Presentación para una lección de física (grado 10) sobre el tema: trabajo experimental en física "Cambio de presión". Asignatura optativa: "Física práctica y experimental"

En el primer capitulo tesis fueron considerados aspectos teóricos problemas al usar libros de texto electrónicos en el proceso de enseñanza de física a nivel superior Escuela secundaria. Durante Análisis teorico Problemas, identificamos los principios y tipos de libros de texto electrónicos, identificamos y fundamentamos teóricamente las condiciones pedagógicas de uso. tecnologías de la información en el proceso de enseñanza de física en el nivel superior de una escuela integral.

En el segundo capítulo de la tesis, formulamos el propósito, los objetivos y los principios de la organización del trabajo experimental. Este capítulo analiza la metodología para implementar los objetivos identificados. condiciones pedagógicas el uso de libros de texto electrónicos en el proceso de enseñanza de la física en el nivel superior de las escuelas secundarias, el último párrafo proporciona una interpretación y evaluación de los resultados obtenidos durante el trabajo experimental.

Propósito, objetivos, principios y métodos de organización del trabajo experimental.

En la parte introductoria del trabajo se planteó una hipótesis que contenía las principales condiciones que requieren prueba en la práctica. Para probar y comprobar las propuestas planteadas en la hipótesis, llevamos a cabo trabajo experimental.

Experimento en lo filosófico diccionario enciclopédico» se define como una observación realizada sistemáticamente; aislamiento, combinación y variación sistemática de condiciones para estudiar los fenómenos que dependen de ellas. En estas condiciones, una persona crea la posibilidad de realizar observaciones, a partir de las cuales se forma su conocimiento de las leyes del fenómeno observado. Las observaciones, las condiciones y el conocimiento de los patrones son, en nuestra opinión, los rasgos más significativos que caracterizan esta definición.

En el Diccionario de Psicología, el concepto de experimento se considera uno de los principales métodos (junto con la observación). el conocimiento científico en absoluto, investigación psicológica En particular. Se diferencia de la observación por la intervención activa en la situación por parte del investigador, llevando a cabo la manipulación sistemática de una o más variables (factores) y registrando los cambios que la acompañan en el comportamiento del objeto en estudio. Un experimento realizado correctamente permite probar hipótesis sobre las relaciones de causa y efecto y no se limita a establecer una conexión (correlación) entre variables. Los rasgos más significativos, como lo demuestra la experiencia, aquí son: la actividad del investigador, característica de los tipos de experimento exploratorio y formativo, así como la verificación de la hipótesis.

Destacando características esenciales de las definiciones dadas, como escribe correctamente A.Ya. Nain y Z.M. Umetbaev, podemos construir el siguiente concepto: un experimento es una actividad de investigación diseñada para probar una hipótesis, que se desarrolla en condiciones controladas y controladas naturales o creadas artificialmente. El resultado de esto, por regla general, son nuevos conocimientos, incluida la identificación de factores importantes que influyen en la eficiencia. actividad pedagógica. La organización de un experimento es imposible sin identificar criterios. Y es su presencia la que nos permite distinguir actividades experimentales de cualquier otro. Estos criterios, según E.B. Kainova, puede haber la presencia de: el propósito del experimento; hipótesis; lenguaje científico descripciones; condiciones experimentales especialmente creadas; métodos de diagnóstico; formas de influir en el tema de la experimentación; nuevo conocimiento pedagógico.

Según sus objetivos, distinguen entre experimentos de verificación, formativos y evaluativos. El objetivo del experimento de verificación es medir el nivel actual de desarrollo. EN en este caso recibimos material primario para la investigación y organización de un experimento formativo. Esto es extremadamente importante para la organización de cualquier encuesta.

Un experimento formativo (transformador, formativo) no tiene como objetivo una simple declaración del nivel formado por tal o cual actividad, el desarrollo de determinadas habilidades de los sujetos, sino su formación activa. Aquí es necesario crear una situación experimental especial. resultados investigación experimental A menudo no representan un patrón identificado, una dependencia estable, sino una serie de hechos empíricos más o menos plenamente registrados. Estos datos suelen ser de naturaleza descriptiva y representan sólo material más específico que limita el alcance de la búsqueda. Los resultados de un experimento en pedagogía y psicología a menudo deben considerarse como material intermedio y base original para futuros trabajos de investigación.

Experimento de evaluación (control): con su ayuda, después de un cierto período de tiempo después del experimento formativo, se determina el nivel de conocimientos y habilidades de los sujetos en función de los materiales del experimento formativo.

El propósito del trabajo experimental es probar las condiciones pedagógicas identificadas para el uso de libros de texto electrónicos en el proceso de enseñanza de física en el nivel superior de una escuela secundaria y determinar su efectividad.

Los principales objetivos del trabajo experimental fueron: selección de sitios experimentales para el experimento pedagógico; definir criterios para seleccionar grupos experimentales; desarrollo de herramientas y definición de métodos diagnóstico pedagógico grupos seleccionados; desarrollo de criterios pedagógicos para identificar y correlacionar los niveles de aprendizaje de los estudiantes en clases de control y experimentales.

El trabajo experimental se llevó a cabo en tres etapas, a saber: una etapa de diagnóstico (realizada en forma de experimento confirmatorio); etapa de contenido (organizada en forma de experimento formativo) y analítica (realizada en forma de experimento de control). Principios de la realización de trabajos experimentales.

El principio de integralidad de la organización científica y metodológica del trabajo experimental. El principio requiere seguridad. nivel alto profesionalidad del propio profesor experimental. La efectividad de la implementación de tecnologías de la información en la enseñanza de los escolares está influenciada por muchos factores y, sin duda, su condición básica es la correspondencia del contenido de la formación con las capacidades de los escolares. Pero incluso en este caso surgen problemas para superar las barreras intelectuales y físicas, por lo que al utilizar métodos de estimulación emocional e intelectual de la actividad cognitiva de los estudiantes, brindamos asesoramiento metodológico que cumple con los siguientes requisitos:

a) el material de búsqueda de problemas se presentó utilizando métodos personalizados métodos explicativos e instrucciones que facilitan el aprendizaje de los escolares material educativo;

b) fueron ofrecidos varias técnicas y formas de dominar el contenido del material que se está estudiando;

c) los profesores individuales tuvieron la oportunidad de elegir libremente técnicas y esquemas para resolver problemas computarizados y trabajar de acuerdo con sus técnicas pedagógicas originales.

El principio de humanizar el contenido del trabajo experimental. Esta es la idea de prioridad. valores humanos sobre tecnocrático, productivo, económico, administrativo, etc. El principio de humanización se implementó observando las siguientes reglas de la actividad pedagógica: a) el proceso pedagógico y las relaciones educativas en él se construyen sobre el pleno reconocimiento de los derechos y libertades del estudiante y respeto por él;

b) conocer y durante el proceso pedagógico confiar en las cualidades positivas del alumno;

c) realizar constantemente la formación humanística de los docentes de conformidad con la Declaración de los Derechos del Niño;

d) asegurar el atractivo y la estética del espacio pedagógico y la comodidad de las relaciones educativas de todos sus participantes.

Así, el principio de humanización, como creen I.A. Kolesnikova y E.V. Titova, proporciona a los escolares una cierta protección social en una institución educativa.

El principio de democratización del trabajo experimental es la idea de brindar a los participantes en el proceso pedagógico ciertas libertades de autodesarrollo, autorregulación y autodeterminación. El principio de democratización en el proceso de utilización de las tecnologías de la información en la enseñanza a los escolares se implementa mediante el cumplimiento de las siguientes reglas:

a) crear un proceso pedagógico abierto al control y la influencia públicos;

b) crear apoyo legal para las actividades de los estudiantes que ayuden a protegerlos de influencias ambientales adversas;

c) asegurar el respeto mutuo, el tacto y la paciencia en la interacción entre profesores y alumnos.

La implementación de este principio ayuda a ampliar las capacidades de estudiantes y docentes para determinar el contenido de la educación, eligiendo la tecnología para utilizar la tecnología de la información en el proceso de aprendizaje.

El principio de conformidad cultural del trabajo experimental es la idea de máximo aprovechamiento en la crianza, educación y formación del entorno en el que y para cuyo desarrollo fue creado. institución educativa- cultura de la región, pueblo, nación, sociedad, país. El principio se implementa en base al cumplimiento de las siguientes reglas:

a) comprensión del valor cultural e histórico por parte de la comunidad docente en la escuela;

b) aprovechamiento máximo de la cultura material y espiritual familiar y regional;

c) asegurar la unidad de principios nacionales, internacionales, interétnicos e intersociales en la crianza, educación y formación de los escolares;

d) la formación de habilidades y actitudes creativas de profesores y estudiantes para consumir y crear otras nuevas valores culturales.

El principio del aprendizaje holístico. fenómenos pedagógicos V trabajo experimental que implica: el uso de enfoques sistémicos y de desarrollo integrador; una definición clara del lugar del fenómeno en estudio en el ámbito holístico proceso pedagógico; divulgación fuerzas motrices y fenómenos de los objetos estudiados.

Este principio nos guió al modelar el proceso de uso de tecnologías de la información educativa.

El principio de objetividad, que implica: comprobar cada hecho mediante varios métodos; registrar todas las manifestaciones de cambios en el objeto en estudio; Comparación de los datos de su estudio con datos de otros estudios similares.

El principio se utilizó activamente en el proceso de realización de las etapas de determinación y formación del experimento, cuando se utilizó proceso electronico V proceso educativo, así como al analizar los resultados obtenidos.

El principio de adaptación que requiere consideración. características personales Y habilidades cognitivas, el aprendizaje en el proceso de uso de la tecnología de la información, se utilizó al realizar un experimento formativo. El principio de actividad, que supone que la corrección del campo semántico personal y de la estrategia conductual sólo puede llevarse a cabo durante el trabajo activo e intensivo de cada participante.

El principio de experimentación dirigido a búsqueda activa participantes en clases sobre nuevas estrategias de comportamiento. Este principio es importante como impulso para el desarrollo de la creatividad y la iniciativa del individuo, así como como modelo de comportamiento en vida real alumno

Podemos hablar de tecnología de aprendizaje utilizando libros de texto electrónicos sólo si: satisface los principios básicos tecnologia Educacional(prediseño, reproducibilidad, focalización, integridad); resuelve problemas que antes no eran resueltos teórica y/o prácticamente en didáctica; La computadora es el medio para preparar y transmitir información al alumno.

En este sentido, presentamos los principios básicos de la implementación sistémica de computadoras en proceso educativo, que fueron ampliamente utilizados en nuestro trabajo experimental.

El principio de nuevas tareas. Su esencia no es transferir métodos y técnicas tradicionalmente establecidos a la computadora, sino reconstruirlos de acuerdo con las nuevas capacidades que brindan las computadoras. En la práctica, esto significa que al analizar el proceso de aprendizaje se revelan pérdidas derivadas de deficiencias en su organización (análisis insuficiente del contenido de la educación, poco conocimiento oportunidades educativas reales para los escolares, etc.). De acuerdo con el resultado del análisis, se delinea una lista de tareas que, debido a diversas razones objetivas(gran volumen, enorme consumo de tiempo, etc.) que actualmente no se resuelven o se resuelven de forma incompleta, pero que se pueden solucionar completamente con la ayuda de un ordenador. Estas tareas deben tener como objetivo la integridad, puntualidad y al menos una optimización aproximada de las decisiones tomadas.

Principio Acercamiento sistematico. Esto significa que la introducción de las computadoras debe basarse en un análisis sistemático del proceso de aprendizaje. Es decir, se deben determinar los objetivos y criterios para el funcionamiento del proceso de aprendizaje, se debe estructurar, revelando toda la gama de cuestiones que deben resolverse para que el sistema diseñado. la mejor manera Cumplió con los objetivos y criterios establecidos.

Principios de la tipificación más razonable. soluciones de diseño. Esto significa que a la hora de desarrollar software, el desarrollador debe esforzarse en que las soluciones que propone sean lo más adecuadas posible. a un amplio círculo clientes no sólo en términos de los tipos de computadoras utilizadas, sino también de los diferentes tipos de instituciones educativas.

En conclusión de este párrafo, observamos que el uso de los métodos anteriores con otros métodos y principios de organización del trabajo experimental permitió determinar la actitud ante el problema del uso de libros de texto electrónicos en el proceso de aprendizaje y esbozar formas específicas de abordar de manera efectiva resolver el problema.

Siguiendo la lógica de la investigación teórica, formamos dos grupos: control y experimental. En el grupo experimental se comprobó la efectividad de las condiciones pedagógicas seleccionadas; en el grupo de control, la organización del proceso de aprendizaje fue tradicional.

Las características educativas de la implementación de condiciones pedagógicas para el uso de libros de texto electrónicos en el proceso de enseñanza de la física en los niveles superiores se presentan en el párrafo 2.2.

Los resultados del trabajo realizado se reflejan en el apartado 2.3.

Descripción del trabajo: Este artículo puede resultar útil para los profesores de física que trabajan en los grados 7 a 9 utilizando programas de varios autores. Proporciona ejemplos de experimentos caseros y experimentos realizados con juguetes para niños, así como problemas cualitativos y experimentales, incluidas sus soluciones, distribuidos por nivel de grado. El material de este artículo también puede ser utilizado por estudiantes de los grados 7 a 9 que tengan conocimientos avanzados. interés cognitivo y deseo de conducir investigación independiente en casa.

Introducción. Cuando se enseña física, como se sabe, gran importancia Tiene una demostración y experimento de laboratorio, brillante e impresionante, afecta los sentimientos de los niños, despierta el interés por lo que se está estudiando. Crear interés en las lecciones de física, especialmente en clases junior, puede, por ejemplo, demostrar los juguetes de los niños en las lecciones, que a menudo son más fáciles de manejar y más efectivos que la demostración y equipo de laboratorio. Utilizar juguetes infantiles es muy beneficioso porque... Permiten demostrar muy claramente, en objetos familiares desde la infancia, no sólo ciertos fenómenos físicos, sino también la manifestación de leyes físicas en el mundo circundante y su aplicación.

Al estudiar algunos temas, los juguetes serán casi la única ayuda visual. El método de uso de juguetes en las lecciones de física está sujeto a los requisitos de varios tipos experimento escolar:

1. El juguete debe ser colorido, pero sin detalles innecesarios para la experiencia. Todos los detalles menores que no son de importancia fundamental en esta experiencia, no deben distraer la atención de los estudiantes y, por lo tanto, es necesario cerrarlos o hacerlos menos visibles.

2. El juguete debe resultar familiar para los estudiantes, porque mayor interés al diseño del juguete puede oscurecer la esencia de la demostración misma.

3. Se debe tener cuidado para garantizar la claridad y expresividad de los experimentos. Para hacer esto, debe elegir juguetes que demuestren de manera más simple y clara este fenómeno.

4. La experiencia debe ser convincente, no contener fenómenos irrelevantes para el tema en cuestión y no dar lugar a malas interpretaciones.

Los juguetes se pueden utilizar durante cualquier etapa. sesión de entrenamiento: al explicar material nuevo, durante la experimentación frontal, resolver problemas y consolidar material, pero lo más apropiado, en mi opinión, es el uso de juguetes en experimentos caseros y trabajos de investigación independientes. El uso de juguetes ayuda a incrementar el número de experimentos caseros y proyectos de investigación, lo que sin duda contribuye al desarrollo de habilidades experimentales y crea las condiciones para trabajo creativo sobre el material en estudio, en el que el esfuerzo principal no se dirige a memorizar lo que está escrito en el libro de texto, sino a poner en marcha un experimento y pensar en su resultado. Los experimentos con juguetes serán a la vez aprendizaje y juego para los estudiantes, y un juego que ciertamente requiere un esfuerzo de reflexión.

La importancia y tipos de experimentos independientes de los estudiantes de física. Cuando se enseña física en la escuela secundaria, las habilidades experimentales se desarrollan mediante la realización de trabajos de laboratorio independientes.

La enseñanza de la física no puede presentarse únicamente en la forma estudios teóricos, incluso si a los estudiantes se les muestran demostraciones en clase experimentos fisicos. A todo tipo de percepción sensorial, es imperativo agregar en las clases el “trabajo con las manos”. Esto se logra cuando los estudiantes realizan pruebas de laboratorio. experimento fisico, cuando ellos mismos monten las instalaciones, tomen medidas Cantidades fisicas, realizar experimentos. Las clases de laboratorio despiertan un gran interés entre los estudiantes, lo cual es bastante natural, ya que en este caso el estudiante aprende sobre el mundo que lo rodea a partir de experiencia propia y tus propios sentimientos.

La importancia de las clases de laboratorio en física radica en que los estudiantes desarrollan ideas sobre el papel y el lugar de la experimentación en el conocimiento. Al realizar experimentos, los estudiantes desarrollan habilidades experimentales, que incluyen habilidades tanto intelectuales como prácticas. El primer grupo incluye las habilidades para: determinar el propósito del experimento, plantear hipótesis, seleccionar instrumentos, planificar un experimento, calcular errores, analizar los resultados, elaborar un informe sobre el trabajo realizado. El segundo grupo incluye las habilidades para: coleccionar configuración experimental, observar, medir, experimentar.

Además, la importancia del experimento de laboratorio radica en que al realizarlo los estudiantes desarrollan aspectos tan importantes. cualidades personales cómo tener cuidado al trabajar con instrumentos; mantener la limpieza y el orden en el lugar de trabajo, en las notas realizadas durante el experimento, organización, perseverancia en la obtención de resultados. Desarrollan una cierta cultura de trabajo físico y mental.

En la práctica de la enseñanza de la física en la escuela se han desarrollado tres tipos de clases de laboratorio:

Trabajo de laboratorio frontal en física;

Taller físico;

Trabajo experimental casero en física.

Trabajo de laboratorio frontal- este es el tipo trabajo practico cuando todos los estudiantes de una clase realizan simultáneamente el mismo tipo de experimento utilizando el mismo equipo. El trabajo de laboratorio inicial lo realiza con mayor frecuencia un grupo de estudiantes formado por dos personas; a veces es posible organizar el trabajo individual; En consecuencia, en la oficina debería haber entre 15 y 20 juegos de instrumentos para el trabajo frontal de laboratorio. Total Habrá alrededor de mil dispositivos de este tipo. Los nombres de los trabajos de laboratorio frontales se dan en programas educativos. Hay bastantes y se proporcionan para casi todos los temas del curso de física. Antes de realizar el trabajo, el profesor identifica la disposición de los estudiantes para realizar conscientemente el trabajo, determina con ellos su propósito, discute el progreso del trabajo, las reglas para trabajar con instrumentos y métodos para calcular errores de medición. El trabajo de laboratorio inicial no tiene un contenido muy complejo, está estrechamente relacionado cronológicamente con el material que se está estudiando y, por regla general, está diseñado para una lección. Las descripciones del trabajo de laboratorio se pueden encontrar en libros de texto escolares en física.

taller de fisica llevado a cabo con el objetivo de repetir, profundizar, ampliar y generalizar los conocimientos adquiridos diferentes temas curso de física; desarrollo y mejora de las habilidades experimentales de los estudiantes mediante el uso de equipos más complejos, experimentos más complejos; formación de su independencia en la resolución de problemas relacionados con el experimento. El taller de física no está relacionado en el tiempo con la materia que se estudia, suele realizarse al final; año escolar, a veces al final de la primera y segunda mitad del año e incluye una serie de experimentos sobre un tema en particular. Los estudiantes realizan trabajos prácticos físicos en un grupo de 2 a 4 personas utilizando diversos equipos; Durante las próximas clases hay un cambio de trabajo, que se realiza según un horario especialmente diseñado. Al elaborar un cronograma, tenga en cuenta la cantidad de estudiantes de la clase, la cantidad de talleres y la disponibilidad de equipo. Por cada trabajo de taller físico, dos horas lectivas, lo que requiere la introducción de lecciones dobles de física en el programa. Esto presenta dificultades. Por ello y ante la falta de equipamiento necesario, se practican talleres físicos de una hora de duración. Cabe señalar que es preferible el trabajo de dos horas, ya que el trabajo de taller es más complejo que el trabajo frontal de laboratorio; equipo complejo, y la proporción de participación independiente de los estudiantes es mucho mayor que en el caso del trabajo de laboratorio frontal. Los talleres físicos los brindan principalmente los programas de los grados 9-11. En cada clase, se asignan aproximadamente 10 horas de instrucción para el taller. Para cada trabajo, el docente deberá redactar un instructivo, el cual debe contener: título, finalidad, relación de instrumentos y equipos, breve teoría, descripción de dispositivos desconocidos para los estudiantes, plan de trabajo. Luego de finalizar el trabajo, los estudiantes deberán entregar un informe, el cual debe contener: el título del trabajo, el propósito del trabajo, una lista de instrumentos, un esquema o dibujo de la instalación, un plano para realizar el trabajo, una tabla de resultados, fórmulas mediante las cuales se calcularon los valores de cantidades, cálculos de errores de medición, conclusiones. Al evaluar el trabajo de los estudiantes en un taller, se debe tener en cuenta su preparación para el trabajo, informe de trabajo, nivel de desarrollo de habilidades, comprensión. material teórico, métodos de investigación experimentales utilizados.

Trabajo experimental en casa. El trabajo de laboratorio en casa es el experimento independiente más sencillo que realizan los estudiantes en casa, fuera de la escuela, sin supervisión directa del profesor sobre el progreso del trabajo.

Los principales objetivos de los trabajos experimentales de este tipo son:

Formación de la capacidad de observar fenómenos físicos en la naturaleza y en la vida cotidiana;

Formación de la capacidad de realizar mediciones utilizando instrumentos de medición utilizados en la vida cotidiana;

Formación del interés por los experimentos y el estudio de la física;

Formación de independencia y actividad.

Los trabajos de laboratorio a domicilio se pueden clasificar en función del equipo utilizado para realizarlo:

Trabajos en los que se utilicen artículos del hogar y materiales improvisados ​​(vaso medidor, cinta métrica, báscula doméstica, etc.);

Obras en las que se utilizan instrumentos caseros (balanzas de palanca, electroscopio, etc.);

Trabajo realizado en dispositivos producidos por la industria.

Clasificación tomada de.

En su libro S.F. Pokrovsky demostró que los experimentos y observaciones caseros en física realizados por los propios estudiantes: 1) permiten a nuestra escuela ampliar el área de conexión entre teoría y práctica; 2) desarrollar el interés de los estudiantes por la física y la tecnología; 3) despertar el pensamiento creativo y desarrollar la capacidad de inventar; 4) acostumbrar a los estudiantes al trabajo de investigación independiente; 5) desarrollar en ellos cualidades valiosas: observación, atención, perseverancia y precisión; 6) complementar el trabajo de laboratorio en el aula con material que no se puede completar en clase (una serie de observaciones a largo plazo, observación fenomenos naturales etc.), y 7) acostumbrar a los estudiantes a un trabajo consciente y decidido.

Los experimentos y observaciones caseros en física tienen los suyos. características siendo extremadamente adición útil para trabajos prácticos de aula y escolares en general.

Desde hace tiempo se recomienda que los estudiantes tengan un laboratorio en casa. incluía, en primer lugar, reglas, un vaso de precipitados, un embudo, una balanza, pesas, un dinamómetro, un tribómetro, un imán, un reloj con segundero, limaduras de hierro, tubos, cables, batería, bombilla. Sin embargo, a pesar de que el conjunto incluye dispositivos muy sencillos, esta propuesta no ha ganado popularidad.

Para organizar el trabajo experimental en casa de los estudiantes, se puede utilizar el llamado minilaboratorio propuesto por el profesor-metodólogo E.S. Obedkov, que incluye muchos artículos para el hogar (frascos de penicilina, gomas elásticas, pipetas, reglas, etc.) que están al alcance de casi todos los escolares. E.S. Obyedkov desarrolló una gran cantidad de experimentos interesantes y útiles con este equipo.

También fue posible utilizar una computadora para realizar un experimento modelo en casa. Es claro que las tareas correspondientes sólo podrán ofrecerse a aquellos estudiantes que tengan en casa una computadora y software y herramientas pedagógicas.

Para que los estudiantes quieran aprender, el proceso de aprendizaje debe resultarles interesante. ¿Qué es interesante para los estudiantes? Para obtener una respuesta a esta pregunta, consultemos extractos del artículo de I.V. Litovko, MOS(P)Sh No. 1, Svobodny “Tareas experimentales en el hogar como elemento de la creatividad de los estudiantes”, publicado en Internet. Esto es lo que escribe I.V. Litovko:

"Uno de tareas más importantes escuelas: enseñar a los estudiantes a aprender, fortalecer su capacidad de autodesarrollo en el proceso de educación, para lo cual es necesario formar en los escolares los correspondientes deseos, intereses y habilidades estables. Un papel importante en esto lo desempeñan las tareas experimentales en física, que en su contenido representan observaciones, mediciones y experimentos a corto plazo que están estrechamente relacionados con el tema de la lección. Cuantas más observaciones de fenómenos físicos y experimentos haga un estudiante, mejor comprenderá el material que está estudiando.

Para estudiar la motivación de los estudiantes, se les preguntó siguientes preguntas y se obtuvieron los resultados:

¿Qué te gusta de estudiar física? ?

a) resolución de problemas -19%;

b) demostración de experimentos -21%;

La efectividad del uso de tareas experimentales en las lecciones está determinada en gran medida por su efectividad tecnológica, su equipo sin pretensiones y la amplitud de los fenómenos considerados. A partir del equipamiento más sencillo e incluso del menaje del hogar, tarea experimental acerca la física a nosotros, transformándola en las percepciones de los estudiantes de un sistema abstracto de conocimiento a una ciencia que estudia “el mundo que nos rodea”.

Mecánica

Tarea 1. Coeficiente de fricción

Ejercicio. Mida el coeficiente de fricción por deslizamiento de un bloque de madera sobre la superficie de una tabla (regla).

Equipo: bloque, tabla, trípode con pie, regla de 30(40) de largo cm.

Una salida posible soluciones. Colocamos el bloque sobre el tablero, de acuerdo con la Figura 4. Levantando gradualmente un extremo del tablero, obtenemos un plano inclinado y conseguimos un deslizamiento uniforme del bloque. Dado que la fuerza de fricción estática es mucho más poder fricción por deslizamiento, es necesario empujar un poco el talón al inicio del deslizamiento. Para fijar la inclinación deseada, utilice un trípode. Medimos la altura A y longitud de la base plano inclinado b.

Mediciones y análisis de errores:

Repetimos el experimento varias veces. En este caso, esto debe hacerse principalmente porque es difícil lograr un deslizamiento uniforme del bloque a lo largo del plano. Los resultados se registran en la Tabla 2.

Tabla 2

Errores de medición

Además de los errores aleatorios, el error total incluye, por supuesto, también los errores de referencia habituales: Sí = Db = 0,5 cm.Esto equivale a:

Así obtenemos:

a = 12,2 ± 1,1 cm, d = 8,6%

b = 27,4 ± 0,7 cm, d = 2,6%

Basado en los resultados del primer experimento:

El resultado final de la medición del coeficiente de fricción es:

m = 0,46 ± 0,05 d = 10,9%

Tarea 2. Medir la altura de una casa.

Ejercicio. Imagina que te pidieran que usaras una lata vacía y un cronómetro para medir la altura de una casa. ¿Serías capaz de hacer frente a la tarea? Cuéntanos cómo actuar.

Clave. Si se arroja una lata desde el techo de una casa, el sonido del golpe de la lata superficie de la Tierra será claramente audible.

Solución. De pie en el techo de la casa, debe soltar la lata de sus manos mientras presiona simultáneamente el botón de inicio del cronómetro. Cuando escuches el sonido de la lata golpeando el suelo, deberás detener el cronómetro. Lecturas del cronómetro t se componen del tiempo que cae el frasco t 1 y tiempo t 2, durante el cual el sonido de su impacto sobre la superficie terrestre llegará al observador.

La primera vez está relacionada con la altura de la casa. h de la siguiente manera:

mientras que la conexión entre h y t 2 tiene la forma

Dónde Con- velocidad del sonido, que en los cálculos igualaremos a 340 m/seg.

Definiendo t 1 y t 2 de estas expresiones y sustituyendo sus valores en la fórmula que conecta t 1 , t 2 y t, obtenemos la ecuación irracional

De donde se puede encontrar la altura de la casa.

En un cálculo aproximado (especialmente si la casa es baja), el segundo término de la izquierda puede considerarse pequeño y descartarse. Entonces

Física molecular

Tarea 3. Lápiz

Ejercicio. Estime el trabajo mecánico que se debe realizar para elevar uniformemente un lápiz que flota en un recipiente hasta el nivel de su extremo inferior que toca la superficie del agua. Considere que la posición del lápiz es vertical. densidad del agua Con 0 = 1000 kilogramos/m 3 .

Equipo: lápiz redondo, casi botella llena con agua, regla.

Solución posible. Bajamos el lápiz a la botella; flotará como un flotador, de acuerdo con la Figura 5. Dejemos que l- la longitud de todo el lápiz, V- su volumen, h- la longitud de la parte del lápiz sumergida en agua, V 1 - su volumen, S- área de sección transversal y d- diámetro del lápiz. Lo encontraremos densidad media lápiz Con del estado flotante del cuerpo:

Con 0 gsh= сgSL, dónde Con= Con 0 hL.

Supongamos que nosotros velocidad constante Sacamos el lápiz del agua con la ayuda de un dinamómetro. Cuando el lápiz flota libremente, el dinamómetro marca cero. Si el lápiz se saca completamente del agua, el dinamómetro mostrará la fuerza, igual al peso R lápiz:

F = P = mg = сgV = с0hLgSL = с0hgрd24

Resulta que las lecturas del dinamómetro al sacar el lápiz del agua cambian de 0 a PAG según la ley lineal, de acuerdo con la Figura 6. En este caso Trabajo mecánico A será igual al área del triángulo seleccionado:

A= 12Ph= Con 0 h 2gрd 2 8.

Por ejemplo, cuando h= 13,4 cm Y d = 7,5 milímetros el trabajo es aproximadamente 0.004 j.

Tarea 4. Aleación

Ejercicio. Determine el porcentaje (en peso) de estaño en la soldadura de estaño y plomo. Suponga que se conservan los volúmenes de plomo y estaño en la aleación. Densidad de plomo Con c = 11350 kilogramos/m 3 , estaño Con 0 = 7300 kilogramos/m 3 .

Equipo: regla, pesa (tuerca), pieza de soldadura cilíndrica, calibre o micrómetro. Solución posible. Este problema es similar al problema de Arquímedes de determinar la proporción de oro en la corona real. Sin embargo, para los experimentos, la soldadura de estaño y plomo es más fácil de obtener que la corona.

Medir el diámetro de una pieza de soldadura D y su longitud l, encuentre el volumen de una pieza cilíndrica de soldadura:

V =ðD 2 l 4

Determinaremos la masa de soldadura haciendo escalas de palanca. Para ello, equilibre la regla en el borde de la mesa (sobre un lápiz, un bolígrafo, etc.). Luego usando la tuerca masa conocida, equilibramos un trozo de soldadura sobre una regla y, usando la igualdad de momentos de fuerza, encontramos la masa de la soldadura metro. Anotemos las igualdades obvias para las masas, volúmenes y densidades del plomo y el estaño:

metro = metro C +m oh = ccV C +s oh V oh , V = V C +V oh .

Resolviendo estas ecuaciones juntas, encontramos el volumen de estaño, su masa y su participación en la masa total:

V oh = rh oh cv?mrh oh c?rh oh , mes = ñ oh V oh , metro oh m = rh oh V oh metro

Problema 5. Tensión superficial

Ejercicio. Determine el coeficiente de tensión superficial del agua.

Equipo: plato, agua, cuchara, regla, trozo plano. alambre de aluminio longitud 15-20 cm y densidad 2700 kilogramos/m 3 , micrómetro, alcohol, algodón.

Solución posible. Vierta un plato de agua casi lleno. Coloca un alambre en el borde del plato de manera que un extremo toque el agua y el otro quede fuera del plato. El alambre cumple dos funciones: es una balanza de palanca y un análogo del marco de alambre que normalmente se saca del agua para medir la tensión superficial. Dependiendo del nivel del agua, puede haber varias disposiciones cable. Lo más conveniente para cálculos y mediciones es la disposición horizontal del cable a un nivel de agua de 1-1,5. milímetros por debajo del borde del plato, según figura 7. Con una cuchara se puede regular el nivel añadiendo o escurriendo agua. El cable se debe sacar de la placa hasta que la película de agua debajo del cable comience a romperse. En eso situación de emergencia la película tiene una altura de 1,5-2 milímetros, y podemos decir que las fuerzas de tensión superficial aplicadas al cable se dirigen casi verticalmente hacia abajo.

Dejar metro- masa de alambre, L = L 1 +L 2 - Longitud de cable, m/L- masa por unidad de longitud de alambre. Anotemos la condición para el equilibrio del cable con respecto al borde de la placa, es decir igualdad de momentos de fuerzas:

F pag (l 1 ?X 2)+metro 1 gL 12 = metro 2 gL 22 .

Sustituyamos aquí la fuerza de tensión superficial. F pag =2X en, masas

metro 1 =l 1 mililitros, metro 2 = l 2 mililitros, metro= CV= srd 2 l 4

y expresar el coeficiente de tensión superficial en. Las mediciones y cálculos se simplificarán si el agua moja toda la longitud. l 1 . Finalmente conseguimos

en= srd 2 gramo 8((LL 1 ?1) 2 ?1).

Cantidades l Y l 1 se miden con una regla y el diámetro del alambre d- micrómetro.

Por ejemplo, cuando l = 15 cm, l 1 = 5,4 cm, d = 1,77 milímetros obtenemos oh = 0,0703 Nuevo Méjico, que está cerca del valor de la tabla de 0,0728 Nuevo Méjico.

Problema 6. Humedad del aire

Ejercicio. Determine la humedad relativa en la habitación.

Equipamiento: termómetro ambiental de cristal, frigorífico doméstico, mesa de presión vapores saturados agua a diferentes temperaturas.

Solución posible. En el método habitual Al medir la humedad, el objeto se enfría por debajo del punto de rocío y se "empaña". Hagamos lo contrario. Temperatura del frigorífico (aproximadamente +5 ° C) es mucho más bajo que el punto de rocío del aire ambiente. Por lo tanto, si saca un termómetro de vidrio enfriado del refrigerador, inmediatamente se “empañará”: la vitrina se volverá opaca debido a la humedad. Luego, el termómetro comenzará a calentarse y, en algún momento, la humedad condensada se evaporará: el vidrio se volverá transparente. Esta es la temperatura del punto de rocío, a partir de la cual se puede calcular la humedad relativa mediante una tabla.

Problema 7. Evaporación

Ejercicio. Vierte un vaso de agua casi lleno y colócalo en un lugar cálido de la habitación para que el agua se evapore más rápido. Medir con una regla Primer nivel agua y registrar la hora de inicio del experimento. Después de unos días, el nivel del agua bajará debido a la evaporación. Medida nuevo nivel agua y registrar la hora de finalización del experimento. Determine la masa de agua evaporada. En promedio, ¿cuántas moléculas se escapan de la superficie del agua en 1 segundo? ¿Cuántas moléculas hay aproximadamente en la superficie del agua del vaso? Compara estos dos números. Considere que el diámetro de una molécula de agua es igual a d 0 = 0,3 Nuevo Méjico. Conociendo el calor específico de vaporización, determine la tasa de transferencia de calor ( j/s) agua de ambiente.

Solución posible. Dejar d- diámetro interior del vidrio, Con- densidad del agua, METRO- masa molar de agua, r- calor específico de vaporización, D h- disminución del nivel del agua con el tiempo t. Entonces la masa de agua evaporada es

metro= CV= Con D hS= Con D hрd 2 4.

Esta masa contiene norte = metro norte A /METRO moléculas, donde norte A- La constante de Avogadro. El número de moléculas que se evaporan en 1 segundo es

norte 1 = Nuevo Testamento= Minnesota A Monte.

Si S= PD 2/4 es la superficie del agua en un vaso, y S 0 = PD 2 0 /4 es el área de la sección transversal de una molécula, luego en la superficie del agua en un vaso hay aproximadamente

norte 2 = SS 0 = (dd 0) 2 .

El agua para evaporación recibe una cantidad de calor por unidad de tiempo.

cuarto= rmt.

Si haces algún cálculo relacionado con las moléculas, siempre obtienes resultados interesantes. Por ejemplo, deja pasar el tiempo. t= 5 días en vaso de diámetro d = 65 milímetros el nivel del agua bajó en D h = 1 cm. Entonces obtenemos que 33 se convirtió en vapor. GRAMO agua, por 1 Con evaporado norte 1 = 2,56?10 18 moléculas, en la superficie del agua del vaso había norte 2 = 4,69?1016 moléculas, y 0,19 provinieron del medio ambiente W. calor. Lo interesante es la actitud. norte 1 /norte 2? 54, de donde se desprende que para 1 Con Se evaporaron tantas moléculas como cabían en un vaso en 54 capas de agua.

Problema 8. Disolución

Ejercicio. Al verter sal o azúcar en agua hirviendo, notarás que la ebullición se detiene por un corto tiempo debido a la disminución de la temperatura del agua. Determine la cantidad de calor necesaria para disolver 1 kg bicarbonato de sodio en agua a temperatura ambiente.

Equipo: calorímetro casero, termómetro, agua, refresco, probeta graduada (vidrio), carga de masa conocida (nuez que pesa 10 GRAMO), cuchara de plástico.

Solución posible. La tarea incluye una tarea adicional de diseño para la fabricación de un calorímetro casero sencillo. Para el recipiente interno del calorímetro, tome una lata de aluminio normal con un volumen de 0,33 litros. Se retira la tapa superior del tarro de manera que se obtiene un vaso de aluminio (con un peso de sólo 12 GRAMO) con un borde superior rígido. Se hace una ranura dentro del borde superior para que el agua pueda salir completamente del frasco. La carcasa exterior de plástico está hecha de botella de plástico volumen 1.5 yo. La botella se corta en tres partes, parte superior Se retira y las partes media e inferior se insertan entre sí con algo de fuerza y ​​​​fijan firmemente la lata de aluminio interior en posición vertical. (Si no hay calorímetro, los experimentos se pueden realizar en un vaso de plástico desechable, cuya transferencia de masa y calor se puede despreciar).

Primero debe tomar dos medidas: 1) determinar cuánto refresco cabe en una cuchara (para hacer esto, debe buscar en un libro de referencia culinaria o "sacar" un paquete de refresco de una masa conocida con esta cuchara); 2) decida la cantidad de agua: en una pequeña cantidad de agua la solución se saturará inmediatamente y parte del refresco no se disolverá en una gran cantidad de agua la temperatura cambiará en fracciones de grado, lo que complicará las mediciones; .

Obviamente, la cantidad de calor necesaria para disolver una sustancia es proporcional a la masa de esta sustancia: q~m. Para registrar la igualdad, debe ingresar un coeficiente de proporcionalidad, por ejemplo z, que puede denominarse "calor específico de solución". Entonces

q= zm.

La disolución de la soda se realiza debido a la energía liberada cuando se enfría un recipiente con agua. El valor de z se encuentra a partir de la siguiente ecuación de balance de calor:

mvcv(t 2 -t 1 )+mamá cc (t 2 -t 1 ) = zm.

Dónde metro v es la masa de agua en el calorímetro, metro a es la masa de la copa interna de aluminio del calorímetro, metro- masa de refresco disuelto, ( t 2 -t 1) - disminución de la temperatura en el calorímetro. La masa del recipiente interno del calorímetro se puede encontrar fácilmente usando la regla de los momentos de fuerzas, equilibrando el recipiente y una carga de masa conocida usando una regla y un hilo.

Las mediciones y cálculos muestran que cuando metro= 6 g y metro v = 100 GRAMO el agua se enfría entre 2 y 2,5 grados C, y el valor z resulta ser igual a 144-180 kJ/kg.

Tarea 9. Capacidad de la olla

Ejercicio. ¿Cómo puedes encontrar la capacidad de una sartén usando una balanza y un juego de pesas?

Clave. Pesar el recipiente vacío y luego el recipiente con agua.

Solución. Sea la masa del recipiente vacío metro 1, y después de llenar con agua se metro 2. Entonces la diferencia metro 2 -metro 1 da la masa de agua en el volumen de la olla. Dividiendo esta diferencia por la densidad del agua. Con, encuentra el volumen del recipiente:

Problema 10. Cómo separar el contenido de un vaso

Ejercicio. Hay un vaso cilíndrico lleno hasta el borde de líquido. ¿Cómo dividir el contenido de un vaso en dos partes completamente iguales, teniendo otro recipiente, pero de diferente forma y tamaño un poco más pequeño?

Clave. Piensa en cómo puedes dibujar un plano que divida el cilindro en dos partes de igual volumen.

Solución. Si a través de puntos METRO Y norte Dibuja mentalmente el avión como se muestra en la Figura 1. A, luego cortará el cilindro en dos figuras simétricas y por lo tanto de igual volumen, de acuerdo con la Figura 8. De aquí sigue la solución al problema.

Inclinando poco a poco el vaso, es necesario verter el líquido que contiene hasta que apenas asoma el fondo (Figura 1 b). En este momento quedará exactamente la mitad del líquido en el vaso.

Electricidad

Problema 11. caja negra electrica

Una caja negra es una caja cerrada y opaca que no se puede abrir para examinar su estructura interna. Dentro de la caja hay varios elementos electricos, conectados entre sí de forma sencilla circuito eléctrico. Normalmente dichos elementos son: fuentes de corriente, resistencias fijas y variables, condensadores, inductores, diodos semiconductores. Hay varios terminales en el exterior de la caja.

El objetivo principal de la tarea de la "caja negra": hacer el número mínimo medidas electricas utilizando pines externos, “descifrar” la “caja negra”, es decir:

• - establecer qué dispositivos eléctricos se encuentran dentro de la “caja negra”.
• - establecer un diagrama de su conexión.
• - determinar los valores (valores de resistencia de resistencias, capacitancias de condensadores, etc.)

Ejercicio. Se conectan tres resistencias entre sí y se colocan en una “caja negra” con tres terminales, de acuerdo con la Figura 9. Exactamente las mismas resistencias se conectan entre sí de manera diferente y se colocan en una segunda “caja negra” con tres terminales . Determine la resistencia de cada resistor. Están prohibidos los saltadores.

Equipo: multímetro.

La medición de la resistencia entre los terminales dio los siguientes resultados:

Cuadro No. 1: R 1-2 = 12Ohmio, R 2-3 = 25Ohmio, R 1-3 = 37Ohm

Cuadro No. 2: R 1-2 = 5,45Ohmio, R 2-3 = 15Ohmio, R 1-3 = 20,45Ohm

Solución posible. Hay cuatro formas posibles de conectar tres resistencias a tres terminales exteriores para que las tres medidas den significado diferente resistencias:

1) secuencial, 2) mixto, 3) estrella, 4) triángulo, de acuerdo con la Figura 10.

Mostraremos la secuencia de búsqueda de respuestas.

Un rasgo característico de los dos primeros esquemas es que una de las medidas es igual a la suma de las otras dos, lo que corresponde a las condiciones del problema:

En consecuencia, en una caja hay una conexión en serie, pero luego en la otra hay una conexión mixta, ya que los resultados de las mediciones no coinciden, aunque los valores de las resistencias son los mismos.

Se sabe que la relación siempre se satisface.

Y desde R 1-3 a la izquierda más que R 1-3 a la derecha, luego en el cuadro de la izquierda (No. 1) hay una conexión en serie, y en el derecho (No. 2) hay una conexión mixta.

La conexión en serie en el cuadro de la izquierda contiene resistencias con valores de 12 o 25 Ohm. Dado que ni uno ni el otro valor se observan como parte de una conexión mixta, el valor de una de las resistencias R 1 = 15Ohm.

Otras denominaciones: R 2 = 12Ohm Y R 3 = 10Ohm.

Obviamente, se pueden llegar a los mismos resultados utilizando una cadena de razonamiento diferente.

Tenga en cuenta también que son posibles cinco combinaciones más de esquemas con dos “cajas negras” de las cuatro dadas. La parte matemática más engorrosa de la tarea es “descifrar” la caja negra, que se sabe que contiene un triángulo.

En conclusión, observamos que no todo puede salir tan bien como en este ejemplo. Valores de resistencia u otros cantidades eléctricas, naturalmente, contienen errores. Y, por ejemplo, la relación sólo puede satisfacerse aproximadamente.

Problema 12. Temperatura ambiente

Ejercicio. Hay nieve fuera de la ventana, pero la habitación está cálida. Desafortunadamente, no hay nada con qué medir la temperatura: no hay termómetro. Pero hay una batería, un voltímetro muy preciso y el mismo amperímetro, tanto cable de cobre como quieras y un libro de referencia físico detallado. ¿Es posible utilizarlos para encontrar la temperatura del aire en la habitación?

Clave. Cuando un metal se calienta, su resistencia aumenta linealmente.

Solución. Conectamos en serie la batería, una bobina de cable y encendemos el amperímetro para que muestre el voltaje en la bobina, de acuerdo con la Figura 11. Registramos las lecturas del instrumento y calculamos la resistencia de la bobina a temperatura ambiente:

Después de esto, traeremos nieve de la calle, sumergiremos una bobina de ella en ella y, después de esperar un poco a que la nieve comience a derretirse y el cable comience a calentarse, determinaremos la resistencia del cable en el mismo forma R 0 a la temperatura de la nieve derretida, es decir. en 0 є CON. Utilizando entonces la relación entre la resistencia del conductor y su temperatura.

Encuentre la temperatura del aire en la habitación:

El cálculo utiliza el valor. coeficiente de temperatura resistencia b, tomado del libro de referencia. En el rango de temperatura ambiente para cobre puro b= 0,0043 granizo - 1 . Si el contenido de impurezas en el cobre del que está hecho el cable no es particularmente alto y los instrumentos de medición eléctricos tienen una clase de precisión de 0,1, entonces la temperatura del aire se puede determinar con un error significativamente menor que un grado.

Óptica

Problema 13.

Ejercicio. Necesitamos encontrar el radio. espejo esférico(o radio de curvatura cóncavo lentes) usando un cronómetro y una bola de acero de radio conocido. ¿Cómo hacerlo?

Clave. El centro de una bola que rueda sobre la superficie de un espejo realiza el mismo movimiento que un péndulo.

Solución. Coloca el espejo horizontalmente y baja la bola sobre él. Si la bola no se baja hasta el punto más bajo, comenzará a moverse a lo largo de la superficie del espejo. No es difícil adivinar que si la bola se mueve sin rotación (es decir, se desliza a lo largo de la superficie del espejo), entonces su movimiento es completamente similar al movimiento de un péndulo con una longitud de suspensión. rr. Entonces de la fórmula del péndulo

Podemos encontrar la cantidad que nos interesa:

Período t determinado utilizando un cronómetro, y r conocido por condición.

Dado que la fricción suele ser lo suficientemente alta como para hacer que la bola se mueva a lo largo de la superficie del espejo con rotación, esta solución no concuerda bien con el experimento. De hecho

A continuación se muestra un ejemplo de una tarea de investigación para toda la lección.

Problema 14. Características de la oscilación de un péndulo de torsión.

Ejercicio. Explore las características de oscilación de un péndulo torsional y describa los principales patrones de su movimiento.

Equipo: trípode con acoplamiento y pie, trozos de cobre, acero y alambre de nicromo aproximadamente 1 metro y varios diámetros, por ejemplo 0,3, 0,50, 0,65, 1,0 milímetros, palo de madera fino y ligero de 15 a 20 cm de largo cm, plastilina, clip, regla, transportador, cronómetro.

La apariencia general del péndulo de torsión debe estar de acuerdo con la Figura 12. Un clip, doblado de cierta manera, sirve para equilibrar la varilla con pesas. El péndulo, sacado del estado de equilibrio, comienza a realizar un movimiento oscilatorio de rotación.

Es necesario hacer un par de bolas de plastilina con anticipación. diferentes pesos. Las masas de las bolas son proporcionales al cubo de sus diámetros, por lo que es posible construir una serie, por ejemplo: metro 1 = 1, metro 2 = 2,5, metro 3 = 5,2, metro 3 = 6,8, metro 4 = 8,3 rel. unidades

El diámetro de los cables se puede informar a los estudiantes con anticipación o se les puede dar la oportunidad de realizar estas mediciones ellos mismos utilizando un calibre o un micrómetro.

Nota. El éxito del estudio depende en gran medida de selección correcta equipo, especialmente los diámetros de los cables emitidos. Además, es deseable que la suspensión del péndulo de torsión durante los experimentos esté en un estado tenso, para lo cual las masas de las cargas deben ser suficientemente grandes.

El tema del estudio de un péndulo de torsión se deriva del supuesto de la naturaleza armónica de sus oscilaciones. lista general observaciones experimentales que se puede implementar en este problema y en el equipo propuesto es bastante grande. Te presentamos los más sencillos y accesibles.

• - ¿El período de oscilación depende de la amplitud (ángulo de rotación)?
• - ¿El período de oscilación depende de la duración de la suspensión del péndulo?
• - ¿El periodo de oscilación de un péndulo depende de la masa de las cargas?
• - ¿El periodo de oscilación de un péndulo depende de la posición de las pesas sobre la varilla?
• - ¿El período de oscilación depende del diámetro del alambre?

Naturalmente, es necesario no sólo responder a las preguntas planteadas en monosílabos, sino también investigar la naturaleza de las dependencias esperadas.

Utilizando el método de las analogías, planteamos hipótesis sobre las oscilaciones de un péndulo de torsión, comparándolo con un péndulo matemático estudiado por currículum escolar. Tomamos como base el período de oscilación y su dependencia de varios parámetros del péndulo. Planteamos las siguientes hipótesis. Periodo de oscilación de un péndulo de torsión:

En ángulos de rotación pequeños no depende de la amplitud;

• - proporcional a la raíz cuadrada de la longitud de la suspensión - t;
• - proporcional a la raíz cuadrada de la masa de la carga - t;
• - proporcional a la distancia desde el centro de suspensión hasta los centros de carga - tr;
• - inversamente proporcional al cuadrado del diámetro del alambre - T1/día 2 .

Además, el período de oscilación depende del material de la suspensión: cobre, acero, nicromo. Aquí también hay una serie de hipótesis, le sugerimos que las pruebe usted mismo.

1. Estudiamos la dependencia del período de oscilación del péndulo de la amplitud (ángulo de rotación). Los resultados de la medición se presentan en la Tabla 3:

Tabla 3

Dependencia del período de oscilación de un péndulo de la amplitud.

l= 60centímetros, metro = 8,3gramo, r = 12centímetros, re = 0,5milímetros

Conclusión. Dentro de límites de hasta 180, no se detecta la dependencia del período de oscilación del péndulo de torsión de la amplitud. La dispersión de los resultados de las mediciones puede explicarse por errores al medir el período de oscilación y por motivos aleatorios.

Para "abrir" otras dependencias, necesita cambiar solo un parámetro, dejando todos los demás sin cambios. El procesamiento matemático de los resultados se realiza mejor gráficamente.

2. Estudiamos la dependencia del período de oscilación del péndulo de su longitud: T = f(l). Al mismo tiempo, no cambiamos m, r, d. Los resultados de la medición se presentan en la Tabla 4:

Tabla 4

Dependencia del período de oscilación de un péndulo de la longitud.

metro = 8,3rel. unidades, r = 12centímetros, re = 0,5milímetros

Gráfico de dependencia t de yo representa una curva de una línea creciente, similar a una dependencia, de acuerdo con la Figura 13 A t 2 = yo, de acuerdo con la Figura 13, b.

Conclusión. El período de oscilación de un péndulo de torsión es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la longitud de la suspensión. Una cierta dispersión de puntos puede explicarse por errores de medición del período de oscilación y de la longitud del péndulo.

3. Estudiamos la dependencia del período de oscilación del péndulo de la masa de las cargas: T=f(m). Al mismo tiempo, no cambiamos l, r, d. Los resultados de la medición se presentan en la Tabla 5:

Tabla 5

Dependencia del período de oscilación de un péndulo de la masa de cargas.

l = 0,6metro, r = 12centímetros, re = 0,5milímetros

Gráfico de dependencia t de metro representa una curva de una línea creciente, similar a una dependencia, de acuerdo con la Figura 14 A. Para asegurarnos de esto, construimos una dependencia. t 2 =f(metro), según la Figura 14 b.

Conclusión. El período de oscilación de un péndulo de torsión es directamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa de las cargas. Una cierta dispersión de puntos puede explicarse por errores de medición del período de oscilación y masas de las cargas, así como por razones aleatorias.

4. Estudiamos la dependencia del período de oscilación del péndulo de la posición de las pesas: T = f(r). Al mismo tiempo, no cambiamos l, m, d. Los resultados de la medición se presentan en la Tabla 6:

Tabla 6

Dependencia del período de oscilación del péndulo de la posición de las pesas.

metro = 8,3unidades relativas, l = 0,6metro, re = 0,5milímetros

Conclusión. El período de oscilación de un péndulo de torsión es directamente proporcional a la distancia r. Alguna dispersión de puntos puede explicarse por errores de medición del período de oscilación y la distancia. r, así como razones aleatorias.

Estudiamos la dependencia del período de oscilación del péndulo del diámetro del alambre: T = f(d), de acuerdo con la Figura 15 . Al mismo tiempo no cambiamos. m,r,l.

Los resultados de la medición se presentan en la Tabla 7.

Tabla 7

Dependencia del período de oscilación de un péndulo del diámetro del alambre.

m = 8,3 unidades relativas, r = 12 cm, l = 0,6 m

Gráfico de dependencia t de d representa una curva descendente, de acuerdo con la Figura 16 A. Se puede suponer que se trata de una dependencia en la que norte= 1, 2, 3, etc. Para verificar estos supuestos, es necesario construir gráficos, etc. De todos estos gráficos, el más lineal es el gráfico, de acuerdo con la Figura 16. b.

Conclusión. El período de oscilación de un péndulo de torsión es inversamente proporcional al cuadrado del diámetro del alambre colgante. Una cierta dispersión de puntos puede explicarse por errores de medición del período de oscilación y del diámetro del alambre. d, así como razones aleatorias.

Los estudios realizados nos permiten concluir que el período de oscilación de un péndulo de torsión debe calcularse según la fórmula, donde k- coeficiente de proporcionalidad, que también depende de propiedades elásticas material de suspensión: módulo de torsión, módulo de corte.

Física"

Ud.profesor de física:

Gorsheneva Natalya Ivanovna

2011 GRAMO
El papel del experimento en la enseñanza de la física.

Ya en la definición de la física como ciencia hay una combinación tanto teórica como partes practicas. Es muy importante que en el proceso de enseñanza de la física, el profesor pueda demostrar a sus alumnos de la forma más completa posible la interrelación de estas partes. Después de todo, cuando los estudiantes sientan esta relación, podrán dar una explicación teórica correcta a muchos procesos que ocurren a su alrededor en la vida cotidiana, en la naturaleza.

Sin experimento no hay ni puede haber enseñanza racional de la física; uno aprendizaje verbal La física conduce inevitablemente al formalismo y al aprendizaje de memoria. Los primeros pensamientos del profesor deben estar dirigidos a que el alumno vea el experimento y lo haga él mismo, vea el dispositivo en manos del profesor y lo sostenga en sus propias manos.

Un experimento educativo es una herramienta de enseñanza en forma de experimentos especialmente organizados y realizados por un profesor y un alumno.

• 
  Resolver tareas educativas básicas;
• 
  Formación y desarrollo de la actividad cognitiva y mental;
• 
  Formación politécnica;
• 
  Formación de la cosmovisión de los estudiantes.

• 
  Cognitivo (aprender los conceptos básicos de la ciencia en la práctica);
• 
  Educativo (formación de una cosmovisión científica);
• 
  De desarrollo (desarrolla el pensamiento y las habilidades).

Tipos de experimentos físicos.

¿Qué formas de formación práctica se pueden ofrecer además de la historia del profesor? En primer lugar, por supuesto, se trata de la observación por parte de los estudiantes de demostraciones de experimentos realizados por el profesor en el aula al explicar material nuevo o al repetir lo visto; también es posible ofrecer experimentos realizados por los propios estudiantes en; el aula durante las lecciones en el proceso de trabajo frontal de laboratorio bajo la supervisión directa del docente. También puedes ofrecer: 1) experimentos realizados por los propios alumnos en el aula durante un taller físico; 2) experimentos de demostración realizados por los estudiantes al responder; 3) experimentos realizados por estudiantes fuera de la escuela sobre las tareas del profesor; 4) observaciones de fenómenos de la naturaleza, la tecnología y la vida cotidiana a corto y largo plazo, realizadas por los alumnos en casa siguiendo instrucciones especiales del docente.

¿Qué se puede decir sobre las formas de formación anteriores?

Experimento de demostración es uno de los componentes de un experimento físico educativo y es una reproducción de fenómenos físicos por parte de un maestro en una mesa de demostración utilizando instrumentos especiales. Se refiere a ilustrativo. métodos empíricos capacitación. Role experimento de demostración en la enseñanza está determinada por el papel que juega la experimentación en la física y la ciencia como fuente de conocimiento y criterio de su verdad, y sus capacidades para organizar las actividades educativas y cognitivas de los estudiantes.

La importancia del experimento físico de demostración es que:

Los estudiantes se familiarizan con el método experimental de conocimiento en física, con el papel del experimento en investigación física(como resultado, desarrollan una cosmovisión científica);

Los estudiantes desarrollan algunas habilidades experimentales: observar fenómenos, plantear hipótesis, planificar un experimento, analizar resultados, establecer dependencias entre cantidades, sacar conclusiones, etc.

Un experimento de demostración, al ser un medio de claridad, ayuda a organizar la percepción de los estudiantes sobre el material educativo, su comprensión y memorización; permite para formación politécnica estudiantes; ayuda a aumentar el interés en estudiar física y crear motivación para aprender. Pero cuando un profesor realiza un experimento de demostración, la actividad principal la realiza el propio profesor y, en el mejor de los casos, uno o dos estudiantes sólo observan pasivamente el experimento realizado por el profesor y no hacen nada por sí mismos; con mis propias manos. Por tanto, es necesario que los estudiantes de física realicen experimentos independientes.

Ejercicios de laboratorio.

Cuando se enseña física en la escuela secundaria, las habilidades experimentales se desarrollan cuando los propios estudiantes ensamblan instalaciones, realizan mediciones de cantidades físicas y realizan experimentos. Las clases de laboratorio despiertan un gran interés entre los estudiantes, lo cual es bastante natural, ya que en este caso el estudiante aprende sobre el mundo que lo rodea a partir de su propia experiencia y sus propios sentimientos.

La importancia de las clases de laboratorio en física radica en que los estudiantes desarrollan ideas sobre el papel y el lugar de la experimentación en el conocimiento. Al realizar experimentos, los estudiantes desarrollan habilidades experimentales, que incluyen habilidades tanto intelectuales como prácticas. El primer grupo incluye las habilidades para: determinar el propósito del experimento, plantear hipótesis, seleccionar instrumentos, planificar un experimento, calcular errores, analizar los resultados, elaborar un informe sobre el trabajo realizado. El segundo grupo incluye las habilidades para montar un montaje experimental, observar, medir y experimentar.

Además, la importancia del experimento de laboratorio radica en que al realizarlo, los estudiantes desarrollan cualidades personales tan importantes como la precisión en el trabajo con instrumentos; mantener la limpieza y el orden en el lugar de trabajo, en las notas realizadas durante el experimento, organización, perseverancia en la obtención de resultados. Desarrollan una cierta cultura de trabajo físico y mental.

En la práctica de la enseñanza de la física en la escuela se han desarrollado tres tipos de clases de laboratorio:

Trabajo de laboratorio frontal en física;

Taller físico;

Trabajo experimental casero en física.

Realización de trabajos de laboratorio independientes.

Trabajo de laboratorio frontal - este es un tipo de trabajo práctico en el que todos los estudiantes de una clase realizan simultáneamente el mismo tipo de experimento utilizando el mismo equipo. El trabajo de laboratorio inicial lo realiza con mayor frecuencia un grupo de estudiantes formado por dos personas; a veces es posible organizar el trabajo individual; Aquí surge una dificultad: el aula de física de la escuela no siempre cuenta con un número suficiente de instrumentos y equipos para realizar dicho trabajo. Los equipos viejos quedan inutilizables y, lamentablemente, no todas las escuelas pueden permitirse el lujo de comprar otros nuevos. Y no hay forma de escapar del límite de tiempo. Y si algo no funciona para uno de los equipos, algún dispositivo no funciona o falta algo, entonces empiezan a pedir ayuda al profesor, distrayendo a los demás del trabajo de laboratorio.

Los talleres físicos se llevan a cabo en los grados 9-11.

taller de fisica realizado con el objetivo de repetir, profundizar, ampliar y generalizar los conocimientos adquiridos en diversos temas de la carrera de física; desarrollo y mejora de las habilidades experimentales de los estudiantes mediante el uso de equipos más complejos, experimentos más complejos; formación de su independencia en la resolución de problemas relacionados con el experimento. Un taller de física generalmente se lleva a cabo al final del año escolar, a veces al final del primer y segundo semestre, e incluye una serie de experimentos sobre un tema en particular. Los estudiantes realizan trabajos prácticos físicos en un grupo de 2 a 4 personas utilizando diversos equipos; Durante las próximas clases hay un cambio de trabajo, que se realiza según un horario especialmente diseñado. Al elaborar un cronograma, tenga en cuenta la cantidad de estudiantes de la clase, la cantidad de talleres y la disponibilidad de equipo. Para cada taller de física se asignan dos horas lectivas, lo que requiere la introducción de lecciones dobles de física en el horario. Esto presenta dificultades. Por ello y ante la falta de equipamiento necesario, se practican talleres físicos de una hora de duración. Cabe señalar que es preferible el trabajo de dos horas, ya que el trabajo de taller es más complejo que el trabajo de laboratorio frontal, se realizan en equipos más complejos y la proporción de participación independiente de los estudiantes es mucho mayor que en el caso de trabajo de laboratorio frontal.

Para cada trabajo, el docente deberá redactar instrucciones, las cuales deben contener: título, finalidad, lista de instrumentos y equipos, breve teoría, descripción de dispositivos desconocidos para los estudiantes, plan para realizar el trabajo. Luego de finalizar el trabajo, los estudiantes deberán entregar un informe, el cual debe contener: el título del trabajo, el propósito del trabajo, una lista de instrumentos, un esquema o dibujo de la instalación, un plano para realizar el trabajo, una tabla de resultados, fórmulas mediante las cuales se calcularon los valores de cantidades, cálculos de errores de medición, conclusiones. Al evaluar el trabajo de los estudiantes en un taller, se debe tener en cuenta su preparación para el trabajo, un informe sobre el trabajo, el nivel de desarrollo de habilidades, la comprensión del material teórico y los métodos de investigación experimental utilizados.

¿Qué pasa si el profesor invita a los alumnos a realizar un experimento o realizar una observación fuera del colegio, es decir, en casa o en la calle? Los experimentos realizados en casa no deberían requerir el uso de ningún instrumento y los costos de materiales. Deben ser experimentos con agua, aire y objetos que se encuentran en cada hogar. Alguien puede dudar del valor científico de tales experimentos, por supuesto, es mínimo; Pero, ¿es malo que un niño pueda verificar por sí mismo una ley o un fenómeno descubierto muchos años antes que él? No hay ningún beneficio para la humanidad, pero ¡qué beneficio tiene para un niño! La experiencia es una tarea creativa; al hacer algo por su cuenta, el alumno, lo quiera o no, pensará en lo más fácil que es realizar el experimento, dónde ha encontrado un fenómeno similar en la práctica y dónde más puede ocurrir este fenómeno. sé útil. Lo que cabe señalar aquí es que los niños aprenden a distinguir los experimentos físicos de todo tipo de trucos y a no confundir uno con otro.

Trabajo experimental en casa. El trabajo de laboratorio en casa es el experimento independiente más sencillo que realizan los estudiantes en casa, fuera de la escuela, sin supervisión directa del profesor sobre el progreso del trabajo.

Los principales objetivos de los trabajos experimentales de este tipo son:

Formación de la capacidad de observar fenómenos físicos en la naturaleza y en la vida cotidiana;

Formación de la capacidad de realizar mediciones utilizando instrumentos de medición utilizados en la vida cotidiana;

Formación del interés por los experimentos y el estudio de la física;

Formación de independencia y actividad.

Los trabajos de laboratorio a domicilio se pueden clasificar en función del equipo utilizado para realizarlo:

Trabajos en los que se utilicen artículos del hogar y materiales improvisados ​​(vaso medidor, cinta métrica, báscula doméstica, etc.);

Obras en las que se utilizan instrumentos caseros (balanzas de palanca, electroscopio, etc.);

¿Qué necesita un niño para realizar el experimento en casa? En primer lugar, probablemente sea suficiente. Descripción detallada experiencia, indicando los puntos necesarios, donde se dice de forma accesible al niño qué se debe hacer y a qué prestar atención. Además, el profesor debe proporcionar instrucciones detalladas.

Requisitos para experimentos caseros. En primer lugar, esto es, por supuesto, la seguridad. Dado que el experimento lo realiza el alumno en casa de forma independiente, sin el control directo del profesor, no debería haber ninguna sustancias químicas y artículos que representen una amenaza para la salud del niño y su entorno familiar. El experimento no debe requerir costos materiales significativos por parte del estudiante; al realizar el experimento se deben utilizar objetos y sustancias que se encuentran en casi todos los hogares: platos, frascos, botellas, agua, sal, etc. Un experimento realizado en casa por escolares debe ser simple en ejecución y equipamiento, pero, al mismo tiempo, ser valioso en el estudio y comprensión de la física en la infancia y ser interesante en contenido. Dado que el maestro no tiene la oportunidad de controlar directamente el experimento realizado por los estudiantes en casa, los resultados del experimento deben formalizarse en consecuencia (aproximadamente como se hace cuando se realiza el trabajo de laboratorio de primera línea). Los resultados del experimento realizado por los alumnos en casa deberán discutirse y analizarse en clase. El trabajo de los estudiantes no debe ser una imitación ciega de patrones establecidos; debe contener la manifestación más amplia; por iniciativa propia, creatividad, búsqueda de algo nuevo. Con base en lo anterior, formularemos brevemente los requisitos para las tareas experimentales en el hogar: requisitos:

Seguridad durante la realización;

Costos mínimos de material;

Facilidad de implementación;

Facilidad de control posterior por parte del profesor;

La presencia de coloración creativa.
El experimento casero se puede asignar después de completar el tema en clase. Entonces los estudiantes verán con mis propios ojos y convencerse de la validez de la ley o fenómeno teóricamente estudiado. Al mismo tiempo, los conocimientos adquiridos teóricamente y probados en la práctica quedarán firmemente arraigados en su conciencia.

O viceversa, puede establecer una tarea y, después de completarla, explicar el fenómeno. Así, es posible crear entre los estudiantes situación problemática E ir a aprendizaje basado en problemas, que involuntariamente da lugar al interés cognitivo de los estudiantes en el material que se estudia, proporciona actividad cognitiva estudiantes durante la formación, conduce al desarrollo pensamiento creativo estudiantes. En este caso, incluso si los escolares no pueden explicar por sí mismos el fenómeno que vieron en casa, escucharán con interés la historia del maestro.

Etapas del experimento:

1. 
   Justificación de la realización del experimento.
2. 
   Planificación y realización del experimento.
3. 
   Evaluación del resultado obtenido.

1. 
   Formulación y justificación de una hipótesis que pueda servir de base a un experimento.
2. 
   Determinar el propósito del experimento.
3. 
   Aclaración de las condiciones necesarias para lograr el objetivo establecido del experimento.
4. 
   Diseñar un experimento que incluya responder las preguntas:
   • 
     que observaciones hacer
   • 
     que cantidades medir
   • 
     Instrumentos y materiales necesarios para realizar experimentos.
   • 
     el curso de los experimentos y la secuencia de su implementación.
   • 
     elegir una forma para registrar los resultados del experimento
5. 
   Selección dispositivos necesarios y materiales
6. 
   Montaje de instalación.
7. 
   Realización de un experimento acompañado de observaciones, mediciones y registro de sus resultados.
8. 
   Procesamiento matemático de resultados de medición.
9. 
   Análisis de resultados experimentales, formulación de conclusiones.

Al realizar cualquier experimento, es necesario recordar los requisitos del experimento.

Requisitos para el experimento:

• 
  Visibilidad;
• 
  Corto plazo;
• 
  Persuasión, accesibilidad, confiabilidad;
• 
  Seguridad.

Además de los tipos de experimentos anteriores, existen experimentos virtuales mentales (ver Apéndice), que se llevan a cabo en laboratorios virtuales y son de gran importancia en caso de falta de equipamiento.

La escuela es el laboratorio más asombroso, ¡porque en ella se crea el futuro! ¡Y lo que será depende de nosotros, profesores!

Creo que si un profesor en la enseñanza de física utiliza un método experimental en el que los estudiantes participan sistemáticamente en la búsqueda de formas de resolver preguntas y problemas, entonces podemos esperar que el resultado de la formación sea el desarrollo de un pensamiento original y versátil, no limitados por marcos estrechos. A es el camino hacia el desarrollo de una alta actividad intelectual de los estudiantes.

Solicitud.
Clasificación de tipos de experimentos..
Campo

(excursiones)

Escuela

Real

Virtual

Dependiendo de la cantidad y el tamaño

Por lugar

Por método de implementación

Dependiendo del tema

Experimento