Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012




Скачать 18.59 Kb.
НазваниеЗадачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012
страница4/5
Дата04.02.2016
Размер18.59 Kb.
ТипМетодическое пособие
1   2   3   4   5

5.3. Измерение объема небольших тел

Одноразовый медицинский шприц может быть использован для измерения объема не только жидкостей, но и объема небольших твердых тел методом погружения. Для этого, конечно, надо заткнуть выход шприца, например, кусочком пластилина.

Шприц, например, объемом 12 см3 (мл) имеет цену деления 0,2 см3, т.е. формально можно считать, что погрешность измерения объема жидкости равна 0,1 см3. При измерении объема твердого тела методом погружения погрешность измерения составляет 0,2 см3 , так как отсчет производится дважды. Для устранения ошибок на параллакс необходимо помещать глаз на линии АВ, проходящей через середину поверхности жидкости, и отсчет производить не по краю жидкости, а по середине мениска. При отсчете делений шприц желательно упереть о стол, а не держать в руке, чтобы не вызывать наклона и колебаний поверхности жидкости.


5.4. Измерение времени

В настоящее время нет проблемы с достаточном точным измерением времени в связи с доступностью дешевых электронных секундомеров. Кроме того, большинство сотовых телефонов имеют соответствующую опцию9.

5.5. Электрические измерения

Универсальные цифровые электроизмерительные приборы – мультиметры, сравнительно недороги. Поэтому их можно включать в перечень приборов, используемых при решении экспериментальных задач. Мультиметры позволяют измерять различные электрические характеристики: силу постоянного и переменного тока, напряжение постоянного и переменного тока, сопротивление проводников, электроёмкость конденсаторов и индуктивность соленоидов. Некоторые модификации мультиметров позволяют измерять температуру с помощью входящей в комплект термопары. Класс точности мультиметров достаточно высок, так что в простых измерениях можно пренебрегать их погрешностями. Конечно, перед началом использования прибора следует ознакомиться с инструкцией по пользованию и изучить (внимательно рассмотреть) надписи и обозначения на его передней панели.


5.6. Лазер-брелок

Распространенный сейчас лазер-брелок является очень интересным физическим прибором, позволяющим поставить много интересных физических опытов по отражению, преломлению, дифракции и т.д. света. Излучение этого лазера отличается яркостью, узкой направленностью, хорошей монохроматичностью. Длина волны излучения по паспорту простирается от 620 до 680 нм. Для практических измерений следует принять ширину интервала 20 нм, а длину волны, соответствующее пиковому значению его спектральной плотности излучения, λ ≈ 650 нм


5.7. Калориметр

Для проведения точных измерений по теплообмену используется калориметр. Простейший калориметр можно изготовить, вставив один конический пластмассовый стаканчик в другой. Для лучшей теплоизоляции от внешней среды можно вставить между стаканчиками прослойку из поролона. При использовании такого калориметра лучше накрывать его, например, листом картона с отверстием для мешалки и с креплением (бельевая прищепка) для термометра. Для большей устойчивости можно использовать поставленную вверх дном одноразовую тарелку, в дне которой вырезается отверстие для наружного стакана.


6. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ И ОФОРМЛЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ


Задача 1. Коэффициент трения

Задание. Измерьте коэффициент трения скольжения деревянного бруска по поверхности доски (линейки).

Оборудование: брусок, доска, штатив с лапкой, линейка длиной 30 (40) см.





Возможный способ решения. Кладем брусок на дощечку. Постепенно поднимая один конец доски, получаем наклонную плоскость и добиваемся равномерного скольжения бруска. Так как сила трения покоя намного больше силы трения скольжения, необходимо немного подталкивать бусок в начале скольжения. Для фиксации нужного наклона используем штатив. Измеряем высоту а и длину основания наклонной плоскости в.

Теория:



Измерения и анализ погрешностей:

Опыт повторяем несколько раз. В данном случае это необходимо сделать главным образом потому, что трудно добиться именно равномерного скольжения бруска по плоскости.



п/п

а

b

а, см

Δa, см

(Δa)2,см2

в, см

Δb, см

(Δb)2,см2

1

12,2

0,0

0,00

27,4

0,0

0,00

2

13,1

0,9

0,81

27,0

-0,4

0,16

3

11,2

-1,0

1,00

27,8

0,4

0,16




=12,2

0,1

Σ(a)2 = 1,81

27,4

0,0

Σ(b)2 = 0,32




Кроме случайных погрешностей в общую погрешность, конечно, входят и обычные погрешности отслета: Δа = Δb = 0,5 см.Это составляет:


и


Таким образом, получаем:

a = 12,2 ± 1,1 см , δ = 8,6%


b = 27,4 ± 0,7 см , δ = 2,6%


По результатам первого опыта:

ВГ: , НГ:







Окончательный результат измерения коэффициента трения:


μ = 0,46 ± 0,05 δ = 10,9%


Задача 2. Электрический «черный ящик»

«Черный ящик» представляет собой непрозрачную закрытую коробку, которую нельзя вскрывать, чтобы изучить ее внутреннее устройство. Внутри ящика находятся несколько электрических элементов, соединенных между собой в простую электрическую цепь. Обычно такими элементами являются: источники тока, постоянные и переменные резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, полупроводниковые диоды. Снаружи ящика находятся несколько выводов.

Основная цель задания «черный ящик»: Сделав минимальное число электрических измерений с использованием внешних выводов, «расшифровать» «черный ящик», т.е.:

  • Установить, какие именно электрические приборы находятся внутри «черного ящика».

  • Установить схему их соединения.

  • Определить номиналы (величины сопротивлений резисторов, емкости конденсаторов и т.д.)

Задание. Три резистора соединены между собой и помещены в «черный ящик» с тремя выводами. Точно такие же резисторы соединены между собой по-другому и помещены во второй «черный ящик» с тремя выводами. Определить сопротивление каждого резистора. Перемычки применять запрещено.




Оборудование: мультиметр.

Измерение сопротивления между выводами дали результаты:


Ящик №1: R1-2 = 12 Ом, R2-3 =25 Ом, R1-3 =37 Ом


Ящик №2: R1-2 = 5,45 Ом, R2-3 =15 Ом, R1-3 = 20,45 Ом


Возможный способ решения. Возможны четыре способа соединения трех резисторов с тремя наружными выводами так, чтобы три измерения давали разное значение сопротивлений:

1) последовательное, 2) смешанное, 3) звездой, 4) треугольником.



Покажем последовательность поиска ответов.

Характерным признаком двух первых схем является то, что одно из измерений равно сумме двух других, что и соответствует условию задачи:




Следовательно, в одном ящике последовательное соединение, но тогда в другом - смешанное, поскольку результаты измерений не совпадают, хотя номиналы резисторов те же самые.

Известно, что всегда выполняется соотношение




А поскольку R1-3 cлева больше, чем R1-3 справа, то в левом ящике (№1) находится последовательное соединение, а в правом (№2) – смешанное.

В состав последовательного соединения в левом ящике входят резисторы с номиналами 12 или 25 Ом. Так как ни то, ни другое значение не наблюдается в составе смешанного соединения, следовательно, номинал одного из резисторов R1 = 15 Ом.

Остальные номиналы: R2 = 12 Ом и R3 = 10 Ом.

Очевидно, к тем же результатам можно прейти и с помощью иной цепочки рассуждений.

Отметим также, что возможны еще 5 комбинаций схем по два «черных ящика» из приведённых четырех. Наиболее громоздка математическая часть задачи по «расшифровке» черного ящика, о котором известно, что там находится треугольник.

В заключении отметим, что не все может идти так гладко, как в данном примере. Значения сопротивлений или других электрических величин, естественно, содержат погрешности. И, например, соотношение может выполняться только приблизительно.

7. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Часто целью экспериментальных задач является поиск закономерностей, т.е. связей между разными характеристиками физических систем или процессов. При этом, как правило, закономерности накладываются друг на друга так, что бывает трудно разобраться в их хитросплетении. Тактика при выполнении таких исследований состоит в том, что поэтапно изучается связь только между двумя величинами, в то время как другие остаются неизменными.

Такие задачи ставятся в самом общем виде. Ученику предоставляется возможность выбирать:

  • цели исследования;

  • находить пути их достижения;

  • проводить необходимые измерения;

  • анализировать полученные результаты;

  • делать окончательные выводы.

Математический вид исследуемых зависимостей зачастую достаточно сложен. Здесь совершается большое число ошибок, - учащиеся ограничиваются только прямой или обратно пропорциональной зависимостью, а порой вообще не делают никакого математического анализа полученных результатов. Кроме того, важно учитывать погрешности измерений, вуалирующие истинные соотношения, или, хуже того, «открывающие» несвойственные закономерности. И причина этого, скорее всего, в отсутствие опыта исследовательской работы – школьные лабораторные работы строятся по такой схеме, что нарабатываются только репродуктивные качества и навыки.

Приведем пример такого маленького исследования.

Задание. Исследуйте особенности колебания крутильного маятника и опишите основные закономерности его движения.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, отрезки медной, стальной и нихромовой проволоки длиной около 1 м и различных диаметров, например 0,3, 0,50, 0,65, 1,0 мм, тонкая легкая деревянная палочка длиной 15-20 см, пластилин, скрепка, линейка, транспортир, секундомер.

Общий вид крутильного маятника показан на рисунке. Скрепка, изогнутая определенным образом, служит для уравновешивания стержня с грузами. Выведенный из состояния равновесия маятник начинает совершать вращательно-колебательное движение.

Заранее нужно изготовить из пластилина пары шариков разной массы. Массы шариков пропорциональны кубу их диаметров, поэтому есть возможность выстроить ряд, например: m1 = 1, m2 = 2,5, m3 = 5,2, m3 = 6,8, m4 = 8,3 отн. ед.

Диаметр проволок можно сообщить учащимся заранее или предоставить им возможность провести эти измерения самостоятельно с помощью штангенциркуля или микрометра.

Примечание. Успех исследование во многом зависит от правильного подбора оборудования, особенно диаметров выданных проволок. Кроме того, желательно, чтобы подвес крутильного маятника находился во время опытов в натянутом состоянии, для чего массы грузов должны быть достаточно большими.

Тематика исследования крутильного маятника вытекает из предположения о гармоническом характере его колебаний. Общий перечень экспериментальных наблюдений, которые можно осуществить по данной проблеме и на предложенном оборудовании, достаточно велик. Приведем наиболее простые и доступные.

  • Зависит ли период колебаний от амплитуды (угла поворота)?

  • Зависит ли период колебаний от длины подвеса маятника?

  • Зависит ли период колебаний маятника от массы грузов?

  • Зависит ли период колебаний маятника от положения грузов на стержне?

  • Зависит ли период колебаний от диаметра проволоки?

Естественно, требуется не просто односложно отвечать на поставленные вопросы, но и исследовать характер ожидаемых зависимостей.

Пользуясь приёмом аналогий, выдвигаем гипотезы о колебаниях крутильного маятника, сравнивая его с математическим маятником, изучаемым по школьной программе. За основу берём период колебаний и его зависимость от различных параметров маятника. Намечаем следующие гипотезы. Период колебаний крутильного маятника:

  • при малых углах поворота не зависит от амплитуды;

  • пропорционален корню квадратному из длины подвеса - T;

  • пропорционален корню квадратному из массы груза - T;

  • пропорционален расстоянию от центра подвеса до центров грузов - Tr ;

  • обратно пропорционален квадрату диаметра проволоки – T 1/d2.

Кроме того, период колебаний зависит от материала подвеса: медь, сталь, нихром. Здесь также имеется ряд гипотез, предлагаем проверить их самостоятельно.

1. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от амплитуды (угла поворота). Результаты измерений представлены в таблице:

L = 60 см, m = 8,3 г, r = 12 см, d = 0,5 мм



30

60

90

120

150

180

Т, с

5,8

6,2

6,3

6,0

5,9

6,2


Вывод. В пределах до 180 зависимость периода колебаний крутильного маятника от амплитуды не обнаруживается. Разброс результатов измерений можно объяснить погрешностями измерения периода колебаний и случайными причинами10.

Чтобы «открыть» другие зависимости необходимо менять только один параметр, оставляя все другие неизменными. Математическую обработку результатов лучше всего проводить графически.

2. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от его длины: Т = f(l). При этом не меняем m, r, d. Результаты измерений представлены в таблице:

m= 8,3 отн. ед., r= 12 см, d= 0,5 мм

l, м

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Т, с

3,6

4,9

6,2

7,0

8,2

Т2, с

13,0

24,0

38,4

49,0

67,2

График зависимости Т от l представляет собой кривую возрастающую линию, похожую на зависимость  (рис.1.а). Чтобы убедиться в этом, строим зависимость T2 = l (рис. 1.б)





Вывод. Период колебаний крутильного маятника прямо пропорционален корню квадратному из длины подвеса. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и длины маятника, а также случайными причинами.

3. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от массы грузов: Т = f(m). При этом не меняем l, r, d. Результаты измерений представлены в таблице:


l = 0,6 м, r = 12 см, d = 0,5 мм


m, отн.ед.

1,0

2,5

5,2

6,8

8,3

Т, с

2,1

3,6

4,7

5,9

6,2

Т2, с

4,4

13,0

22,1

34,8

38,4



График зависимости Т от m представляет собой кривую возрастающую линию, похожую на зависимость  (рис.2.а). Чтобы убедиться в этом, строим зависимость T2 =f(m) (рис.2.б).


Вывод. Период колебаний крутильного маятника прямо пропорционален корню квадратному из массы грузов. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и масс грузов, а также случайными причинами.


4. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от положения грузов: Т = f(r). При этом не меняем l, m, d. Результаты измерений представлены в таблице:


m = 8,3 отн.ед., l = 0,6 м, d = 0,5 мм


r, см

3,0

6,0

9,0

12,0

15,0

Т, с

1,6

3,2

4,6

6,2

7,7





Вывод. Период колебаний крутильного маятника прямо пропорционален расстоянию r. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и расстояния r, а также случайными причинами.


5. Изучаем зависимость периода колебаний маятника от диаметра проволоки: Т = f(d). При этом не меняем m, r, l.

Результаты измерений представлены в таблице:


m = 8,3 отн.ед., r = 12 см, l = 0,6 м

Т, с

18,0

6,2

4,0

1,8




1/d2,(1/мм2)

11,1

4,0

2,4

1,0




d, мм

0,3

0,50

0,65

1,0




График зависимости Т от d представляет собой ниспадающую кривую (рис. 4.а). Можно предположить, что это зависимость , где n = 1, 2, 3 и т.д. Для проверки этих предположений необходимо строить графики и т. д. Из всех таких графиков наиболее линейным является график (рис. 4.б).




Вывод. Период колебаний крутильного маятника обратно пропорционален квадрату диаметра проволоки подвеса. Некоторый разброс точек можно объяснить погрешностями измерений периода колебаний и диаметра проволоки d, а также случайными причинами.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что период колебаний крутильного маятника должен вычисляться по формуле , где k - коэффициент пропорциональности, зависящий также от упругих свойств материала подвеса – модуль кручения, модуль сдвига.

1   2   3   4   5

Похожие:

Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconПрограмма Методическое пособие для учителя Учебник Методическое пособие для ученика
...
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconМетодическое пособие для выполнения расчётно-графической работы «Расчёт статически неопределимого прямого стержня ступенчато-переменного сечения на действие осевой нагрузки с учётом неточности изготовления и температурного фактора» Ставрополь -2006
Представлен численный пример – образец выполнения этой работы, сопровождаемый соответствующими комментариями. Методическое пособие...
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconМетодическое пособие для учителя к курсу «Окружающий мир»
Задачи и предмет курса, материал, основной метод обучения, учебно-методический комплект. Содержание курса. Место третьего класса...
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconУчебно-методическое пособие Красноярск сфу 2012 удк 504. 004. 4 (07) ббк 28. 0я73
Экологическая информатика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. М. А. Субботин. – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. – 9 с
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconИностранным языкам пособие для учителя удк 372. 8+80
Пособие для учителя. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Аркти, 2003. — 192 с. (Метод, биб-ка)
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconМетодическое пособие для подготовки курсовых работ по дисциплине «Управления качеством»
Методическое пособие предназначено для студентов технологического факультета очной и заочной формы обучения
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconПрограммно-методическое обеспечение курса
Львова С. И. Сборник диктантов с языковым анализом текста. 8-9 кл.: Пособие для учителя. – М.: Мнемозина, 2003. – 144 с
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconЛабораторная работа эффект Мёссбауэра Зеленодольск 2007 Печатается по решению учебно-методической комиссии Зеленодольского филиала кгу удк 537. 635; 537. 611. 43 Методическое пособие к лабораторным работам по атомной и ядерной физике «Эффект Мёссбауэра»
Методическое пособие предназначено для студентов третьего курса физико-математического факультета Зеленодольского филиала кгу, специализирующихся...
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconМетодическое пособие по курсовой работе
Методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Искусствоведение» (031500. 62), руководителей курсовых...
Задачи по физике методическое пособие для учителя ставрополь 2012 iconМетодическое пособие по курсовой работе
Методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Искусствоведение» (031500. 62), руководителей курсовых...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница