Ученический эксперимент на уроках физики и не только

Государственное учреждение образования
«Октябрьская средняя школа
Буда-Кошелёвского района»
Ученический эксперимент
на уроках физики и не
только …
Из опыта работы учителя физики и
математики ГУО «Октябрьская
средняя школа Буда-Кошелёвского
района»
Содержание
• Обоснование идеи
• Постановка учеником эксперимента при
•
•
•
ответе у доски по содержанию домашнего
задания
Решение учащимся экспериментальной
задачи
Задание на дом с необходимой постановкой
эксперимента
Исследовательская деятельность учащихся
ОБОСНОВАНИЕ ИДЕИ
Я
считаю, что многие ученики
надолго запоминает лишь то,
что могут проверить на
практике.
 Я считаю, что дети быстрее
учатся у детей. Хотя при этом
бывают и исключения из
данного правила.
Далее…

Правила безопасности лучше
познаются на практике, так как
учиться на чужих ошибках не
зазорно, но дети предпочитают всё
же учиться на собственных
Кроме того …


Я думаю, что большую часть школьных
опытов ребёнок может повторить, только
лишь посмотрев на иллюстрацию к этим
опытам. В реальной жизни очень многому
придётся учиться самому.
Я думаю, что каждый ученик вправе
попробовать себя в качестве
экспериментатора.
А также…


Я считаю, что творческая личность
появляется только в процессе
самопознания.
Социальный заказ смещен в
область практических умений и
навыков.
Постановка учеником эксперимента при ответе у доски
по содержанию домашнего задания
Ученик может подготовить такой эксперимент
из подручных материалов, найденных дома
или по дороге в школу, у друзей и знакомых
(используй то, что под рукой – и не ищи себе
другого!).
Ученик может подготовить эксперимент с
помощью учителя с использованием
оборудования лаборатории физики.
Ученик может попросить помощи у кого-нибудь
из взрослых вне школы и изготовить
экспериментальное устройство с его помощью,
а затем продемонстрировать понравившийся
опыт с помощью данного устройства. Так он
подкрепит свой ответ результатами
эксперимента.
Эпизод 1. Превращение внутренней
энергии сгоревшего топлива во
внутреннюю энергию тающего льда
Ассистент – Зеньков
Евгений (8 класс)
Опыт демонстрирует
Гриб Иван (8 класс)
Эпизод 2. Превращение внутренней энергии
сгоревшего топлива во внутреннюю
энергию нагревающейся воды
Ассистент - Микулин
Станислав (8 класс)
Опыт проводит
Сильченко Настя (8
класс)
Эпизод 3. Подготовка к опыту по
превращению внутренней энергии
сгоревшего топлива во внутреннюю
энергию водяного пара
Опыт проводит Сильченко Настя
Как нужно зажигать спиртовку, а как - нельзя !!!
(консультацию проводит Гриб Иван для Шершнева Александра)
Решение учащимся
экспериментальной задачи


Многие из подобных задач
являются опытной иллюстрацией
стандартных примеров из
учебника или задачника.
Некоторые задачи являются
искусственно разработанными
учителем для реализации
проблемного метода обучения при
выведении некоторой физической
закономерности (зависимость
периода колебаний от длины
математического маятника).
Задача: Определите цену деления
измерительного прибора с разными
видами шкал
(урок физики в 6 классе)
Цена деления мерного
стаканчика
Голубев Максим
Цена деления
транспортира
Столяров
Андрей
Цена деления
амперметра
Цена деления линейки
Цена деления
вольтметра
Задание на дом с
необходимостью постановки
эксперимента



Возможен вариант, когда ученик
сможет повторить всё
проделанное на уроке.
Учащийся ставит опыт дома под
наблюдением родителей, но в
классе демонстрирует лишь
видеопрезентацию.
Учащийся может представить на
уроке даже простой письменный
отчёт о проделанной работе (как
крайний вариант).
Этап 1. Формулируется условие и выполняется
обоснование хода выполнения задания
Найдем КПД установки, которая состоит из газовой плиты со
счетчиком, чайника с крышкой и термометра.
Сначала заморозим воду в пластмассовом стаканчике до
достаточно низкой температуры -16,1°C.Для этого мы
использовали специальный морозильник и термометр,
помещенный в морозильник рядом со стаканчиком. Для того,
чтобы вода в стаканчике в первый час заморозки не
испарялась и не конденсировалась потом на внутреннюю
стенку морозильника, накроем стаканчик пластмассовой
крышкой. А вода в стаканчике будет испаряться, так как ее
температура выше температуры воздуха в морозильнике.
На следующий день достанем из морозильной камеры
стаканчик со льдом, снимем крышку, выбьем лед из стаканчика
в маленький чайник с плотно закрывающейся крышкой.
Поставим чайник со льдом внутри на газовую плиту и включим
газ. Регулятор подачи газа установим так, чтобы огонь был
самым маленьким. Лед должен сначала нагреться до 0°C, а уже
потом растаять. Но таяние льда происходит медленно и,
причём, одновременно с его нагреванием. Затем растаявший
лед превращается в воду при 0°C, хотя получить именно такой
результат можно, нагревая лёд на очень маленьком пламени.
Для того, чтобы температура воды без кусочков льда была
близкой к 0°C, нужно постоянно измерять температуру и
помешивать лед в подтаявшей воде. Затем мы нагреваем воду
до 100 °C и почти полностью ее испаряем. На дне должно
остаться немного воды, иначе дно чайника начинает подгорать.
Этап 2. Выполняется расчётная часть решения
 На то, чтобы превратить лед при t1=-16,1°C в пар при
t=100°C, мы затратили 35 л природного газа. Показания
счетчика газа: до начала эксперимента – 0167.141,а после
эксперимента - 0167.176. Так как в 1м³ содержится 1000 л
природного газа, то получится расход в 0,035м³ или 35 л
природного газа. При этом выделилось Q=q·V=30,5 МДж/м³·
0,035 м³=1067500 Дж теплоты, где q- удельная теплота
сгорания природного газа, V– объем сгоревшего газа.

На нагревание льда уйдет такое количество теплоты:
Q1=Cл·mл·(tº-t¹)=2100Дж/кг·°C·0,2кг·(0°C-(-16,1°C))=6762Дж,
на нагревание воды после таяния льда уйдет теплоты
Q3=Cв·mв·(100°C-0°C)=4200Дж/кг·°C·0,2кг·(100°C)=84000Дж, плавление льда
потребует следующее количество теплоты:
Q2=λm=333000Дж/кг·0,2кг=66600Дж, а испарение воды
потребует количество теплоты:
Q4=L·m=2260000Дж/кг·0,2кг=452000Дж. .
Этап 3.Выполнение итоговых расчётов и вывод
 Общее количество теплоты на
превращение льда в пар по цепочке:
нагревание льда→плавление
льда→нагревание воды→испарение воды
находится по формуле
Q=Q1+Q2+Q3+Q4=609362Дж. Это
позволит нам найти КПД нашей
нагревательной установки:
 КПД = ή =Qполезен./Qзатрач. =
=609362Дж/1067500Дж≈0,57 или чуть
больше 57٪.
 В принципе, это неплохо.
Фото с места событий
Задание выполняет ученица 8
класса Голубева Виктория
Исследовательская
деятельность учащихся
Чаще всего домашнее экспериментальное задание одной ученицы (как в
описанном ниже случае), или ученика, предшествует экспериментальной
исследовательской работе группы учащихся. Этот подход позволяет сплотить
небольшой ученический коллектив для решения конкретной задачи, но также
подразумевает приобретение каждым его членом ценного опыта совместной
работы над другими исследовательскими проектами в иных сферах
деятельности. Учащиеся распределяют роли в этом процессе и координируют
свою деятельность. К практической части выполняемого исследования
привлекаются родители учащихся.
Необходимо также помнить, что на завершающем этапе, связанном с
оформлением результатов работы, активное участие в ее последующем
представлении принимает учитель.
Кроме того, каждый кабинет физики должен иметь стенд, разъясняющий
учащимся порядок подготовки и проведения учащимися исследований
подобного типа. Необходимо также нацеливать учащихся на практическую
целесообразность проводимого эксперимента.
Учреждение образования
«Октябрьская государственная общеобразовательная средняя школа
Буда-Кошелёвского района»
Авторы: Голубева Виктория
Ацаев Ильяс,
Юрковский Владислав, 8 класс
Руководитель: Вербовиков Олег Петрович,
учитель физики
д. Октябрь, 2010 год.
Содержание
• Введение
•
•
•
•
•
•
•
•
•
-2
Устройство нагревательной установки
-3
Теоретическое обоснование расчётов КПД
-4
Порядок проведения эксперимента №1 и его результаты
(проводит Юрковский Владислав и Ацаев Ильяс).
-5
Порядок проведения эксперимента №2 и его результаты
(проводит Голубева Виктория)
-8
Расчёт КПД нагревательной установки при различных
рабочих
режимах газовой горелки
- 11
Заключение
- 12
Введение
• При выполнении лабораторных работ №1 и №2
легко убедиться, что при теплообмене между
жидкостями, или между жидкостью и твёрдым телом
происходят процессы, связанными с потерями
теплоты. В связи с этим возникает вопрос о тепловой
эффективности различных установок, которые
используются в качестве теплообменников.
Величина, которая характеризует эффективность
теплообменной установки, называется
коэффициентом полезного действия (КПД). Данное
исследование позволяет вычислить КПД
теплообменной установки при различных тепловых
процессах (нагревании, плавлении, испарении
веществ, сгорании топлива).
1. Устройство нагревательной
установки
• Стаканчик для воды ёмкостью 200 мл
•
•
•
•
•
•
(пластмассовый).
Холодильник с морозильной камерой.
Крышка для стаканчика с водой.
Газовая плита со счётчиком, подключённым к
газовой плите.
Небольшая кастрюлька ёмкостью 1л с крышкой.
Чайник с крышкой.
Термометры со шкалой и возможностью измерять
температуру воздуха и воды от -30°С до +100°С.
2. Теоретическое обоснование
расчётов КПД
•
•
•
Для нахождения КПД в процессе нагревания льда до
температуры плавления количество теплоты на нагревание
делится на количество теплоты, выделившееся при сгорании
данного объёма газа. Удельная теплота сгорания нашего
природного газа принимается равной 30,5 МДж/м3 .
Для нахождения КПД в процессе плавления льда при
температуре плавления количество теплоты на плавление
делится на количество теплоты, выделившееся при сгорании
данного объёма газа. Удельная теплота сгорания нашего
природного газа принимается равной 30,5 МДж/м3 .
Для нахождения КПД в процессе нагревания воды до
температуры кипения количество теплоты на нагревание
делится на количество теплоты, выделившееся при сгорании
данного объёма газа. Удельная теплота сгорания нашего
природного газа принимается равной 30,5 МДж/м3 .
•
•
Для нахождения КПД в процессе испарения
воды при температуре кипения количество
теплоты на испарение делится на количество
теплоты, выделившееся при сгорании данного
объёма газа. Удельная теплота сгорания нашего
природного газа принимается равной 30,5
МДж/м3 .
Для нахождения КПД тепловой установки при
превращении 200 грамм льда в 200 грамм пара
общее количество теплоты, затраченное на все
четыре выше перечисленные тепловые
процессы, делится на количество теплоты,
выделившееся при сгорании данного объёма
газа на всём протяжении эксперимента.
Удельная теплота сгорания нашего природного
газа принимается равной 30,5 МДж/м3 .
Найдём теперь КПД каждого из четырёх процессов. Результаты
наблюдений и вычислений занесём в таблицу:
Тепловой
процесс
Требовалось
количество
теплоты, Дж
Расход газа, м3
Выделилось
теплоты при
сгорании газа,
Дж
КПД в
процентах
Нагревание льда
6762
0,001
30500
22,2
Плавление льда
66600
0,003
91500
73
Нагревание воды
84000
0,006
183000
45,9
Испарение воды
452000
0,025
762500
59,3
Всего
609362
0,035
1067500
57
ВЫВОД

Наибольший КПД наблюдается при
плавлении льда, наименьший – при
нагревании льда. На наш взгляд, такой
результат в последнем случае
получился потому, что показания
счётчика в первом процессе нельзя
снять с точностью до 0,0001 м3
Фото с места проведения
эксперимента
Тот самый счётчик
В начале эксперимента
В конце эксперимента
Тот самый чайник
Дзяржаўная установа адукацыі
“Акцябрская сярэдняя школа Буда-Кашалёўскага раёну”
Узаемадзеянні ў мікрасвеце
Даследчыкі: вучні 7 класа
Мікулін Станіслаў,
Грыб Іван,
Зянькоў Яўген
Кіраўнік: настаўнік фізікі
Вярбовікаў Алег Пятровіч
в. Акцябр, 2012 год
Дослед 1. Доказ дзялімасці рэчыва на
прыкладзе следа ад крэйды на дошцы і
дыфузіі ў вадкасці







Мэта: праверыць доследным шляхам
гіпотэзу аб тым, што ўсе рэчывы
складаюцца з маленькіх часціц – атамаў і
малекул.
Прыборы ды матэрыялы для доследаў:
Кавалак крэйды,
мензурка з вадой,
прабірка з крышталямі “марганцоўкі”,
тры ёмістасці з вадой,
шкляная палачка для перамешвання.
Выкананне часткі 1 работы:

1. Правялі крэйдай па
дошцы. На дошцы
засталася палоска крэйды.
Мы тлумачым гэты факт
тым, што ў выніку
ўзаемадзеяння малекул
крэйды з малекуламі
матэрыялу дошкі частка
малекул крэйды
“адарвалася” ад цэлага
кавалку і “прыліпла” да
дошкі. Значыць сіла
прыцягнення малекул
крэйды і малекул матэрыялу
дошкі мацнейшая, чым сіла
прыцягнення паміж
малекуламі крэйды.
Фота 1:
2. У нас ёсць тры ёмістасці з вадой
Фота 2

Апусцім ў першую ёмістасць з вадой рыху крышталікаў
“марганцоўкі”. Вада ў ёмістасці афарбуецца. Гэты хуткі працэс
растварэння марганцоўкі ў вадзе лёгка растлумачыць на падставе
такой фізічнай з’явы як дыфузія (або пранікненне атамаў, ці малекул
аднаго рэчыва паміж атамамі, ці малекуламі другога рэчыва).

Параллём невялікую колькасць афарбаванай вады (1/4 часку аб’ёму) з
першай ёмістасці ў другую і дабавім столькі ж чыстай вады ў першую
ёмістасць. Вада ў другой ёмістасці таксама афарбуецца, але колер
афарбоўкі вады ў ёй будзе значна святлейшы за коле афарбоўкі вады ў
першай ёмістасці. Гэты факт тлумачыцца тым, што аб’ём вады ў першай і
другой ёмістасці аднолькавы, а вось канцэнтрацыя (колькасць малекул
рэчыва ў адзінцы аб’ёму) марганцоўкі ў другім сасудзе будзе разы ў 3-4
меней, чым у першым. Значыць і ступень афарбоўкі будзе ў другой
ёмістасці меншая, чым у першай.
Фота 4

4. Пераллём частку афарбаванай вады з
другой ёмістасці ў трэцюю па той жа
схеме, што і ў папярэднім выпадку. Вынік
таксамма атрымаем аналагічны:
Фота 5
Вывад з праведзенага
доследу:
 Малекулы вады і марганцоўкі валодаюць
кінетычнай энергіяй руху і патэнцыяльнай
энергіяй узаемадзеяння, якое
забяспечваецца сіламі прыцягнення паміж
малекуламі (на адлегласцях паміж цэнтрамі
малекул, большымі за суму іх радыусаў) і
сіламі адштурхоўвання паміж малекуламі
(на адлегласцях паміж цэнтрамі малекул,
меншымі за суму іх радыусаў). Пры
перадачы нейкай колькасці цеплаты
велічыні гэтых энергій павялічваюцца і з’ява
дыфузіі паскараецца.
Фота 6
У выніку бесперапыннага руху і ўзаемадзеяння паміж сабой малекул
вады і марганцоўкі малекулы апошняга рэчыва раўнамерна запоўняць
прастору паміж малекуламі вады і афарбоўка ёмістасці з вадой будзе
аднолькавай па ўсім аб’ёме.
Дослед 2. Доказ узаемадзеяння малекул рэчыва на
прыкладзе зліцця трох кропелек вады ў адну
Мэта: праверыць доследным шляхам
гіпотэзу аб тым, што ўсе рэчывы
складаюцца з маленькіх часціц, якія
здольныя прыцягвацца адна да
адной.
Прыборы ды матэрыялы для
доследаў:
ёмістасць з вадой,
дэманстрацыйны стол,
піпетка,
ручка для перамешвання.
Выкананне часткі 2
работы:
• 1. Набяром у піпетку
вады і змесцім тры
кроплі на стальніцы
дэманстрацыйнага
стала
Фота 7:
2. Паспрабуем злучыць гэтыя
кроплі пры дапамозе ручкі
Фота 8
3. У нас атрымалася адна кропля
фота 9
Вывад:
Сілы прыцягнення паміж малекуламі
вады значна большыя, чым сіды
адштурхоўвання паміж малекуламі
вады, і большыя, чым сілы прыцягнення
паміж малекуламі вады і малекуламі
матэрыялу стальніцы дэманстрацыйнага
стала. А яшчэ мы ведаем, што ў
касмічных караблях дзякуючы гэтаму
асобныя малекулы вады збіраюцца ў
шарыкі.
Заключительное слово




Сейчас очередным модным веянием стало
использование на уроках физики мультимедийных
приложений. Однако все мы знаем, что живой опыт,
полученный ребёнком при непосредственном
прикосновении к тайнам мироздания при
самостоятельной постановке физического
эксперимента, не заменит никакой компьютер.
Кроме того, по своему собственному опыту могу
судить, что содержание даже самого понравившегося
мультфильма выветривается из сознания максимум
через несколько дней. Компьютер с позиции многих
современных школьников- игрушка, или на крайний
случай – интернет-коммуникатор.
Примерно то же самое можно сказать и о содержании
прочитанного в учебнике, а также почерпнутого из
других печатных или электронных носителях.
Личный же опыт экспериментатора остаётся с
человеком навсегда !!!