Методика проведения лабораторных работ физического практикума в 10 - 11 классах профильного уровня обучения.
методическая разработка (физика, 11 класс) по теме

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ

АТКАРСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ –

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 8 ГОРОДА АТКАРСКА

_____________________________________________________________________________

412420, Саратовская область, г. Аткарск, ул. Революционная д.60, тел. (8-84552) 3-33-69

Методическая разработка по теме:

«Методика проведения лабораторных работ физического практикума

в 10-11классах профильного уровня обучения»

  Разработал

учитель МОУ-СОШ №8

города Аткарска

Саратовской области

Брусьева О.А

2010-2011 учебный год

                                            Аннотация

Данная методическая разработка включает в себя инструкции для проведения лабораторных работ физического практикума  в десятых и одиннадцатых классах  профильного уровня обучения. При проведении данных работ используется оборудование, поступившее в школы по национальному проекту «образование». В разработке раскрываются вопросы методике и техники проведения лабораторного эксперимента учащимся профильных классов. Она может быть полезна учителям физики, работающим в профильных классах, и учащимся при подготовке  к единому государственному экзамену по физике, т.к. фотографии данных установок используются при составлении контрольно-измерительных материалов.

Введение

При изучении физики на профильном уровне большую роль играет проведение физического практикума. Выполнение лабораторных работ в такой форме открывает большие возможности для выработки компетенций:

1. Общеобразовательных:

а) умения самостоятельно и мотивированно организовывать свою познавательную деятельность (от постановки эксперимента до получения и оценки результатов)

б) умения пользоваться измерительными приборами и использовать компьютер для обработки результатов измерений и построения графиков.

2. Предметно-ориентированных:

а) понимать возрастающую роль науки, усиление взаимосвязи и взаимного влияния науки и техники

б) развивать познавательные интересы и интеллектуальные способности в процессе самостоятельного приобретения физических знаний

в) воспитывать убежденность в позитивной роли физики в жизни современного общества, овладевать умениями применять полученные знания для изучения разнообразных физических явлений

г) применять полученные знания и умения для безопасного использования механизмов в быту и повседневной жизни.

Актуальность данной разработки заключается в том, что физика-наука экспериментальная. Наблюдения и опыты являются источником знаний о природе физических явлений. Фундаментальный опыт является критерием, с помощью которого оценивается любая физическая теория.

Наблюдения, измерения и анализ полученных результатов, которые учащиеся получают при выполнении работ физ. Практикума, обработка результатов с использованием компьютеров являются воспроизведением основных методов научного познания окружающего мира. Важным по назначению является такой фактор, как устранение посредника между учеником и изучаемым явлением природы. Гладко отработанные эксперименты, выполняемые учеником на демонстрационном  столе, воспринимаются как хорошо подготовленный фокус, результаты же своего эксперимента, даже очень простого, он воспринимает как открытие.

В физическом практикуме десятого и одиннадцатого классов выполняются работы различных типов.

 К первому типу относятся работы, в которых экспериментально проверяются  или устанавливаются важнейшие соотношения физики, отрабатываются методы измерения физических величин.

В данной разработке такими работами являются: « Изучение равноускоренного прямолинейного движения» и « Определение коэффициента трения скольжения».

Ко второму типу относятся лабораторные работы, задачами которых являются исследование физических характеристик различных природных объектов окружающего нас мира. К ним относятся работы «Определение ускорения свободного падения» и «Определение постоянной Планка с  использованием полупроводникового лазера».

Литература

1. О.Ф.Кабардин, С.И.Кабардина, Н.И.Шефер.

Факультативный курс физики. 9кл. Пособие для учащихся.

 М. « Просвещение». 1986, 224 с.

2. О.Ф.Кабардин, В.А.Орлов, Н.И.Шефер.

Факультативный курс физики 10кл. Пособие для учащихся.

М. « Просвещение». 1979, 192 с.

3. С.А.Хорошавин. Физический эксперимент в школе.

М. «Просвещение». 1988, 175 с.

4. В.П.Орехов. Колебания и волны в курсе физики средней школы.

М. «Просвещение». 1984, 176 с.

5. О.Ф.Кабардин, С.И.Кабардина, В.П.Орехов. Методика проведения факультативных занятий по физике.

М. «Просвещение». 240 с.

6. В.А.Буров, Б.С.Зворыкин, А.А.Покровский. Практикум по физике в средней школе. М. «Просвещение». 1981, 256 с.

7.Л.В. Байбородова. Обучение физике в средней школе: методическое пособие/Л.В.Байбородова, И.Б.Бровкин, Т.М.Крайнова. 2007.-239 с.

8. Учебное оборудование для кабинетов физики общеобразовательных учреждений / Ю.И.Дик, Ю.С.Песоцкий, Г.Г.Никифоров и др. 2007.-396,(4)с.

9.В.Г. Разумовский. Физика в школе. Научный метод познания и обучение/ В.Г.Разумовский, В.В.Майер. М. : Гуманитар. 2007.-463 с. (Библиотека учителя физики).

10. М.Г.Ковтунович. Домашний эксперимент по физике : пособие для учителя / М.Г.Ковтунович. М. Гуманитар. 2007.-207 с. (Библиотека для учителя физики).

Лабораторная работа:

«Изучение равноускоренного прямолинейного движения»

Ход работы:

Координаты датчиков времени:

Время движения тела:

Среднее время движения тела: tср=0,43с

Ускорение движения тела: =2,7

Зависимость скорости тела от времени:

υ=υ0+at,   υ0=0,   υ=at ,  υ=3t.

Зависимость перемещения от времени:

 ,     ,   .

Уравнение движения тела: ,   ,

График зависимости скорости от времени:

График зависимости перемещения от времени

s=1,5t2      

График зависимости проекции ускорения от времени:

        
Скорость тела в конце плоскости:

,  , где l=0,45м – длина плоскости.

Равнодействующая сил, приложенных к телу:

F=ma, F=0,3H.

Работа равнодействующей силы: A=Fs=F(l – x0)1Дж.

Ускорение тела при движении по наклонной плоскости:

a=g(sincos), отсюда

Сила трения, действующая на тело:

F=

Количество теплоты, выделившееся при движении по наклонной плоскости, равно работе, совершенной силой трения:

Количество теплоты можно рассчитать закону сохранения энергии:

Результаты приблизительно равны, что подтверждает факт выполнения ЗСЭ.

2

6

0

1

3

t

a

0

t

Лабораторная работа:

«Определение ускорения свободного падения»

Ход работы:

Координаты датчиков времени:

Результаты измерения времени падения тела:

Среднее значение времени падения: tср=0,22с

Среднее значение ускорения свободного падения:=10,4

Относительная погрешность измерения: %     g=9,81,   ε=6%

Масса Земли, рассчитанная по результатам работы:

, отсюда , где  

Средняя плотность вещества Земли:

Объем Земли: , тогда =5896,6

Указания: для гашения скорости тела в конце подъема используется внешний сосуд от калориметра с полиэтиленовым мешочком внутри.

Лабораторная работа

Определение коэффициента трения скольжения.

Ход работы.

Начальная координата датчика времени: x1=10см=0,1м

Конечная координата датчика времени: x2=35см=0,35м

Результаты измерения времени движения тела:

Среднее время движения тела: tср=0,43с

Ускорение движения тела: aср==2,7≈3

Ускорение при движении тела по наклонной плоскости: a=g(sinα - μcosα),

отсюда μ=

Измерим высоту наклонной плоскости: h=24см.

, где s=45см=0,45м длина плоскости

sin , отсюда

Коэффициент трения скольжения: μ=0,27

Лабораторная работа: «Определение постоянной Планка».

Цель эксперимента: определение постоянной Планка на основе измерения напряжения включения полупроводникового лазера и длины волны излучаемого им света.

Оборудование: платформа с лазером и схемой питания, дифракционная решётка, цифровой вольтметр, линейка.

Теоретические сведения.

Разрешенные значения энергии электронов в атоме отделены друг от друга широкими областями запрещенных энергий. При объединении атомов в твердое тело энергетические состояния электронов изолированных атомов изменяются. В место разрешенных энергетических уровней возникают энергетические полосы, или зоны разрешенных значений энергии, которые по-прежнему остаются отделенными друг от друга областями, соответствующими запрещенным значениям энергии. В наибольшей степени это касается внешних, валентных электронов, которые слабее связаны со своими ядрами.

Электроны в кристаллах могут переходить из одной зоны в другую. В примесных полупроводниках такой переход осуществляется под воздействием электрического поля источника тока. Обратный процесс перехода электрона может сопровождаться излучением кванта света.

Излучение света при переходе электрона из состояния с более высокой энергией в состояние с меньшей энергией лежит в основе работы светодиодов и полупроводниковых лазеров.

Для того чтобы электрон смог осуществить переход в разрешенное состояние с более высокой энергией, он должен приобрести в электрическом поле энергию, равную ширине запрещенной зоны. Энергия, приобретаемая электроном в электрическом поле, составляет E=eU. Энергия фотона hv, излучаемого при обратном переходе электрона в нижнее электрическое состояние также приблизительно равна ширине запрещенной зоны. Таким образом, можно записать hv=eU, где h - постоянная Планка, v-частота света, излучаемого полупроводниковым переходом е - заряд электрона, U - напряжение, приложенное к р-п переходу.

Таким образом, для определения постоянной Планка необходимо измерить длину волны излучаемого полупроводниковым прибором света и измерить напряжение, при котором р-п переход начинает излучать световые кванты.

В предлагаемом эксперименте длина волны излучения определяется с помощью дифракционной решётки с известным числом штрихов. Если падающий луч перпендикулярен поверхности решётки (угол падения равен нулю), то длина волны излучения А, период решётки d, угол <р и порядок дифракции к связаны соотношением: dsin <р=кА.

Ход работы

1.Электрическая схема экспериментальной установки представлена на рисунке. Все элементы этой цепи за исключением вольтметра смонтированы на платформе. Напряжение на полупроводниковом лазере регулируется с помощью переменного резистора. Для измерения напряжения используется цифровой вольтметр, который подключается к имеющимся на платформе клеммам. Напряжение должно измеряться с точностью 0,1 В.

2.Соберите оптическую схему экспериментальной установки, представленную на рисунке. Включите лазер и установите напряжение питания ЗВ. Направьте луч лазера перпендикулярно плоскости стола .

3. Установите дифракционную решётку таким образом, чтобы плоскость дифракции была параллельна плоскости стола. При этом дифракционные максимумы должны попасть на линейку.

4.Повторите опыт с решёткой, имеющей другое число штрихов на 1мм длины, делая соответствующие измерения. Результаты измерений занесите в таблицу:

5. Уберите дифракционную решётку и обратите внимание на яркость красного пятна вблизи нулевого деления шкалы линейки на значение напряжения. Вращая ручку потенциометра, плавно уменьшайте напряжение питание, пока пятно на экране станет едва заметным. Показание вольтметра в этот момент можно считать равным пороговому напряжению включения лазера.

7.Рассчитайте относительную погрешность измерения по формуле:

В нашей работе были получены следующие

результаты::    

В работе были получены следующие значения постоянной Планка:          

Рассчитаем относительную погрешность результатов измерения:

%=1%

6. Определите значение постоянной Планка по формуле

Заключение.

Лабораторная работа “Изучение прямолинейного равноускоренного движения” при изучении школьного курса физики на профильном уровне проводится дважды. Первый раз при изучении раздела “Кинематика” в десятом классе, как двухчасовая работа физического практикума для закрепления навыков измерения и расчёта основных кинематических величин и построения графиков их зависимостей от времени. Второй раз эта же работа проводится фронтально при итоговом повторении и подготовке к единому государственному экзамену в одиннадцатом классе. Повторяются задачи, требующие применения законов Ньютона и закона сохранения энергии.

Лабораторная работа “Измерение ускорения свободного падения” позволяет показать большое значение закона всемирного тяготения для познания окружающего мира.

Лабораторная работа “Определение коэффициента трения скольжения” проводится при изучении движения тела под действием нескольких сил и позволяет закрепить знания учащихся о движении тела по наклонной плоскости.

Лабораторная работа  “Измерение Э.Д.С и внутреннего сопротивления источника тока” проводится дважды. Первый раз при изучении темы “Постоянный электрический ток” в 10 классе. Второй раз эта же работа проводится при подготовке к единому государственному экзамену в 11 классе, так как задачи по данной теме встречаются во всех частях контрольно-измерительных материалов. Одновременно с расчетными задачами решаются качественные: Как изменятся показания амперметра и вольтметра, если в данной цепи: 1. Ключ К: а) замкнуть; б) разомкнуть?

2. Движок реостата передвинуть: а) влево; б) вправо?

Лабораторная работа “Определение постоянной Планка при помощи полупроводникового лазера” доказывает, что свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом. При излучении и поглощении проявляются квантовые свойства света, а при распространении свойства электромагнитных волн.

Инструкции к лабораторным работам представлены на сайте obryseva.ucoz.ru

obryseva.ucoz.ru