Мастер класс. Применение современного лабораторного оборудования как одного из способов "живого созерцания" физики
методическая разработка (физика, 9 класс) на тему

Все экспериментальные задания разделяются на 4 основные группы:

1. Наблюдение явлений и постановка опытов (на качественном уровне) по обнаружению
   факторов, влияющих на протекание данных явлений.
2. Проведение прямых измерений физических величин и расчет по полученным данным
   зависимого от них параметра
3. Исследование зависимости одной физической величины от другой с представлением
   результатов в виде графиков и таблицы
4. Проверка заданных предположений (прямые изменения физических величин и сравнение
   заданных соотношений между ними).

Примеры задания 1 типа: Пример 1.

Исследуйте зависимость выталкивающей силы, действующей на погруженное в жидкость тело, от плотности жидкости и глубины погружения тела.

Для проведения исследования используйте следующее оборудование: два сосуда, один из которых наполнен пресной водой, а второй - раствором соли в воде, цилиндр на нити, динамометр,

В бланке ответов для каждых из двух опытов:

1. Зарисуйте (или опишите) схему проведения опыта по исследованию зависимости
   выталкивающей силы от заданной величины;
2. Сделайте вывод о том, как зависит (увеличивается, уменьшается или не изменяется)
   выталкивающая сила с изменением заданной величины.

Каждый из заданий этого типа предполагает проведение двух небольших исследований, в которых запись результатов прямых измерений не является обязательной, так как предполагается использование измерительных приборов как индикаторов. Вывод о зависимости исследуемых величин делается на основании изменений показаний приборов.

При выполнении заданий этого типа учащиеся должны для каждого из двух исследований:

• сконструировать (на базе предложенного списка оборудования) экспериментальную установку
  или описать условия проведения опыта, при которых менялись бы только две искомые величины,
  а остальные оставались постоянными;
• провести не менее двух опытов, изменяя значения исследуемых величин
• сделать вывод о зависимости (или независимости) исследуемой величины от двух заданных
  параметров.

Задания второго типа представляют собой косвенные измерения на основании проведения двух прямых измерений (см. Пример 2).

Пример 2

Используя электронные весы, мензурку, стакан с водой, цилиндр №2, соберите экспериментальную установку для определения плотности материала, из которого изготовлен цилиндр №2.

В бланке ответов:

1. Сделайте рисунок экспериментальной установки для определения объема тела;
2. Запишите формулу для расчета плотности
3. Укажите результаты измерения массы цилиндра и его объема;
4. Запишите числовое значение плотности материала цилиндра

При проведении косвенных измерений в основной школе, в соответствии с требованиями существующих стандартов образования, не используются абсолютные погрешности измерений. Однако правильность постановки опыта проверяется на основании сравнения результата учащегося с интервалом возможных значений, полученным с учетом погрешности измерений.

При выполнении заданий второго типа проверяются знание соответствующих законов и закономерностей, умение проводить несложные вычисления, а также сформированность следующих экспериментальных умений:

• сборка экспериментальной установки;
• проведение прямых измерений с учетом правил использования различных измерительных
  приборов;
• запись показаний приборов с учетом их цены деления

Третий тип заданий предполагает постановку опыта по исследованию зависимости физических величин с использованием прямых измерений (см. Пример 3).

Пример 3

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и набор из трех грузьев, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины. Определите растяжение пружины, подвешивая к ней поочередно один, два и три груза. Для определения веса грузов воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов:

1. Сделайте рисунок экспериментальной установки;
2. Укажите результаты измерения веса грузов и удлинения пружины для трех случаев в виде
   таблицы или графика;
3. Сформулируйте вывод о зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени
   растяжения пружины.

При выполнении учащимися данного типа заданий также не требуется записи абсолютной погрешности измерений. Задания подобраны таким образом, что исследуются в основном лишь прямо пропорциональные зависимости. При формулировке вывода нет необходимости говорить о характере функциональной зависимости или рассчитывать коэффициент пропорциональности.

Достаточным является вывод о качественном изменении (увеличении или уменьшении) исследуемой величины в зависимости от изменения параметра.

Задания третьего типа проверяют сформированность следующих экспериментальных умения:

• сборка экспериментальной установки из предложенного перечня оборудования;
• проведение прямых измерений с учетом правил использования различных измерительных
  приборов
• запись показаний приборов с учетом их цены деления
• оформление результатов исследования в виде таблицы или графика;
• формулировка вывода.

Задания четвертого типа предполагают проверку предложенной гипотезы (см. Пример 4). Пример 4

Используя источник тока (4.5 В), вольтметр, ключ, соединительные провода, резисторы, обозначенные К1 и К2, экспериментально проверьте правило для электрического напряжения при последовательном соединении двух проводников.

В бланке ответов:

1)   Нарисуйте электрическую схему экспериментальной установки

2. Измерьте электрическое напряжение на концах каждого из резисторов и общее
   напряжение на концах цепи из двух резисторов при последовательном соединении;
3. Сравните общее напряжение на двух резисторах с суммой напряжений на каждом из
   резисторов, учитывая, что погрешность прямых измерений с помощью лабораторного
   вольтметра составляет 0,2 В. Сделайте вывод о справедливости или ошибочности
   проверяемого правила

При выполнении учащимися заданий на проверку предположений невозможно обойтись без оценки абсолютных погрешностей. Задания сформулированы таким образом, что для подтверждения (или опровержения) предложенной гипотезы необходимо сравнить два интервала значений с учетом заданных абсолютных погрешностей измерений.

Задания четвертого типа проверяют сформированность следующих экспериментальных умений:

• сборка экспериментальной установки из предложенного перечня оборудования;
• проведение прямых измерений с учетом правил использования различных измерительных
  приборов;
• запись показаний приборов с учетом их цены деления;
• получение двух интервалов значений сравниваемых величин с учетом заданных абсолютных
  погрешностей измерений;
• формулировка вывода о правдивости предложенной гипотезе опыта.

При проведении Государственной (итоговой) аттестации в экзаменационном варианте для учащихся приводится только текст экспериментального задания (см. Пример 5).

Пример 5

Используя динамометр, стакан с водой, цилиндр №1, соберите экспериментальную установку для определения выталкивающей силы (силы Архимеда), действующей на цилиндр.

В бланке ответе в:

1. Сделайте рисунок экспериментальной установки;
2. Запишите формулу для расчета выталкивающей силы;
3. Укажите результаты измерений веса цилиндра в воздухе и веса цилиндра в воде;
4. Запишите численное значение выталкивающей силы.