Занятие студии "Юные физики": "Стандартные и нестандартные методы определения физической величины «плотность»"

Разделы: Физика, Дополнительное образование

Ключевые слова: плотность вещества, естественнонаучная грамотность

Тип занятия: комплексное применение знаний и способов действий.

Методы обучения: интерактивные.

Цели занятия: создание условий для овладения обучающимися элементами естественно- научной грамотности: научно объяснять явления, оценивать и понимать особенности научного исследования, интерпретировать данные и использовать научные доказательства для получения выводов; формирование интереса к научному изучению природы.

Задачи занятия:

  • приобретение обучающимися умений описывать и объяснять физические явления с использованием полученных знаний;
  • освоение обучающимися методов решения простейших расчётных задач с использованием физических моделей, творческих и практико-ориентированных задач;
  • развитие у обучающихся умений наблюдать природные явления и выполнять экспериментальные исследования с использованием измерительных приборов;
  • освоение обучающимися приёмов анализа и критического оценивания информации.

Формы работы: групповые.

Планируемые результаты:

Личностные:

  • осознание обучающимися ценности физической науки как мощного инструмента познания мира, основы развития технологий, важнейшей составляющей культуры;
  • развитие у обучающихся любознательности, интереса к исследовательской деятельности;
  • сформированность у обучающихся рефлексии, признание своего права на ошибку и такого же права у другого человека;
  • потребность обучающихся во взаимодействии при выполнении исследований и проектов физической направленности, открытость опыту и знаниям других.

Метапредметные:

  • овладение обучающимися умением оценивать на применимость и достоверность информацию, полученную в ходе исследования или эксперимента;
  • овладение обучающимися умением самостоятельно формулировать обобщения и выводы по результатам проведённого наблюдения, опыта, исследования;
  • овладение обучающимися умением самостоятельно выбирать оптимальную форму представления информации и иллюстрировать решаемые задачи несложными схемами, диаграммами, иной графикой и их комбинациями;
  • овладение обучающимися умением в ходе обсуждения результатов лабораторных работ задавать вопросы по существу обсуждаемой темы и высказывать идеи, нацеленные на решение задачи и поддержание благожелательности общения;
  • овладение обучающимися умением сопоставлять свои суждения с суждениями других участников диалога, обнаруживать различие и сходство позиций;
  • овладение обучающимися умением выражать свою точку зрения в устных и письменных текстах;
  • овладение обучающимися умением публично представлять результаты выполненного физического исследования;
  • овладение обучающимися умением принимать цели совместной деятельности, организовывать действия по её достижению: распределять роли, обсуждать процессы и результаты совместной работы; обобщать мнения нескольких людей;
  • овладение обучающимися умением выполнять свою часть работы, достигая качественного результата по своему направлению и координируя свои действия с другими членами команды;
  • овладение обучающимися умением ориентироваться в таком подходе принятия решений, как принятие решений группой;
  • овладение обучающимися умением объяснять причины достижения (не достижения) результатов деятельности, давать оценку приобретённому опыту;
  • овладение обучающимися умением оценивать соответствие результата цели и условиям.

Предметные:

  • овладение обучающимися умением описывать изученные свойства тел используя физические величины (масса, объём, плотность вещества, вес тела, давление (жидкости, газа), выталкивающая сила; при описании правильно трактовать физический смысл используемых величин, их обозначения и единицы физических величин, находить формулы, связывающие данную физическую величину с другими величинами, строить графики изученных зависимостей физических величин;
  • овладение обучающимися умением объяснять физические свойства тел в контексте ситуаций практико­ориентированного характера: выявлять причинно­следственные связи, строить объяснение из 1-2 логических шагов с опорой на свойства физических явлений, физические законы или закономерности;
  • овладение обучающимися умением решать расчётные задачи в 1-2 действия, используя законы и формулы, связывающие физические величины;
  • овладение обучающимися умением выполнять прямые измерения массы тела, объёма, силы с использованием аналоговых и цифровых приборов; записывать показания приборов с учётом заданной абсолютной погрешности измерений;
  • овладение обучающимися умением проводить косвенные измерения физических величин (плотность вещества; выталкивающая сила), следуя предложенной инструкции: при выполнении измерений собирать экспериментальную установку и вычислять значение искомой величины;
  • овладение обучающимися умением соблюдать правила техники безопасности при работе с лабораторным оборудованием.

Оборудование: проектор мультимедиа, видеоролики, оборудование для работы в группах, карточки с заданиями для групп, таблицы плотностей [1].

Ход занятия

I. Организационный этап

Подготовка обучающимися принадлежностей к занятию, деление их на группы.

II. Формулирование обучающимися темы и цели занятия

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

На экране демонстрирует видеоролик с рассуждениями учащихся начальной школы по поводу того, что такое плотность «устами первоклассника». В заключение просмотра предлагает обучающимся сформулировать тему занятия студии, обосновав своё мнение.

Высказывают свои предположения.

Управляет процессом обсуждения с помощью задаваемых обучающимся вопросов. Организует обобщение высказанных мнений.

Участвуют в обсуждении. В заключение выступлений обобщают мнения и формулируют тему занятия.

III. Воспроизведение и коррекция опорных знаний обучающихся

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Задаёт обучающимся вопросы:
Что такое с точки зрения физики «плотность»? Какой буквой обозначается эта физическая величина?
Какие существуют единицы измерения плотности?
Как экспериментально на уроках физике в 7 классе мы определяем плотность вещества?
В какие известные нам формулы входит плотность?

В ходе фронтального опроса отвечают на вопросы учителя, анализируют ответы свои и других учащихся.

Предлагает на доске написать формулы с физической величиной «плотность»

Пишут на доске формулы, анализируют ошибки, если они имеют место.

IV. Постановка цели и задач учебной деятельности, мотивация

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Предлагает учащимся прочитать задания на карточках и каждой группе сформулировать цель экспериментального исследования.

Знакомятся с содержанием заданий, формулируют цели исследований.

Задание для 1 группы

Рецепт приготовления рассола:

Наберите в ёмкость воды. Опустите в воду сырое яйцо. Затем добавляйте в воду соль, размешивая до её полного растворения, до тех пор, пока круг у всплывшего яйца не будет размером с копейку. После этого перелейте рассол в другую емкость, а осадок соли удалите. Залейте полученным рассолом приготовленные овощи. Опустите в подвал для хранения. Приятного аппетита!

Оборудование:

  • весы электронные с разной точностью измерений - 8 шт.,
  • калориметры (проградуированные) с водой - 4 шт.,
  • мерные стаканчики с разного вида солью - 4 шт,
  • деревянные палочки - 4 шт.,
  • сырые яйца на блюдцах - 4 шт.,
  • монеты достоинством 1 копейка - 4 шт.

Цель эксперимента: приготовить раствор нужной плотности, овладеть элементами естественнонаучной грамотности.

Ход эксперимента
(индивидуальная работа, работа в группе)

1. Включите весы. Поставьте на весы пустой калориметр, нажмите кнопку tare.

2. Налейте в калориметр воду и измерьте её массу.

3. Поставьте калориметр с водой на стол и опустите в воду сырое яйцо.

4. Добавляйте в воду соль и хорошо размешивайте ее, предварительно определив её массу с помощью электронных весов, до тех пор, пока круг всплывшего яйца над водой не будет таким, как круг 1 копеечной монеты (добивайтесь того, чтобы не было на дне осадка соли).

5. Рассчитайте массу раствора, прибавив к массе воды массу растворенной соли.

6. Заполните таблицу:

масса воды

масса добавленной в раствор соли

масса приготовленного раствора
m

объём приготовленного раствора
v

плотность раствора
ρ

7. Определите объём полученного раствора с помощью шкалы объёма, имеющейся на калориметре.

8. Рассчитайте плотность полученного раствора по формуле:

10. Обсудите результаты индивидуальных экспериментов, рассчитайте значение средней плотности и сделайте выводы.

Задание для 2 группы

В древности медь была, чуть ли не самым популярным средством в лечебной практике. Медная монета или украшение были у каждого. Аристотель утверждал, что этот металл нужно применять при ушибах, синяках и отечности. В лечебных целях лучше всего применять хорошо отшлифованные тонкие пластины или диски, сделанные из чистой меди. Специалисты утверждают, что самые лучшие монеты - петровского времени, так как тогда плавили их без примесей, но найти такие деньги практически невозможно, поэтому подойдет вариант советского образца.

Ионы меди оказывают положительное влияние на состояние организма человека:

  • антибактериальное;
  • обезболивающее;
  • кровоостанавливающее;
  • жаропонижающее;
  • гармонизирующее нервную систему;
  • противоопухолевое.

Источники:

  1. https://narodnymisredstvami.ru/med/
  2. https://tepcontrol.ru/med-pri-perelomah-kostey-kak-pit/

Оборудование:

  • весы рычажные - 4 шт.,
  • мензурки с разной ценой деления с водой - 4 шт.,
  • монеты достоинством 1, 2 и 3 копейки - 4 шт.,
  • монеты достоинством 10 рублей - 4 шт.,
  • тела разного объема и массы, изготовленные из меди, стали, латуни, алюминия - 5 шт.,
  • моток медной проволоки,
  • таблица плотностей различных веществ,
  • ноутбук с программой Excel.

Цель эксперимента: определить какие предметы изготовлены из меди, понять важность физической величины «плотность» в жизни человека.

Ход эксперимента
(индивидуальная работа, работа в группе)

1. Уравновесьте весы.

2. Распределите работу в группе

3. Измерьте массу предложенных предметов.

4. Определите объём предмета с помощью мензурки.

5. Заполните таблицу:

Название или номер предмета

масса предмета
m

объём предмета
v

плотность вещества
ρ

6. Рассчитайте плотность вещества, из которого изготовлено тело, предположительно изготовленное из меди, по формуле:

7. Совместно по результатам экспериментов постройте столбчатую диаграмму плотностей различных тел в программе Excel и сделайте выводы.

Задание для 3 группы

Оборудование:

  • датчик давления Robiclab, программное обеспечение для работы датчика https://robiclab.ru/
  • ноутбук с подключением к сети интернет.
  • манометр, ёмкость с исследуемой жидкостью, шприц, силиконовые трубки разной длины, линейка,
  • таблицы плотностей различных веществ.

Цель эксперимента: идентифицировать исследуемую жидкость, овладеть нестандартным методом определения плотности вещества.

Ход эксперимента
(работа в группе)

1. Посмотрите видео с объяснением эксперимента, перейдя по ссылке: https://drive.google.com/drive/folders/1WKs3LJ2JkJR18CM14lVGRx_9_Kw-A3Zp

2. Повторите видео эксперимент, измерив с помощью датчика давление при разной высоте столба жидкости.

3. Заполните третью колонку таблицы:

№

Высота столба жидкости
h

Давление жидкости
p

Плотность вещества
ρ

Название вещества

1

10 см

2

20 см

3

30 см

4

40 см

4. Постройте график зависимости давления столба жидкости от его высоты в программе Excel.

5. Рассчитайте плотность жидкости по графику:

6. По результатам эксперимента определите название исследуемой жидкости.

7. Повторите эксперимент, опуская силиконовую трубку в мензурку с исследуемой жидкостью на определённую глубину. Для измерения давления используйте манометр.

№

Высота столба жидкости
h

Давление жидкости
p

Плотность вещества
ρ

Название вещества

5

5 см

6

10 см

7

15 см

8. Постройте график зависимости давления столба жидкости от его высоты в программе Excel.

9. Рассчитайте плотность жидкости по графику:

10. Сделайте вывод о точности измерений различными методами.

Задание для 4 группы

Оборудование:

  • датчик давления Sensorlab,
  • ноутбук с программным обеспечением для работы датчиков электронной лаборатории,
  • барометр, мензурка с водой, палочка деревянная, линейка, весы электронные, емкость с солью, силиконовая и стеклянная трубки
  • таблицы плотностей некоторых жидкостей.

Цель эксперимента: овладеть элементами гносеологической культуры, являющейся частью естественнонаучной грамотности.

Ход эксперимента
(работа в группе)

1. С помощью барометра измерьте атмосферное давление.

2. Запустите датчик давления и зафиксируйте показание датчика, не опуская его в воду. Запишите результаты измерений в таблицу. Сравните значения атмосферного давления, измеренного двумя способами.

3. Запустите датчик давления и зафиксируйте давление жидкости на глубинах, указанных в таблице.

№

Атмосферное давление, измеренное барометром
Pб

Атмосферное давление, измеренное датчиком
P0

Глубина погружения свободного конца силиконовой трубки, подключенной к датчику давления
h

Давление воды на глубине, измеренное датчиком
p

Разность давлений
P-P0

Плотность воды
ρ

Среднее значение плотности воды
ρср

пресная вода

1

0,10 м

2

0,20 м

солёная вода*

3

0,10 м

4

0,20 м

4. Рассчитайте плотность воды по формуле для двух случаев:

,

где g = 9, 8 м/c2

5. Повторите эксперимент, опуская силиконовую трубку в мензурку с исследуемой жидкостью на определённую глубину. Для измерения давления попробуйте применить манометр.

6. Рассчитайте среднюю плотность по результатам эксперимента.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ:

  1. Добавьте в воду соль и хорошо размешайте полученный раствор.
  2. Повторите эксперимент для солевого раствора с занесением данных в таблицу.

Задание для 5 группы

Оборудование:

  • динамометры с разной шкалой измерения - 4 шт.,
  • мензурки с пресной водой - 2 шт.,
  • цилиндры пластиковые со шкалой - 2 шт.,
  • таблица плотностей различных веществ.

Цель эксперимента: овладеть нестандартным методом определения плотности вещества.

Ход эксперимента
(работа в парах, затем в группе)

1. Проверьте, установлен ли на динамометре ноль при отсутствии нагрузки. Если не установлен, то отрегулируйте прибор.

2. Повесьте к крючку динамометра пластиковый цилиндр и определите вес цилиндра в воздухе P0.

3. Начните заполнять таблицу:

Вес цилиндра в воздухе
P0

Перво-
начальный объём воды в мензурке
V0

Глубина погружения цилиндра в воду
H

Объём воды в мензурке
Vв

Объём погру-
жённой части тела
Vт = Vв-V0

Вес цилиндра в воде
Р

Сила Архимеда
FА

Плотность воды
ρ

0 м

0,02 м

0,04 м

0,06 м

0,08 м

0,10 м

4. Опускайте цилиндр в мензурку с водой постепенно: сначала на 2 см, затем с интервалом 2 см до максимального значения. Каждый раз измеряйте вес цилиндра в воде и рассчитывайте объём погруженной части цилиндра через изменение объёма воды (не забудьте разделить измеренный объём на 1000000 для перевода из мл в м3), записывайте показания в таблицу.

5. Рассчитайте силу Архимеда по формуле:

FA= Рn- P0

6. Рассчитайте плотность воды по формуле:

где g = 9, 8 м/c2

7. Сравните полученный результат с табличными данными, выскажите предположения о расхождении экспериментальных и табличных данных.

V. Творческое применение знаний и способов действий в изменённой или новой ситуации

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Предлагает учащимся выполнить задания на карточках, помогает им, при необходимости.

Выполняют экспериментальные задания.

Предлагает в классе озвучить результаты вычисления плотности вещества предложенным способом, сравнить вычисленное значение с табличным.

Озвучивают результаты экспериментального определения плотности веществ, анализируют их.

VI. Рефлексия

Деятельность учителя

Деятельность обучающихся

Предлагает учащимся дать оценку своей деятельности на уроке и ее результатам.

Оценивают свою деятельность и ее результаты.

Интернет-ресурсы

  1. Пурышева Н.С. Физика. 7 кл.: учеб. Для общеобразоват. учреждений/ Н.С.Пурышева, Н.Е.Важеевская. - М.: Дрофа, 2012. - 222.
  2. Примерная основная образовательная программа основного общего образования. [Электронный ресурс]. 2022.
    URL: https://fgosreestr.ru/poop/primernaia-osnovnaia-obrazovatelnaia-programma-osnovnogo-obshchego-obrazovaniia-2
  3. Робиклаб. Справочно- методические материалы к цифровой лаборатории. [Электронный ресурс]
    URL: https://robiclab.ru/help-topic/
  4. Копилка приёмов рефлексии [Электронный ресурс]. 2018.
    URL: https://infourok.ru/kopilka-priyomov-refleksii-bolee-priemov-3463151.html