Лаборатоная физика
элективный курс по физике (9 класс) по теме

Лабораторная физика.

Программа и дидактические материалы элективного курса для предпрофильной подготовки учащихся 9-го класса по физике.

Программа курса. Пояснительная записка.

В соответствии с Концепцией профильного обучения наряду с базовыми общеобразовательными предметами вводится принципиально новый тип учебного предмета - элективные курсы - обязательные для посещения учащимися курсов по выбору.

Предлагаемый курс рассчитан на ученика средней школы, который в результате пробы должен выбрать будущее.

Программы предметно-ориентированных курсов по выбору включают углубление отдельных тем базовых общеобразовательных программ по физике, а также изучение некоторых тем, выходящих за рамки. Поэтому считаем целесообразным включение предметно-ориентированного элективного курса «Лабораторная физика» в систему предпрофильной подготовки учащихся по физике. Этот курс дополняет базовую программу, не нарушая ее целостности, дает учащимся сведения практического характера, выводит их на деятельностный подход.

Цель курса: способствовать углублению теоретических и практических знаний.

1) Овладение умениями проводить наблюдения, планировать и выполнять эксперименты, обрабатывать результаты измерений, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ, практического использования физических знаний.

2) Развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе выполнения экспериментальных исследований, решения задач, самостоятельного приобретения новых знаний.

3) Воспитание убежденности в возможности познания законов природы; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач.

4) Использование приобретенных знаний для решения практических задач повседневной жизни, обеспечение безопасности жизнедеятельности в процессе использования транспортных средств, бытовых электроприборов, электронной техники.

Место курса в системе предпрофильной подготовки

Курс ориентирован на предпрофильную подготовку учащихся по физике. Он расширяет базовый курс по физике, является предметно ориентированным, знакомит с весьма распространенными методами решения физических задач, позволяет проверить способности к физике.

Содержание программы (17 ч.)

Тема 1. Архимедова сила.(2 ч.)

Действие жидкости и газа на погруженное в них тело. Архимедова сила. Плавание тел. Плавание судов. Воздухоплавание.

Тема 2.Тепловые явления.(2 ч.)

Количество теплоты. Энергия топлива. Агрегатные состояния вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел. Испарение и конденсация. Кипение.

Тема 3. Электрические явления.(3 ч.)

Сила тока. Электрическое напряжение. Электрическое сопротивление. Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля - Ленца.

Тема 4. Криволинейное движение.(3 ч )

Движение тела, брошенного горизонтально. Движение тела, брошенного под углом к горизонту.

Тема 5. Сила трения. Движение тела под действием силы трения.(3 ч.)

Сила внешнего трения. Сила трения покоя. Сила трения скольжения. Сила трения качения. Роль силы внешнего трения в жизни и в технике.

Тема 6. Кинематика периодического движения. (3 ч.)

Колебательное движение. Свободные колебания. Математический маятник. Пружинный  маятник. Гармонические колебания. Величины, характеризующие гармоническое колебательное движение. Законы колебаний математического и пружинного маятника.

Тематический план курса.

Формы проведения занятий.

1.    Лекции, семинары.

2.    Экспериментальные, лабораторные работы.

3.    Работа с рекомендованной литературой.

4.    Самостоятельное решение предложенных задач с последующим разбором вариантов решения.

1. Архимедова сила. Плавание тел.

Экспериментальная работа «Определение плотности данной жидкости».

Оборудование: динамометр, латунная гиря массой 200 г, стакан с жидкостью, плотность которой надо определить.

Решение задач. Предлагаемые задачи.

- С какой силой тело объемом 1 дм3 будет выталкиваться из ртути?

- Вес тела в воздухе равен 26 кН, а в воде - 16 кН. Каков объем тела?

- Какую силу нужно приложить, чтобы удержать в воде кусок гранита объемом 40 дм3?

- Определите объем куска меди, который при погружении в керосин выталкивается силой 160 Н.

- Медный шар в воздухе весит 1,96 Н, а в воде 1,47 Н. Сплошной этот шар или полый?

- Кусок мрамора в воздухе весит 5,4 Н, а когда его поместили в жидкость, то динамометр показал 3,8 Н. Объем мрамора 0,2 дм3 . В какую жидкость был помещен кусок мрамора?

- Шар, на который действует сила тяжести 0,2 Н, погружен в воду. Объем шара 10 см3. Утонет он или всплывет, если его отпустить?

- Чему равна грузоподъемность судна, водоизмещение которого в морской воде без груза 30000 кН, а при полной нагрузке - 50000 кН.

- Рассчитайте, какой груз сможет поднять шар объемом 1 м3, наполненный водородом. Какой примерно объем должен иметь шар с водородом, чтобы поднять человека массой 70 кг? (Вес оболочки не учитывать).

2.   Тепловые явления.

Лабораторная работа «Определение удельной теплоты парообразования воды.

Оборудование: электроплитка, сосуд с водой, часы, термометр, калориметр.

Выполнение работы:

Нальем в калориметр 50 г воды и поставим на электроплитку. Будем считать, что калориметр принимает от плитки в единицу времени количество теплоты q. Измерим время τ1, необходимое для того, чтобы вода нагрелась от 80 до 90ºС. Затем измерим время τ2, необходимое для того, чтобы вода испарилась (за начало отсчета времени теперь принимаем момент закипания воды). Поскольку значения температуры 80-90 и 100ºС близки, будем считать, что полезная тепловая отдача плитки ηq в обоих случаях одинакова.

Решение задач. Предлагаемые задачи.

- Какое количество теплоты выделилось при охлаждении чугунной болванки массой 32 кг, если ее температура изменилась от 1115 до 15ºС.

- В алюминиевой кастрюле массой 800 г нагревается вода объемом 5 л от 10ºС до кипятка. Какое количество теплоты пойдет на нагревание кастрюли и воды?

- Сколько энергии требуется для плавления куска свинца массой 0,5 кг, взятого при температуре 27 ºС.

- Какое количество теплоты необходимо, чтобы из льда массой 2 кг, взятого при 10 ºС, получить пар при 100 ºС?

- В двигателе мотороллера сгорело 2,5 кг бензина. Вычислите КПД двигателя, если им было произведено 2,3 х 104 кДж полезной работы.

3. Электрические явления.

Лабораторная работа ««Исследование зависимости общей мощности тока на лампочках от способа их включения (последовательное или параллельное) при неизменном напряжении источника тока».

Оборудование: две электрические лампы на подставке, источник тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода, ключ.

Решение задач. Предлагаемые задачи.

- Какую работу совершит ток в электродвигателе за 90 с, если при напряжении 220 В сила тока в обмотке двигателя равна 0,2 А?

- Определите мощность тока в электрической лампочке, если при напряжении 5 В сила тока в ней 100 мА.

- Какое количество теплоты выделится в реостате сопротивлением 50 Ом за 2 мин при силе тока в цепи 2 А?

- На сколько градусов за 5 мин можно нагреть на электроплитке 1,5 кг воды, если при напряжении 220 В сила тока в ней 5 А? Потерями энергии пренебречь.

- За какое время можно с помощью электрического кипятильника мощностью 500 Вт нагреть 500 г воды в стакане от 20 ºС до кипения?

4. Криволинейное движение.

Экспериментальная работа «Измерение модуля начальной скорости тела, брошенного горизонтально».

Приборы и материалы: резинка ученическая (ластик), лента измерительная с сантиметровыми делениями.

Порядок выполнения работы.

1.             Положите ластик на край стола и сообщите ему щелчком пальца некоторую скорость в горизонтальном направлении. Заметьте место падения ластика на полу.

2.             Выполните необходимые измерения и вычислите модуль начальной скорости ластика.

3.             Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

4.             Ответьте на вопросы:

а) По какой траектории двигался ластик?

б) Какая сила действовала на ластик во время его движения?

в) Как направлены векторы скорости, ускорения и силы, действующие на ластик во время движения?

г) Изобразите их направления для какой - либо точки траектории.

5.             Это задание представляет собой экспериментальную задачу. Цель задания: расширить навыки учащихся в решении экспериментальных задач. В задании учащиеся сами должны выяснить, какие измерения необходимо выполнить, чтобы решить задачу.

Время выполнения задания 8-10 мин.

Решение задач. Предлагаемые задачи:

- Тело упало с высоты 45м. Каково время падения тела?

- Мальчик бросил горизонтально мяч из окна, находящегося на высоте 20м. Определите, с какой скоростью был брошен мяч, если он упал на расстоянии 6 м от основания дома.

- Мальчик бросил вертикально вверх мяч и поймал его через 2с. На какую максимальную высоту поднялся мяч?

- Камень, брошенный горизонтально с высоты 2м над землей, упал на расстоянии 7м. Найдите начальную и конечную скорости мяча.

- Тело, брошенное с поверхности земли вертикально вверх со скоростью 30 м/с, дважды побывало на высоте 40м. Какой промежуток времени разделяет эти два события?

- Тело брошено под углом 60º к горизонту с начальной скоростью 30 м/с. На какой высоте вектор скорости составит угол 45º с горизонтом?

5. Сила трения. Движение тела под действием силы трения.

Экспериментальная работа «Измерение модуля начальной скорости и времени торможения тела, движущегося под действием силы трения».

Приборы и материалы: брусок от лабораторного трибометра, динамометр учебный, лента измерительная с сантиметровыми делениями.

Порядок выполнения работы:

1.                  Положите брусок на стол и заметьте его начальное положение на столе.

2.                  Толкните слегка брусок рукой и заметьте его новое положение на столе.

3.                  Измерьте тормозной путь бруска относительно стола.

4.                  Измерьте модуль веса бруска и вычислите его массу.

5.                  Измерьте модуль силы трения скольжения бруска по столу.

6.                  Зная массу, тормозной путь и модуль силы трения скольжения, вычислите модуль начальной скорости и время торможения бруска.

7.                  Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

Задание выполняют при изучении движения тела под действием силы трения, после вывода формулы тормозного пути и времени торможения тела. Модуль силы трения и массу тела измеряют динамометром, тормозной путь – измерительной лентой.

Время выполнения задания «12-15 мин.

Решение задач. Предлагаемые задачи:

- Автомобиль, двигаясь равномерно, проходит путь 20м за 4с. после чего начинает тормозить и останавливается через 10 с. Определите ускорение и тормозной путь автомобиля?

- Автомобиль движется со скоростью 10 м/с по гладкой горизонтальной дороге. Пройдя с выключенным мотором расстояние 150 м, автомобиль останавливается. Сколько времени автомобиль двигался с выключенным мотором и каков коэффициент трения при его движении?

- Лыжник массой 60 кг имеющий в конце спуска скорость 10м/с останавливается через 40с после окончания спуска. Определить величину силы сопротивления.

- Тело скользит равномерно по наклонной плоскости с углом наклона 30º. Определите коэффициент трения тела о плоскость.

- С какой наибольшей скоростью может ехать мотоциклист по горизонтальной плоскости, описывая дугу радиусом 80 м, если коэффициент трения резины о почву 0,4? На какой угол от вертикального положения он при этом отклоняется?

6. Кинематика периодического движения. 

Лабораторная работа «Измерение массы колеблющегося груза».

Приборы и материалы: цилиндр металлический из набора тел для калориметра, шнур резиновый сечением 1х1 мм длиной 150 мм с петлей на конце, динамометр учебный, груз массой 100 г с двумя крючками, линейка измерительная длиной 30 см с миллиметровыми делениями, метроном электронный (один на класс).

Порядок выполнения работы:

1. Подвесьте к шнуру металлический цилиндр. Измерьте период его вертикальных колебаний с помощью метронома.

2. Вычислите жесткость шнура.

3. Зная жесткость шнура и период колебаний цилиндра, вычислите его массу.

4.Измерьте массу цилиндра с помощью динамометра.

5.Вычислите абсолютную погрешность для первого и второго измерений массы цилиндра. 6.Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь. Какой из способов измерений массы цилиндра оказался точнее?

Работа представляет собой экспериментальное задание. Его выполняют при решении задач с использованием формулы периода колебаний пружинного маятника. Цель – ознакомить учащихся с одним из возможных косвенных способов измерения массы тела с помощью пружинного маятника. Наибольшая трудность выполнения задания состоит в измерении периода колебаний маятника, так как время его колебаний небольшое и равно 10 -15 с. Поэтому измерение следует провести несколько раз. Один ученик измеряет время колебаний, а другой считает число полных колебаний. Особое внимание обращают на совпадение моментов запуска колебаний и начала отсчета времени.

Время выполнения задания ≈ 15 мин.

Решение задач. Предлагаемые задачи:

- Математический маятник длиной 2,45 м совершил 100 колебаний за 314 с. Определить ускорение свободного падения для данной местности.

- Какова длина математического маятника, совершающего гармонические колебания с частотой 0,5 Гц на поверхности Луны? Ускорение свободного падения на поверхности Луны 1.6 .

- Груз массой 0,4 кг, подвешенный к невесомой пружине, совершает 30 колебаний в минуту. Чему равна жесткость пружины?

- Груз массой 400г совершает колебания на пружине с жесткостью 250 Н/м. Амплитуда колебаний 15 см. Найти полную механическую энергию колебаний и наибольшую скорость движения груза.

- Два маятника отклонены от своих положений равновесия и одновременно отпущены. Первый маятник с длиной подвеса 2м совершил за некоторый промежуток времени 15 колебаний. Какова длина второго маятника?

Наиболее подходящей формой аттестации учащихся для элективных заданий может быть оценка результатов самостоятельного выполнения экспериментальных заданий. При написании отчетов о выполненных экспериментах учащиеся должны выделять главные признаки наблюдаемых явлений, формулировать обязательные условия осуществления опыта, кратко и логически последовательно излагать свои мысли.

Итоговый зачет проводится по тесту.

Литература.

1.        Л.Б. Милковская. Повторим физику. Москва «Высшая школа», 1977.

2.        И.Г. Власова. Справочник школьника. Филологическое общество «Слово»,1996.

3.        А.Е. Марон, Е.А. Марон. Дидактические материалы. Физика. 7, 8, 9 класс.

4.        Ю.Я. Иванов. Творческие экспериментальные задания по физике для 7-8 классов. Чебоксары, 2003.

5.        В.А. Буров, А.И. Иванов, В.И. Свиридов. Фронтальные экспериментальные задания по физике. Москва. «Просвещение», 1987.

6.        Л.А. Кирик. Физика. Самостоятельные и контрольные работы. «Илекса» Москва, 2005.