Программа "Прикладная физика для начинающих. 9-й класс"

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.

Данная программа “Прикладная физика для начинающих” составлена для учащихся 7–9-х классов средней общеобразовательной школы, занимающихся в системе дополнительного образования. Здесь представлен фрагмент, относящийся к 9-му классу. Программа для 7–8-х классов находится среди материалов за 2006–2007 и 2007–2008 уч. годы.

Отличительной особенностью данной программы является:

1. Прохождение изучаемого материала осуществляется примерно параллельно курсу физики в основной школе [1, 2]. Оно содержит соответствующее повторение и сопровождается проведением самостоятельных экспериментов, изготовлением пособий и моделей, закреплением, расширением и углублением знаний учащихся, что повышает эффективность обучения.
2. В программу внесен для решения общеобразовательных задач раздел с названием воспитательного характера. Его назначение – проведение целенаправленной образовательно-воспитательной работы с учащимися, формирование творческой личности с активной жизненной позицией.
3. Учащиеся должны постепенно научиться рекламировать или свои изделия, или исследовательские работы. Т.е. им нужно умение выделять главные и отличительные характеристики продукта труда. А если это выполненная ими исследовательская работа, то в ней необходимо четко видеть цели и задачи, аргументировать актуальность и привнести элементы новизны в представленную тему.
4. Программа предусматривает поиск и подготовку будущих “генераторов идей” в процессе выполнения творческих заданий.
5. Достижение очень высоких результатов возможно не только отличниками (как в условиях школы), но и теми обучающимися, кто уже сделал свой профессиональный выбор (эти школьники успешно участвуют в исследовательской деятельности).

2.ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И СПОСОБЫ ИХ ПРОВЕРКИ.

Учащимся необходимо знать теоретический материал, рассматриваемый на уроках физики и на занятиях творческого объединения по основным разделам физики. Обучающиеся должны уметь на практике пользоваться приборами; должны овладевать навыками письменной речи, для того, чтобы грамотно, ясно и доступно выразить свои мысли при написании инструкций к своим моделям и приборам, при составлении текстов исследовательских работ (и в этом случае уметь выступить со своей работой). Учащиеся улучшают навыки чтения и построения графиков, составления таблиц, диаграмм, схем и т. д., получают навыки решения задач технического содержания.

б) Проверка результатов

Конечными результатами работы по этой программе будут: а). Изготовление моделей и других наглядных пособий для уроков физики (биологии, истории, технологии и т.д.; б). Выполнение и защита работ и проектов исследовательского характера. Высшей формой оценки труда учащихся является участие в научных конференциях различного уровня. Поощрительной формой оценки труда учащихся является также демонстрация приборов, выполненных руками учащихся и выступление со своими исследовательскими работами перед различными аудиториями, например, перед педагогами.

3. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

План составлен с учетом “Обязательного минимума содержания основного общего образования по физике” [3, с.5] и “Примерной программы основного общего образования” под редакцией Коровина В. А. [3, с.8].

3^ий год обучения

Тема 1. Физические методы изучения природы:
теоретический и экспериментальный (10 часов)

Определение цены деления и показаний приборов. Абсолютная и относительная погрешность. Класс точности приборов. Определение погрешности измерения. Правила техники безопасности.

1. Определение цены деления различных приборов, снятие показаний.
2. Определение погрешностей для прямых и косвенных измерений.

Тема 2. Механика.
Методы исследования механических явлений (30 часов)

Механическое движение. Прямолинейное и криволинейное. Равномерное и неравномерное движение. Скорость и ускорение. Инерция. Масса и способы её измерения. Сила. Явление тяготения. Сила тяжести и ускорение свободного падения в различных географических точках Земли и относительно её поверхности. Ускорение свободного падения на других небесных телах. Силы упругости, давления, реакции опоры, трения. Виды трения. Вес. Трение в природе и технике. Законы Ньютона. Сложение сил.

Исторический аспект и перспективы создания аппаратов для перемещения во всех средах (в воде, под водой, в воздухе, по суше, в межпланетном пространстве). Создание комбинированных аппаратов: амфибии, акваплан и т.д. Реактивное движение.

Колебательные движения. Маятники. Амплитуда, период, частота, фаза колебаний. Зависимость периода колебаний от длины маятника. Упругие колебания, зависимость периода от упругих свойств тела и массы. Превращение энергии при колебаниях. Затухание колебаний. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс в природе и технике. Положительные и отрицательные примеры.

Механические волны. Продольные и поперечные. Длина волны и скорость её распространения. Землетрясения и изучение внутреннего строение Земли. Звук. Его распространение и скорость. Инфра- и ультразвук. Звук в природе и технике. Ультразвук в медицине, природе, технике. Влияние инфразвука на человека, механизмы и сооружения.

1. Определение скорости и ускорений движущихся тел.
2. Определение коэффициента трения для различных поверхностей.
3. Изучение резонанса.
4. Изучение колебаний груза на пружине (вертикальный и горизонтальный маятник).
5. Эксперименты с математическим маятником.
6. Эксперименты с коническим маятником.
7. Проверка правила параллелограмма для сложения сил.
8. Законы Ньютона. Изучение зависимостей физических величин.
9. Свободные и вынужденные колебания. Затухание колебаний.
10. Изучение движения тела, брошенного горизонтально.
11. Изучение движения тела, брошенного вертикально вверх.
12. Изучение движения тела, брошенного под углом к горизонту.

Изготовление пособий и моделе

Оборудование для записи колебаний, для исследования резонанса, генератор звуковых колебаний, подборка иллюстрированного материала об ультра- и инфразвуке в природе и технике, маятник Максвелла, модель маятника Фуко.

Датчики наличия ускорения. Модели транспортных средств (колесные, шагающие, на воздушной подушке и т.д.).

1. Сила трения.
2. Сила упругости.
3. Давление жидкостей и газов.
4. Ускорение свободного падения на различных планетах Солнечной системы (влияние на различные процессы).
5. Механика текучих сред и средства передвижения в них.
6. Наглядные пособия по теме “Простые механизмы” для физики, истории и биологии.
7. Резонанс в природе и технике.
8. Инфра- и ультразвук в природе и технике.
9. Землетрясения (колебания, волны, результаты, прогнозы).

Тема 3. Электрические явления и методы их исследования (72 часа)

Электрический ток в металлах, растворах электролитов, в полупроводниках. Амперметр, вольтметр, мультиметр, реостаты. Соединение проводников (последовательное, параллельное, смешанное). Работа и мощность тока. Применение полупроводниковых приборов. Диоды, светодиоды, транзисторы, терморезисторы, фоторезисторы, фотоэлементы. Перспективы применения фотоэлементов в промышленности, автомобилестроении, в быту, в подсобных хозяйствах и прочее. Изготовление несложных моделей с использованием полупроводниковых приборов.

1. Сборка электрических цепей и снятие показаний с амперметров и вольтметров.
2. Составление различных схем электрических цепей.
3. Решение задач по созданию конкретных устройств с применением электрического тока. Задачи по ТРИЗ (теории решения изобретательских задач).
4. Изучение некоторых элементов электронной вычислительной техники (логические элементы “И”, “ИЛИ”, “НЕ”).
5. Изучение полупроводникового диода.
6. Изучение работы термистора.
7. Изучение принципа действия фоторезистора.
8. Изучение работы транзистора.
9. Изучение конструктора на полупроводниках, работающего в импульсном режиме.
10. Работа с радиоконструктором: генератор, передатчик, приемник, электронная “няня”.
11. Сборка простейших схем из полупроводниковых деталей.

Изготовление пособий и моделей

1. Электрифицированные игры и игрушки с полупроводниковыми приборами.
2. Генераторы звуковых сигналов, импульсов и т.п.
3. Приборы для определения и измерения различных физических величин и параметров: сигнализатор наличия ускорения; индикаторы влажности; измерители температуры; измеритель концентрации или плотности раствора; индикатор электрического поля и т.д.
4. Изготовление приборов по схемам, приведенным в журналах “Юный техник”, “Радио” и др. Изготовление несложных автоматических устройств с использованием полупроводниковых приборов.

1. Электрический ток в различных средах.
2. Электрические датчики и указатели в различных технических устройствах.
3. Простейшие полупроводниковые приборы.
4. Источники электрического тока.
5. Перспективы использования фотоэлементов.
6. Электрическое оборудование автомобиля.
7. Самодельные электрические приборы для кабинета физики.
8. Самодельные электрические приборы для кабинета автодела.
9. Электрический ток в полупроводниках.
10. Расширение пределов изменения амперметра и вольтметра (шунты и добавочные сопротивления).
11. Влияние электрических полей на рост и развитие растений.
12. Гальваностегия и гальванопластика.
13. Элементы автоматики.

Тема 4. Электромагнитные явления (70 часов)

Магнитное поле, электромагниты и их применение. Постоянные магниты и их применение. Действие магнитного поля на проводник с током. Рамка с током в магнитном поле. Электроизмерительные приборы (электромагнитной системы, магнитоэлектрической, индукционной и т.п.). Принцип действия электродвигателя. Индукция магнитного поля. Магнитный поток. Электромагнитная индукция. История открытия этого явления. Получение переменного и постоянного индукционного тока. Генератор постоянного и переменного электрического тока. Принцип действия трансформатора. Применение трансформатора, передача электрической энергии на расстояние. Трансформаторы в электробытовой технике. Электромагнитные реле и их применение. Электромагнитное поле и электромагнитные волны. Телефон и сотовая связь.

1. Получение и фиксирование изображения магнитных полей.
2. Изготовление электромагнита и изучение его свойств.
3. Изучение явления электромагнитной индукции.
4. Электромагнитное реле.
5. Решение задач по составлению схем различных устройств, содержащих электромагнитные реле. Задачи по ТРИЗ.
6. Изучение электродвигателя и принципа его действия.
7. Изучение генераторов постоянного и переменного тока (автомобиль).
8. а) Электромагнитное поле.

б) Изучение трансформатора, сборка электрической цепи с трансформатором.

9. Изучение устройства электроизмерительных приборов различных систем.
10. Магнитоуправляемые герметизированные контакты.
11. Принцип действия телеграфа и телефона. Современные средства связи.
12. Электромагнитные волны.

1. Спектры магнитных полей.
2. Модели генераторов постоянного и переменного тока.
3. Действующие модели с элементами автоматики.
4. Действующие модели с применением трансформаторов.
5. Принцип действия электромагнитного реле.
6. Действующие модели с электромагнитными исполнительными органами.
7. Китайский компас (магнит на поплавке).
8. Макеты: принципы действия электроизмерительных приборов различных систем.
9. Электромагниты.
10. Электромагнитный “водолаз”.
11. Игрушки с применением электромагнитов.
12. Куклы (игрушки) для кукольного театра с использованием электродвигателей.
13. Приемники и передатчики радиосигналов.

1. Магнитное поле Земли; полярные сияния; палеомагнетизм.
2. Влияние магнитных полей на живые организмы (гелиобиология Чижевского).
3. Устройства с электромагнитными исполнительными органами.
4. Элементы автоматики на производстве.
5. Приборы и игрушки для физкабинета с электромагнитами и электромагнитными реле.
6. Электромагнитная индукция в различных технических устройствах.
7. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны.

Тема 5. Строение атома и атомного ядра. Использование ядерной энергии (20 часов)

Модели атомов. Опыт Резерфорда. Радиоактивность. Экспериментальные методы исследования элементарных частиц. Открытие протона и нейтрона. Состав атомного ядра. Массовое и зарядовое число. Изотопы. Их применение в медицине, промышленности, сельском хозяйстве, археологии, палеонтологии и пр. Альфа- и ?-распад. Правило смещения. Ядерные силы. Энергия связи. Дефект масс. Деление ядер урана. Цепная реакция. Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию. Атомная энергетика. Получение радиоактивных изотопов. Термоядерная реакция. Атомная бомба, термоядерная, нейтронное оружие. Биологическое действие радиации. Элементарные частицы и античастицы.

Экологические проблемы ядерной энергетики или применения ядерного оружия.

1. Изучение технических методов регистрации заряженных частиц.
2. Изучение ускорителей заряженных частиц (по схемам и таблицам).
3. Изучение методов использования радиоактивных изотопов в различных областях деятельности человека.
4. Решение задач на правило смещения и получения продуктов ядерных реакций.

1. Таблица “Применение радиоактивных изотопов”.
2. Таблица “Технические методы регистрации заряженных частиц”.
3. Схемы “Радиоактивное семейство изотопа”.
4. Таблица “Влияние радиации на организмы”.

Темы исследовательских работ

1. Влияние радиации на рост и развитие организмов. Мутации.
2. Атомная энергетика (плюсы и минусы по сравнению с другими видами энергии).
3. Методы наблюдения и регистрации заряженных частиц и излучений в ядерной физике. 4. Элементарные частицы.
4. Получение и применение радиоактивных изотопов.
5. Звезды и происхождение химических элементов.
6. Термоядерные реакции – перспективы развития энергетики.
7. Последствия радиоактивного заражения местности. Ядерная зима.

Тема 6. Формирование личностных качеств учащихся (8 часов)

Интеллектуальная собственность, авторские права. Их защита. Плагиат. Правила пользования чужой интеллектуальной собственностью: цитирование, ссылки. Научная добросовестность при проведении эксперимента или в теоретических обоснованиях. Реклама. Рекламные проекты собственных изделий или идей исследовательских работ.

История науки и цивилизации как суммарный результат деятельности отдельных ученых. Биографии ученых, история изобретений и открытий (соответственно тематике выбранного для изучения материала). Вклад в развитие науки и техники ученых нашей страны. Жизнь и деятельность ученых (любой области науки), биографии которых связаны с регионом проживания учащихся. Оценка такого явления как “утечка мозгов”. Вопросы приоритета и конкуренции в науке. Индивидуальность произведений искусства и неизбежность конкуренции и “переоткрытий” в области науки и техники.

Литература

1. Перышкин А.В., Гутник Е. М. Физика 7–9. – М.: Дрофа, 2000.
2. Громов С.В., Родина Н. А. Физика 7–9. – М.: Просвещение, 2000.
3. Коровин В.А. Оценка качества подготовки выпускников основной школы по физике. – М.: Дрофа, 2002.
4. Спасский Б.И. Хрестоматия по физике. – М.: Просвещение, 1982.
5. Резников З.М. Прикладная физика. – М.: Просвещение, 1989.
6. Чандрасекар Б. Почему все вокруг такое, какое оно есть?//Физика, 2002–2004.
7. Рымкус А.А. Уроки с применением методов ТРИЗ.// Физика, № 29, 2003.