В современном мире, диктующем новые требования к качеству образования, всё больше внимания уделяется информационным технологиям. Но изучать физику только виртуально – это преступление. Поэтому мы с учениками ставим перед собой задачу как можно приближённее к реальной жизни изучать предмет. На уроках всё неплохо получается, если позволяет оборудование. А вот вне его? На помощь приходит внеклассная работа по физике: кружковая работа, факультативное изучение отдельных вопросов, поисковая, исследовательская работа в экспедиции, походах, на экскурсиях, в домашней обстановке и даже на лыжной прогулке. До чего же это замечательно, когда ученик экспериментально проверил закон природы или смастерил собственными руками простенький прибор, устройство или модель и продемонстрировал перед другими учащимися его в действии.
Занятие 1. Цель занятия: рассчитать коэффициент полезного действия электрической печи при плавлении льда и превращении части воды в пар; построить график зависимости температуры от времени.
Приборы сразу не выдаются, а перед выполнением исследования для более творческой работы выясняем, что надо измерить? Для чего? Какие приборы понадобятся? Что не будем учитывать?
| Понадобятся приборы, устройства, материалы | Измеряем физические величины | Вычисляем | Не учитываем |
|
|
|
Теплообмен с окружающей средой, нагревание стеклянной пробирки. |
mРезультаты исследования
| Масса пробирки mпр. ·10-3 кг. |
Масса пробирки со снегом mпр.+сн. ·10-3 кг. |
Масса снега mсн. ·10-3 кг. |
Масса пара (приблизительно)  m·10-3 кг |
| 28 | 36 | 8 | 2 |
| Время t, мин. | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| Температура t*C | 0 | 0 | 0 | 14 | 36 | 52 | 74 | 98 | 102 | 103 | 103 | 103 |
Результаты вычислений:
Q1=3,4·100000Дж/кг·0,008кг=2720Дж
Q2=4200Дж/кгоС·0,008кг·103оС=3461Дж
Q3=2300000Дж/кг·0,002кг=4600Дж
Q=10781Дж
=10781Дж/(11·60с·63Вт)=0,26
=26%
Занятие 2. Исследование на лыжной прогулке.
Цель: Выявить виды поверхностей, характеризующиеся минимальным трением о снег по определению ускорения скольжения самодельного куба размером 8·8·8см3, грани которого покрыты различными материалами. Куб сделан из тяжёлого бука. Дать рекомендации лыжникам Наро-Фоминской секции, базирующейся в нашей школе.
| Необходимое оборудование и материалы | Измеряемые физические величины |
|
|
| № | Вид поверхности | Перемещение S,м | Время скольжения t,с | Ускорение а,м/с2 | Выводы |
| 1 | Пластик. | 3,80 | 2,12 | 1,69 | Минимальное трение. |
| 2 | Дерево. | 1,30 | 1,88 | 0,74 | |
| 3 | Резина. | 1,55 | 1,85 | 0,91 | |
| 4 | Дерево с набитыми гвоздиками. | 1,10 | 1,75 | 0,72 | |
| 5 | Замша. | 1,00 | 1,83 | 0,60 | Максимальное трение. |
| 6 | Нержавеющая сталь. | 3,80 | 2,94 | 0,88 |
Эксперименты проводились при различной погоде. Выводы: низкая температура и сухой снег увеличивают трение скольжение, рекомендуется смазка парафином, рассчитанным на конкретную температуру. При высокой температуре и мокрых осадках уменьшается трение пластика о снег, рекомендуется наносить на колодку специальную мазь во избежание проскальзывания лыжи назад.
Занятие 3. Определение температуры размагничивания (точки Кюри) дугообразного школьного магнита методом теплообмена с водой.
| Какие необходимо взять приборы, устройства, материалы. | Измеренные физические величины | Используемый закон | Что не учитывалось |
|
|
|
Теплообмен с окружающей средой (воздух, калориметр, термометр). |
Вычисления:
Cст·mст·( Tк-t устан.)=Св· p в·V( tуст.-t нач.)
С·m·T к-С·m· tуст=Св· p ·V· (t уст.-tнач)
Вывод: Температура размагничивания равна начальной температуре болта перед теплообменом с водой. Дальнейшие наблюдения показали, что намагниченность школьного магнита восстановилась. У сплава никеля с железом Тк=550оС, у железа Тк=770оС(справочник А.С.Еноховича). В наших условиях значение 546оС достаточно хорошо согласуется со справочными данными(не учитывая потери).
Исследования в туристических походах.
Исследования проводились в походах в Ярополец Волоколамского района (27-28 мая 2008г.), в Новосёлки Наро-Фоминского района (5-6июня 2007г.) в Этномир Боровского района (3 и 7 января 2010г.), а так же исследование Серебряного (Трояского) озера в районе озера Селигер Тверской области (июль 2009г.) В походах постигаются важнейшие человеческие качества: любовь к Родине, дружба и взаимопомощь, трудолюбие; и достигаются многие задачи: оздоровительные, познавательные, экологические, творческие и др.
1. Поход в Ярополец, на первую ГЭС нашей Родины.
Предположим, что в водохранилище ГЭС вода стоит на 60м выше уровня дна. Каково давление воды на уровне основания плотины ГЭС?
P = pgh =1000кг/м3·10н/кг·60м=6·105Н/м2.
С какой полной силой вода давит на дм2 на уровне основания плотины?
F=ps=6.105 H/м2·0,01м2 = 6000Н= 6 кН
Это всё равно, что 600кг! Больше половины тонны! Вот эту силу использовали для того, что бы получить муку из пшеницы на мельнице, которая сначала была на гидроузле в Яропольце. С 1914 года стали получать электроэнергию, установив генератор, о чём свидетельствует запись в рабочем журнале за подписью инженера; журнал хранится в краеведческом музее Яропольца. Музей организовала заслуженный деятель культуры Н.Кожемяко (ей 85 лет!), которая сама нам про всё рассказывала. В Интернете же сведенья неверные. Там говорится об открытии ГЭС в 1919г, а она уже функционировала с 1914 года.
Рассчитаем энергию той воды, которая , падая с высоты 60м, давит на 1 дм2.
Дано:
m=600кг
h=60м
g=10H /кг
W-?
Решение:
W =mgh
W =600кг·10Н/кг·60м= 360кДж=0.36МДж
Сравним с потребляемой энергией 60-ти ваттной лампой за 1 час.
Wл=Рл·t =60Вт·3600с=0.0216МДж или 0.02МДж.
W/Wл = 0.36 МДж/0.02МДж=18!
Энергия воды больше, чем энергия лампы, а если учесть что вода течёт непрерывно, и площадь плотины во много раз больше, чем 1дм2!!! Вот почему электроэнергии хватало для освещения 22х деревень, расположенных вблизи Яропольца! Чтобы понять важность этого момента в жизни России, попытайтесь представить что у вас отключили электроэнергию хотя бы на час! И лучше зимой, и лучше вечером!
2. Определение плотности воды Серебряного озера.
m=mст. с водой-mст.
V=Vcn. ; p=m /v=120г./100см3=1.2г/см3
Плотность воды озера больше плотности чистой воды!!! Химики института Вернадского утверждают что солей нет, вода чистейшая. Причины повышения плотности не ясны.
3. Исследование глубины погружения.
Нырнув поглубже с перевёрнутой вверх дном мензуркой с ярко выделенными делениями, определим глубину погружения.
Pатм.·S·l=(P атм.+ pgH) ·s·(l-x)
Pатм.·l =Pатм. · l-Ратм.·х+ pgHl- pgHx
Pатм. ·х= pgH(l- x)
4. В походах проводились следующие исследования (только перечислим).
- Определение геомагнитного фона Земли с помощью самодельного прибора.
- Ежедневные измерения атмосферного давления, температуры воды и воздуха с последующим построением графиков.
- Определение КПД при нагревание воды в алюминиевом котелке.
- Определение скорости истекания воды из консервной банки с последующим построением графика.
- Расход воды в реке Барской.
- Установление зависимости скорости звука от влажности воздуха.
- Исследование динамики сыпучих материалов (речной песок и его свойства).
- Определение средней скорости течения воды в реке Барской с помощью поплавков и секундомера.
- Определение ширины, глубины реки, среднего гидростатического давления Рср.= pghср. в различных местах русла реки с помощью шеста и рулетки.
При желании можно найти и другие объекты исследования.
Исследование – универсальный способ познания действительности, который способствует развитию и бытию личности в современном динамично изменяющемся мире.