопросов.
Иногда подобный урок семиклассники повторяют для ребят начальных классов.
Цели урока: соединить замечательный мир детства, из которого семиклассники начинают выходить, с миром науки, в который они вступают; показать практическое применение физики в создании различных игрушек, повторить полученные на уроках знания, учить применять их на практике; привитие интереса к физике, развитие естественного стремления учащихся выяснять причины окружающих их явлений.
Содержание урока.
Вступительное слово учителя:
-Урок мне хочется начать стихотворением бывшей ученицы нашей школы Медведевой Марины, которая написала эти стихи, когда сама училась в седьмом классе.
Физика – предмет из самых важных:
В ней открытий сделано немало,
Изучая физику, однажды
Поняла, как много я узнала.
По формулам задачи мы решаем,
Что такое сила, масса, знаем.
Нас опыт Торричелли удивил,
А закон Паскаля поразил.
Плавать в море лучше до обеда,
Знаю из закона Архимеда.
Пусть не всё ещё я понимаю,
Только физика нужна мне – точно знаю.
Это скажет каждый: без неё
Плохое было бы у нас житьё.
Вырасту, окончу школу, кем-то стану,
Но физику любить не перестану.
Возможно, признаний физике в любви было бы больше, если бы каждый человек понимал значимость этой науки, её необходимость. Ведь, если вдуматься, физика нужна всем: токарю и пахарю, врачу и космонавту, клоуну и инженеру. Но физика – это не только серьёзные книги и сложные приборы, физика - это и удивительно простые опыты, показанные в кругу друзей, это игрушки – самоделки, которые вы можете сделать своими руками, это занимательные фокусы и интересные исследования того или иного физического явления. Физика помогает нам объяснить многие загадочные процессы, происходящие в природе. Её открытия делают жизнь человека более комфортной и интересной. Фотоаппарат, телефон, радио, кино, телевидение, магнитофон и компьютер – малая толика того, что дала человеку физика. А ещё без физики невозможно было бы создать многие чудесные, всеми нами любимые игрушки. Вот о них-то и пойдёт сегодня речь.
Какие бывают игрушки? Что общего между вот этим плюшевым мишкой и этим паровозиком? Как физика помогает объяснить их устройство и принцип действия, не ломая и не разбирая игрушку? Какие физические законы и явления мы можем применить для объяснения действия той или иной игрушки?
Конечно, все виды игрушек мы рассмотреть на одном уроке не сможем. Сегодня мы будем говорить о тех игрушках, принцип действия которых вы уже понять можете. И начнём мы с игрушек, с которыми вы любили играть, когда вас мамы купали в ванне. Об этих игрушках лучше не скажешь:
Ветер по морю гуляет и кораблик подгоняет.
Он бежит себе в волнах на раздутых парусах.
Кто автор этих строк? А вот ещё:
Наша Таня громко плачет: уронила в речку мячик.
Тише, Танечка, не плачь, не утонет в речке мяч.
А эти стихи кто написал?
А теперь я предоставляю слово ребятам, которые расскажут нам о плавающих игрушках. А чтобы вы поняли, как они действуют, ребята продемонстрируют вам некоторые несложные опыты, которые помогут вам вспомнить то, что вы в этом году изучали на уроках физики.
На доске появляется лист, на котором изображены детские игрушки под названием «Плавающие игрушки», либо первый слайд презентации.
Наша Таня громко плачет:
Уронила в речку мячик.
Тише, Танечка, не плачь,
Не утонет в речке мяч.
В существовании выталкивающей силы легко убедиться на опыте. Для этого прикрепим небольшой груз к динамометру. Измерим вес груза, а затем опустим груз в стакан с водой. Динамометр показывает меньший вес, пружина его сжимается, потому что со стороны воды на груз действует выталкивающая сила. Величина её зависит от плотности жидкости и объёма вытесненной телом воды.
Возьмём яйцо, Рисунок 2. В воде оно тонет. Будем подсыпать соль в воду. Когда плотность воды и плотность яйца сравняются, то яйцо начинает плавать в воде. А вот интересная игрушка «картезианский водолаз». Посмотрите, как он то опускается в воду, то поднимается вверх. Попробуйте объяснить этот опыт.
(Если учащиеся затрудняются это сделать, то объяснение дают сами ведущие).
Если нажать пальцем на резиновую плёнку, которой закрыт цилиндр с водой, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно. Когда мы отпускаем плёнку, давление уменьшается, и часть воды выходит из игрушки (давление на одном и том же уровне по всем направлениям должно быть одинаковым).
Можно самим сделать ещё одну интересную игрушку – «плавающий подсвечник». Рисунок 3
Воткнём снизу посредине свечи кнопку или небольшой гвоздик для того, чтобы свеча, плавая у поверхности воды, сохраняла вертикальное положение и не опрокидывалась. Если плавающую свечу зажечь, её вес будет постепенно уменьшаться, но и объём погружённой в воду части свечи также будет становиться всё меньше и меньше. Равенство между весом свечи и выталкивающей силой не будет нарушаться.
А вот перед вами корабль. Рисунок 4. При каких условиях он будет плавать?
(Вспоминают условия плавания тел).
А сейчас мы покажем вам плавающие игрушки. Когда вы плывёте, вы руками отбрасываете воду в одну сторону, получая движение в другую. Так и эти игрушки.
(Демонстрируют плавание в аквариуме заводной лягушки, дельфина и т.д.)
А теперь просим вас назвать физические законы и понятия, которые мы изучали в этом году на уроках физики, и которые учитывают при изготовлении плавающих игрушек.
(Повторяют закон Архимеда, выталкивающую силу).
Вы игрушки эти
не вздумайте трясти,
Их вам надо, дети,
Взять и завести.
Несколько разочков
Ключик поверни,
И тогда запрыгают,
Побегут они.
Разберёмся в этом. Проделаем такой опыт: поместим пружину на металлический стержень от подъёмного столика, сожмём пружину и свяжем её ниткой. Когда мы сжимаем пружину, мы сообщаем ей потенциальную энергию. Подожжём нитку, пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как её потенциальная энергия перешла в кинетическую.
Опыт 2. А теперь с наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже придёт в движение. Объясните, почему?
(Ответ: поднятый на высоту шарик тоже обладает потенциальной энергией, которая переходит при его падении по наклонной плоскости в энергию движения, то есть кинетическую энергию).
Опыт 3. А это маятник Максвелла. Закручивая нить и поднимая палочку, мы сообщаем ей потенциальную энергию, которая при падении переходит в кинетическую, а затем снова в потенциальную, поэтому палочка поднимается снова вверх. Если бы не было трения о воздух, такое движение (колебания маятника) происходило бы бесконечно долго.
Вернёмся к нашим игрушкам. Внутри каждой из них есть вал, пружина и зубчатое колесо. Потенциальная энергия пружины, которую мы закручиваем при заводе игрушки, переходит в кинетическую энергию механизма, и ножки утёнка или колёса паровозика приходят в движение.
Ребята заводят все игрушки и показывают, как они движутся.
Вопрос:
Какой физический закон учитывается при изготовлении заводных игрушек?
(Ответ: закон сохранения и превращения механической энергии).
Их не надо заводить.
Надо просто покатить.
Маховик придёт в движенье,
Трудно их остановить.
Рисунок 6. На тележку поместим фигурку солдата и заставим тележку вместе с ним двигаться, поставив впереди на некотором расстоянии препятствие (гирю). Тележка, ударившись о гирю, останавливается, а фигурка солдата, продолжая движение, падает. Кто вспомнил, в чём заключается явление инерции? (После ответов ребят продолжают).
Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней или передней оси, соединяющей колёса, находится ряд шестерёнок, которые в свою очередь соединяются с маховиком, то есть массивным цилиндром. Мы толкаем автомобиль, шестерёнки придают движение маховику. Маховик же обладает большой массой, поэтому будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.
В Америке уже созданы настоящие автомобили, которые называются махомобили. В них нет двигателя внутреннего сгорания, им не нужен бензин. В них есть небольшой электрический двигатель, который от аккумулятора приводят в движение, а он в свою очередь заставляет двигаться маховик. Раскрутившись, маховик долго может двигаться по инерции. Такие махомобили не засоряют атмосферу выхлопными газами. Может быть, и мы когда-нибудь будем ездить на махомобилях. {1}
Ребята показывают рисунок махомобиля, а затем демонстрируют имеющиеся у них инерционные игрушки.
То тихо, то громко
Звучит камертон.
Как звук появился
Расскажет нам он.
Играет шарманка,
Гремит погремушка,
Какие чудесные
Эти игрушки.
Наклонится кукла Маша,
Встанет прямо.
И тебе на ушко тихо скажет: «Мама»
стороны в него подуть, то звука не будет слышно. Если открыть канал и подуть в игрушку, то раздаётся паровозный гудок. Хотите узнать, почему это происходит? Тогда обратимся к опыту:
Опыт 1. (Демонстрация камертона). Это камертон – прибор для настройки музыкальных инструментов. Если по нему ударить молоточком, он зазвучит.
Почему? Установим около ножки камертона шарик, подвешенный на нити. Когда мы ударим по ножке камертона, она начинает колебаться, то есть двигаться то в одну, то в другую сторону. Это движение передаётся шарику.
Как только прекращаются колебания камертона – исчезает и звук. Значит, источником звука являются колеблющиеся тела.
В канале паровозика колеблется воздух, поэтому мы и слышим звук.
Опыт 2. Звуки бывают разные: громкие и тихие, высокие и низкие. Чем чаще колеблется тело, тем выше звук (сравните звук, который издаёт в полёте комар – тонкий, высокий, и шмель – низкий). А почему? Ответьте сами. (Ответ: комар чаще машет крылышками, чем шмель).
Теперь посмотрите другую игрушку – «Кот в сапогах». Когда мы нажимаем на неё, воздух выходит из подушки, находящейся внутри игрушки, а когда мы её отпускаем – устремляется внутрь подушки, она постепенно распрямляется, воздух внутри неё колеблется, издавая звук.
«Говорящие» куклы умеют произносить «Мама». Причина этого – колебания воздуха внутри кожаной коробочки с отверстиями, которую помещают внутрь игрушки. При наклоне куклы грузик, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить в отверстия. Колебания воздуха сопровождаются звуком.
Опыт 3. Посмотрите, как тихо звучит камертон без ящика. Если же поставить камертон на ящик, то его колебания через стенки ящика передаются воздуху в нём. Воздух начинает
тоже колебаться и издавать звук. Если колебания воздуха и колебания ножек камертона будут происходить с одинаковыми частотами, то произойдёт усиление звука – резонанс.
Причиной музыкальных звуков, издаваемых шарманкой, тоже является воздух внутри неё. Чтобы звук был громче, ящик шарманки делают большим и полым.
Такие же резонаторные ящики есть у пианино, гитары и других музыкальных инструментов.
Игрушки, действие которых основано на различном положении центра тяжести.
Представим себе, что мы с вами в цирке. Выступают акробаты, жонглёры.
У Ваньки, у Встаньки – несчастные няньки:
Начнут они Ваньку укладывать спать,
А Ванька не хочет, приляжет и вскочит,
Уляжется снова и вскочит опять…
Лечил его доктор из детской больницы.
Больному сказал он такие слова:
Тебе, дорогой, потому не лежится,
Что слишком легка у тебя голова.
Опыт 1. Возьмём линейку и подвесим её на нитке так, чтобы нитка свободно передвигалась. Будем менять положение петли, чтобы линейка пришла в равновесие. В этом случае говорят, что она подвешена в центре тяжести.
Опыт 2. Центр тяжести есть у любого тела: у круга, треугольника и т.д. (показывают фигуры на нитках). Вы и сами можете найти центр тяжести у любой фигуры, физика может вам помочь, было бы желание.
Опыт 3. Возьмём «этажерку» и будем менять её положение. Заметим, что если вертикаль, проведённая из центра тяжести, пересекает площадь опоры, то этажерка остаётся в равновесии. Если нет, этажерка перевернётся.
Опыт 4. Если шарик лежит на плоскости, то такое равновесие называют безразличным. Если шарик поместим на выпуклую поверхность, то его равновесие будет неустойчивым, шарик будет «стараться» занять такое положение, при котором его центр тяжести понижается, то есть шарик будет скатываться вниз. А на вогнутой поверхности положение его центра тяжести самое низкое – наблюдается устойчивое равновесие. (Демонстрируют устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесие)
При всяком наклоне неваляшки её центр тяжести повышается. Это вызывает самостоятельное движение игрушки к исходному положению наиболее устойчивого равновесия, при котором центр тяжести расположен ниже.
А вот ещё несколько игрушек, действие которых объясняется понижением их центра тяжести. (Демонстрация конуса, катящегося вверх, балансирующего клоуна и др.).
Хоть названье и мудрёное,
Все игрушку эту знают.
И не только дети, взрослые,
С удовольствием играют.
Может петь, как сверчок,
Как зовут её? Волчок.
Разноцветна, мила,
Можно звать её Юла.
Под действием толчка волчок лишь отскакивает в сторону и продолжает вращаться вокруг вертикальной оси.
В чем причина такой устойчивости вращения? Она тоже связана с одним из физических законов – законом сохранения момента количества движения. Попробуем установить волчок вертикально. Это нам не удаётся. Заставим волчок быстро вращаться, и он сразу становится устойчивым. Заметим, что волчок при этом описывает своей осью
коническую поверхность. В этом и состоит секрет устойчивости волчка, а само это свойство сохранения устойчивости при вращении называют гироскопическим свойством. Такие свойства широко используют в цирке. Бросая в воздух ножи или шары, жонглёр придаёт им вращение вокруг продольной оси. Благодаря этому предметы приобретают устойчивость, и это «помогает» артисту показывать эффектные номера.
Это же свойство широко используют и спортсмены. Чтобы волейбольный мяч двигался строго в желаемом направлении, ему сообщают вращение. Дискоболы, метая диск, тоже придают ему вращение вокруг его оси симметрии. Поэтому диск в течение всего полёта сохраняет плоскость своего вращения неизменно под одним и тем же углом к горизонту, уменьшая вредное воздействие сил сопротивления и увеличивая дальность полёта.
(Следует показ летающей тарелки, жонглирование, вращение различных волчков).
Урок заканчивается подведением итогов. Ребята оценивают выступления разных групп, выбирают игрушки, которые им более всего понравились.
Литература:
- Гулиа Н.В. В поисках «энергетической капсулы». М., «Детская литература», 1984;
- Ланина И. Я. Внеклассная работа по физике. М., «Просвещение», 1977.