Программа элективных курсов для учащихся 9 классов "Физика в экспериментальных задачах и домашних опытах"
элективный курс по физике (9 класс)

Российская Федерация

Ханты-Мансийский  автономный  округ – Югра

Тюменская  область

г.Когалым

МУНИЦИПАЛЬНОЕ  АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

«Средняя  общеобразовательная школа №8

с углубленным  изучением  отдельных  предметов»

Физика в экспериментальных задачах и домашних опытах

Программа элективного курса для учащихся 9 классов

(17 часов)

Составитель программы:

Заремская Наталья Витальевна

Учитель физики

МАОУ «Средняя  общеобразовательная школа №8

с углубленным изучением отдельных предметов»

г.Когалым

2013 г.

Пояснительная записка

Без сомнения, все наше знание начинается с опытов.

    (Кант Эммануил. Немецкий философ 1724-1804г.г)

В системе средств оптимизации обучения, большая роль принадлежит средствам формирования познавательных интересов школьников. Среди многих проблем, совершенствования учебного процесса, проблема формирования познавательных интересов учащихся является одной из самых значимых. Познавательный интерес является такой основой учебной деятельности, которая обеспечивает активное и сознательное усвоение знаний.

Физика занимает особое место среди школьных дисциплин. Как учебный предмет она направлена на формирование у учащихся научной картины мира. Физика формирует творческие способности учащихся, их мировоззрение и убеждения, развивает логическое мышление.

Наличие познавательных интересов у школьников способствуют росту их активности на уроках, качества знаний, формирование положительных мотивов учения, активной жизненной позиции, что в совокупности вызывает повышение эффективности процесса обучения. На протяжении всего курса физики, при изучении каждого физического явления или закона необходимо показать, как эти законы или явления используются на практике.

Одним из эффективных средств и методов является решение экспериментальных задач.

Решение экспериментальных задач формирует творческую личность ученика, способствует более глубокому пониманию физических законов и теорий .У ученика начинает развиваться эвристическое нестандартное мышление, а также умение логически мыслить, анализировать и синтезировать явления.

Решение экспериментальных задач позволяет учащимся применить полученные теоретические знания как на производстве, так и в быту.

Программа курса рассчитана на 17 часов(11 часов-64,7%-практическая  часть,6 часов-35.3%-теоретическая часть).

Актуальность элективного курса.

 Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.

Следовательно, без эксперимента не может быть рационального обучения физике. Изучение физики  предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение особенностей его постановки и наблюдаемых результатов.

Эксперимент имеет большое значение для изучения  физических законов и явлений. Этим и объясняется огромный интерес, проявляемый к постановке школьного физического эксперимента.

Цель курса: углубить  и расширить знания учащихся по физике, способствовать  развитию логического мышления ,выбору профиля обучения, прививать интерес к предмету с помощью занимательных опытов, повторить ранее изученный материал за 7-9 класс,

Основные  задачи курса:

• углубить знания по ряду разделов физики;
• способствовать развитию познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе самостоятельного приобретения знаний и умений;

Особенности методики элективного курса

Предлагаю  следующую схему организации занятий:

В процессе обучения учащиеся

должны знать:  физические понятия и законы  по темам, предусмотренным программой курса, методы обработки, сбора информации и экспериментальной работы, правила пользования измерительными приборами.

должны уметь: самостоятельно планировать физический эксперимент, моделировать физические явления, выдвигать гипотезы, обрабатывать результаты экспериментов с нахождением ошибок измерений, обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссиях.

способны решать следующие жизненно-практические задачи: применять полученные знания в повседневной практической бытовой жизни.

Учебно- тематический план

Содержание программы.

1.Введение. 1 ч

Цели и задачи курса. Специфика работы экспериментатора. Инструктаж по технике безопасности.

Форма работы: фронтальная.

2. Методы обработки информации. 2 ч.

Способы сбора информации полученной в ходе эксперимента. Понятие абсолютной и относительной погрешностей измерения. Способы вычисления погрешностей. Формулы для нахождения относительной погрешности косвенных измерений.

Форма работы: индивидуальная.

3.Решение экспериментальных задач. 13 ч. 

     Решение задач, основанных на проведении физического эксперимента по темам:

• первоначальные сведения о строении вещества

Задача 1: Определение массы и плотности веществ у тел различной геометрической формы.

Оборудование: рычажные весы с набором гирь, измерительный цилиндр, линейка стальная, набор физических тел.

• тепловые явления

 Задача 1: Исследование теплообмена между горячей и холодной водой, определение КПД нагревателя.

Оборудование: калориметр,  измерительный цилиндр, термометр лабораторный, емкость с холодной водой, амперметр школьный, вольтметр школьный, секундомер, соединительные провода, нагревательный элемент, ключ.

Задача 2:Определение удельной  теплоемкости металла.

 Оборудование:  металлический брусок, нагреватель, весы, термометр, сосуд для воды, нить, штатив.

• механическое движение.

Задача 1: Определение скорости вытекания воды из водопроводного крана.

Оборудование: стакан цилиндрической формы, штангенциркуль, секундомер.

• электрические явления 

Задача 1: Определение сопротивления спирали лампы накаливания (в рабочем состоянии), длины спирали лампы.

Примечание:  спираль изготовлена из вольфрамовой проволоки диаметром 0,08 мм.

Оборудование: лампы накаливания мощностью 60 Вт.

Задача 2:Изготовление самодельного гальванического элемента.

Оборудование: раствор уксуса (2 столовые ложки на стакан воды), один электрод – медный или угольный (можно взять стержень от старой батарейки), второй – цинковый или железный.

• оптические явления 

Задача 1: Изучение отражения света от плоского, выпуклого и вогнутого

зеркала.

Оборудование: источник света, плоское, выпуклое, вогнутое зеркала, линейка.

Задача 2: Зависимость угла преломления от угла падения.

Оборудование : плоское  зеркало, призма, линзы, источник света, линейка, транспортир.

4. Итоговое занятие. 1 ч.

Презентация и защита экспериментальных работ.

1. Средства обучения:

1.Физические приборы ( приборы и принадлежности описаны в содержании задачи).

2.Демонстрационные плакаты.

3.Мультимедийные презентации

4.Научная и   научно-популярная литература

Материально-техническое обеспечение:

1.Компьютер

2.Проектор

3.мобильный класс

Методы обучения:

1.Проблемно-поисковый метод обучения (проведение опыта, объяснение результата, сопоставление результаты с табличными значениями);

2.системно-деятельностный подход;

3.словесные;

4.наглядные; практические;

5.самостоятельная работы;

6.работа в группах.

Формы и виды самостоятельной работы и контроля.

• Самостоятельная работа предусматривается в виде выполнения домашних заданий. Минимально необходимо выполнить 5-7 задач, рекомендованных для выполнения в домашних условий.
• Текущий контроль в форме фронтального опроса и решения сложных задач.

• Итоговый контроль в форме защиты проекта в конце курса.

Все виды работ оцениваются по пятибалльной системе .Итоговая оценка выставляется по тем же правилам, что и итоговая оценка по предметам.

    Экспериментальные задачи и задания можно использовать при изучении новых понятий, зависимостей, законов;  в качестве иллюстраций, подтверждающих теоретические  выводы; для проверки степени понимания изучаемого материала, для его закрепления. Экспериментальные задачи выполняются с учетом оборудования в школьном кабинете или самостоятельные исследования в соответствии с этапами цикла познания: наблюдения явления, выдвижения гипотез, подбор приборов и материалов для проведения эксперимента, представлении результатов эксперимента, построения выводов.

Учебно-методическая литература для учителя:

1.Тит Том. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Пер. с франц. –М.: Издательский дом Мещерякова, 2007, 2-е издание – 224 с.

2.Тит Том. Продолжаем научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Пер. с франц. –М.: Издательский дом Мещерякова, 2007, 2-е издание – 184 с.

3.Ф.Ола, Ж.-П. Дюбре, А.-М. Жибер, П. Леба, Дж. Лебьом. Занимательные опыты и эксперименты. – М.: Айрис- пресс, 2007.- 128 с.

4.А.В. Горин. Занимательные опыты по физике. –М.: Просвещение, 1997.

5.Перельман Я.И. Для юных физиков. Опыты и развлечения: -М.: РИМИС, 2007. – 192 с.

6.Интерактивный курс «Открытая физика».

7.Интерактивный курс «Живая физика».

8. 8101. Ru

9.Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч.1 и Ч.2 \под ред. А. А Покровского\, 3-е изд., М: Просвещение, 1978.

10.В.Н Ланге: «Экспериментальные задачи на смекалку». Москва. Просвещение.

11.В. Н. Ланге: «физические парадоксы, софизмы и занимательные задачи». Москва. Просвещение. 1967 г.

12.Я.И. Перельман: «Занимательная физика. Часть №1 и №2». Домодедово. ВАП. 1994 г.

Литература для учащихся по данному курсу:

1.Экспериментальные задачи по физике. Под ред. О.Ф. Кабарина, В.А.Орлова. – М.: Вербум. 2001.

2.Эрик Рофлекс. Физика для любознательных. Под ред. Л.А. Арцимовича. – М.: Мир. 1969.

3.Тит Том. Продолжаем научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Пер. с франц. –М.: Издательский дом Мещерякова, 2007, 2-е издание – 184 с.

4.Перельман Я.И. Для юных физиков. Опыты и развлечения: -М.: РИМИС, 2007. – 192 с.

5.В.Н Ланге: «Экспериментальные задачи на смекалку». Москва. Просвещение.

6.Я.И. Перельман: «Занимательная физика. Часть №1 и №2». Домодедово. ВАП. 1994 г.

Приложение 1.

Погрешности измерений физических величин

Измерение- это нахождение числового значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений (линейки, вольтметра, часы и т.д.).

        Измерения могут быть прямыми и косвенными.

        Прямое измерение- это нахождение числового значения физической величины непосредственно средствами измерений. Например, длину - линейкой, атмосферное давление- барометром.

        Косвенное измерение- это нахождение числового значения физической величины по формуле, связывающей искомую величину с другими величинами, определяемыми прямыми измерениями.

Неопределенность в измерении характеризуется погрешностью - отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения.

        Причины, приводящие к появлению погрешностей.

        1. Ограниченная точность изготовления средств измерения.

        2. Влияние на измерение внешних условий (изменение температуры, колебание напряжения ...).

        3. Действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера, различное положение глаза...).

        4. Приближенный характер законов, используемых для нахождения измеряемых величин.

        Перечисленные причины появления погрешностей неустранимы, хотя и могут быть сведены к минимуму. Для установления достоверности выводов, полученных в результате научных исследований существуют методы оценки данных погрешностей.

2. Случайные и систематические погрешности 

        Погрешности, возникаемые при измерениях делятся на систематические и случайные.

        Систематические погрешности- это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней.

        Причины возникновения систематических погрешностей:

        1) несоответствие средств измерения эталону;

        2) неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность);

        3) несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают;

        4) несоответствие измеряемого объекта с предположением о его свойствах (наличие пустот и т.д).

        Случайные погрешности- это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта.

3. Абсолютные и относительные погрешности 

        Для количественной оценки качества измерений вводят понятия абсолютной и относительной погрешностей измерений.

        Как уже говорилось, любое измерение дает лишь приближенное значение физической величины, однако можно указать интервал, который содержит ее истинное значение:

  Апр- DА < Аист <Апр+ DА

        Величина DА называется абсолютной погрешностью измерения величины А. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Абсолютная погрешность равна модулю максимально возможного отклонения значения физической величины от измеренного значения. Апр- значение физической величины, полученное экспериментально, если измерение проводилось многократно, то среднее арифметическое этих измерений.

        Но для оценки качества измерения необходимо определить относительную погрешность e. e= DА/Апр или e= (DА/Апр)*100%.

        Если при измерении получена относительная погрешность более 10%, то говорят, что произведена лишь оценка измеряемой величины. В лабораториях физического практикума рекомендуется проводить измерения с относительной погрешностью до 10%. В научных лабораториях некоторые точные измерения (например определение длины световой волны), выполняются с точностью миллионных долей процента.

4. Погрешности средств измерений 

        Эти погрешности называют еще инструментальными или приборными. Они обусловлены конструкцией измерительного прибора, точностью его изготовления и градуировки. Обычно довольствуются о допустимых инструментальных погрешностях, сообщаемых заводом изготовителем в паспорте к данному прибору. Эти допустимые погрешности регламентируются ГОСТами. Это относится и к эталонам. Обычно абсолютную инструментальную погрешность обозначают D иА.

        Если сведений о допустимой погрешности не имеется (например у линейки), то в качестве этой погрешности можно принять половину цены деления.

        При взвешивании абсолютная инструментальная погрешность складывается из инструментальных погрешностей весов и гирь. В таблице приведены допустимые погрешности наиболее часто

встречающихся в школьном эксперименте средств измерения.

5. Класс точности электроизмерительных приборов

        Стрелочные электроизмерительные приборы по допустимым значениям погрешностям делятся на классы точности, которые обозначены на шкалах приборов числами 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности g пр прибора показывает, сколько процентов составляет абсолютная погрешность от всей шкалы прибора.

        g пр = (D иА/Амакс)*100% .

Например абсолютная инструментальная погрешность прибора класса 2,5 составляет 2,5% от его шкалы.

        Если известен класс точности прибора и его шкала, то можно определить абсолютную инструментальную погрешность измерения

        D иА=( g пр * Амакс)/100.

        Для повышения точности измерения стрелочным электроизмерительным прибором надо выбирать прибор с такой шкалой, чтобы в процессе измерения располагались во второй половине шкалы прибора.

6. Погрешность отсчета

        Погрешность отсчета получается от недостаточно точного отсчитывания показаний средств измерений.

        В большинстве случаев абсолютную погрешность отсчета принимают равной половине цены деления. Исключения составляют измерения стрелочными часами (стрелки передвигаются рывками).

        Абсолютную погрешность отсчета принято обозначать D оА

7. Полная абсолютная погрешность прямых измерений 

        При выполнении прямых измерений физической величины А нужно оценивать следующие погрешности: D иА, D оА и D сА (случайную). Конечно, иные источники ошибок, связанные с неправильной установкой приборов, несовмещение начального положения стрелки прибора с 0 и пр. должны быть исключены.

        Полная абсолютная погрешность прямого измерения должна включать в себя все три вида погрешностей.

        Если случайная погрешность мала по сравнению с наименьшим значением, которое может быть измерено данным средством измерения (по сравнению с ценой деления), то ее можно пренебречь и тогда для определения значения физической величины достаточно одного измерения. В противном случае теория вероятностей рекомендует находить результат измерения как среднее арифметическое значение результатов всей серии многократных измерений, погрешность результата вычислять методом математической статистики. Знание этих методов выходит за пределы школьной программы.

8. Запись окончательного результата прямого измерения

        Окончательный результат измерения физической величины А следует записывать в такой форме;

        А=Апр+ D А,  e= (DА/Апр)*100%.

Апр- значение физической величины, полученное экспериментально, если измерение проводилось многократно, то среднее арифметическое этих измерений. D А- полная абсолютная погрешность прямого измерения.

        Абсолютную погрешность обычно выражают одной значащей цифрой.

        Пример: L=(7,9 + 0,1) мм, e=13%.

9. Погрешности косвенных измерений 

        При обработке результатов косвенных измерений физической величины, связанной функционально с физическими величинами А, В и С, которые измеряются прямым способом, сначала определяют относительную погрешность косвенного измерения e= DХ/Хпр, пользуясь формулами, приведенными в таблице (без доказательств).

        Абсолютную погрешность определяется по формуле DХ=Хпр *e,

где e выражается десятичной дробью, а не в процентах.

        Окончательный результат записывается так же, как и в случае прямых измерений.

Приложение 2.

Указания к лабораторным работам.

• первоначальные сведения о строении вещества

Задача 1: Определение массы и плотности веществ у тел различной геометрической формы.

Цель: Определение массы и плотности веществ у тел различной геометрической формы.

Оборудование: рычажные весы с набором гирь, измерительный цилиндр, линейка стальная, набор физических тел.

Указания к работе.

1.Проведите необходимые измерения и расчеты.

2. Запишите значение массы и плотности вещества, из которого изготовлены тела с учетом погрешности измерений.

3. Результаты измерений занесите в таблицу.

• тепловые явления

 Задача 1: Исследование теплообмена между горячей и холодной водой, определение КПД нагревателя.

Цель: Определение массы холодной воды, КПД нагревателя.

Оборудование: калориметр,  измерительный цилиндр, термометр лабораторный, емкость с холодной водой, амперметр школьный, вольтметр школьный, секундомер, соединительные провода, нагревательный элемент, ключ.

Указания к работе.

1. Используя данное оборудование ,определите массу холодной воды (теплообменом с окружающей средой пренебречь).

2. Запишите значение массы и температуры с учетом погрешности измерений.

3. Используя оборудование, соберите установку для нагревания воды.

4. Проведите необходимые измерения.

5. Запишите значения измеряемых величин с учетом погрешности измерений.

6. Рассчитайте КПД нагревателя.

7.Результаты измерений и вычислений  занесите в таблицу.

Задача 2:Определение удельной  теплоемкости металла.

Цель: Определить удельную теплоемкость металла.

Оборудование:  металлический брусок, нагреватель, весы, термометр, сосуд для воды, нить, штатив.

Указания к работе.

1. С помощью весов определить массу металла mм и массу воды в калориметре mв.
2. Измерить термометром температуру воды в калориметре t1.

3. Обвязать брусок нитью и прикрепить другой ее конец к штативу, опустить брусок в сосуд с водой.

4. Поставить сосуд на нагреватель и нагреть воду (а вместе с ней и брусок) до температуры t2 (80 − 90 °С). Значение температуры t2 определить термометром.

5. Быстро вынуть брусок из сосуда с водой и поместить в калориметр.

6.Измерить термометром установившуюся температуру to в калориметре.

7.Используя уравнение теплового баланса, вычислить удельную теплоемкость металла.

cмmм (t2 − to) = cвmв(to − t1) + cкmк(to − t1),

где см, св, ск − удельные теплоемкости металла, воды и калориметра соответственно, mк − масса калориметра.
Решая уравнение, получим:

cм = (cвmв + cкmк)(to − t1)/(mм(t2 − to)).

7.Результаты измерений и вычислений  занесите в таблицу.

• механическое движение.

Задача 1: Определение скорости вытекания воды из водопроводного крана.

Цель: Определить  скорость вытекания воды из водопроводного крана.

Оборудование: стакан цилиндрической формы, штангенциркуль, секундомер.

Указания к работе.

1. С помощью секундомера измерить время t наполнения стакана водой.

2. Используя штангенциркуль, найти высоту стакана h и диаметр дна стакана d.

3.Вычислить объем стакана, а, следовательно, и воды по формуле:

Vв = (πd2/4)h.

 4.Измерить диаметр сечения водопроводного крана dK и рассчитать площадь сечения крана по формуле:

SK = πdK2/4. (1)

5.Определить скорость течения воды по формуле:

vв = Vв/(SK t),

vв = d2h/(dK2t).

6.Вычислить погрешности измерения.

7. Результаты измерений и вычислений  занесите в таблицу.