Внеклассная работа по физике "Исследовательская деятельность на факультативе по физике и в туристических походах"

Разделы: Внеклассная работа


В современном мире, диктующем новые требования к качеству образования, всё больше внимания уделяется информационным технологиям. Но изучать физику только виртуально – это преступление. Поэтому мы с учениками ставим перед собой задачу как можно приближённее к реальной жизни изучать предмет. На уроках всё неплохо получается, если позволяет оборудование. А вот вне его? На помощь приходит внеклассная работа по физике: кружковая работа, факультативное изучение отдельных вопросов, поисковая, исследовательская работа в экспедиции, походах, на экскурсиях, в домашней обстановке и даже на лыжной прогулке. До чего же это замечательно, когда ученик экспериментально проверил закон природы или смастерил собственными руками простенький прибор, устройство или модель и продемонстрировал перед другими учащимися его в действии.

Занятие 1. Цель занятия: рассчитать коэффициент полезного действия электрической печи при плавлении льда и превращении части воды в пар; построить график зависимости температуры от времени.

Приборы сразу не выдаются, а перед выполнением исследования для более творческой работы выясняем, что надо измерить? Для чего? Какие приборы понадобятся? Что не будем учитывать?

Понадобятся приборы, устройства, материалы Измеряем физические величины Вычисляем Не учитываем
  1. Термометр;
  2. Весы с разновесами;
  3. Пробирка;
  4. Штатив;
  5. Электрическая печь;
  6. Часы;
  7. Снег.
  1. Массу;
  2. Температуру;
  3. Время.
  1. Количество теплоты плавления снега Q1 = m
  2. Количество теплоты нагревания воды из снега Q2 = cm (t2-t 1)
  3. Количество теплоты парообразования части воды Q3 = Lm1
  4. Затраченную работ у эллектрическим током А=Рt
  5. Коэффициэнт полезного действия = Q1+Q2+ Q3/Pt
Теплообмен с окружающей средой, нагревание стеклянной пробирки.

Результаты исследования

Масса пробирки

mпр. ·10-3 кг.

Масса пробирки со снегом

mпр.+сн. ·10-3 кг.

Масса снега

mсн. ·10-3 кг.

Масса пара (приблизительно)

m·10-3 кг

28 36 8 2

 

Время t, мин. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Температура t*C 0 0 0 14 36 52 74 98 102 103 103 103

Результаты вычислений:

Q1=3,4·100000Дж/кг·0,008кг=2720Дж
Q2=4200Дж/кгоС·0,008кг·103оС=3461Дж
Q3=2300000Дж/кг·0,002кг=4600Дж
Q=10781Дж
=10781Дж/(11·60с·63Вт)=0,26
=26%

Занятие 2. Исследование на лыжной прогулке.

Цель: Выявить виды поверхностей, характеризующиеся минимальным трением о снег по определению ускорения скольжения самодельного куба размером 8·8·8см3, грани которого покрыты различными материалами. Куб сделан из тяжёлого бука. Дать рекомендации лыжникам Наро-Фоминской секции, базирующейся в нашей школе.

Необходимое оборудование и материалы Измеряемые физические величины
  1. Рулетка.
  2. Два секундомера.
  3. Куб.
  4. Лыжный парафин.
  1. S – перемещение.
  2. t – время скольжения куба.

 

Вид поверхности Перемещение S,м Время скольжения t,с Ускорение а,м/с2 Выводы
1 Пластик. 3,80 2,12 1,69 Минимальное трение.
2 Дерево. 1,30 1,88 0,74  
3 Резина. 1,55 1,85 0,91  
4 Дерево с набитыми гвоздиками. 1,10 1,75 0,72  
5 Замша. 1,00 1,83 0,60 Максимальное трение.
6 Нержавеющая сталь. 3,80 2,94 0,88  

Эксперименты проводились при различной погоде. Выводы: низкая температура и сухой снег увеличивают трение скольжение, рекомендуется смазка парафином, рассчитанным на конкретную температуру. При высокой температуре и мокрых осадках уменьшается трение пластика о снег, рекомендуется наносить на колодку специальную мазь во избежание проскальзывания лыжи назад.

Занятие 3. Определение температуры размагничивания (точки Кюри) дугообразного школьного магнита методом теплообмена с водой.

Какие необходимо взять приборы, устройства, материалы. Измеренные физические величины Используемый закон Что не учитывалось
  1. Штатив с принадлежностями.
  2. Стальной болт.
  3. Весы с разновесами.
  4. Мензурка с водой.
  5. Калориметр.
  6. Термометр.
  7. Спиртовка.
  1. Температура.
  2. Объём воды.
  3. Масса болта.
  1. Закон сохранения энергии Qотданная болтом = Qпринятая водой
Теплообмен с окружающей средой (воздух, калориметр, термометр).

Вычисления:

Cст·mст·( Tк-t устан.)=Св· p в·V( tуст.-t нач.)

С·m·T к-С·m· tуств· p ·V· (t уст.-tнач)

Вывод: Температура размагничивания равна начальной температуре болта перед теплообменом с водой. Дальнейшие наблюдения показали, что намагниченность школьного магнита восстановилась. У сплава никеля с железом Тк=550оС, у железа Тк=770оС(справочник А.С.Еноховича). В наших условиях значение 546оС достаточно хорошо согласуется со справочными данными(не учитывая потери).

Исследования в туристических походах.

Исследования проводились в походах в Ярополец Волоколамского района (27-28 мая 2008г.), в Новосёлки Наро-Фоминского района (5-6июня 2007г.) в Этномир Боровского района (3 и 7 января 2010г.), а так же исследование Серебряного (Трояского) озера в районе озера Селигер Тверской области (июль 2009г.) В походах постигаются важнейшие человеческие качества: любовь к Родине, дружба и взаимопомощь, трудолюбие; и достигаются многие задачи: оздоровительные, познавательные, экологические, творческие и др.

1. Поход в Ярополец, на первую ГЭС нашей Родины.

Предположим, что в водохранилище ГЭС вода стоит на 60м выше уровня дна. Каково давление воды на уровне основания плотины ГЭС?

P = pgh =1000кг/м3·10н/кг·60м=6·105Н/м2.

С какой полной силой вода давит на дм2 на уровне основания плотины?

F=ps=6.105 H/м2·0,01м2 = 6000Н= 6 кН

Это всё равно, что 600кг! Больше половины тонны! Вот эту силу использовали для того, что бы получить муку из пшеницы на мельнице, которая сначала была на гидроузле в Яропольце. С 1914 года стали получать электроэнергию, установив генератор, о чём свидетельствует запись в рабочем журнале за подписью инженера; журнал хранится в краеведческом музее Яропольца. Музей организовала заслуженный деятель культуры Н.Кожемяко (ей 85 лет!), которая сама нам про всё рассказывала. В Интернете же сведенья неверные. Там говорится об открытии ГЭС в 1919г, а она уже функционировала с 1914 года.

Рассчитаем энергию той воды, которая , падая с высоты 60м, давит на 1 дм2.

Дано:

m=600кг
h=60м
g=10H /кг
W-?

Решение:

W =mgh
W =600кг·10Н/кг·60м= 360кДж=0.36МДж

Сравним с потребляемой энергией 60-ти ваттной лампой за 1 час.

Wлл·t =60Вт·3600с=0.0216МДж или 0.02МДж.

W/Wл = 0.36 МДж/0.02МДж=18!

Энергия воды больше, чем энергия лампы, а если учесть что вода течёт непрерывно, и площадь плотины во много раз больше, чем 1дм2!!! Вот почему электроэнергии хватало для освещения 22х деревень, расположенных вблизи Яропольца! Чтобы понять важность этого момента в жизни России, попытайтесь представить что у вас отключили электроэнергию хотя бы на час! И лучше зимой, и лучше вечером!

Приложение 1.

2. Определение плотности воды Серебряного озера.

m=mст. с водой-mст.

V=Vcn. ; p=m /v=120г./100см3=1.2г/см3

Плотность воды озера больше плотности чистой воды!!! Химики института Вернадского утверждают что солей нет, вода чистейшая. Причины повышения плотности не ясны.

3. Исследование глубины погружения.

Нырнув поглубже с перевёрнутой вверх дном мензуркой с ярко выделенными делениями, определим глубину погружения.

Pатм.·S·l=(P атм.+ pgH) ·s·(l-x)

Pатм.·l =Pатм. · l-Ратм.·х+ pgHl- pgHx

Pатм. ·х= pgH(l- x)

4. В походах проводились следующие исследования (только перечислим).

  1. Определение геомагнитного фона Земли с помощью самодельного прибора.
  2. Ежедневные измерения атмосферного давления, температуры воды и воздуха с последующим построением графиков.
  3. Определение КПД при нагревание воды в алюминиевом котелке.
  4. Определение скорости истекания воды из консервной банки с последующим построением графика.
  5. Расход воды в реке Барской.
  6. Установление зависимости скорости звука от влажности воздуха.
  7. Исследование динамики сыпучих материалов (речной песок и его свойства).
  8. Определение средней скорости течения воды в реке Барской с помощью поплавков и секундомера.
  9. Определение ширины, глубины реки, среднего гидростатического давления Рср.= pghср. в различных местах русла реки с помощью шеста и рулетки.

При желании можно найти и другие объекты исследования.

Исследование – универсальный способ познания действительности, который способствует развитию и бытию личности в современном динамично изменяющемся мире.