Учебно-методическая статья по теме: Система экспериментальных домашних заданий по физике с использованием детских игрушек.
статья по физике по теме

Учебно-методическая статья по теме: Система экспериментальных  домашних  заданий  по  физике с использованием  детских  игрушек.

Автор: Скрипкина Ирина Валерьевна.

Место работы:  Муниципальное общеобразовательное учреждение

Большекошинская  средняя  общеобразовательная  школа Селижаровского  района  Тверской  области, учитель физики и математики.

Описание работы: Эта статья может быть полезна учителям физики, работающим в 7-9 классах по программам различных авторов. В ней приведены примеры домашних опытов и экспериментов, проводимых с помощью детских игрушек, а также качественные и экспериментальные задачи, в том числе и с решениями, распределенные по классам обучения. Материалом данной статьи могут воспользоваться и сами обучающиеся 7-9 классов, имеющие повышенный познавательный интерес и желание к проведению самостоятельных исследований в домашних условиях.

Введение. При  обучении  физике, как известно, большое значение имеет демонстрационный и лабораторный эксперимент, яркий и впечатляющий, он воздействует на чувства детей, возбуждает интерес к изучаемому. Для создания интереса к урокам физики, особенно в младших классах, можно, например, демонстрировать на уроках детские игрушки, которые часто проще в обращении и эффективнее, чем демонстрационное и лабораторное оборудование. Использование детских игрушек приносит большую пользу, т.к. они позволяют очень наглядно, на знакомых с детства объектах демонстрировать не только те или иные физические явления, но и проявление физических законов в окружающем мире и их применение.

При изучении некоторых тем игрушки будут почти единственными наглядными пособиями. Методика применения игрушек на уроках физике подчиняется требованиям, предъявляемым к различным видам школьного эксперимента:

1. Игрушка должна быть красочной, но без ненужных для опыта деталей. Все второстепенные детали, не имеющие принципиального значения в данном опыте, не должны отвлекать внимания учащихся и потому их либо нужно закрыть, либо сделать менее заметными.
2. Игрушка должна быть знакомой учащимся, т.к. повышенный интерес к конструкции игрушки может заслонить суть самой демонстрации.
3. Следует заботиться о наглядности и выразительности опытов. Для этого нужно выбирать игрушки наиболее просто и наглядно демонстрирующие данное явление.
4. Опыт должен быть убедительным, не содержать не относящихся к данному вопросу явлений и не давать повода к неправильному толкованию.

Игрушки могут быть использованы при проведении любого этапа учебного занятия: при объяснении нового материала, при фронтальном эксперименте, решении задач и закреплении материала, но наиболее целесообразным, на мой взгляд, является использование игрушек  в домашних экспериментах, самостоятельных исследовательских работах. Применение игрушек помогает увеличить количество домашних опытов и исследовательских работ, что несомненно способствует выработке экспериментальных навыков и создает условия для творческой работы над изучаемым материалом, при котором главное усилие направлено не на запоминание того, что написано в учебнике, а на постановку эксперимента и обдумывание его результата. Опыты с игрушками будут для учащихся одновременно и учёбой и игрой, причём такой игрой, которая непременно требует усилия мысли.

Домашние опыты и эксперименты. Для проведения домашних опытов в 7 классе можно предложить использование следующих выпускаемых промышленностью детских игрушек:

1. Надувной шарик. Он позволяет пронаблюдать, что газы не имеют постоянной формы и занимают весь предоставленный им объём. Для опыта пустую продолговатую оболочку воздушного шарика примерно посередине туго перетягивают ниткой и слегка надувают. Воздух заполняет часть шара до перевязки. Если теперь осторожно перерезать нить, то он тот час распределится по всей оболочке. Надувной шарик, а также любую резиновую надувную игрушку: зайца, жирафа и т.д. можно использовать для демонстрации сжимаемости газа, а также для наблюдения действия выталкивающей силы в жидкости и её зависимости от объёма тела (закона Архимеда).
2. Заводной автомобиль с поворачивающейся передней осью, юла, качели с куклой. Эти игрушки пригодны для наблюдения различных видов механического движения, заводной автомобиль может показать прямолинейное и криволинейное движение (на закруглении), юла – криволинейное движение своего основания и вращательное движение, качели – колебательное движение, как один их видов механического движения.
3. Электрифицированные модели автомобилей позволяют наблюдать относительность движения, действие силы трения. Установив модель на подвижной платформе, включить двигатель и рассмотреть положение машинки относительно платформы и стола при неподвижной платформе и при различных направлениях и скоростях её движения. Платформу можно предложить учащимся изготовить самостоятельно на уроках технологии. Эти же модели удобны для наблюдения действия силы трения. Для этого их пускают вверх по наклонной плоскости, в качестве которой можно использовать гладкую доску и т.п. Затем её поверхность последовательно покрывают различными по шероховатости материалами: бархатной и глянцевой бумагой, стеклом. Сравнивания движения модели убеждаются, что каждый раз на неё действует различная по величине сила трения.
4. Грузовой автомобиль и кукла неваляшка могут быть использованы для наблюдения явления инерции. Надо поставить куклу в кузов автомобиля и рывком привести его в движение, резко изменить направление перемещения, а затем быстро остановить. По отклонениям неваляшки хорошо видно поведение «пассажира» на «транспорте».
5. С помощью резинового мяча можно пронаблюдать действие закона Паскаля. В мяче с помощью иголки делают 5-6 отверстий и наполняют его водой. Вынув его из воды, мяч сжимают по разным направлениям. Струйки воды бьют из всех отверстий одинаково.
6. С помощью деталей строительного конструктора  можно построить дом, который оказывает максимальное и минимальное давление на поверхность стола. На этом же примере  изучить такие понятия как центр тяжести, площадь опоры, симметрия постройки,
7. Игрушечная лейка станет примером сообщающихся сосудов.
8. Водолаз, подводная лодка помогут пронаблюдать закон плавания тел. При заполнении водой вес игрушки становится больше выталкивающей силы и игрушка погружается на дно. При заполнении полости воздухом выталкивающая сила становится больше веса и игрушка всплывает.
9. Летающая ракета хорошо демонстрирует превращение потенциальной энергии сжатого воздуха в кинетическую энергию движения ракеты, а также кинетической энергии – в потенциальную.

В 8 классе:

1. Детская вертушка поможет учащимся пронаблюдать явление конвекции. Необходимо взять настольную лампу и укрепить над ней вертушку.
2. Модели с электрическими двигателями, железная дорога будут хорошими примерами при изучении темы «Применение электродвигателей».

В 9 классе учащимся помогут выполнить ряд домашних опытов и пронаблюдать различные физические явления и выполнение некоторых физических законов следующие детские игрушки:

1. Лодка с гребцом, прыгающая лягушка (если под неё положить лист бумаги) продемонстрируют выполнение третьего закона Ньютона.
2. Реактивный самолёт с воздушным шаром  помогут изучить реактивное движение.
3. Механическая модель акробата на турнике может быть использована при изучении вращательного движения тел и для рассмотрения различных видов равновесия тел.
4. Дюймовочка рекомендуется для наблюдения действия сил в неинерциальных системах отсчёта. Наличие зубчатой передачи приводит к превращению поступательного движения горизонтального стержня во вращательное движение оси тюльпана, лепестки которого раскрываются под действием центробежной силы.
5. Модель вертолёта, снабженная одним или двумя винтами, хорошо демонстрирует роль винта,  показывает, как осуществляется движение с помощью зубчатого передаточного механизма.
6. Резиновый мяч с отверстиями, заполненный водой поможет теперь пронаблюдать явление невесомости. При сбрасывании его с большой высоты, вода во время полёта не вытекает, т.к. при свободном падении она невесома.
7. С помощью модели мотоциклиста дети смогут пронаблюдать явления. Происходящие при повороте тела, определить угол наклона тела.
8. Погремушки, дудочки, свистульки  можно применять при изучении темы «Звуковые колебания, источники звука». Попросить учащихся проделать опыты и ответить на вопрос, что общего у всех звучащих тел? Многих этот вопрос ставит ребят в тупик, но многие правильно определяют, что тела издающие звуки колеблются.

Качественные задачи. Для домашнего рассмотрения в каждом классе можно предложить простые качественные задачи, связанные с объяснением устройства и принципа работы игрушек. Причём в начале изучения материала целесообразно брать такие игрушки, в которых используется какая-либо одна закономерность, а не несколько, при повторении же и закреплении – более сложные.

Приведу несколько примеров:

7 класс:

1. Почему подлетает шарик в автомате «билль-бок» или пневматическом пистолете?

Ответ: в автомате «билль-бок» шарик лежит на пластинке, изогнутой вниз. При нажатии на курок пластинка выпрямляется под действием возникающей силы упругости. Потенциальная энергия деформированной пластины переходит в кинетическую энергию шарика,  шарик взлетает.

В пневматическом пистолете при вдвигании одного цилиндра в другой воздух сжимается, повышается его потенциальная энергия, за счёт её изменения совершается работа по выталкиванию шарика.

2. За счёт какой энергии движется игрушечный заводной автомобиль?

Ответ: Движение происходит за счёт потенциальной энергии деформированной сжатой пружины.

8 класс:

1. Почему тряпичная кукла, надеваемая на чайник,  не дает воде в нём быстро остывать?

Ответ: Кукла изготовлена из ситца и поролона, в порах которого находится воздух, обладающий низкой теплопроводностью.

9 класс:

1. Почему поднимается кукла-неваляшка?

Ответ: По рис.1.В основании неваляшки укреплён свинцовый груз. Когда неваляшка стоит вертикально, центр тяжести игрушки находится в т.С (занимает самое низкое  из возможных положений, hт уравновешивается силой реакции опоры N. При отклонении от положения равновесия центр тяжести поднимается и указанные силы больше не уравновешивают друг друга, возникает момент силы тяжести относительно точки опоры (т.В), возвращающий неваляшку в первоначальное положение.

Экспериментальные задачи. Наряду с качественными задачами для домашнего выполнения можно рекомендовать экспериментальные задачи более продолжительные по времени, чем решаемые в классе.

В 7 классе к ним могут быть отнесены, например, следующие:

1. Определить среднюю скорость движения инерционного автомобиля.
2. Определить подъемную силу надувной резиновой игрушки в воде. Рассчитать во сколько раз вес поднимаемого груза больше веса самой игрушки.

В 8 классе, пользуясь игрушками, ребята могут выполнить ряд домашних заданий, которые будут развивать знания, полученные при проведении программных лабораторных работ. Это задания по сборке из деталей электроконструктора различных электрических цепей, моделей электромагнитного реле, телеграфа, телефона.

В курсе физики 9 класса домашние экспериментальные задачи приобретают особое значение. В их число можно включить:

1. Определить наибольшую скорость, с которой можно запустить инерционный автомобиль, считая его движение равнозамедленным.

Задача решается так: Приводят маховик автомобиля в движение с максимальной скоростью, ставят игрушку на горизонтальную поверхность у отметки и отпускают. Фиксируют время движения до остановки. Т.к. движение равнозамедленное  v2  - v02 =2аS, v=0, а= -v0/t, следовательно v0=2S/t. Требуется измерить путь, пройденный автомобилем до остановки, время и затем уже вычислить начальную скорость.

2. Определить угловую скорость колеса заводного автомобиля.

Возможный вариант решения: Измеряют расстояние, которое автомобиль в середине своего движения проходит за какое-то определённое время. Считая движение равномерным, вычислить его скорость. Измерить диаметр колеса, вычислить радиус. Определить его угловую скорость по формуле w=v/r.

3. Определить скорость вылета шарика из детского пружинного пистолета, укрепленного горизонтально на некоторой высоте от пола. Расчёт подтвердить опытом.

Решение: Пренебрегая силой сопротивления воздуха, рассчитать время движения шарика по горизонтали, равное времени его падения вниз по формуле t=√2h/g. Предварительно измеряют высоту h от пола, на которой укреплён пистолет. Измерив дальность полета шарика S, определяют его горизонтальную скорость. V=S/t.

Указание. Для проведения эксперимента лучше выбрать детский пистолет с маленькими тяжелыми шариками, чтобы силы сопротивления при движении оказывали меньше влияния.

Наконец, учащимся 9 класса, имеющим хорошую математическую базу, например, обучающимся в профильном физико-математическом классе, можно предложить исследовать в домашних условиях физические закономерности, лежащие в основе изготовления слинки – игрушки, которая в последнее время стала очень популярной. Это пластиковая пружинка с очень малым коэффициентом упругости. (Рис.2) Малый коэффициент упругости позволяет проводить с ней интересные опыты, которые невозможны с обычной пружиной. Самое любопытное заключается в том, что слинки может спускаться по ступенькам лестницы. Достаточно установить слинки в вертикальном положении на краю ступеньки, подтолкнуть её верхний конец в направлении нижней ступеньки, и пружинка «зашагает». Пружинка будет как бы «перетекать» с верхней ступеньки на нижнюю. Когда вся пружинка «перетечет», верхний конец, описав в воздухе дугу, «шагнет» на следующую ступеньку, и движение продолжится. Учащимся предлагается провести исследование этого движения, оценив некоторые параметры: время одного шага, отношение массы пружинки, участвующей в движении, к её полной массе и др. Другой не менее важный опыт со слинки – моделирование продольных механических волн. Для проведения этого опыта необходимо растянуть пружинку и один из её витков сжать вдоль оси, тем самым сделав его началом распространения волны. Побежит волна сжатия и растяжения. Известно, что уменьшение плотности среды ведёт к увеличению скорости распространения продольных волн. В этом легко убедиться в опытах со слинки – достаточно немного её растянуть, чтобы скорость волн заметно увеличилась.

В заключении хочется сказать, что задача каждого педагога – сформировать у учащихся интерес к своему предмету. Учителю физики можно предложить такую схему воспитания у школьников увлечения учебным предметом: от любопытства к удивлению, от него к активной любознательности и стремлению узнать больше, от них – к прочному знанию и научному поиску. Особенно важна первая стадия удивления и любопытства, когда у учащихся возникает ситуативный интерес, проявляющийся при наблюдении эффектного опыта, от необычного применения явления и т.д. Любопытство, как начальную стадию познавательной направленности личности ученика, учитель должен одобрять и развивать. Ставя дома эксперименты со своими игрушками, проводя наблюдения, стараясь объяснить происходящие явления, ребята учатся самостоятельно мыслить, делать выводы, развивают свои практические навыки. Особенно полезно это в младших классах, когда интерес к физике только начинает формироваться.

Литература.

1. Горев А.А. Занимательные опыты по физике, - М.: Просвещение, 1997.
2. Ланина И. Я. Формирование познавательных интересов учащихся на уроках физики, – М.: Просвещение, 1995.
3. Тульчинский Н.Е. Качественные задачи по физике 7-8 кл., М.:Просвещение, 2001.
4. Чокин Д. Слинки-шагающая пружинка, Квант, 1991, № 6.