Экспериментальные задания
олимпиадные задания по физике (10 класс) по теме

Экспериментальные задачи.

1. Значение экспериментальных задач.

Экспериментальные задачи в отличие от текстовых, как правило, требуют наличие у учащихся навыков в постановке эксперимента. Достоинства этих задач:

1. способствуют повышению активности учащихся, развитию логического мышления, учат анализировать явление, заставляют ученика напряженно думать, привлекая все теоретические знания и практические навыки.
2. Решая экспериментальные задачи, учащиеся убеждаются на конкретных примерах, что их школьные знания применимы к решению практических вопросов.
3. Учащиеся видят реальные связи и зависимости между явлениями, между физическими величинами
4. Способствуют приобретению умений и навыков исследовательского характера, развитию творческих способностей
5. Учащиеся убеждаются на практике, что  результат измерений всегда приближенный, на точность измерений влияют разные причины, которые необходимо устранять по возможности.
6. Помогают учащимся осмысливать физическое явление, выявлять необходимые данные для проведения эксперимента, продумывать способы и возможности их определения.

Все экспериментальные задачи можно разделить на группы:

7. задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять физические величины, либо использовать паспортные данные приборов, либо экспериментально  проверять эти данные
8. Задачи, в которых ученики самостоятельно устанавливают зависимость и взаимосвязь между конкретными физическими величинами
9. Задачи, в условии которых дано описание опыта, а ученик должен  предсказать его результат.
10. Задачи, в которых ученик должен с помощью данных ему приборов и принадлежностей показать  конкретное физическое явление
11. Задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности ответа.
12. Задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные практические вопросы.

Пример экспериментальной задачи:

1. Найти отношение толщин двух выданных вам листов бумаги.

Оборудование: Два листа бумаги формата А4 разной толщины, линейка, ножницы.

Выполнение:

Воспользуемся методом рядов: разрежем каждый из листов бумаги на большое количество прямоугольников. Поставим их рядом на стол, а сверху на них установим ребром линейку. При этом к ней сверху нужно прикладывать небольшое усилие, чтобы кусочки бумаги плотно прилегали друг к другу. Подберем количество кусочков в стопках  так, чтобы линейка была параллельна  поверхности стола. В этом случае отношение толщин  листов будет обратно отношению количества кусочков в соответствующих стопках.

2. Определить прочность нити.

Оборудование: небольшая гирька (100-200 г), миллиметровая бумага, карандаш, нить (2-3 метра)

Решение:

 Решение основано на разложении сил. Подвесим груз к середине нити и начнем растягивать нить в стороны. При равновесии груза сила тяжести уравновешивается векторной суммой сил с двух сторон точки подвеса.

Рис.                                                   2 Т cos a = mg

                                                           Нам необходимо измерить угол, нити с вертикалью.

                                                           На практике удобно провести вертикальную линию    посредине и сделать на ней отметки. Растягивать нить будем так, чтобы она проходила через 2 отмеченные точки на  фоне миллиметровой бумаги. Нам необходимо не пропустить отметку на вертикальной прямой, до которой поднялся груз перед самым обрывом нити. Для нахождения косинуса угла не нужно измерять угол транспортиром, можно все найти из соотношений между сторонами и углами в прямоугольном треугольнике.

3. Определить коэффициент поверхностного натяжения  мыльного раствора, если известно, что для воды при комнатной температуре он равен          = 72  10-3 Н/м.

Примечание: Капля жидкости удерживается на кончике иглы силой поверхностного натяжения  Fпн  пропорциональной коэффициенту     . При увеличении размеров капли наступает момент, когда  Fпн достигает своего максимального значения и при дальнейшем увеличении  массы капли происходит ее отрыв. Поэтому масса капли  пропорциональна     .

Оборудование: инсулиновый шприц, стакан с водой и мыльным раствором, пустой стакан.

Решение:

1. наберите в щприц V = 1 мл воды и определите сколько капель N вытечет при полном перемещении поршня. Искомый V0 =V/N
2. аналогично найдем объем капли мыльного раствора Vм
3. Масса капли равна произведению ее объема на плотность жидкости  m = pV. Плотности жидкостей практически одинаковые, поэтому отношение масс капель пропорционально отношению их объемов.

mм/mo= Vм/Vo

 а так как масса капли пропорциональна       , то получим соотношение:

mм/mо=        /

или

= Vм/Vо

4. Определить длину L изоляционной ленты в целом мотке.

Примечание: от мотка можно отмотать кусок изоляционной ленты длиной не более 20 см.

Оборудование: моток изоляционной ленты, штангенциркуль, лист миллиметровой бумаги.

Решение:

Пусть L – длина ленты, d – толщина ленты,  h – ширина ленты, V – объем ленты, S – площадь основания мотка (см рис.). Площадь можно определить либо по клеточкам на миллиметровой бумаге, либо из расчета S = пR2внеш- пR2внутр. Но последнее выражение дает менее точный результат, поскольку моток может быть деформирован и иметь овальную форму. Толщину ленты  d  измерим методом рядов. Тогда длина ленты равна

                                                                    L= V/ dh = Sh/dh = S/d

5. Работа в группах.

Для учащихся 9 классов   Задание: определить массу водяной капли. 

Оборудование: ведро с водой, маленький сосуд с широким горлышком, несколько 10-копеечных монет (масса одной монеты  2 г), пипетка, мягкий карандаш.

Решение:

Погрузим сосуд в ведро с водой так, чтобы горлышко его было направлено вверх и находилось над водой. Теперь начнем наполнять сосуд монетами, пока он не будет плавать в вертикальном положении. Поместим в сосуд еще одну-две монеты, на наружной стороне его отметим карандашом уровень воды. Достанем из сосуда одну монету, при этом равновесие нарушится, и он чуть-чуть всплывет. Добавляя из пипетки по каплям в сосуд воду и считая число капель (пусть оно равно n), добьемся, чтобы сосуд опустился до прежнего уровня. Нетрудно заметить (попробуйте обосновать это теоретически), что масса воды mв, добавляемой в сосуд, равна массе копейки mк = 1 г, Тогда масса одной капли будет равна

m = mв/n = mк/n.

Для учащихся 10 классов. Задание: Определить максимальную скорость движения пальца руки.

Оборудование: камешек, линейка.

Решение:

Положив камешек на край стола, щелкнем по нему пальцем и заметим точку падения камешка на пол. Измерим максимальное расстояние l от стола до места падения камешка, полученное в результате нескольких опытов. Тогда максимальная скорость пальца v (скорость, сообщенная в данном опыте камешку) вычислим по формуле:

v = l/t, (1)

 где t (время полета камешка) можно определить по формуле

t = √{2h/g}. (2)

 Здесь h − высота стола, а g − ускорение свободного падения.

 Подставляя t из формулы (2) в формулу (1), получим:

v = l/√{2h/g}.

  Предложите другие возможные способы определения максимальной скорости пальца руки.

Для учащихся 11 классов

Задание: Определить количество теплоты, выделяющееся при скольжении тела по наклонной плоскости без начальной скорости.

  Оборудование: наклонная плоскость, тело известной массы, линейка, секундомер.

 Решение.

  Количество теплоты, выделяющееся при соскальзывании тела с наклонной плоскости, будет равно

Q = −ΔE,

 где ΔE − изменение механической энергии тела

ΔE = E2 − E1; E2 = Ek2 (Ep2 = 0), а E1 = Ep1 (Ek1 = 0).

 Таким образом,

Q = mgh − mv2/2, (1)

 где h − высота наклонной плоскости (измеряется линейкой), скорость тела у основания наклонной плоскости v = at.

  Длина плоскости l = at2/2, отсюда l = vt/2, т.е.

v= 2l/t. (2)

  Длину l наклонной плоскости измеряем линейкой, а время движения тела по ней − секундомером. Подставляя значения скорости из формулы (2) в формулу (1), окончательно получим:

Q = m(gh − 2l2/t2).

Выполнить задание

9 класс  

Задание: определить массу водяной капли. 

Оборудование: ведро с водой, маленький сосуд с широким горлышком, несколько 10-копеечных монет (масса одной монеты  2 г), пипетка, мягкий карандаш.

10 класс

Задание: Определить максимальную скорость движения пальца руки.

Оборудование: камешек, линейка.

10 класс

Задание: Определить количество теплоты, выделяющееся при скольжении тела по наклонной плоскости без начальной скорости.

Оборудование: наклонная плоскость, тело известной массы, линейка, секундомер.

11 класс

Задание:

Определить коэффициент поверхностного натяжения  мыльного раствора, если известно, что для воды при комнатной температуре он равен          = 72  10-3 Н/м.

Примечание: Капля жидкости удерживается на кончике иглы силой поверхностного натяжения  Fпн  пропорциональной коэффициенту     . При увеличении размеров капли наступает момент, когда  Fпн достигает своего максимального значения и при дальнейшем увеличении  массы капли происходит ее отрыв. Поэтому масса капли  пропорциональна     .

Оборудование: инсулиновый шприц, стакан с водой и мыльным раствором, пустой стакан.

6. Рефлексия

 Закончи любую фразу:

сегодня я узнал…

было интересно…

 было трудно…

я понял, что…

теперь я могу…

я приобрел…

 я научился…

у меня получилось …

я смог…

я попробую…

меня удивило…

Рефлексия

 Закончи любую фразу:

сегодня я узнал…

было интересно…

 было трудно…

я понял, что…

теперь я могу…

я приобрел…

 я научился…

у меня получилось …

я смог…

я попробую…

меня удивило…