Опыт работы в школе показывает, что большие возможности для развития мышления и творческих способностей учащихся дает учебно-исследовательская работа. Выполнение исследовательских работ позволяет более глубоко изучить исследуемый объект, побуждает учащихся мыслить масштабно, искать причинно-следственные связи в изучаемых явлениях природы, делать самостоятельные выводы, обобщать и использовать результаты исследований в практике собственной жизни. Учебные исследования, учитывающие практические нужды предмета, школы, да и самого учащегося, поднимают авторитет школьных знаний, сближают с жизнью, дают возможность на практике применить знания, полученные на уроках. Создание нового учебного пособия – баллистического маятника – и было одной из таких исследовательских работ.
Метод баллистического маятника используется для определения скорости быстро движущихся объектов. Изготовленный маятник представляет собой полый цилиндр (часть стальной трубы), внутренний диаметр которого 4 см, длина 25 см. Полость его до половины заполнена пластилином. На корпус при помощи заклепок укреплены четыре металлические петли при помощи которых крепится бифилярный подвес, который необходим, чтобы предупредить возникновение поперечных отклонений маятника, если пуля ударяет сбоку от оси цилиндра. На нижней образующей цилиндра укреплена прозрачная линейка длиной 20 см. (рисунок 1). Для крепления повеса на потолке кабинета была установлена пластина из ДСП с закрепленными на ней крюками. Подвес представляет собой четыре нити длиной 1,7 м. (рисунок 2). Чтобы легче было устанавливать маятник в горизонтальное положение, нижний конец нитей закреплен при помощи полимерной трубки, что позволяет регулировать его длину. На концах нитей укреплены металлические крючки. Отсчет величины горизонтального смещения маятника осуществляется на экране при помощи теневой проекции. На экране заранее необходимо сделать отметку, относительно которой будет измеряться горизонтальное смещение. В качестве осветителя мы используем отреставрированный старый детский фильмоскоп с откидной крышкой ДМ-4Т. Линейка маятника помещается между объективом и конденсором. Для установки пневматической винтовки или пистолета была изготовлена специальная подставка (рисунок 3)
 Рисунок 1 |
 Рисунок 2 |
 Рисунок 3 |
|
Используется данная установка при изучении неупругого соударения тел. Перед соударением маятник покоится, а пуля движется со скоростью v. После соударения маятник и пуля имеют общую скорость u. В соответствии с законом сохранения импульса mv = (M + m)u, где m – масса пули, М – масса маятника. Измерение массы пули проводим на весах с цифровой индикацией, а измерение массы маятника на рычажных весах. При ударе пули в маятник его груз вместе с пулей приобретает кинетическую энергию, равную после соударения (M + m)u2/2. А так как масса пули m << М массы маятника, то ее энергией можно пренебречь и записать уравнение закона сохранения и превращения энергии в виде: Mu2/2 = Mgh. Здесь h – высота, на которую поднялся центр масс системы маятник-пуля. Из несложных геометрических построений можно показать, что h = L – (L2 – x2)1/2, где L – длина нити, х – горизонтальное смещение маятника (определяется по теневой проекции). Решая совместно эти уравнения несложно найти скорость пули.
Мы производим выстрелы из пневматической винтовки ИЖ-38С и пистолета ИЖ-53М, которые имеются в школьном тире. Неплохо произвести выстрелы из одного оружия, используя пули разной массы.
Таким образом, исследовательская работа учащихся позволила пополнить кабинет физики новым демонстрационным прибором.